EP0890400B1 - Casting method for making metallic mouldings - Google Patents

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EP0890400B1
EP0890400B1 EP97810381A EP97810381A EP0890400B1 EP 0890400 B1 EP0890400 B1 EP 0890400B1 EP 97810381 A EP97810381 A EP 97810381A EP 97810381 A EP97810381 A EP 97810381A EP 0890400 B1 EP0890400 B1 EP 0890400B1
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EP
European Patent Office
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casting
heat
cooling
casting material
accordance
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EP97810381A
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German (de)
French (fr)
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EP0890400A1 (en
Inventor
Georg Habegger
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Wartsila NSD Schweiz AG
Original Assignee
Wartsila NSD Schweiz AG
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Publication date
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Priority to JP16884298A priority patent/JP4248623B2/en
Priority to KR1019980022535A priority patent/KR100567360B1/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D46/00Controlling, supervising, not restricted to casting covered by a single main group, e.g. for safety reasons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F2007/0097Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines

Definitions

  • the invention relates to a casting method for manufacturing of metallic castings according to the generic term of independent claim.
  • castings for example cast iron, specifically a gray cast iron alloy
  • a casting mold for example one in a mold pit modeled sand mold or a mold, placed where it solidifies by giving off heat to the casting mold.
  • Solidification runs complex chemical and physical Operations.
  • spatial and temporal The course of solidification of the cast material has a decisive one Influence on the developing structure and thus the mechanical properties of the casting.
  • the z. B. for gray cast iron alloys usually below 300 ° C is chosen to cool in the mold before leaving can be demolded.
  • the spatial and temporal The cooling process of the cast material has an essential one Influence on the mechanical properties for example the internal stresses of the castings. Since that The casting material increasingly heats up the casting mold Cooling rate of the cast material with increasing dwell time in the mold and can, for example, before Unpacking temperature reached below 1 ° C decrease per hour. This is the cooling time of the Foundry comparatively compared to the solidification time long.
  • large-volume castings such as B. Engine housings of large diesel engines often result Cooling down of several weeks. Because in foundries Only a few molded pits are available for reasons of space stand in which such large-volume castings the long cooling times are producible essential limiting factor for the achievable Production capacity and are therefore below disadvantageous economic aspects.
  • EP-A-0 065 208 deals with the manufacture thick-walled, container-like cast iron castings with nodular graphite (spheroidal graphite iron), such as as Transport container used for used fuel assemblies become.
  • nodular graphite spheroidal graphite iron
  • Transport container used for used fuel assemblies become.
  • To produce a fine-grained, low-segregation and pore-free casting structure is proposed Relentlessly building the mold core and the outer shape entire inner surface with a liquid, in the system evaporating liquid to cool and so pour to dimension that the cast iron solidifies in them before the eutectic solidification of the casting begins.
  • the lost mold core includes an iron sheet jacket with welded-on lid, which covers the inner surface shape the thick-walled container. The sheet metal jacket and the lid are separated after cooling and from removed the casting.
  • DE-C-855 151 discloses a process for the production of steel blocks with which the solidification of the Foundry goods should be accelerated by less To generate internal defects in the structure.
  • the mold according to DE-C-855 151 is a sand mold with an inner one Sheet metal jacket, which the outer boundary surface of the Steel blocks are formed and welded to the steel block.
  • several cooling coils are inlaid which water or compressed air is introduced. With these Cooling coils will cover the entire outer surface of the Steel blocks cooled.
  • a casting process for manufacturing metallic castings to provide the front does not have the disadvantages mentioned.
  • the casting process should produce as economically as possible allow metallic castings. In particular, it should enable the process, especially in Giesslingen large mass, to significantly reduce the cooling times. Furthermore, the casting process should make it possible also complex structured castings such as engine housings for large diesel engines, where one elaborate thermal post-processing can be dispensed with can be accepted without sacrificing quality Need to become.
  • the Casting method according to the invention for producing metallic castings from a cast material in which the cast material in a liquid state in a mold, in particular a sand mold, is introduced and that The cast material solidifies in the mold and cools, whereby the Cast material in the mold controlled by a cooling system is cooled, is particularly characterized by that depending on the geometry of the casting and the desired metallurgical effects at least local spatial area of the casting is specified in which the cast material is heated in a targeted and controlled manner withdrawn that the cooling system for the controlled Deprivation of heat in terms of its placement and shape is adapted to this local spatial area, and that controlled heat extraction only by means of flowing Air is made from this local area.
  • Controlled cooling can be spatially and temporally Solidification process and / or cooling process in the cast material control actively and specifically. This allows especially the cooling time that the cast material needs, to reach its unpacking temperature, considerably shorten.
  • the cast material is in the mold in at least one Specifiable spatial area targeted and controlled Deprived of heat.
  • solidification of the cast material controlled by targeted heat extraction become.
  • the cast material in the mold in several Specifiable and controlled spatial areas
  • To withdraw heat being the different areas of heat extracted from spatial areas are essentially independently controllable.
  • This has the particular advantage that the spatial course solidification and / or cooling active and can be influenced in a controlled manner.
  • the mechanical properties of the castings already at the Influencing manufacturing in a controlled manner.
  • the heat is extracted by means of air, because air enters inexpensive, easy to handle and is safe cooling medium.
  • the cooling system preferably comprises at least one Pipe system for the flowing air, through which the Foundry in at least one predeterminable spatial Targeted and controlled area of heat can be extracted.
  • This constructively simple measure makes it possible spatial and temporal solidification and / or The cooling process in the cast material is controlled too influence.
  • the pipe system can for example in or between the sand cores of the Sand form run.
  • the cooling system includes one preferred variant furthermore a transmission medium, which thermally connects the pipe system with the cast material coupled.
  • This transmission medium can in the simplest execution sand or a sand core.
  • Around to achieve better thermal contact can Transmission medium but also a better heat conductive Material, e.g. B. graphite.
  • the pipe system partly on or in graphite plates that are in direct physical contact with the Stand cast material.
  • the cooling system preferably comprises at least two Pipe systems for air, through which the cast material in targeted and several predeterminable spatial areas controlled heat is withdrawable, the means of amounts of heat extracted from different pipe systems are essentially independently controllable.
  • the inventive casting process for the production of metallic castings is particularly characterized by this characterized that the cast material in the mold controlled cooling or that a cooling system for controlled cooling of the cast material is provided.
  • controlled cooling means that - in the Difference to passive solidification or cooling down - heat is actively removed from the casting material or the casting mold and controls the amount of heat extracted can be influenced.
  • a first embodiment of the invention relates on the manufacture of engine housings for Large diesel engines, such as those used in shipbuilding be used.
  • engine housings for Large diesel engines such as those used in shipbuilding be used.
  • Such engine cases that are typically extremely complex, that means many cavities and recesses as well as a large one Have number of partitions of different thickness, are usually poured into sand molds that according to the desired shape of the one to be manufactured Castings, possibly taking into account one Machining allowance to be modeled.
  • Fig. 1 shows a partially schematic representation a motor housing 1 in a mold pit 2, which as Permanent form, i.e. designed for multiple use.
  • the engine housing 1 includes a crank chamber 11 and a cylinder space 12 in which two cylinders 122 are recognizable.
  • the motor housing usually comprises 1 several, for example ten or twelve cylinders 122, which are arranged in pairs in a row. On the further details of that shown in Fig. 1 Motor housing 1 is not discussed here because on the one hand, this is not essential for understanding the Invention and the other are well known.
  • the mold pit 2 for example made of cement sand consists of several sand cores.
  • a Sand core is made from a binder Quartz sand or another sand-like mineral z. B. by chemical or thermal curing created.
  • the individual sand cores that normally only are designed for single use, are in the Form pit assembled or combined such that the cavities between them in their entirety essentially the shape of the casting to be made for the motor housing 1 correspond.
  • the 1 shows essentially all cavities and recesses in the motor housing 1 to be produced and the space between the motor housing 1 and the Floor 21 or the inner wall 22 of the mold pit 2 through appropriately shaped sand cores. Because of better clarity is in Fig. 1 on a explicit representation of the sand cores waived and therefore the motor housing 1 shown by the The totality of voids between and in the sand cores is formed.
  • the sand mold After the sand mold is created this way, it will liquid castings, usually a cast iron alloy, poured into the sand mold and flows into the cavities, where it solidifies and cools, causing the depicted Motor housing 1 is created.
  • liquid castings usually a cast iron alloy
  • a cooling system is controlled Cooling of the cast material.
  • the illustrated embodiment includes the cooling system several pipe systems that include a crankcase cooler 3 (see Fig. 2 and Fig. 3) and a floor cooler 4 (see Fig. 4) form.
  • a pipe becomes fluid through the pipe systems
  • the heat transfer medium moves the casting material or the casting mold Deprives heat. Air is used as the heat transfer medium because this medium is easy to use, harmless, inexpensive and efficient, even with the usual high temperatures of the cast material.
  • the air can for example by means of a fan or Blower can be moved through the pipe systems.
  • the one The amount of heat extracted from the casting material can be Flow rate of air in relation to time in simple Way through valves, throttle valves or other Control dosing devices. For example, by increasing the flow velocity of the air or by increasing the pressure of the air fed in Increase cooling capacity of the cooling system. In practice it has it has proven itself to supply compressed air of up to a few bar Feed pipe systems.
  • the control of the in the individual pipe systems flowing air volumes can both input and output of the pipe systems respectively. The control takes place for practical reasons but preferably on the output side.
  • two are in essential independent pipe systems provided, namely the crankcase cooler 3 and the floor cooler 4.
  • This is it is possible to cast the casting material in different spatial Extract areas in a targeted and controlled manner, whereby the amounts of heat extracted from the various areas in the are essentially independently controllable.
  • Temperature profile i.e. the temperature distribution in the Casting, controlled influence.
  • the pipes of the pipe system in the mold can be the spatial areas in which the casting material is Pipe systems pretend heat is withdrawn.
  • the explicit The design and placement of the pipe systems is based depending on the geometry of the casting and the concrete Application.
  • the Crankcase cooler 3 the cast material in the border area between the crank chamber 11 and the cylinder chamber 12, that is where there is one due to the geometry of the casting Heat build-up can occur, locally extracting heat.
  • the Floor cooler 4 is used to extract heat from the floor area the engine housing 1.
  • temperature sensors 5a, 5b, 5c for example thermocouples cast in the cast material, provided with which show the local temperature of the casting different places is continuously recorded.
  • there is a first Temperature sensor 5a in the bottom area a second Temperature sensor 5b in the center of the border area between Cylinder 12 and crank chamber 11 and a third Temperature sensor 5c in the flange area of the motor housing 1 provided. From the measured values of the three The current temperature sensors 5a, 5b, 5c Determine the temperature profile in the cast material.
