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Diese
Erfindung betrifft Maschinen zur Herstellung von Kolben im Standgussverfahren.
Im Besonderen betrifft sie eine Maschine in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff
von Anspruch 1, der unten angeführt
ist. Bei der Entwicklung der Erfindung wurde besonderes Augenmerk
auf jene Anforderungen gerichtet, die bei der Herstellung von Kolben
für Verbrennungsmotoren
angetroffen werden. Der Bezug auf diese mögliche Anwendung soll aber
in keiner Hinsicht so angesehen werden, dass er den Bereich der
Erfindung einschränkt.
Die Erfindung kann tatsachlich auf die Herstellung von irgendwelchen
Kolben angewandt werden, wobei es sich um Kolben für Kompressoren,
verschiedenartige Wärmekraftmaschinen
usw. handeln kann.
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Bei
der Verwirklichung der angeführten
Maschinen müssen
viele unterschiedliche Anforderungen berücksichtigt werden.
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Obwohl
die Stückzahlen
bei Fertigungen in der Automobilindustrie im Allgemeinen sehr groß sind,
ist die Anzahl der Modelle und der Versionen, in denen die Fahrzeuge
und ihre Triebwerke hergestellt werden, oft derart groß, dass
man mit einer gewissen Häufigkeit
mit der Herstellung von Kolbenserien konfrontiert wird, die eher
kleine Stückzahlen
enthalten.
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Dadurch
wird nicht nur der Vorteil herabgesetzt, den man durch die Verwendung
von Maschinen erhält,
die, obwohl sie eine hohe Fertigungskapazität besitzen, auf eine einzige
Kolbentype beschränkt
sind, sondern es wird auch interessant, Maschinen einzusetzen, die
ausreichend schnell und bequem von der Fertigung eines bestimmten
Kolbentyps auf die Herstellung eines Kolbens mit einer anderen Type
umgerüstet
werden können.
Im Besonderen ist erwünscht,
dass Maschinen bereitgestellt werden, die leicht von der Herstellung
von Kolben für Kraftfahrzeugmotoren
mit kleinem und/oder mittlerem Hubraum auf die Fertigung von Kolben
für Industriekraftfahrzeuge
umgerüstet
werden können,
die üblicherweise
ziemlich größer sind.
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Wenn
Kolben für
Motoren hergestellt werden, bei denen die Zündung durch Kompression erfolgt
(so genannte Dieselmotoren), ist es wichtig, dass Maschinen zur
Verfügung
stehen, die während des
Gießvorgangs
eine allgemeine Rüttelbewegung der
Form ausführen
können.
Diese Bewegung ist besonders dann notwendig, wenn die zu gießenden Kolben
aus Aluminium oder Leichtmetall hergestellt werden, um die richtige
Verankerung jener Einsätze sicherzustellen,
die den ersten Kolbenring tragen (so genanntes ALFin-Verfahren).
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Im
Wesentlichen idente Probleme müssen auch
auf anderen Anwendungsgebieten berücksichtigt werden, wie dies
einleitend erwähnt
wurde, einschließlich
unter anderem bei der Herstellung von Kolben für Kompressoren.
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US-A-2,824.347
offenbart eine Gießmaschine,
die zwei idente Formen aufweist, um Kolben für Verbrennungsmotoren zu gießen. Jeder
der beiden Formhohlräume
wird von Elementen festgelegt, von denen jedes mit einem anderen
Stellglied zwischen einer geschlossenen Stellung oder Gießstellung
und einer offenen Stellung oder Entnahmestellung bewegt wird.
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Die
vorliegende Erfindung zeigt auf, wie eine Maschine ausgerüstet ist,
die auf ausgezeichnete Art alle Anforderungen erfüllen kann,
die oben erörtert wurden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann dieser Bereich mit Hilfe einer Maschine erreicht
werden, die jene Merkmale besitzt, die in den hier angeschlossenen
Ansprüchen
angeführt
sind.
