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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Verbundgußlagerschalen,
insbesondere von hoch beanspruchten Mugzeugmotorenlagern Die Erfindung betrifft
ein Verfahren Lind eine Vorrichtung zum Herstellen von Verbundgußlagerschalen, deren
Stützschale aus Stahl und deren Auskleidung aus einer Kupfer-Blei-Legierung besteht,
insbesondere von hoch beanspruchten Flugzeugmotorenlagern.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, den Augkleidungswerkstoff im steigenden
Guß an die in die Sandform eingesetzte Stützschale aus Stahl anzugießen.
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Bei allen bekannten Verfahren, die zur Verbesserung der Schweißverbindung
und zur Vermeidung von Ausseigerungen u. a. vorschlagen, den Gießquerschnitt für
den Auskleidungswerkstoff in der Form von unten nach oben sich konisch erweitern
zu lassen, oder die auch mit einem. ,gerade umgekehrt konisch verlaufenden freien
Querschnitt in der Form für den Auskleidungs-,verkstoff arbeiten, lassen sich jedoch
trotz aller Vorsichtsmaßregeln Schrumpfrisse innerhalb der eingegossenen Auskleidung
nicht mit Sicherheit vermeiden.
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Es bedurfte umfassender Versuche, um. die Ursache dieser Schrumpfrisse
festzustellen. Es wurde gefunden, daß diese Schrumpfrisse auf das unterschiedliche
Ausdehnungsvermögen von Stahl und Auskleidungswerkstoff einerseits und auf die schnelle
Wärmeableitung aus dem eingegossenen Auskleidungswerkstoff nach der mit ihm verschweißten
Stützschale und die dadurch bedingte zu hohe Aufheizung der Stützschale andererseits
zurückzuführen sind.
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Handelt es sich um eine Stützschale, die an der Innenseite mit Auskleidungswerkstoff
ausgegossen wird, so wird sich die Stützschale
während des Eingusses
des Auskleidungswerkstoffes stark Aufheizen und ausdehnen. Bei der Abkühlung der
Verbundgußlagerschale wird der Wärmeflu13 aus dem Auskleidungswerkstoff in die Stützschale
verhältiiismäf;ig viel stärker sein als nach der entgegengesetzten Seite, die mit
dem Sand des Sandkernes bedeckt ist. Es wird also die Stützschale noch weiter Wärme
aus dem Auskleidungsiverkstoff aufnehmen, was noch eine weitere Aufheizung der Stützschale
zur Folge hat. Nach Eintritt eines Wärmeausgleiches werden sich beide Körper abkühlen,
wobei infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten eine unterschiedliche
Schrumpfung stattfindet, die Schrumpfrisse itn Auskleidungswerkstoff zur Folge hat.
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Weiterhin wird die Bildung von Schrumpfrissen dadurch begünstigt,
daß infolge der hohen Aufheizung der Stützschale der Auskleidungswerkstoff von der
freien Außenseite nach der mit der Stützschale verschweißten Seite erstarrt.
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Ganz ähnlich liegen die Verhältnisse, wenn eine Stützschale an der
Außenseite mit Auskleidungswerkstoff umgossen werden still. Hierbei findet gleichfalls
während des Gie1:)-vorganges und während der ersten Erstarrungszeit des Auskleidungswerkstoffesein
sehr starker Wärmeflu15 nach der Stützschale statt, während die Wärmeabfuhr nach
der anderen Seite, d. h. nach dem Formsand zti, verhältnismäßig gering ist. Bei
der einsetzenden Abkühlung der Verbundgußlagerschale treten auch hier infolge der
ungleichen Ausd elinungskoeffizienten und der Erstarrung des Auskleidungswerkstoiies
von der freien Außenseite nach der mit der Stützschale verschweißten Seite zu Schrumpfrisse
im Auskleidungswerkstoff auf.
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Gemäß der Erfindung lassen sich derartige Schrumpfrisse wirksam vermeiden,
wenn eine allmähliche Wärmeableitung aus dem Auskleidungswerkstoft durch die Stützschale
hindurch, z. B. mittels eines auf drei fre ili°-genden Seite der Stützschale befindlichen,
in der Gießereitechnik an sich bekannten Kühlkörpers, in stärkerem --Maße erfolgt
als nach der entgegengesetzten Seite. Dadurch wird erreicht, daß die Stützschale
keine zu hohe Rufheizung während des Gieß- und Erstarrungsvorganges der Auskleidung
erfährt. Der auf die Stützschale aufgegossene Auskleidungswerkstoff erstarrt ferner
nicht von der freien Seite, sondern von der- an der Stützschale anliegenden und
mit dieser verschweißten Fläche aus allmählich nach der freien Seite zu, so daß
Schrumpfrisse wirksam vermieden werden.