  • the Temperature sensors 5a, 5b, 5c transmit their measured values for example to a regulation 6, by means of which the Air volumes in the pipe systems can be controlled.
  • the Regulation 6 sets the flow rate of air in the individual pipe systems, for example via a corresponding control of not shown Throttle devices controlled such that, depending on current temperature profile in the Giessling, the one or other spatial area of the casting a larger one or less heat is withdrawn per time. It comes for example in the area of the second temperature sensor 5b to a heat accumulation, recognizable by a large one Difference between that of the second temperature sensor 5b and the third temperature sensor 5c measured Temperatures, so the regulation 6 Cooling capacity of the crankcase cooler 3 by enlarging the flow rate in air increases so that this approach the two temperatures.
  • the pipe system forming the crankcase cooler 3 is in 2 is shown in a side view and in Fig. 3rd in a view from the direction III-III in Fig. 2.
  • the crankcase cooler is preferably 3rd in one piece from a tube, for example a steel tube manufactured.
  • the crankcase cooler 3 has a supply Leg 31, which is in a curved, the shape of an almost closed S having part 33 passes.
  • the other End of the S-shaped part 33 goes into a laxative Leg 32 over, which is substantially parallel to that feeding leg 31 runs.
  • the S-shaped part 33 of the crankcase cooler is arranged in the mold, that it is provided with the reference number 30 in FIG Area contacted, which is essentially the limit between the crank chamber 11 and the cylinder chamber 12 forms.
  • this surface 30 are two elbows of the S-shaped part 33 relative inclined towards each other so that they are in the side view 2 form a V.
  • the two bow pieces of the Part 33 are curved so that they the wall of the Follow cylinder 122.
  • several heat-conducting plates 34 for example made of graphite, with which the Crankcase cooler 3 rests on surface 30. Thereby is a homogeneous and good heat transfer from guaranteed the cast material in the crankcase cooler 3.
  • the feeding and laxative legs 31, 32 each run according to the Representation in Fig. 1 of the surface 30 through the Crank chamber 11 upwards.
  • the feeding legs 31 are either individually or through a common central Line into which they flow, with a Air supply means, for example a fan or a blower.
  • the laxative legs 32 are used for better control and monitoring preferably each individually out of the mold.
  • the pipe system forming the floor cooler 4 is shown in FIG. 4 shown.
  • the floor cooler 4 is in the bottom of the molding pit 2 arranged and comprises a main line 41, which essentially over the entire width of the Motor housing 1 extends. From the main line 41 branches four each essentially U-shaped tubes 42 from each of which only one leg with the Main feed line 41 is connected. Through these legs the air flows, as indicated by the arrows in FIG. 4, into the U-shaped tubes. The other legs of the U-shaped tubes 42 each lead to an outlet 43 for the exhaust air. For better control and monitoring the outputs 43 are individually led out of the mold. Are between the legs of the U-shaped tubes 42 several steel plates 44 arranged, for example welded in to ensure even cooling of the To achieve bottom area of the motor housing 1.
  • the tubes of the floor cooler 4 can, for example be made of steel.
  • the cooling time of the engine case in the mold 1 and thus the required production time to shorten significantly, and the residual stresses in the Reduce the casting to the extent that subsequent stress relief annealing can be dispensed with can.
  • the first goal is achieved through active heat extraction from the cast material by means of the pipe systems directed air reached. This is the heat dissipated much faster than, for example, the allow passive cooling.
  • Practice shows that the cooling time by means of the active controlled cooling, So the time that the motor housing 1 in the mold needed to reach its unpacking temperature, in Compared to passive cooling to less than one Can shorten thirds. This means under economic progress.
  • the emerging from the pipe systems heated air used to dry other molds can be so that the contained in the heated air Energy doesn't go unused.
  • the second goal can be achieved by using the Controlled cooling of the Temperature profile in the area of the temperature sensors 5a and 5b to the temperature profile in the area of Temperature sensor 5c is adjusted. This means, that by regulating the flow rates of air in the Crankcase cooler 3 and in the floor cooler 4 Temperature gradient over the cast material is minimized. By controlled and local heat extraction from the different areas of the cast material, it is possible the cast material is very homogeneous, i.e. with very little internal To cool down temperature differences. Where the Heat builds up, for example in the area of Temperature sensor 5b, the cooling capacity of the corresponding pipe system (crankcase cooler 3) increases that the local heat extraction Temperature to that in the area of the temperature sensor 5c aligned.
  • This homogeneous cooling allows drastically reduce the residual stress in the casting. It is also possible in the area of the temperature sensor 5b to cool so much that here a lower one locally Temperature prevails than in the area of the temperature sensor 5c and the temperature sensor 5a. In principle, it is possible in the area of the temperature sensor 5b To generate compressive stresses.
  • the Invention of both the spatial cooling process (Temperature profile) as well as the temporal cooling process Influence (cooling rate) in a controlled manner means a significant expansion of the casting technology Opportunities because of the spatial and temporal Cooling process of the cast material under metallurgical Aspects, depending on the geometry and desired mechanical Properties of the cast part to be produced, can be optimized is.
  • FIGS. 5-9 Variants for heat transfer between the cast material 10 and the heat transfer air, which is in a line 8 one of the pipe systems moved, shown.
  • the Air is symbolized by an arrow shown.
  • Fig. 5 runs the line 8 inside a sand core 9, so that the Sand is the transmission medium, which the Pipe system thermally coupled to the cast material.
  • Fig. 6, Fig. 7 and Fig. 9 as Transmission medium a better heat-conducting material, preferably graphite 20 to use.
  • the line 8 is completely of the Surrounded by graphite 20.
  • Suitable for this is, for example, graphite powder, Graphite granules, or graphite powder or granules, the with a good heat-conducting resin, e.g. B. furan binders, is mixed.
  • the line 8 is surrounded by an iron body 21, poured into the iron body 21, for example. Is between the iron body 21 and the cast material 10 again graphite 20 is provided.
  • a second embodiment of the invention relates focus on the production of large eccentric wheels that for example in large presses such as automobile presses be used.
  • the first embodiment primarily demonstrated how by means of the invention the cooling process in the cast material is controllable the second embodiment primarily as the invention advantageous for controlling the solidification process in Cast material can be used.
  • Such eccentric wheels 50 usually have to Sprocket 51 very good mechanical properties, in particular have a very high hardness, around which To withstand the requirements in operation in the long term. there the structure in the area of the ring gear 51 should also be free of cementite excretions. These high Structural requirements are familiar with Casting process not feasible, so that the structure of the Castings after removal from the mold using complex thermal aftertreatment (e.g. normalization annealing with cooling in air and then Stress relieving) has to be formed in order to B. the to achieve the desired hardness.
  • complex thermal aftertreatment e.g. normalization annealing with cooling in air and then Stress relieving
  • a great disadvantage due to the processing costs it is that the Microstructure of the entire eccentric wheel 50 due to the thermal Post-treatment is reshaped and not just the areas which should have the great hardness.
  • Controlled cooling according to the invention allows now in the area that should be extremely hard, namely in the area of the ring gear 51, the solidification accelerate through targeted heat extraction in such a way that the ring gear 51 has a very fine structure with small has eutectic cells and completely pearlitic is. Due to the controlled cooling, the Desired hardness on the ring gear 51 without thermal Aftertreatment can be realized, with the rest of the Eccentric wheel 50 remains essentially unaffected.
  • this includes Cooling system multiple cooler plates 60 along the The circumference of the eccentric wheel 50 is arranged. To the better heat transfer is between each cooler plate 60 and the eccentric wheel 50 each have a good thermal conductivity Medium, for example a graphite element 70, where a surface of the graphite elements 70 to each Eccentric wheel curvature is adjusted.
  • a good thermal conductivity Medium for example a graphite element 70, where a surface of the graphite elements 70 to each Eccentric wheel curvature is adjusted.
  • the cooler plate 60 is in one in FIG Supervision shown.
  • the cooler plate 60 has an in essentially cuboid shape and has Pipe system that in this embodiment as a one-piece pipeline 61 is configured.
  • the Pipeline 61 leads from an inlet 62 for the Cold air through the interior of the cuboid cooler plate 60 to an outlet 63.
  • the pipeline 61 initially runs parallel to the circumference following the radiator plate 60 then curves in the direction the center of the cooler plate 60 and leads in reverse Direction back to outlet 63. Die The direction of air flow is shown in FIGS. 11 and 12 indicated by the arrows.
  • the cooler plate 60 can for example from a solid steel or iron cuboid exist in which the pipe 61 is cast.
  • the various cooler plates 60 can individually, in groups or together, each by the Inlet 62 are supplied with air.
  • Cooler plates 60 By controlling the Flow rate of air flowing through the air per time Cooler plates 60 flows, which can be the in the cast Area of the ring gear 51 specifically extracted amount of heat Taxes. This allows the solidification of the cast material accelerate locally in a controlled manner.
  • the area of the Giesslings specify in which through targeted and controlled heat extraction accelerates solidification shall be.
  • the invention thus also enables the spatial and temporal solidification process in the cast material controlled influence. This also results an expansion of the casting possibilities because a targeted, local influencing of the Solidification-forming structure can be realized.
  • a third embodiment of the invention relates focus on the production of castings, the massive, have thick areas or blocks in which comparatively thin holes are provided.
  • Fig. 13 shows a section of such a casting, the a solid block 80 (shown hatched) in which a comparatively thin bore 81 is provided. Also the one in FIG. 13 in a detail shown casting is not, for example, in one cast sand mold shown.
  • a sand core 90 is provided, which keeps liquid casting material away from the space of the mold where the casting should later have the thin bore 81. It is a known problem with conventional ones Casting process that there is such thin Bores 81 comes to considerable heat build-up.
  • the controlled cooling according to the invention allows also solve this problem.
  • a Pipe system which runs inside the sand core 90, and through which air is moved as a heat carrier, targeted to the spatial area of the casting Extracted heat that contains the thin bore 81. Consequently the solidification and / or the Cooling of the cast material in the area of the thin bore 81 accelerate and through a corresponding regulation of Also control the flow rate of air.
  • can heating the sand core 90 over its Penetration temperature can be avoided efficiently.
  • the air flowing through the pipe 91 is indicated by the arrows.
  • Such a double U-shaped Tube 91 can be manufactured by a first straight tube is bent into a U and then the round end of the U towards the open end of the U is bent.
  • Sand casting methods refer to, that is the invention of course, not limited to such examples.
  • she is also for mold casting processes or molds (metallic, mostly made of cast iron Casting molds), suitable or for such casting processes, in which a part of the casting through chill molds and a other part is shaped by a sand mold.
  • molds metal, mostly made of cast iron Casting molds
  • the pipe systems for the heat transfer medium in the wall of the Provide mold it is possible, for example, the pipe systems be poured into the mold.
  • the casting method according to the invention thus allows through the controlled cooling the spatial and temporal solidification and / or cooling process in the To influence the castings in a controlled manner. Let her through yourself Cooling times, especially for large-scale castings reduce significantly. Metallic castings can also be used very good quality without being made for it elaborate thermal post-processing, such as for example stress relief annealing to reduce Internal stresses or normalization annealing Structural transformation is necessary. This means one considerable time and cost savings.
  • the placement and the spatial course of the cooling system depends on the geometry of the manufactured Giesslings and according to the specific application, the means after the desired metallurgical effects. Based on these criteria, the spatial Specified areas of the cast material to which targeted and controlled heat is to be extracted.

Description

Die Erfindung betrifft ein Giessverfahren zum Herstellen von metallischen Giesslingen gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a casting method for manufacturing of metallic castings according to the generic term of independent claim.