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Die
Erfindung wird nun anhand eines nicht einschränkenden Beispiels und im Zusammenhang mit
den beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:
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1 die allgemeine Ansicht
einer Maschine gemäß der Erfindung,
in der einige Teile entfernt wurden oder strichliert dargestellt
sind, um die Darstellung zu vereinfachen;
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2 im Wesentlichen den Schnitt
entlang der Achse II-II,
wobei – wiederum – einige
Teile entfernt wurden, um die Darstellung zu vereinfachen und übersichtlicher
zu machen;
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3 im Wesentlichen die Ansicht
in Pfeilrichtung III von 1;
und
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4 jenen Teil von 1, der mit dem Pfeil IV
bezeichnet ist, in vergrößertem Maßstab und
auch vollständiger.
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Mit
der Bezugsziffer 1 ist in diesen Zeichnungen eine Maschine
als Ganzes versehen, die zur Herstellung von Kolben im Standgussverfahren dient,
einschließlich
beispielsweise von Kolben für Verbrennungsmotoren.
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Bei
der am meisten üblichen
Anordnung handelt es sich bei den betreffenden Kolben um Kolben für Kraftfahrzeugmotoren.
Im Besonderen wurde die Lösung
gemäß der Erfindung
dahingehend entwickelt, dass ein besonderes Augenmerk auf ihre mögliche Verwendung
bei der Herstellung von Aluminium-(oder Leichtmetall)-Kolben gelegt wurde.
Die Erfindung ist jedoch nicht so zu verstehen, dass sie ausschließlich auf
dieses Anwendungsgebiet beschränkt
ist.
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Allgemein
gesagt und in Übereinstimmung mit
Kriterien, die für
sich bekannt sind, weist die Maschine 1 im Wesentlichen
ein robustes Chassis oder Bett auf, auf dem ein Gussroboter arbeitet,
der in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Im Betrieb dient dieser
Roboter dazu, um ein Gussgefäß zu halten, um
das geschmolzene Gussmaterial in eine Vielzahl von Gusshohlräume zu gießen, die
im darunter liegenden Teil der Maschine angeordnet sind. Dieser Teil,
der allgemein die Bezugsziffer 3 trägt, ist ausführlicher
in 4 dargestellt und
trägt die
Einrichtungen, die dazu vorgesehen sind, um jene Teile zu bewegen,
aus denen das Gehäuse
oder die Form besteht, die als Gusshohlraum dienen.
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In Übereinstimmung
mit einem bevorzugten Merkmal der Lösung gemäß der Erfindung bildet der Teil 3 (der
jene Merkmale besitzt, die später
ausführlich
beschrieben werden) einen Aufbau, der – als Ganzes gesehen – eine allgemeine
Rüttelbewegung gegenüber der
Basis 4 der Maschine 1 ausführen kann, die auf einem festen
Fundament F ruhen soll.
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Die
Basis 4 der Maschine ist als robuster Rahmen in Form einer Stahlkonstruktion
ausgeführt, der
mit einem Paar von gebogenen Schienen 5 versehen ist, die
in 3 von oben zu sehen
sind und die 1 strichliert
zeigt.
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Die
Schienen 5 sind normalerweise als Paar von Schienen ausgeführt, eine
jeweils an der Vorderseite und an der Hinterseite der Maschinenbasis 4, und
können
daher den Rüttelaufbau,
der den Teil 3 bildet, im Allgemeinen zwischen sich aufnehmen.
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Der
in Frage kommende Rüttelaufbau
ist weiters mit entsprechenden Drehkörpern versehen, bei denen es
sich beispielsweise um Walzen oder Räder 6 handeln kann,
die in die Führungen
oder Schienen 5 eingreifen und sich entlang von diesen
in Längsrichtung
bewegen können.
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Mit
der Bezugsziffer 7 ist ein Antriebselement (typisch ein
lineares Stellglied, beispielsweise ein hydraulisch betätigter Kolben)
bezeichnet, das zwischen der Maschinenbasis 4 und dem vom
Teil 3 der Maschine gebildeten Rüttelaufbau wirkt und selektiv die
hin- und hergehende Bewegung dieses Aufbaus entlang der Schienen 5 erzeugt.