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Man hat bereits vorgeschlagen, Verbundgtißlagersclialen nach dem Angießen
des Auskleidungswerkstoffes von außen und bzw. oder von innen durch Wasser, Luft
oder andere Kühlmittel abzuschrecken, d. h. plötzlich herunterzukühlen. hn Gegensatz
dazu soll hach der Eriindung keift Abschrecken, sondern in bestimmter Richtung,
nämlich durch die Stützschale hindurch. eine allmähliche Wärmeableitung aus dein
Auskleidungswerkstoff in stärkerem Maße als nach der entgegengesetzten Seite erfolgen.
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Bei Stützschalen, die an ihrer Innenseite finit Auskleidungswerkstoff
ausgegossen werden, wird zwischen Stützschale und dem sie umgebenden Kühlkörper
zweckmäßig eine Isolierschicht, z. B. aus Sand, angeordnet, die während des Gießvorganges
eine Abschreckung des eingegossenen Auskleidungswerkstoffes verhindert.
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Bei Stützschalen, die an ihrer Außenseite mit Auskleidungswerkstolf
ausgegossen werden, wird gemäß der Erfindung der im. Innern der Stützschale befindliche,
als Kühlkörper wirkende Metallkörper mit einem ausreichenden Spielraum eingesetzt,
welcher eine Abschreckung während des Gießvorganges verhindert, der jedoch bei der
folgenden Erstarrung durch die Aufheizung des Metallkörpers verschwindet und auf
diese Weise die gewünschte Wärmeableitung nach dem Metallkörper zu nicht behindern
kann. Besitzt der eingebaute Metallkörper einen gleichen oder geringeren Wärmekoeffizienten
als die in die Form eingebaute Stützschale, so erübrigt sich die Anordnung eines
Spielraumes zwischen beiden Körpern, da während des Gießvorganges durch die schnelle
Rufheizung der Stützschale dieser Spielraum von selbst entsteht, der nach dem Gießvorgang
durch das Aufheizen des Metallkörpers allmählich verschwindet.
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Der eingesetzte Metallkörper wird mit ins Freie führenden Kanälen
versehen, utn die Entstehung eines luftverdünnten Raumes zwischen Metallkörper und
Stützschale infolge des schnelleren Aufheizens der Stützschale und damit ihrer schnelleren
Ausdehnung während des Gießvorganges zu unterbinden. Bei Entstehen eines solchen
luftverdünnten Raumes bestände nämlich die Gefahr, daß der flüssige Auskleidungswerkstoff
zwischen Stützschale und Metallkörper eingesaugt wird.
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In der Zeichnung sind zwei gemäß der Erfindung ausgebildete Gießvorrichtungen
beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen: Abb. i eine Gießvorrichtung mit eingesetzter
Stützschale, die an der Innenseite mit Ausklcidungswerkstoff ausgegossen wird, Abb.
2 eine Gießc-orrichtung mit eingesetzter Stützschale, die an der Außenseite mit
Auskleidungswerkstoff ausgegossen wird.
- Bei. der Ausführungsform
nach Abb. i ist i eine in die Sandform eingesetzte Stützschale aus Stahl, in deren
Innerm mit gewissem Abstande ein an seinem, oberen Ende mit einer Kernführung 3
versehener Sandkern 2 angeordnet ist. Die .Stützschale i ist ihrerseits wiederum
im gewissen Abstande von einem ringförmigen, als Kühlkörper wirkenden Metallblock
4. umgeben, wobei der Zwischenraum 5 zwischen Stützschale i und Ringblock 4 mit
Sand ausgefüllt ist. Der Sandkern 2 ist mit einem Hohlraum .6 versehen.
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Das Ausgießen des Formhohlraumes 7 zwischen Stützschale i und Sandkern
2 mit Auskleidungswerkstoff erfolgt durch den Eingußkana18, .an dessen unterem Ende
sich ohne Knick ein stetig gekrümmter toter Kanal 9 anschließt. Nach Füllung des
toten Kanals 9, der die Verunreinigungen des ersten Eingußstoffes aufnimmt, tritt
der Gießstoff durch den Anschnittkanal i o in den eigentlichen Formhohlraum ein
und anschließend in den Steiger i i.