Bei Giessverfahren zur Herstellung metallischer Giesslinge wird ein Giessgut, beispielsweise Gusseisen, speziell eine Grauguss-Legierung, im flüssigen Zustand in eine Giessform, beispielsweise eine in einer Formgrube modellierte Sandform oder eine Kokille, eingebracht, wo es durch Wärmeabgabe an die Giessform erstarrt. Bei der Erstarrung laufen komplexe chemische und physikalische Vorgänge ab. Insbesondere der räumliche und zeitliche Erstarrungsverlauf des Giessguts hat einen entscheidenden Einfluss auf das sich entwickelnde Gefüge und damit die mechanischen Eigenschaften des Giesslings.In casting processes for the production of metallic Castings become castings, for example cast iron, specifically a gray cast iron alloy, in the liquid state a casting mold, for example one in a mold pit modeled sand mold or a mold, placed where it solidifies by giving off heat to the casting mold. In the Solidification runs complex chemical and physical Operations. In particular the spatial and temporal The course of solidification of the cast material has a decisive one Influence on the developing structure and thus the mechanical properties of the casting.

Nach erfolgter Erstarrung muss der Giessling noch bis zum Erreichen einer sogenannten Auspacktemperatur, die z. B. für Grauguss-Legierungen üblicherweise unter 300°C gewählt wird, in der Giessform abkühlen, bevor er entformt werden kann. Auch der räumliche und zeitliche Abkühlverlauf des Giessguts hat einen wesentlichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften beispielsweise die Eigenspannungen des Giesslings. Da das Giessgut die Giessform zunehmend aufheizt, nimmt die Abkühlrate des Giessguts mit zunehmender Verweilzeit in der Giessform ab und kann beispielsweise vor dem Erreichen der Auspacktemperatur auf Werte von unter 1°C pro Stunde absinken. Dadurch ist die Abkühlzeit des Giessguts gegenüber der Erstarrungszeit vergleichsweise lang. Für grossvolumige Giesslinge wie z. B. Motorengehäuse von Grossdieselmotoren resultieren häufig Abkühlzeiten von mehreren Wochen. Da in Giessereien aus Platzgründen nur einige wenige Formgruben zur Verfügung stehen, in denen solche grossvolumigen Giesslinge herstellbar sind, stellen die langen Abkühlzeiten einen wesentlichen beschränkenden Faktor für die erzielbare Produktionskapazität dar und sind daher unter wirtschaftlichen Aspekten nachteilig.After solidification, the casting must still be Reaching a so-called unpacking temperature, the z. B. for gray cast iron alloys usually below 300 ° C is chosen to cool in the mold before leaving can be demolded. Also the spatial and temporal The cooling process of the cast material has an essential one Influence on the mechanical properties for example the internal stresses of the castings. Since that The casting material increasingly heats up the casting mold Cooling rate of the cast material with increasing dwell time in the mold and can, for example, before Unpacking temperature reached below 1 ° C decrease per hour. This is the cooling time of the Foundry comparatively compared to the solidification time long. For large-volume castings such as B. Engine housings of large diesel engines often result Cooling down of several weeks. Because in foundries Only a few molded pits are available for reasons of space stand in which such large-volume castings the long cooling times are producible essential limiting factor for the achievable Production capacity and are therefore below disadvantageous economic aspects.

Ein weiterer Nachteil bekannter Giessverfahren liegt darin, dass häufig, vor allem bei Giesslingen grosser Masse, der Erstarrungsverlauf im Giessgut, insbesondere die Erstarrungszeit, unter metallurgischen Aspekten nicht optimal ist, so dass sich ein Gefüge ausbildet, welches nicht die gewünschten Eigenschaften aufweist. Deshalb muss das Gefüge des Giesslings, nachdem dieser entformt ist, durch zeit- und kostenintensive thermische Nachbehandlung, wie beispielsweise Umwandlungsglühen oder Normalisierungsglühen, verändert werden.Another disadvantage of known casting processes is in the fact that often larger, especially in Giesslingen Mass, the solidification process in the cast material, in particular the solidification time, not from a metallurgical point of view is optimal so that a structure is formed which does not have the desired properties. Therefore the structure of the casting must be removed after it has been demolded is, through time-consuming and costly thermal Aftertreatment, such as conversion annealing or Normalization annealing, can be changed.

Ferner haben heute bekannte Giessverfahren den Nachteil, dass der Abkühlverlauf des Giessguts häufig zu erheblichen und problematischen Eigenspannungen, insbesondere Zugspannungen, im Innern des Giesslings führt. Dieses Problem ist besonders ausgeprägt bei Giesslingen, die eine komplexe Struktur aufweisen, wie beispielsweise Motorengehäuse für Grossdieselmotoren. Solche Motorengehäuse (siehe z. B. Fig. 1) weisen zahlreiche Ausnehmungen, innere Hohlräume unterschiedlichster Abmessungen und Trennwände mit sehr verschiedenen Wandstärken auf. Insbesondere bei solch komplexen Giesslingen können Eigenspannungen sehr leicht zu Dimensionsänderungen oder Rissen führen, so dass eine sehr zeit- und kostenintensive thermische Nachbehandlung, beispielsweise ein Spannungsarmglühen, unabdingbar ist, um eine vertretbare Qualität des Giesslings zu gewährleisten.Furthermore, known casting processes have the disadvantage that that the cooling process of the cast material often increases considerable and problematic residual stresses, in particular tensile stresses inside the casting leads. This problem is particularly pronounced in Castings that have a complex structure, such as for example engine housings for large diesel engines. Such motor housings (see e.g. Fig. 1) have numerous recesses, internal cavities different dimensions and partitions with very different wall thicknesses. Especially with such complex castings can withstand internal stresses very easily lead to dimensional changes or cracks, so that a very time and cost intensive thermal aftertreatment, for example, stress relieving is indispensable, to a reasonable quality of the casting guarantee.

Die EP-A-0 065 208 befasst sich mit der Herstellung dickwandiger, behälterartiger Gussstücke aus Gusseisen mit Kugelgrafit (Sphäroguss), wie sie beispielsweise als Transportbehälter für gebrauchte Brennelemente verwendet werden. Zur Erzeugung eines feinkörnigen, seigerungsarmen und porenfreien Gussgefüges wird vorgeschlagen, den Formkern und die Aussenform unnachgiebig aufzubauen, die gesamte innere Oberfläche mit einer flüssigen, im System verdampfenden Flüssigkeit zu kühlen und die Eingüsse so zu bemessen, dass das Gusseisen in ihnen erstarrt, bevor die eutektische Erstarrung des Gussstücks einsetzt. Der verlorene Formkern umfasst dabei einen Eisenblechmantel mit aufgeschweisstem Deckel, welche die innere Oberfläche des dickwandigen Behälters formen. Der Blechmantel und der Deckel werden nach der Abkühlung aufgetrennt und von dem Güssstück entfernt.EP-A-0 065 208 deals with the manufacture thick-walled, container-like cast iron castings with nodular graphite (spheroidal graphite iron), such as as Transport container used for used fuel assemblies become. To produce a fine-grained, low-segregation and pore-free casting structure is proposed Relentlessly building the mold core and the outer shape entire inner surface with a liquid, in the system evaporating liquid to cool and so pour to dimension that the cast iron solidifies in them before the eutectic solidification of the casting begins. The lost mold core includes an iron sheet jacket with welded-on lid, which covers the inner surface shape the thick-walled container. The sheet metal jacket and the lid are separated after cooling and from removed the casting.

Die DE-C-855 151 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Stahlblöcken, mit welchem die Erstarrung des Giessguts beschleunigt werden soll, um weniger Innenfehler im Gefüge zu erzeugen. Die Giessform gemäss DE-C-855 151 ist eine Sandform mit einem innenliegenden Blechmantel, welcher die äussere Begrenzungsfläche des Stahlblocks formt und mit dem Stahlblock verschweisst. In die Sandform sind mehrere Kühlschlangen eingelegt, in welche Wasser bzw. Pressluft eingebracht wird. Mit diesen Kühlschlangen wird die gesamte äussere Oberfläche des Stahlblocks gekühlt.DE-C-855 151 discloses a process for the production of steel blocks with which the solidification of the Foundry goods should be accelerated by less To generate internal defects in the structure. The mold according to DE-C-855 151 is a sand mold with an inner one Sheet metal jacket, which the outer boundary surface of the Steel blocks are formed and welded to the steel block. In the sand mold, several cooling coils are inlaid which water or compressed air is introduced. With these Cooling coils will cover the entire outer surface of the Steel blocks cooled.

Beiden Verfahren ist gemeinsam, dass beide nur für sehr einfache symmetrische Gussstücke einsetzbar sind. Es wird ein verlorener Blechmantel benötigt, der entweder die gesamte innere oder die gesamte äussere Oberfläche des Gussstücks formt.Both methods have in common that both only for very simple symmetrical castings can be used. It will a lost sheet metal jacket that needs either the entire inner or the entire outer surface of the Casting forms.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Giessverfahren zur Herstellung metallischer Giesslinge bereitzustellen, welche die vorne genannten Nachteile nicht aufweist. Das Giessverfahren soll eine möglichst wirtschaftliche Herstellung metallischer Giesslinge erlauben. Insbesondere soll es das Verfahren ermöglichen, speziell bei Giesslingen grosser Masse, die Abkühlzeiten deutlich zu reduzieren. Ferner soll es durch das Giessverfahren möglich sein, auch komplex strukturierte Giesslinge wie Motorengehäuse für Grossdieselmotoren herzustellen, bei denen auf eine aufwendige thermische Nachbearbeitung verzichtet werden kann, ohne dass dabei Qualitätseinbussen in Kauf genommen werden müssen.Based on this state of the art, it is therefore one Object of the invention, a casting process for manufacturing metallic castings to provide the front does not have the disadvantages mentioned. The casting process should produce as economically as possible allow metallic castings. In particular, it should enable the process, especially in Giesslingen large mass, to significantly reduce the cooling times. Furthermore, the casting process should make it possible also complex structured castings such as engine housings for large diesel engines, where one elaborate thermal post-processing can be dispensed with can be accepted without sacrificing quality Need to become.