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Diese
Bewegung wird rund um eine horizontale Achse X3 ausgeführt, die
in der Praxis durch die Krümmungsmittelpunkte
der gebogenen Bahnen der Führungen
oder Schienen 5 festgelegt und (gegenüber der Maschinenbasis 4)
an einer Stelle angeordnet ist, die im wesentlichen jener Stelle
entspricht, an der das vom Gussroboter getragene Gussgefäß das Gießmaterial
in die Hohlräume
gießt,
um die Kolben auszubilden.
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Die
Rüttelbewegung
ist in 1 vereinfacht mit
dem Pfeil B dargestellt, wobei der Teil 3 der Maschine
sowohl mit Volllinien als auch strichliert dargestellt ist. Die
beiden auf diese Weise gezeigten Stellungen entsprechen vorzugsweise
den beiden Extremstellungen, die der in Frage kommende Teil auf der
Bahn seiner Rüttelbewegung
erreicht, die mit dem Antriebselement 7 gesteuert wird.
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Es
ist somit ersichtlich, dass die Rüttelbewegung normalerweise
nicht symmetrisch zur Senkrechten verläuft, sondern eher einen unsymmetrischen
Verlauf zur Senkrechten besitzt: die in Volllinien gezeigte Darstellung
des Rüttelaufbaus
in dieser Fig. entspricht tatsächlich
einer Stellung dieses Aufbaus, die im Allgemeinen symmetrisch zur
idealen Quermedianebene und der Senkrechten der Maschine 1 liegt.
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Wie
bereits erwähnt,
wird die oben beschriebene Rüttelbewegung
beispielsweise dann verwendet, wenn die im Standgussverfahren herzustellenden
Kolben jenem Typ entsprechen, der in Motoren verwendet wird, in
denen die Zündung
durch Kompression erfolgt, das heißt ein Kolbentyp, der mit Hilfe von
Einsätzen
hergestellt wird, die normalerweise im ALFin-Verfahren angeordnet
werden.
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Mit
der Bezugsziffer 2 ist eine Einrichtung als Ganzes bezeichnet,
die sowohl zum Aufnehmen der Kolben (oder, genauer gesagt, der Rohguss-Kolben, an
denen noch die Gussgrate anhaften, die von den verlorenen Köpfen stammen)
aus den Formhohlräumen
und (möglicherweise)
zum Anordnen der Glasfaserfilter verwendet werden können, die üblicherweise
in die verlorenen Köpfe
eingesetzt werden, die ermöglichen,
dass das geschmolzene Metall die Gusshohlräume erreicht.
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In
diesem Zusammenhang ist leicht ersichtlich, dass bei der Lösung gemäß der Erfindung
jener Teil der Maschine, der der Rüttelbewegung ausgesetzt ist,
de facto genau auf den Teil 3 begrenzt ist, der die Formen
trägt,
das heißt
die Gusshohlräume. Diese
Lösung
besitzt unzweifelhaft Vorteile im Vergleich zu traditionellen Lösungen,
bei denen praktisch die gesamte Maschine gegenüber ihrer Basis gerüttelt wird.
Die augenscheinlichsten Vorteile bestehen hinsichtlich des Volumens
und des Gewichts der Maschine und damit hinsichtlich der Leistung
und der Energie, die von den Antriebselementen aufgenommen werden,
mit denen diese Rüttelbewegung gesteuert
wird.
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Was
die Herstellung von einzelnen Kolben betrifft, so verwendet die
Maschine gemäß der Erfindung
die derzeitige Lösung,
die den Gusshohlraum eines jeden einzelnen Kolbens dadurch festlegt,
dass sie eine Reihe von Bauteilen verwendet, die folgende Elemente
enthalten:
- – für den Teil des Hohlraums, der
dem Innenteil des Kolbens entspricht, einen unteren Kern A (der tatsächlich aus
drei Blöcken
besteht, von denen der Primärblock
A1 angetrieben wird und die beiden Sekundärblöcke A2 und A3 vom Primärblock mitgezogen
werden) sowie zwei Seitenblöcke
B und C (siehe 4);
- – für die Ausbildung
der Seitenfläche
des Kolbenmantels zwei Seitenstücke
D und E;
- – für die Ausbildung
des oberen Teils des Kolbens (der normalerweise auch an jener Stelle
liegt, an der der so genannte verlorene Kopf angeordnet ist) einen
Block oder ein oberes Element F.