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Durch den die Stützschale i umgebenden ringförmigen Metallblock ¢
wird erreicht, daß nach erfolgtem Ausgießen der AuskIeidungswerkstoff von der mit
der Stützschale i verschweißten Seite aus allmählich nach innen zu abkühlt, da der
Block q. die Wärme in stärkerem Maße durch die Stützschale i hindurch nach außen
abführt als der im Innern der Form befindliche Sandkern 2. Um die Abkühlung nach
dem Sandkern 2 zu, insbesondere bei Buchsen größeren Durchmessers, noch weiter zu
verzögern, empfiehlt es sich, wie bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel, den
Sandkern 2 mit einem Hohlraum 6 zu versehen. Die Anordnung der Sandschicht 5 zwischen
Stützschale i und Metallblock q. soll ein Abschrecken des Auskleidungswerkstoffes
während des Eingießens durch zu schnelle Wärmeableitung nach dem Metallblock q.
hin verhindern. .
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Bei der Ausführungsform nach Abb.2 ist in die Gießvorrichtung eine
Stützschale i 2 aus Stahl -eingesetzt, die sich mit ihrem. unteren erweiterten Ende
13 auf dem Sand abstützt. Im Innern der Stützschale i-- ist ein Metallkörper 14
angeordnet, der je nach den Erfordernissen mehr oder minder weit in den Sand
der Gießform unterhalb der Stützschale 12 hineinragen *und am unteren Ende notfalls
auch, wie strichpunktiert dargestellt, verdickt sein kann. Oberhalb der Stützschale
12 besitzt der Metallkörper 14 zur Führung in der innen aus Sand bestehenden Steigerbegrenzung
16 einen Zapfen 15. Besteht der Metallkörper 14 aus einem Werkstoff mit größerem
Ausdehnungskoeffizienten als die Stützschale 12, wird der Außendurchmesser dieses
Körpers so bemessen, daß zwischen Stahlkörper 14. und Stützschale 12 ein geringer-
Spielraum entsteht, der beim Eingießen des Auskleidungswerkstoffes beim Aufheizen
der Stützschale 12 und der anfänglich geringeren Aufheizung dies Metallkörpers 1
¢ gleichbleibt und erst nach dem Gießvorgang infolge der weiteren Aufheizung des
Metallkörpers 14 verschwindet. Das Eingießen des Auskleidungswerkstoffes erfolgt
wiederum durch den Eingießkanal8 nach Füllung des töten Kanals 9 durch den Anschnittkanal
i o. Oberhalb der Stützschale i2 ist auch hier ein Steiger ii vorgesehen. Infolge
der Anordnung des Metallkörpers 14 innerhalb der Stützschale 12 wird auch hier erreicht,
daß der Auskleidungswerkstoff von der an der Stützschale 12 anliegenden Fläche nach
außen zu allmählich erstarrt, wodurch Schrumpfrisse vermieden werden. Ein Abschrecken
des Auskleidungswerkstaffes während des Eingießens -ist :dabei durch den anfänglich
vorhandenen Spielraum zwischen Stützschale 12 und Metallkörper i,1 vermieden.
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Besteht der Metallkörper 1.1 aus einem Werkstoff, der einen gleichen
oder niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten als die Stützschale 12 besitzt, so erübrigt
sich beim Einsetzen des Metallkörpers i.1 ein Spielraum der Stützschale 12 gegenüber,
da während des Gießvorganges infolge der schnelleren Rufheizung der Stützschale
12 zunächst sowieso ein Spielraum entsteht, der erst nachträglich durch das Aufheizen
des Metallkörpers 14 allmählich verschwindet. Der eingesetzte Metallkörper 14 .besitzt
zur Erzielung eines Druckausgleichs in dem beim Gießvorgang vorhandenen Luftspalt
ins Freie führende Kanäle 17, 18.
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Um ein Eindringen des Auskleidungswerkstoffes in den Spielraum zwischen
Stützschale 12 und Metallkörper 14 zu verhindern, ist die am oberen Ende der Form
befindliche Fuge durch einen Metallring -i g abgedeckt, der mit einem Bund 2o die
Außenfläche der Stützschale 12 etwas umgreift. Das untere erweiterte Ende 13 der
Stützschale 12 ist aus dem gleichen Grund mit ringsum laufenden konzentrischen Rippen
21 versehen, die sich in den Sand eindrücken und so eine ausreichende Abdichtung
schaffen.