Der diese Aufgaben in verfahrenstechnischer Hinsicht lösende Gegenstand der Erfindung ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gekennzeichnet. Das erfindungsgemässe Giessverfahren zum Herstellen von metallischen Giesslingen aus einem Giessgut, bei welchem das Giessgut im flüssigen Zustand in eine Giessform, insbesondere eine Sandform, eingebracht wird und das Giessgut in der Giessform erstarrt und abkühlt, wobei das Giessgut in der Giessform mit einem Kühlsystem gesteuert gekühlt wird, ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Geometrie des Giesslings und den gewünschten metallurgischen Effekten wenigstens ein lokaler räumlicher Bereich des Giesslings vorgegeben wird, in welchem dem Giessgut gezielt und gesteuert Wärme entzogen wird, dass das Kühlsystem für den gesteuerten Wärmeentzug bezüglich seiner Platzierung und seiner Form an diesen lokalen räumlichen Bereich angepasst wird, und dass der gesteuerte Wärmeentzug nur mittels strömender Luft aus diesem lokalen Bereich erfolgt. Durch die gesteuerte Kühlung lässt sich der räumliche und zeitliche Erstarrungsverlauf und/oder Abkühlverlauf im Giessgut aktiv und gezielt kontrollieren. Hierdurch lässt sich insbesondere die Abkühlzeit, die das Giessgut benötigt, um seine Auspacktemperatur zu erreichen, erheblich verkürzen. Somit steht z. B. die Formgrube, in welcher sich die Giessform befindet, wesentlich schneller für neue Giessvorgänge zur Verfügung, so dass eine deutliche Steigerung der Produktionskapazität bei gleichbleibendem Platzbedarf ermöglicht wird.Of these tasks from a procedural point of view Solving object of the invention is by the features of the independent claim. The Casting method according to the invention for producing metallic castings from a cast material, in which the cast material in a liquid state in a mold, in particular a sand mold, is introduced and that The cast material solidifies in the mold and cools, whereby the Cast material in the mold controlled by a cooling system is cooled, is particularly characterized by that depending on the geometry of the casting and the desired metallurgical effects at least local spatial area of the casting is specified in which the cast material is heated in a targeted and controlled manner withdrawn that the cooling system for the controlled Deprivation of heat in terms of its placement and shape is adapted to this local spatial area, and that controlled heat extraction only by means of flowing Air is made from this local area. Through the Controlled cooling can be spatially and temporally Solidification process and / or cooling process in the cast material control actively and specifically. This allows especially the cooling time that the cast material needs, to reach its unpacking temperature, considerably shorten. Thus z. B. the mold pit in which the mold is much faster for new casting processes are available, so that a clear Increase in production capacity with the same Space requirement is made possible.

Dem Giessgut wird in der Giessform in wenigstens einem vorgebbaren räumlichen Bereich gezielt und gesteuert Wärme entzogen. Somit kann beispielsweise die Erstarrung des Giessguts durch gezielten Wärmeentzug gesteuert werden. Durch diese Massnahme ist es z. B. möglich, wenigstens einen räumlichen Bereich des Giessguts sehr schnell zum Erstarren zu bringen. Dies hat den Vorteil, dass das sich ausbildende Gefüge des erstarrenden Giessguts bereichsweise beeinflussbar ist. So können z. B. in vorgebbaren Bereichen des Giessguts durch die gezielte gesteuerte und rasche Erstarrung grosse Härtewerte erreicht werden, ohne dass dafür eine thermische Nachbehandlung wie beispielsweise Umwandlungsglühen vonnöten ist.The cast material is in the mold in at least one Specifiable spatial area targeted and controlled Deprived of heat. Thus, for example, solidification of the cast material controlled by targeted heat extraction become. By this measure it is e.g. B. possible at least a spatial area of the cast material very much to quickly freeze. This has the advantage that the developing structure of the solidifying Foundry can be influenced in some areas. So z. B. in predefinable areas of the casting by targeted controlled and rapid solidification large Hardness values can be achieved without a thermal aftertreatment such as Transformational annealing is necessary.

Ferner ist es bei dem erfindungsgemässen Giessverfahren bevorzugt, dem Giessgut in der Giessform in mehreren vorgebbaren räumlichen Bereichen gezielt und gesteuert Wärme zu entziehen, wobei die den verschiedenen räumlichen Bereichen entzogenen Wärmemengen im wesentlichen unabhängig voneinander regelbar sind. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass der räumliche Verlauf der Erstarrung und/oder der Abkühlung aktiv und kontrolliert beeinflussbar ist. Somit lassen sich die mechanischen Eigenschaften des Giesslings bereits bei der Herstellung kontrolliert beeinflussen.It is also the casting method according to the invention preferred, the cast material in the mold in several Specifiable and controlled spatial areas To withdraw heat, being the different areas of heat extracted from spatial areas are essentially independently controllable. This has the particular advantage that the spatial course solidification and / or cooling active and can be influenced in a controlled manner. Thus, the mechanical properties of the castings already at the Influencing manufacturing in a controlled manner.

Der Wärmeentzug erfolgt mittels Luft, weil Luft ein kostengünstiges, unproblematisch zu handhabendes und ungefährliches Kühlmedium ist.The heat is extracted by means of air, because air enters inexpensive, easy to handle and is safe cooling medium.

Bei einer bevorzugten Verfahrensführung wird mittels Temperatursensoren an unterschiedlichen Stellen des Giessguts die jeweilige lokale Temperatur kontinuierlich erfasst und das daraus bestimmbare Temperaturprofil zur Steuerung des Kühlens herangezogen. Somit lässt sich das räumliche Temperaturprofil ständig überwachen und durch die gesteuerte Kühlung aktiv beeinflussen.In a preferred procedure, means Temperature sensors at different points in the Poured the local temperature continuously recorded and the temperature profile that can be determined from it Control of cooling used. So you can constantly monitor and through spatial temperature profile actively influence the controlled cooling.

Dabei ist es insbesondere beim Abkühlen des Giessguts vorteilhaft, wenn der Temperaturgradient über das Giessgut minimiert wird. Dadurch lassen sich nämlich, speziell auch bei komplex strukturierten Giesslingen wie Gehäusen von Grossdieselmotoren, Zugspannungen im Giessling zumindest drastisch reduzieren, so dass auf eine thermische Nachbehandlung wie Spannungsarmglühen verzichtet werden kann, ohne dafür Qualitätseinbussen in Kauf nehmen zu müssen. Es ist sogar möglich, im Innern des Giesslings Druckspannungen zu erzeugen.It is particularly important when the cast material cools down advantageous if the temperature gradient over the Foundry is minimized. This means that especially with complex structured castings such as Housings of large diesel engines, tensile stresses in the At least drastically reduce Giessling so that on thermal aftertreatment such as stress relieving can be dispensed with without sacrificing quality To have to buy. It is even possible inside of the casting to generate compressive stress.

Vorzugsweise umfasst das Kühlsystem mindestens ein Rohrsystem für die strömende Luft, durch welches dem Giessgut in wenigstens einem vorgebbaren räumlichen Bereich gezielt und gesteuert Wärme entziehbar ist. Diese konstruktiv einfache Massnahme ermöglicht es, den räumlichen und zeitlichen Erstarrungs- und/oder Abkühlverlauf in dem Giessgut kontrolliert zu beeinflussen.The cooling system preferably comprises at least one Pipe system for the flowing air, through which the Foundry in at least one predeterminable spatial Targeted and controlled area of heat can be extracted. This constructively simple measure makes it possible spatial and temporal solidification and / or The cooling process in the cast material is controlled too influence.

Vorzugsweise wird ein direkter Kontakt zwischen dem Giessgut und dem Rohrsystem vermieden, um eine Schädigung des Rohrsystems zu vermeiden. Das Rohrsystem kann beispielsweise in oder zwischen den Sandkernen der Sandform verlaufen. Das Kühlsystem umfasst bei einer bevorzugten Variante ferner ein Übertragungsmedium, welches das Rohrsystem thermisch mit dem Giessgut koppelt. Dieses Übertragungsmedium kann in der einfachsten Ausführung Sand bzw. ein Sandkern sein. Um einen besseren Wärmekontakt zu erzielen, kann das Übertragungsmedium aber auch ein besser wärmeleitendes Material, z. B. Grafit, enthalten. Beispielsweise kann das Rohrsystem teilweise auf oder in Grafitplatten verlaufen, die in direktem körperlichen Kontakt mit dem Giessgut stehen.Preferably there is direct contact between the Foundry and the pipe system avoided to damage to avoid the pipe system. The pipe system can for example in or between the sand cores of the Sand form run. The cooling system includes one preferred variant furthermore a transmission medium, which thermally connects the pipe system with the cast material coupled. This transmission medium can in the simplest execution sand or a sand core. Around to achieve better thermal contact can Transmission medium but also a better heat conductive Material, e.g. B. graphite. For example the pipe system partly on or in graphite plates that are in direct physical contact with the Stand cast material.

Vorzugsweise umfasst das Kühlsystem mindestens zwei Rohrsysteme für Luft, durch welche dem Giessgut in mehreren vorgebbaren räumlichen Bereichen gezielt und gesteuert Wärme entziehbar ist, wobei die mittels der unterschiedlichen Rohrsysteme entzogenen Wärmemengen im wesentlichen unabhängig voneinander regelbar sind. Durch diese Massnahme ist es möglich, insbesondere den räumlichen Verlauf der Erstarrung und/oder der Abkühlung im Giessgut aktiv zu beeinflussen. Somit lässt sich je nach Giessling bzw. je nach seinen gewünschten Eigenschaften der jeweils unter metallurgischen Aspekten günstigste Verlauf der Erstarrung und/oder der Abkühlung realisieren. The cooling system preferably comprises at least two Pipe systems for air, through which the cast material in targeted and several predeterminable spatial areas controlled heat is withdrawable, the means of amounts of heat extracted from different pipe systems are essentially independently controllable. By this measure is possible, especially the spatial course of solidification and / or cooling to actively influence in the cast material. So you can according to Giessling or according to his desired Properties of each under metallurgical aspects most favorable course of solidification and / or cooling realize.

Insbesondere ist es günstig, eine Regelung vorzusehen, welche die entzogenen Wärmemengen so steuert, dass der Temperaturgradient über das Giessgut minimal ist. Dadurch lassen sich Zugspannungen im Giessling deutlich reduzieren oder sogar Druckspannungen erzeugen ohne die Notwedigkeit thermischer Nachbehandlungen wie z. B. Spannungsarmglühen.In particular, it is advantageous to provide a regulation which controls the amount of heat withdrawn so that the Temperature gradient over the cast material is minimal. Thereby tensile stresses in Giessling can be clearly seen reduce or even generate compressive stress without that Necessity of thermal post-treatments such. B. Stress relief.

Da keine zeit- und kostenintensiven thermischen Nachbehandlungen vonnöten sind, ist das erfindungsgemässe Giessverfahren besonders wirtschaftlich.Because there are no time-consuming and expensive thermal Post-treatments are required, this is the inventive Casting process particularly economical.

Weitere vorteilhafte Massnahmen und bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Other advantageous measures and preferred Refinements result from the dependent Claims.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der schematischen nicht massstäblichen Zeichnung zeigen:

Fig. 1
eine Darstellung eines Motorengehäuses in einer Formgrube zur Verdeutlichung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 2
eine Seitenansicht eines Rohrsystems zum Wärmeentzug aus dem Kurbelraum des Motorengehäuses aus Fig. 1,
Fig. 3
eine Aufsicht auf das Rohrsystem aus der Blickrichtung III-III in Fig. 2,
Fig. 4
eine Darsteluung eines Rohrsystems zur Bodenkühlung des Motorengehäuses aus Fig. 1,
Fig. 5-9
schematische Darstellungen verschiedener Varianten für die Wärmeübertragung zwischen Giessgut und Wärmeträger,
Fig. 10
eine Darstellung eines Exzenterrads zur Verdeutlichung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 11
einen Querschnitt durch das Exzenterrad entlang der Schnittlinie XI-XI in Fig. 10,
Fig. 12
eine Aufsicht auf eine Kühlerplatte, und
Fig. 13
einen massiven Block mit einer dünnen Bohrung zur Verdeutlichung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing and with the aid of exemplary embodiments. The schematic drawing, not to scale, shows:
Fig. 1
1 shows a motor housing in a mold pit to illustrate a first exemplary embodiment of the invention,
Fig. 2
2 shows a side view of a pipe system for extracting heat from the crankcase of the engine housing from FIG. 1,
Fig. 3
a view of the pipe system from the viewing direction III-III in Fig. 2,
Fig. 4
1 shows a pipe system for cooling the floor of the motor housing from FIG. 1,
Fig. 5-9
schematic representations of different variants for the heat transfer between the cast material and the heat transfer medium,
Fig. 10
an illustration of an eccentric wheel to illustrate a second embodiment of the invention,
Fig. 11
10 shows a cross section through the eccentric wheel along the section line XI-XI in FIG. 10,
Fig. 12
a top view of a radiator plate, and
Fig. 13
a solid block with a thin bore to illustrate a third embodiment of the invention.