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Der
Block F, der nur in 1 besonders
dargestellt ist, wird von der Einrichtung 8 getragen, die sich
koordiniert bewegt, um sicherzustellen, dass der Block genau am
oberen Ende des Gusshohlraums angeordnet wird.
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Die
Lösung
gemäß der Erfindung
weist weiters als wichtiges Merkmal die Tatsache auf, dass die unteren
Kerne A, die Seitenblöcke
B und C, die Seitenstücke
D und E sowie die Blöcke
F zumindest zwei und daher mehreren Kolben, die gleichzeitig gegossen
werden sollen (beispielsweise vier Kolben), zugeordnet sind, und
dass Vorkehrungen getroffen werden, um gemeinsame Trag- und Stelleinrichtungen
für die
entsprechenden Kerne/Blöcke/Seitenstücke von
mehreren Kolben zu verwenden.
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Diese
Lösung
ist sowohl hinsichtlich der Möglichkeit
einer gleichzeitigen Herstellung von einer Vielzahl von Kolben (beispielsweise
von vier Kolben, wie dies in den Zeichnungen dargestellt ist) innerhalb des
Umfangs einer einzigen Maschine, als auch hinsichtlich der Möglichkeit
einer raschen Abänderung der
Maschine von Vorteil – die
in der Praxis ihre Umrüstung
beinhaltet – um
auf einen anderen Gießvorgang
umzustellen. Indem beispielsweise die Anzahl und die Anordnung der
obgenannten Elemente verändert
wird, die den Formhohlraum bilden, kann der in den Zeichnungen dargestellte
Maschinenaufbau leicht auf die gleichzeitige Fertigung von zwei
Kolben für
einen Verbrennungsmotor mit einem größeren Hubraum umgebaut werden,
das heißt
auf zwei größere Kolben.
Dies kann vorgenommen werden, während
die anderen Teile der Maschine für
alle Absichten und Ziele unverändert
bleiben.
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Im
Besonderen werden die unteren Kerne A (von denen jeder tat sächlich aus
den drei Blöcken A1,
A2 und A3 besteht) an einem gemeinsamen Tragaufbau 9 befestigt
(beispielsweise gemäß dem allgemeinen
Aufbau angeschraubt), der sich auf vertikalen Führungen 10 unter der
Wirkung einer Reihe von Stellgliedern bewegen kann, beispielsweise
von hydraulisch betätigten
Kolben 11a und 11b. Um die vertikalen Abmessungen
der Maschine zu begrenzen, wird der Kolben 11a, der auf
den Aufbau 9 wirkt, vorzugsweise von einem bewegbaren Aufbau 110 getragen,
der von den Kolben 11b im Hinblick auf die Maschinenbasis 4 bewegt
wird.
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Diese
Stellglieder (die von der allgemeinen Steuereinheit, beispielsweise
einer sogenannten PLC-Einheit, in Betrieb gesetzt werden; die – auf bekannte
Art – das
richtige Funktionieren der Maschine überwacht) werden selektiv so
gesteuert, dass sie den Aufbau 9 mit den vorspringenden
Kernen A nach oben und in jene Stellung bewegen, die notwendig ist,
um den Gießvorgang
tatsächlich
ausführen
zu können.
wenn der Guss beendet ist und nachdem sich die neu gegossenen Kolben
genügend
abkühlen konnten,
kann den Stellgliedern 11a, 11b befohlen werden,
sich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen und dadurch den
Aufbau 9 und die von ihm getragenen Kerne A so abzusenken,
dass die Gussstücke
aus den Formhohlräumen
herausgezogen werden können.
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Dadurch,
dass alle Kerne A auf dem selben Aufbau 9 befestigt sind,
der seinerseits sowohl hinsichtlich der Anordnung der Führungen 10 als
auch hinsichtlich der Eingreifstellung der Stellglieder 11a und 11b (die üblicherweise
entweder baryzentrisch oder im Wesentlichen baryzentrisch liegt)
einen symmetrischen Aufbau besitzt, können Gießbedingungen erreicht werden,
die allen Absichten und Zielen für
alle gleichzeitig gegossenen Kolben entsprechen.
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Im
Besonderen kann man vorteilhaft beim Aufbau 9 vorsehen,
dass ihm entsprechende elastische Einrichtungen – beispielsweise Federeinrichtungen 12 – zugeordnet
sind, die in Bereichen liegen, in denen die Kerne A befestigt sind,
wobei die elastischen Einrichtungen dazu dienen, um die Kerne A elastisch
in die gewünschte
Eindringstellung im Formhohlraum zu drücken, während der Aufbau 9 von
den Stellgliedern in seiner ganz angehobenen Stellung gehalten wird.
Diese Druckwirkung wird sowohl auf die Primärblöcke A1 als auch – selbstverständlich – auf die
Hilfsblöcke
A2 und A3 ausgeübt, da
diese ihrerseits von den entsprechenden Blöcken A1 mitgezogen werden und
elastisch mit ihnen verbunden sind.
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Wie
man besser aus 3 und 4 erkennt, wird auch eine
im Wesentlichen analoge Lösung
für die
Formelemente D und E angenommen, die dazu dienen, um die Seiten
des Kolbenmantels festzulegen.
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Im
Besonderen erkennt man aus 3 und 4, dass die Seitenstücke D und
E (die üblicherweise in
Gruppen von einander gegenüberliegenden
Elementen angeordnet sind, wobei jede Gruppe aus den Seitenstücken von
zwei Kolben besteht) – beispielsweise
mit Hilfe von Schrauben 13 oder einigen ähnlichen
Befestigungselementen – auf
zwei bewegbaren Einrichtungen oder Schlitten 14 befestigt
werden können,
die gegenläufige
hin- und hergehende
Bewegungen im Hinblick auf den Gusshohlraum ausführen können. Diese Bewegung erfolgt
unter der Einwirkung von Stellelementen 15, bei denen es
sich beispielsweise um hydraulisch betätigte Kolben handeln kann.
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Im
Besonderen erfolgt die Bewegung der Schlitten 14 auf Führungen 16,
die am oberen Teil einer Platte befestigt sind (siehe auch 1), die den oberen Teil
des Rüttelaufbaus
der Maschine 1 bildet.
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Die
beschriebene Anordnung zum Tragen und Bewegen der Seitenstücke D und
E besitzt den Vorteil, dass sie von sich aus selbstzentrierend ist
(es sei auf die im Wesentlichen baryzentrische Stellung des Stempels
des entsprechenden Stellelements 15 im Hinblick auf seinen
bestimmten Schlitten 14 verwiesen), wodurch es möglich wird
(beispielsweise durch ein Einwirken auf die Befestigungselemente 13),
die Seitenstücke
D und E, die dazu dienen, um einen bestimmten Kolbentyp (beispielsweise
vier gleichzeitige Kolben für
Kraftfahrzeugmotoren) herzustellen, sofort und rasch durch unterschiedliche Seitenstücke, beispielsweise
mit größeren Abmessungen,
zu ersetzen, die für
den gleichzeitigen Guss von beispielsweise zwei Kolben für den Motor
eines Industriefahrzeugs verwendet werden können.
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Wie
bei der Betrachtung der Ansicht von 4 leicht
ersichtlich wird, ist eine im Ganzen ähnliche Lösung auch dazu vorgesehen,
um die Blöcke B
und C (oft als „Block 4" und „Block 5" bezeichnet) zu halten
und zu bewegen.
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Im
Besonderen sind sowohl die Blöcke
B als auch die Blöcke
C auf einem Schlitten 17 befestigt, der sich unter der
Einwirkung eines entsprechenden hydraulischen Stellglieds 19 in
einem entsprechenden Führungselement 18 bewegen
kann.
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Dadurch
können
die Blöcke
B und C so gegen den Kern A gedrückt
werden, dass sie jenen Teil der Form, der dem inneren und unteren
Teil entspricht, durch eine allgemeine Konvergenzbewegung zum Kern
A festlegen, der in seine oberste Stellung gebracht wurde. Am Ende
des Gießvorgangs
und nach einer Verfestigung des Gießmaterials können der
Kern A (der aus den drei Blöcken
A1, A2 und A3 besteht) sowie die Elemente B, C, D, E und F gegenüber jener
Stellung verschoben werden, die erreicht wurde, um den Gusshohlraum
festzulegen, indem sie unter der Einwirkung von entsprechenden Stellelementen,
beispielsweise der Stellglieder 11a, 11b, 15, 19 und 8 bewegt
werden, wie dies die Fig. zeigen.