Das erfindungsgemässe Giessverfahren zum Herstellen von metallischen Giesslingen ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Giessgut in der Giessform gesteuert gekühlt wird bzw. dass ein Kühlsystem zum gesteuerten Kühlen des Giessguts vorgesehen ist. Mit dem Begriff "gesteuertes Kühlen" ist dabei gemeint, dass - im Unterschied zum passiven Erstarren bzw. Abkühlen lassen - dem Giessgut bzw. der Giessform aktiv Wärme entzogen wird und die entzogene Wärmemenge dabei kontrolliert beeinflussbar ist.The inventive casting process for the production of metallic castings is particularly characterized by this characterized that the cast material in the mold controlled cooling or that a cooling system for controlled cooling of the cast material is provided. With the The term "controlled cooling" means that - in the Difference to passive solidification or cooling down - heat is actively removed from the casting material or the casting mold and controls the amount of heat extracted can be influenced.

Bei dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen wird als Giessgut beispielsweise Gusseisen und speziell eine Grauguss-Legierung verwendet. Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Motorengehäuse für Grossdieselmotoren, wie sie beispielsweise im Schiffsbau verwendet werden. Solche Motorengehäuse, die typischerweise äusserst komplex strukturiert sind, das heisst viele Hohlräume und Ausnehmungen sowie eine grosse Anzahl von Trennwänden unterschiedlicher Dicke aufweisen, werden üblicherweise in Sandformen gegossen, die entsprechend der gewünschten Gestalt des herzustellenden Giesslings, gegebenenfalls unter Berücksichigung einer Bearbeitungszugabe, modelliert werden.In the exemplary embodiments described below is used as castings, for example, cast iron and special a cast iron alloy is used. A first embodiment of the invention relates on the manufacture of engine housings for Large diesel engines, such as those used in shipbuilding be used. Such engine cases that are typically extremely complex, that means many cavities and recesses as well as a large one Have number of partitions of different thickness, are usually poured into sand molds that according to the desired shape of the one to be manufactured Castings, possibly taking into account one Machining allowance to be modeled.

Fig. 1 zeigt in einer teilweise schematischen Darstellung ein Motorengehäuse 1 in einer Formgrube 2, die als Dauerform, also für den Mehrfach-Gebrauch, ausgelegt ist. Das Motorengehäuse 1 umfasst einen Kurbelraum 11 sowie einen Zylinderraum 12, in welchem zwei Zylinder 122 erkennbar sind. Üblicherweise umfasst das Motorengehäuse 1 mehrere, beispielsweise zehn oder zwölf Zylinder 122, die paarweise hintereinander angeordnet sind. Auf die weiteren Details des in Fig. 1 dargestellten Motorengehäuses 1 wird hier nicht näher eingegangen, weil diese zum einen nicht wesentlich für das Verständnis der Erfindung und zum anderen hinreichend bekannt sind.Fig. 1 shows a partially schematic representation a motor housing 1 in a mold pit 2, which as Permanent form, i.e. designed for multiple use. The engine housing 1 includes a crank chamber 11 and a cylinder space 12 in which two cylinders 122 are recognizable. The motor housing usually comprises 1 several, for example ten or twelve cylinders 122, which are arranged in pairs in a row. On the further details of that shown in Fig. 1 Motor housing 1 is not discussed here because on the one hand, this is not essential for understanding the Invention and the other are well known.

Zur Herstellung des Motorengehäuses 1 wird zunächst in an sich bekannter Weise die Gestalt des Motorengehäuses 1 in der Formgrube 2, die beispielsweise aus Zementsand besteht, aus mehreren Sandkernen modelliert. Ein solcher Sandkern wird aus mit einem Bindemittel versetztem Quarzsand bzw. einem anderen, sandähnlichen Mineralstoff z. B. durch chemische oder thermische Aushärtung erstellt. Die einzelnen Sandkerne, die normalerweise nur für den Einmalgebrauch ausgelegt sind, werden in der Formgrube derart zusammgefügt bzw. kombiniert, dass die zwischen ihnen entstehenden Hohlräume in ihrer Gesamtheit im wesentlichen der Form des herzustellenden Giesslings für das Motorengehäuse 1 entsprechen. Gemäss der Darstellung in Fig. 1 sind im wesentlichen alle Hohlräume und Ausnehmungen des herzustellenden Motorengehäuses 1 sowie der Raum zwischen dem Motorengehäuse 1 und dem Boden 21 bzw. der inneren Wand 22 der Formgrube 2 durch entsprechend geformte Sandkerne besetzt. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist in Fig. 1 auf eine explizite Darstellung der Sandkerne verzichtet und dafür das Motorengehäuse 1 dargestellt, das durch die Gesamtheit der Hohlräume zwischen und in den Sandkernen geformt wird.To manufacture the motor housing 1 is first in the shape of the motor housing 1 in a known manner the mold pit 2, for example made of cement sand consists of several sand cores. Such a Sand core is made from a binder Quartz sand or another sand-like mineral z. B. by chemical or thermal curing created. The individual sand cores that normally only are designed for single use, are in the Form pit assembled or combined such that the cavities between them in their entirety essentially the shape of the casting to be made for the motor housing 1 correspond. According to the 1 shows essentially all cavities and recesses in the motor housing 1 to be produced and the space between the motor housing 1 and the Floor 21 or the inner wall 22 of the mold pit 2 through appropriately shaped sand cores. Because of better clarity is in Fig. 1 on a explicit representation of the sand cores waived and therefore the motor housing 1 shown by the The totality of voids between and in the sand cores is formed.

Nachdem dieserart die Sandform erstellt ist, wird das flüssige Giessgut, üblicherweise eine Gusseisenlegierung, in die Sandform eingefüllt und fliesst in die Hohlräume, wo es erstarrt und abkühlt, wodurch das dargestellte Motorengehäuse 1 entsteht.After the sand mold is created this way, it will liquid castings, usually a cast iron alloy, poured into the sand mold and flows into the cavities, where it solidifies and cools, causing the depicted Motor housing 1 is created.

Erfindungsgemäss ist ein Kühlsystem zum gesteuerten Kühlen des Giessguts vorgesehen. Bei dem in Fig. 1 illustrierten Ausführungsbeispiel umfasst das Kühlsystem mehrere Rohrsysteme, die einen Kurbelraumkühler 3 (siehe Fig. 2 und Fig. 3) sowie einen Bodenkühler 4 (siehe Fig. 4) bilden. Durch die Rohrsysteme wird ein fluider Wärmeträger bewegt, der dem Giessgut bzw. der Giessform Wärme entzieht. Als Wärmeträger wird Luft verwendet, weil diese Medium einfach in der Handhabung, ungefährlich, kostengünstig und effizient, auch bei den üblicherweise hohen Temperaturen des Giessguts, ist. Die Luft kann beispielsweise mittels eines Ventilators oder eines Gebläses durch die Rohrsysteme bewegt werden. Die dem Giessgut entzogenen Wärmemenge lässt sich über die Durchflussmenge an Luft bezogen auf die Zeit in einfacher Weise durch Ventile, Drosselklappen oder sonstige Dosiervorrichtungen steuern. So lässt sich beispielsweise durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Luft bzw. durch Druckerhöhung der eingespeisten Luft die Kühlleistung des Kühlsystems erhöhen. In der Praxis hat es sich bewährt, Druckluft von bis zu einigen bar in die Rohrsysteme einzuspeisen. Die Steuerung der in den einzelnen Rohrsystemen strömenden Luftmengen kann sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig der Rohrsysteme erfolgen. Aus praktischen Gründen erfolgt die Steuerung jedoch vorzugsweise ausgangsseitig.According to the invention, a cooling system is controlled Cooling of the cast material is provided. In the case of FIG. 1 The illustrated embodiment includes the cooling system several pipe systems that include a crankcase cooler 3 (see Fig. 2 and Fig. 3) and a floor cooler 4 (see Fig. 4) form. A pipe becomes fluid through the pipe systems The heat transfer medium moves the casting material or the casting mold Deprives heat. Air is used as the heat transfer medium because this medium is easy to use, harmless, inexpensive and efficient, even with the usual high temperatures of the cast material. The air can for example by means of a fan or Blower can be moved through the pipe systems. The one The amount of heat extracted from the casting material can be Flow rate of air in relation to time in simple Way through valves, throttle valves or other Control dosing devices. For example, by increasing the flow velocity of the air or by increasing the pressure of the air fed in Increase cooling capacity of the cooling system. In practice it has it has proven itself to supply compressed air of up to a few bar Feed pipe systems. The control of the in the individual pipe systems flowing air volumes can both input and output of the pipe systems respectively. The control takes place for practical reasons but preferably on the output side.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind zwei im wesentlichen unabhängige Rohrsysteme vorgesehen, nämlich der Kurbelraumkühler 3 und der Bodenkühler 4. Dadurch ist es möglich, dem Giessgut in verschiedenen räumlichen Bereichen gezielt und gesteuert Wärme zu entziehen, wobei die den verschiedenen Bereichen entzogenen Wärmemengen im wesentlichen unabhängig voneinander regelbar sind. Durch diesen lokalen Wärmeentzug ist es möglich, das Temperaturprofil, also die Temperaturverteilung im Giessgut, kontrolliert zu beeinflussen. Durch die Platzierung und die Form des Rohrsystems bzw. den Verlauf der Rohre des Rohrsystems in der Giessform lassen sich die räumlichen Bereiche, in denen dem Giessgut durch die Rohrsysteme Wärme entzogen wird, vorgeben. Die explizite Ausgestaltung und Plazierung der Rohrsysteme richtet sich je nach der Geometrie des Giesslings und dem konkreten Anwendungsfall.In the first embodiment, two are in essential independent pipe systems provided, namely the crankcase cooler 3 and the floor cooler 4. This is it is possible to cast the casting material in different spatial Extract areas in a targeted and controlled manner, whereby the amounts of heat extracted from the various areas in the are essentially independently controllable. By this local heat extraction it is possible that Temperature profile, i.e. the temperature distribution in the Casting, controlled influence. Through the Placement and the shape of the pipe system or the course the pipes of the pipe system in the mold can be the spatial areas in which the casting material is Pipe systems pretend heat is withdrawn. The explicit The design and placement of the pipe systems is based depending on the geometry of the casting and the concrete Application.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel dient der Kurbelraumkühler 3 dazu, dem Giessgut im Grenzbereich zwischen dem Kurbelraum 11 und dem Zylinderraum 12, also dort wo es aufgrund der Geometrie des Giesslings zu einem Wärmestau kommen kann, lokal Wärme zu entziehen. Der Bodenkühler 4 dient dem Wärmeentzug aus dem Bodenbereich des Motorengehäuses 1. In the first embodiment, the Crankcase cooler 3, the cast material in the border area between the crank chamber 11 and the cylinder chamber 12, that is where there is one due to the geometry of the casting Heat build-up can occur, locally extracting heat. The Floor cooler 4 is used to extract heat from the floor area the engine housing 1.

Ferner sind Temperatursensoren 5a, 5b, 5c, beispielsweise im Giessgut eingegossenen Thermoelemente, vorgesehen, mit denen jeweils die lokale Temperatur des Giessguts an unterschiedlichen Stellen kontinuierlich erfasst wird. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein erster Temperatursensor 5a im Bodenbereich, ein zweiter Temperatursensor 5b im Zentrum des Grenzbereichs zwischen Zylinder- 12 und Kurbelraum 11 und ein dritter Temperatursensor 5c im Flanschbereich des Motorengehäuses 1 vorgesehen. Aus den Messwerten der drei Temperatursensoren 5a, 5b, 5c lässt sich das momentane Temperaturprofil im Giessgut bestimmen. Die Temperatursensoren 5a, 5b, 5c übermitteln ihre Messwerte beispielsweise an eine Regelung 6, mittels derer die Luftmengen in den Rohrsystemen steuerbar ist. Mittels der Regelung 6 wird die Durchflussmenge an Luft in den einzelnen Rohrsystemen beispielsweise über eine entsprechende Ansteuerung von nicht dargestellten Drosselvorrichtungen derart gesteuert, dass, je nach aktuellem Temperaturprofil im Giessling, dem ein oder anderen räumlichen Bereich des Giesslings eine grössere oder kleinere Wärmemenge pro Zeit entzogen wird. Kommt es beispielsweise im Bereich des zweiten Temperatursensors 5b zu einem Wärmestau, erkennbar an einer grossen Differenz zwischen den von dem zweiten Temperatursensor 5b und dem dritten Temperatursensor 5c gemessenen Temperaturen, so wird über die Regelung 6 die Kühlleistung des Kurbelraumkühlers 3 durch Vergrösserung der Durchflussrate an Luft erhöht, sodass sich diese beiden Temperaturen einander annähern.Furthermore, temperature sensors 5a, 5b, 5c, for example thermocouples cast in the cast material, provided with which show the local temperature of the casting different places is continuously recorded. In the first embodiment, there is a first Temperature sensor 5a in the bottom area, a second Temperature sensor 5b in the center of the border area between Cylinder 12 and crank chamber 11 and a third Temperature sensor 5c in the flange area of the motor housing 1 provided. From the measured values of the three The current temperature sensors 5a, 5b, 5c Determine the temperature profile in the cast material. The Temperature sensors 5a, 5b, 5c transmit their measured values for example to a regulation 6, by means of which the Air volumes in the pipe systems can be controlled. By means of the Regulation 6 sets the flow rate of air in the individual pipe systems, for example via a corresponding control of not shown Throttle devices controlled such that, depending on current temperature profile in the Giessling, the one or other spatial area of the casting a larger one or less heat is withdrawn per time. It comes for example in the area of the second temperature sensor 5b to a heat accumulation, recognizable by a large one Difference between that of the second temperature sensor 5b and the third temperature sensor 5c measured Temperatures, so the regulation 6 Cooling capacity of the crankcase cooler 3 by enlarging the flow rate in air increases so that this approach the two temperatures.

Das den Kurbelraumkühler 3 bildende Rohrsystem ist in Fig. 2 in einer Seitenansicht dargestellt und in Fig. 3 in einer Aufsicht aus der Blickrichtung III-III in Fig. 2. Vorzugsweise ist der Kurbelraumkühler 3 einstückig aus einem Rohr, beispielsweise einem Stahlrohr hergestellt. Der Kurbelraumkühler 3 hat einen zuführenden Schenkel 31, der in einen gekrümmten, die Form eines fast geschlossenen S aufweisenden Teil 33 übergeht. Das andere Ende des S-förmigen Teils 33 geht in einen abführenden Schenkel 32 über, der im wesentlichen parallel zu dem zuführenden Schenkel 31 verläuft. Der S-förmige Teil 33 des Kurbelraumkühlers ist so in der Giessform angeordnet, dass er die in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 30 versehenen Fläche kontaktiert, welche im wesentlichen die Grenze zwischen dem Kurbelraum 11 und dem Zylinderraum 12 bildet. Der Form dieser Fläche 30 entsprechend sind die beiden Bogenstücke des S-förmigen Teils 33 relativ zueinander geneigt, sodass sie in der Seitenansicht gemäss Fig. 2 ein V bilden. Die beiden Bogenstücke des Teils 33 sind so gekrümmt, dass sie der Wandung der Zylinder 122 folgen. Vorzugsweise sind an dem S-förmigen Teil 33 mehrere gut wärmeleitende Platten 34, beispielsweise aus Grafit, angebracht, mit denen der Kurbelraumkühler 3 auf der Fläche 30 aufliegt. Dadurch wird ein möglichst homogener und guter Wärmetransport aus dem Giessgut in den Kurbelraumkühler 3 gewährleistet. Es versteht sich, dass pro Zylinderpaar jeweils ein solcher Kurbelraumkühler 3 vorgesehen ist. Die zuführenden und abführenden Schenkel 31, 32 verlaufen jeweils gemäss der Darstellung in Fig. 1 von der Fläche 30 durch den Kurbelraum 11 nach oben. Die zuführenden Schenkel 31 sind entweder einzeln oder über eine gemeinsame zentrale Leitung, in welche sie einmünden, mit einem Luftzuführmittel, beispielsweise einem Ventilator oder einem Gebläse, verbunden. Die abführenden Schenkel 32 werden zur besseren Steuerung und Überwachung vorzugsweise jeweils einzeln aus der Giessform geführt.The pipe system forming the crankcase cooler 3 is in 2 is shown in a side view and in Fig. 3rd in a view from the direction III-III in Fig. 2. The crankcase cooler is preferably 3rd in one piece from a tube, for example a steel tube manufactured. The crankcase cooler 3 has a supply Leg 31, which is in a curved, the shape of an almost closed S having part 33 passes. The other End of the S-shaped part 33 goes into a laxative Leg 32 over, which is substantially parallel to that feeding leg 31 runs. The S-shaped part 33 of the crankcase cooler is arranged in the mold, that it is provided with the reference number 30 in FIG Area contacted, which is essentially the limit between the crank chamber 11 and the cylinder chamber 12 forms. According to the shape of this surface 30 are two elbows of the S-shaped part 33 relative inclined towards each other so that they are in the side view 2 form a V. The two bow pieces of the Part 33 are curved so that they the wall of the Follow cylinder 122. Are preferably on the S-shaped Part 33 several heat-conducting plates 34, for example made of graphite, with which the Crankcase cooler 3 rests on surface 30. Thereby is a homogeneous and good heat transfer from guaranteed the cast material in the crankcase cooler 3. It it goes without saying that there is one for each pair of cylinders Crankcase cooler 3 is provided. The feeding and laxative legs 31, 32 each run according to the Representation in Fig. 1 of the surface 30 through the Crank chamber 11 upwards. The feeding legs 31 are either individually or through a common central Line into which they flow, with a Air supply means, for example a fan or a blower. The laxative legs 32 are used for better control and monitoring preferably each individually out of the mold.

Das den Bodenkühler 4 bildende Rohrsystem ist in Fig. 4 dargestellt. Der Bodenkühler 4 ist im Boden der Formgrube 2 angeordnet und umfasst eine Hauptleitung 41, die sich im wesentlichen über die gesamte Breite des Motorengehäuses 1 erstreckt. Von der Hauptleitung 41 zweigen vier jeweils im wesentlichen U-förmige Rohre 42 ab, von denen jeweils nur ein Schenkel mit der Hauptzuleitung 41 verbunden ist. Durch diese Schenkel strömt die Luft, wie dies die Pfeile in Fig. 4 andeuten, in die U-förmigen Rohre. Die jeweils anderen Schenkel der U-förmigen Rohre 42 führen jeweils zu einem Ausgang 43 für die Abluft. Zur besseren Steuerung und Überwachung werden die Ausgänge 43 einzeln aus der Giessform geführt. Zwischen den Schenkeln der U-förmigen Rohre 42 sind mehrere Stahlplatten 44 angeordnet, beispielsweise eingeschweisst, um eine gleichmässige Kühlung des Bodenbereichs des Motorengehäuses 1 zu erzielen. Zur schnelleren Wärmeübertragung zwischen dem Giessgut und dem Bodenkühler 4 kann ein Übertragungsmedium, z. B. Grafitplatten 45, vorgesehen sein. Die Grafitplatten 45 sind zwischen den Stahlplatten 44 und dem Giessgut in oder zwischen den bodennächsten Sandkernen der Giessform angeordnet. Ferner ist eine Zuführleitung 7 (Fig. 1) vorgesehen, durch welche die Kaltluft auf das Niveau der Hauptleitung 41 geführt wird und in diese eingespeist wird. Die Rohre des Bodenkühlers 4 können beispielsweise aus Stahl sein.The pipe system forming the floor cooler 4 is shown in FIG. 4 shown. The floor cooler 4 is in the bottom of the molding pit 2 arranged and comprises a main line 41, which essentially over the entire width of the Motor housing 1 extends. From the main line 41 branches four each essentially U-shaped tubes 42 from each of which only one leg with the Main feed line 41 is connected. Through these legs the air flows, as indicated by the arrows in FIG. 4, into the U-shaped tubes. The other legs of the U-shaped tubes 42 each lead to an outlet 43 for the exhaust air. For better control and monitoring the outputs 43 are individually led out of the mold. Are between the legs of the U-shaped tubes 42 several steel plates 44 arranged, for example welded in to ensure even cooling of the To achieve bottom area of the motor housing 1. to faster heat transfer between the cast material and the floor cooler 4 can be a transmission medium, e.g. B. Graphite plates 45 may be provided. The graphite plates 45 are in between the steel plates 44 and the cast material or between the sand cores of the casting mold closest to the ground arranged. Furthermore, a feed line 7 (Fig. 1) provided by which the cold air to the level of Main line 41 is guided and fed into this becomes. The tubes of the floor cooler 4 can, for example be made of steel.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind es die primären Ziele, die Abkühlzeit des Motorengehäuses in der Giessform 1 und damit die benötigte Produktionszeit deutlich zu verkürzen, und die Eigenspannungen im Giessling soweit zu reduziern, dass auf ein anschliessendes Spannungsarmglühen verzichtet werden kann.In the first embodiment of the invention, it is the primary goals, the cooling time of the engine case in the mold 1 and thus the required production time to shorten significantly, and the residual stresses in the Reduce the casting to the extent that subsequent stress relief annealing can be dispensed with can.

Das erstgenannte Ziel wird durch den aktiven Wärmeentzug aus dem Giessgut mittels der durch die Rohrsysteme geleiteten Luft erreicht. Hierdurch wird die Wärme deutlich schneller abgeführt als beispielsweise beim passiven Abkühlen lassen. Die Praxis zeigt, dass sich mittels der aktiven gesteuerten Kühlung die Abkühlzeit, also die Zeit die das Motorengehäuse 1 in der Giessform benötigt, um seine Auspacktemperatur zu erreichen, im Vergleich zum passiven Abkühlen auf weniger als ein Drittel verkürzen lässt. Dies bedeutet unter wirtschaftlichen Aspekten einen deutlichen Fortschritt.The first goal is achieved through active heat extraction from the cast material by means of the pipe systems directed air reached. This is the heat dissipated much faster than, for example, the allow passive cooling. Practice shows that the cooling time by means of the active controlled cooling, So the time that the motor housing 1 in the mold needed to reach its unpacking temperature, in Compared to passive cooling to less than one Can shorten thirds. This means under economic progress.