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Im
Besonderen dann, wenn der neu gegossene Kolben aus der Form herausgezogen
werden soll, werden die Seitenstücke
D und E so voneinander weg bewegt, dass sie von den Oberflächen der Kolbenmäntel abgenommen
werden.
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Die
Kerne A werden ihrerseits dadurch nach unten herausgezogen, dass
der Tragaufbau 9 entlang der Führungen 10 vertikal
bewegt wird, wodurch es möglich
ist, dass sich die Blöcke
B und C zueinander bewegen (während
der entsprechende Kern A nach unten herausgezogen wird) und von
den hinterschnittenen Teilen getrennt werden, die normalerweise
an der Innenseite des Kolbens festgelegt sind, im Besonderen an
der Stelle von Verdickungen für
den Durchgang der Kolbenbolzen.
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Die
von verschiednen Blöcken
abgetrennten Kolben können
damit aufgenommen und von der Maschine entfernt werden, beispielsweise
mit Hilfe der Einrichtung 2.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Lösung
ist zumindest einer der Schlitten 17, der einen der Blöcke B oder
C trägt
(bei dem in 4 gezeigten
Beispiel wurde diese Lösung
für jenen
Schlitten angenommen, der den Block B trägt), so aufgebaut, dass er
sich nicht nur in horizontaler Richtung, um entweder näher zu oder
weiter weg von dem Schlitten zu gelangen, der den Block C trägt (und
damit in radialer Richtung zum Gusshohlraum), bewegt, sondern auch
eine Bewegung in eine Richtung ausführt, die auf diese radiale
Richtung senkrecht steht, wodurch sich der Schlitten 17 und
der auf ihm sitzende Block B gegenüber der gemeinsamen Ebene nach unten
bewegen können,
in der die Gusshohlräume angeordnet
sind, wodurch er vom Kolbeninneren getrennt wird.
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Dieses
Ergebnis kann man beispielsweise dadurch erhalten, dass das entsprechende
Führungselement 18 auf
einem Paar von rohrförmigen Buchsen 20 befestigt
wird, die ihrerseits so angebracht sind, dass sie in den selben
Führungen 10 gleiten
können,
entlang denen der Tragaufbau 9 und der Kern A ihre Bewegungen
ausführen.
Das Führungselement 18 kann
sich entlang der Führungen 10 mit
Hilfe eines weiteren Stellelements vertikal bewegen, beispielsweise
mit dem hydraulisch betätigten Kolben 21.
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Schließlich ist
die Einrichtung 8, die den oberen Block F bewegt, so aufgebaut,
dass sie gleichzeitig auf eine Vielzahl derartiger Blöcke F einwirkt.
Im Hinblick auf die gezeigte Lösung
bewegt die Einrichtung 8 beispielsweise gleichzeitig die
Blöcke
F von allen vier Formhohlräumen,
wie dies in den Zeichnungen dargestellt ist.
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In
allen Fällen,
in denen dies erforderlich sein kann, kann das Eingießen des
Gießmaterials
in jene Form, die von den in Frage kommenden Blöcken gebildet wird, von einer
allgemeinen Rüttelbewegung des
hergestellten Gießaufbaus
unter der Wirkung des Kolbens 7 begleitet werden, wobei
dies in Übereinstimmung
mit jenen Kriterien steht, die im einleitenden Teil der vorliegenden,
ausführlichen
Beschreibung der Erfindung erörtert wurden.
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Selbstverständlich können die
Verwirklichung von Details und die Ausführungsformen gegenüber der
Beschreibung und den Zeichnungen (im Besonderen hinsichtlich möglicher
Anwendungen auf die Herstellung von Kolben, bei denen es sich nicht um
Kolben von Verbrennungsmotoren handelt) weit verändert werden, ohne dadurch
in irgendeiner Weise die Grundsätze
der Erfindung zu verändern
oder über
den Bereich hinauszugehen, wie er in den angeschlossenen Ansprüchen festgelegt
ist.