Unter wirtschaftlichen Aspekten ist es ausserdem vorteilhaft, dass die aus den Rohrsystemen austretende erwärmte Luft zum Trocknen anderer Giessformen verwendet werden kann, sodass die in der erwärmten Luft enthaltenen Energie nicht ungenutzt bleibt.From an economic point of view, it is also advantageous that the emerging from the pipe systems heated air used to dry other molds can be so that the contained in the heated air Energy doesn't go unused.

Das zweite Ziel lässt sich erreichen, indem mittels der erfindungsgemässen gesteuerten Kühlung der Temperaturverlauf im Bereich der Temperatursensoren 5a und 5b an den Temperaturverlauf im Bereich des Temperatursensors 5c angeglichen wird. Dies bedeutet, dass über die Regelung der Durchflussmengen an Luft im Kurbelraumkühler 3 und im Bodenkühler 4 der Temperaturgradient über das Giessgut minimiert wird. Durch den gesteuerten und lokalen Wärmeentzug aus den unterschiedlichen Bereichen des Giessguts ist es möglich, das Giessgut sehr homogen, also mit sehr geringen inneren Temperaturunterschieden abzukühlen. Dort, wo sich die Wärme staut, also beispielsweise im Bereich des Temperatursensors 5b, wird die Kühlleistung des entsprechenden Rohrsystems (Kurbelraumkühler 3) derart erhöht, dass sich durch den lokalen Wärmeentzug die Temperatur an diejenige im Bereich des Temperatursensors 5c angleicht. Durch dieses homogene Abkühlen lassen sich die Eigenspannungen im Giessling drastisch reduzieren. Auch ist es möglich, im Bereich des Temperatursemnsors 5b so stark zu kühlen, dass hier lokal eine niedrigere Temperatur herrscht als im Bereich des Temperatursensors 5c und des Temperatursensors 5a. Prinzipiell ist es damit möglich, im Bereich des Temperatursensors 5b Druckspannungen zu erzeugen.The second goal can be achieved by using the Controlled cooling of the Temperature profile in the area of the temperature sensors 5a and 5b to the temperature profile in the area of Temperature sensor 5c is adjusted. This means, that by regulating the flow rates of air in the Crankcase cooler 3 and in the floor cooler 4 Temperature gradient over the cast material is minimized. By controlled and local heat extraction from the different areas of the cast material, it is possible the cast material is very homogeneous, i.e. with very little internal To cool down temperature differences. Where the Heat builds up, for example in the area of Temperature sensor 5b, the cooling capacity of the corresponding pipe system (crankcase cooler 3) increases that the local heat extraction Temperature to that in the area of the temperature sensor 5c aligned. This homogeneous cooling allows drastically reduce the residual stress in the casting. It is also possible in the area of the temperature sensor 5b to cool so much that here a lower one locally Temperature prevails than in the area of the temperature sensor 5c and the temperature sensor 5a. In principle, it is possible in the area of the temperature sensor 5b To generate compressive stresses.

Somit lässt sich bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sowohl der räumliche Abkühlverlauf (Temperaturprofil) als auch der zeitliche Abkühlverlauf (Abkühlrate) kontrolliert beeinflussen. Dies bedeutet eine deutliche Erweiterung der giesstechnischen Möglichkeiten, weil der räumliche und zeitliche Abkühlverlauf des Giessgut unter metallurgischen Aspekten, je nach Geometrie und gewünschten mechanischen Eigenschaften des herzustellenden Giesslings, optimierbar ist.Thus, in the first embodiment, the Invention of both the spatial cooling process (Temperature profile) as well as the temporal cooling process Influence (cooling rate) in a controlled manner. this means a significant expansion of the casting technology Opportunities because of the spatial and temporal Cooling process of the cast material under metallurgical Aspects, depending on the geometry and desired mechanical Properties of the cast part to be produced, can be optimized is.

In den Figuren 5-9 sind schematisch verschiedene Varianten für die Wärmeübertragung zwischen dem Giessgut 10 und dem Wärmeträger Luft, der sich in einer Leitung 8 eines der Rohrsysteme bewegt, dargestellt. Der Wärmeträger Luft ist jeweils symbolisch durch einen Pfeil dargestellt. Im einfachsten Fall (siehe Fig. 5) verläuft die Leitung 8 im Innern eines Sandkerns 9, so dass der Sand das Übertragungsmedium bildet, welches das Rohrsystem thermisch mit dem Giessgut koppelt. Auch ist es möglich (siehe Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 9) als Übertragungsmedium ein besser wärmeleitendes Material, vorzugsweise Grafit 20, zu verwenden. Bei der in Fig. 6 gezeigten Variante ist die Leitung 8 vollständig von dem Grafit 20 umgeben. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem die Leitung 8 zumindest über einen Teil ihrer Länge in einen Grafitkörper eingeformt wird. Bei der in Fig. 7 gezeigten Variante befindet sich zwischen der Leitung 8 und dem Giessgut 10 ebenfalls Grafit 20 als Übertragungsmedium, aber die Leitung 8 grenzt auf ihrer dem Giessgut 10 abgewandten Seite an einen Sandkern 9. Zur Realisierung dieser Variante ist es auch möglich, wie in Fig. 9 im Querschnitt dargestellt, die Leitung 8 einerseits teilweise in einen Sandkern 9 einzubetten und andererseits in körperlichen Kontakt mit dem Grafit 20, beispielsweise eine Grafitplatte, zu bringen. Vorzugsweise wird dabei zur besseren Wärmeübertragung, wie in Fig. 9 dargestellt, der Zwischenraum zwischen dem Grafit 20, der Leitung 8 und dem Sandkern 9 mit einem formbaren gut wärmeleitenden Medium 22 ausgefüllt. Hierfür geeignet ist beispielsweise Grafitpulver, Grafitgranulat, oder Grafitpulver bzw. -granulat, das mit einem gut wärmeleitenden Harz, z. B. Furanbinder, vermischt ist. Bei der in Fig .8 dargestellten Variante ist die Leitung 8 von einen Eisenkörper 21 umgeben, beispielsweise in den Eisenkörper 21 eingegossen. Zwischen dem Eisenkörper 21 und dem Giessgut 10 ist wiederum Grafit 20 vorgesehen.Various figures are shown schematically in FIGS. 5-9 Variants for heat transfer between the cast material 10 and the heat transfer air, which is in a line 8 one of the pipe systems moved, shown. The Air is symbolized by an arrow shown. In the simplest case (see Fig. 5) runs the line 8 inside a sand core 9, so that the Sand is the transmission medium, which the Pipe system thermally coupled to the cast material. Is too it is possible (see Fig. 6, Fig. 7 and Fig. 9) as Transmission medium a better heat-conducting material, preferably graphite 20 to use. 6 shown variant, the line 8 is completely of the Surrounded by graphite 20. This can be achieved, for example be by the line 8 at least over a part their length is molded into a graphite body. at the variant shown in Fig. 7 is between the line 8 and the casting 10 also graphite 20 as Transmission medium, but the line 8 borders on it the casting 10 side facing away from a sand core 9. For realization this variant, it is also possible, as in Fig. 9 in Cross section shown, the line 8 on the one hand partially embedded in a sand core 9 and on the other hand, in physical contact with the graphite 20, for example, to bring a graphite plate. Preferably, for better heat transfer, as shown in Fig. 9, the space between the Graphite 20, the line 8 and the sand core 9 with one malleable good heat-conducting medium 22 filled. Suitable for this is, for example, graphite powder, Graphite granules, or graphite powder or granules, the with a good heat-conducting resin, e.g. B. furan binders, is mixed. In the variant shown in Fig. 8 the line 8 is surrounded by an iron body 21, poured into the iron body 21, for example. Is between the iron body 21 and the cast material 10 again graphite 20 is provided.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von grossen Exzenterrädern, die beispielsweise in Grosspressen wie Automobilpressen verwendet werden. Während das ersten Ausführungsbeispiel in erster Linie demonstriert, wie mittels der Erfindung der Abkühlvorgang im Giessgut steuerbar ist, verdeutlicht das zweite Ausführungsbeispiel primär, wie die Erfindung vorteilhaft zur Steuerung des Erstarrungsvorgangs im Giessgut einsetzbar ist.A second embodiment of the invention relates focus on the production of large eccentric wheels that for example in large presses such as automobile presses be used. During the first embodiment primarily demonstrated how by means of the invention the cooling process in the cast material is controllable the second embodiment primarily as the invention advantageous for controlling the solidification process in Cast material can be used.

In Fig. 10 ist die Hälfte eines an sich bekannten Exzenterrads 50 dargestellt, das einen äusseren Zahnkranz 51 aufweist. Zum besseren Verständnis zeigt Fig. 11 noch einen Querschnitt durch das Exzenterrad 50 entlang der Schnittlinie XI-XI in Fig. 10. Auch solche Exzenterräder 50 werden üblicherweise in entsprechend modellierten Sandformen gegossen. Aus Gründen der besseren Übersicht ist in den Figuren 10 und 11 auf die Darstellung der Sandform verzichtet worden.In Fig. 10, half is a known one Eccentric wheels 50 shown, the outer ring gear 51 has. 11 shows for better understanding a cross section through the eccentric wheel 50 along the Section line XI-XI in Fig. 10. Also such eccentric wheels 50 are usually modeled accordingly Poured sand molds. For the sake of a better overview is in Figures 10 and 11 on the representation of Sand mold has been dispensed with.

Solche Exzenterräder 50 müssen üblicherweise speziell am Zahnkranz 51 sehr gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine sehr grosse Härte, aufweisen, um den Anforderungen im Betrieb auf Dauer standzuhalten. Dabei soll das Gefüge im Bereich des Zahnkranzes 51 auch frei von Zementitausscheidungen sein. Diese hohen Anforderungen an das Gefüge sind mit bekannten Giessverfahren nicht realisierbar, sodass das Gefüge des Giesslings nach der Entformung mittels aufwendiger thermischer Nachbehandlung ( z. B. Normalisierungsglühen mit Abkühlen an Luft und anschliessendem Spannungsarmglühen) umgeformt werden muss, um z. B. die gewünschten Härten zu erzielen. Ein grosser Nachteil aufgrund der Bearbeitungskosten ist dabei, dass das Gefüge des gesamten Exzenterrads 50 durch die thermische Nachbehandlung umgeformt wird und nicht nur die Bereiche, welche die grosse Härte aufweisen sollen.Such eccentric wheels 50 usually have to Sprocket 51 very good mechanical properties, in particular have a very high hardness, around which To withstand the requirements in operation in the long term. there the structure in the area of the ring gear 51 should also be free of cementite excretions. These high Structural requirements are familiar with Casting process not feasible, so that the structure of the Castings after removal from the mold using complex thermal aftertreatment (e.g. normalization annealing with cooling in air and then Stress relieving) has to be formed in order to B. the to achieve the desired hardness. A great disadvantage due to the processing costs it is that the Microstructure of the entire eccentric wheel 50 due to the thermal Post-treatment is reshaped and not just the areas which should have the great hardness.

Durch das erfindungsgemässe gesteuerte Kühlen lässt sich nun in dem Bereich, der eine grosse Härte aufweisen soll, nämlich im Bereich des Zahnkranzes 51, die Erstarrung durch gezielten Wärmeentzug derart beschleunigen, dass der Zahnkranz 51 ein sehr feines Gefüge mit kleinen eutektischen Zellen aufweist und vollständig perlitisch ist. Durch die gesteuerte Kühlung kann somit die gewünschte Härte am Zahnkranz 51 ohne thermische Nachbehandlung realisiert werden, wobei der Rest des Exzenterrades 50 im wesentlichen unbeeinflusst bleibt.Controlled cooling according to the invention allows now in the area that should be extremely hard, namely in the area of the ring gear 51, the solidification accelerate through targeted heat extraction in such a way that the ring gear 51 has a very fine structure with small has eutectic cells and completely pearlitic is. Due to the controlled cooling, the Desired hardness on the ring gear 51 without thermal Aftertreatment can be realized, with the rest of the Eccentric wheel 50 remains essentially unaffected.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst das Kühlsystem mehrere Kühlerplatten 60, die entlang des Umfangs des Exzenterrsads 50 angeordnet sind. Zum besseren Wärmeübertrag ist zwischen jeder Kühlerplatte 60 und dem Exzenterrad 50 jeweils ein gut wärmeleitendes Medium, beispielsweise ein Grafitelement 70 angeordnet, wobei jeweils eine Fläche der Grafitelemente 70 an die Krümmung des Exzenterrades angepasst ist.In the second embodiment, this includes Cooling system multiple cooler plates 60 along the The circumference of the eccentric wheel 50 is arranged. To the better heat transfer is between each cooler plate 60 and the eccentric wheel 50 each have a good thermal conductivity Medium, for example a graphite element 70, where a surface of the graphite elements 70 to each Eccentric wheel curvature is adjusted.

In Fig. 12 ist eine solche Kühlplatte 60 in einer Aufsicht dargestellt. Die Kühlerplatte 60 hat eine im wesentlichen quaderförmige Gestalt und weist ein Rohrsystem auf, das in diesem Ausführungsbeispiel als eine einstückige Rohrleitung 61 ausgestaltet ist. Die Rohrleitung 61 führt von einem Einlass 62 für die Kaltluft durch das Innere der quaderförmigen Kühlerplatte 60 zu einem Auslass 63. Im Innern der Kühlerplatte 60 verläuft die Rohrleitung 61 zunächst parallel dem Umfang der Kühlerplatte 60 folgend, krümmt sich dann in Richtung des Zentrums der Kühlerplatte 60 und führt in umgekehrter Richtung wieder zurück zum Auslass 63. Die Strömungsrichtung der Luft ist in den Fign. 11 und 12 durch die Pfeile angedeutet. Die Kühlerplatte 60 kann beispielsweise aus einem massiven Stahl- oder Eisenquader bestehen, in welchen die Rohrleitung 61 eingegossen ist.Such a cooling plate 60 is in one in FIG Supervision shown. The cooler plate 60 has an in essentially cuboid shape and has Pipe system that in this embodiment as a one-piece pipeline 61 is configured. The Pipeline 61 leads from an inlet 62 for the Cold air through the interior of the cuboid cooler plate 60 to an outlet 63. Inside the radiator plate 60 The pipeline 61 initially runs parallel to the circumference following the radiator plate 60 then curves in the direction the center of the cooler plate 60 and leads in reverse Direction back to outlet 63. Die The direction of air flow is shown in FIGS. 11 and 12 indicated by the arrows. The cooler plate 60 can for example from a solid steel or iron cuboid exist in which the pipe 61 is cast.

Die verschiedenen Kühlerplatten 60 (siehe Fig. 10) können einzeln, in Gruppen oder gemeinsam, jeweils durch den Einlass 62 mit Luft versorgt werden. Durch Steuerung der Durchflussmenge an Luft, die pro Zeit durch die Kühlerplatten 60 strömt, lässt sich die dem Giessgut im Bereich des Zahnkranzes 51 gezielt entzogenen Wärmemenge steuern. Dadurch lässt sich die Erstarrung des Giessguts lokal in kontrollierter Weise beschleunigen. Durch entsprechende Plazierung der Kühlerplatten 60 oder ähnlicher Kühlelemente lässt sich der Bereich des Giesslings vorgeben, in welchem durch gezielten und gesteuerten Wärmeentzug die Erstarrung beschleunigt werden soll. The various cooler plates 60 (see FIG. 10) can individually, in groups or together, each by the Inlet 62 are supplied with air. By controlling the Flow rate of air flowing through the air per time Cooler plates 60 flows, which can be the in the cast Area of the ring gear 51 specifically extracted amount of heat Taxes. This allows the solidification of the cast material accelerate locally in a controlled manner. By appropriate placement of the cooler plates 60 or The area of the Giesslings specify in which through targeted and controlled heat extraction accelerates solidification shall be.

Die Erfindung ermöglicht es somit auch, den räumlichen und zeitlichen Erstarrungsverlauf im Giessgut kontrolliert zu beeinflussen. Daraus resultiert ebenfalls eine Erweiterung der giesstechnischen Möglichkeiten, weil eine gezielte, lokale Beeinflussung des sich bei der Erstarrung ausbildenden Gefüges realisierbar ist.The invention thus also enables the spatial and temporal solidification process in the cast material controlled influence. This also results an expansion of the casting possibilities because a targeted, local influencing of the Solidification-forming structure can be realized.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Giesslingen, die massive, dicke Partien oder Blöcke aufweisen, in denen vergleichsweise dünne Bohrungen vorgesehen sind. Fig. 13 zeigt einen Ausschnitt aus einem solchen Giessling, der einen massiven Block 80 (schraffiert dargestellt) aufweist, in dem eine vergleichsweise dünne Bohrung 81 vorgesehen ist. Auch der in Fig. 13 im Ausschnitt gezeigte Giessling wird beispielsweise in einer nicht dargestellten Sandform gegossen. Zur Realisierung der dünnen Bohrung 81 ist ein Sandkern 90 vorgesehen, der das flüssige Giessgut von dem Raum der Giessform fernhält, wo der Giessling später die dünne Bohrung 81 aufweisen soll. Es ist ein bekanntes Problem bei konventionellen Giessverfahren, dass es im Bereich solcher dünnen Bohrungen 81 zu erheblichen Wärmestauungen kommt. Diese führen häufig dazu, dass sich der Sand des Sandkerns 90 so stark aufheizt, dass die Penetrationstemperatur des Sands überschritten wird und Giessgut in den Sandkern 90 eindringt. Das daraus entstehende Sand-Gusseisen-Gemisch muss nach der Entformung des Giesslings mühsam herausgemeisselt werden, was eine sehr zeitintensive und für das Personal gelenkschädigende Arbeit ist.A third embodiment of the invention relates focus on the production of castings, the massive, have thick areas or blocks in which comparatively thin holes are provided. Fig. 13 shows a section of such a casting, the a solid block 80 (shown hatched) in which a comparatively thin bore 81 is provided. Also the one in FIG. 13 in a detail shown casting is not, for example, in one cast sand mold shown. To realize the Thin bore 81, a sand core 90 is provided, which keeps liquid casting material away from the space of the mold where the casting should later have the thin bore 81. It is a known problem with conventional ones Casting process that there is such thin Bores 81 comes to considerable heat build-up. This often cause the sand of the sand core 90 heats up so much that the penetration temperature of the Sands is exceeded and cast material in the sand core 90 penetrates. The resulting sand-cast iron mixture must be laborious after the casting has been removed from the mold be chiseled out, which is a very time consuming and is damaging work for the staff.

Durch die erfindungsgemässe gesteuerte Kühlung lässt sich auch dieses Problem lösen. Dazu wird mittels eines Rohrsystems, welches im Innern des Sandkerns 90 verläuft, und durch welches Luft als Wärmeträger bewegt wird, gezielt demjenigen räumlichen Bereich des Giesslings Wärme entzogen, der die dünne Bohrung 81 enthält. Somit lässt sich einerseits die Erstarrung und/oder die Abkühlung des Giessguts im Bereich der dünnen Bohrung 81 beschleunigen und über eine entsprechende Regelung der Durchflussmenge an Luft auch steuern. Andererseits kann ein Aufheizen des Sandkerns 90 über seine Penetrationstemperatur effizient vermieden werden.The controlled cooling according to the invention allows also solve this problem. To do this, use a Pipe system, which runs inside the sand core 90, and through which air is moved as a heat carrier, targeted to the spatial area of the casting Extracted heat that contains the thin bore 81. Consequently the solidification and / or the Cooling of the cast material in the area of the thin bore 81 accelerate and through a corresponding regulation of Also control the flow rate of air. On the other hand, can heating the sand core 90 over its Penetration temperature can be avoided efficiently.

Bei dem in Fig. 13 dargestellten massiven Block ist das Rohrsystem zur Kühlung als ein doppel-U-förmiges Rohr 91 ausgestaltet. Die durch das Rohr 91 strömende Luft ist mittels der Pfeile angedeutet. Ein solches doppel-U-förmiges Rohr 91 lässt sich herstellen, indem ein zunächst gerades Rohr zu einem U gebogen wird und anschliessend das runde Ende des U in Richtung des offenen Endes des U gebogen wird.In the solid block shown in FIG. 13, this is Pipe system for cooling as a double U-shaped pipe 91 designed. The air flowing through the pipe 91 is indicated by the arrows. Such a double U-shaped Tube 91 can be manufactured by a first straight tube is bent into a U and then the round end of the U towards the open end of the U is bent.

Auch wenn die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele auf Sandgiessverfahren Bezug nehmen, so ist die Erfindung natürlich nicht auf solche Beispiele beschränkt. Sie ist ebenfalls für Kokillengiessverfahren bzw. Kokillen (metallische, meist aus Gusseisen hergestellte Giessformen), geeignet oder für solche Giessverfahren, bei denen ein Teil des Giesslings durch Kokillen und ein anderer Teil durch eine Sandform geformt wird. Bei der Verwendung von Kokillen ist es beispielsweise möglich, die Rohrsysteme für den Wärmeträger in der Wandung der Kokille vorzusehen. Beispielsweise können die Rohrsysteme in die Kokille eingegossen sein.Even if the exemplary embodiments described here Sand casting methods refer to, that is the invention of course, not limited to such examples. she is also for mold casting processes or molds (metallic, mostly made of cast iron Casting molds), suitable or for such casting processes, in which a part of the casting through chill molds and a other part is shaped by a sand mold. In the Using molds it is possible, for example, the pipe systems for the heat transfer medium in the wall of the Provide mold. For example, the pipe systems be poured into the mold.

Das erfindungsgemässe Giessverfahren erlaubt es somit, durch die gesteuerte Kühlung den räumlichen und zeitlichen Erstarrungs- und/oder Abkühlverlauf im Giessgut kontrolliert zu beeinflussen. Hierdurch lassen sich die Abkühlzeiten insbesondere für Giesslinge grosser Masse deutlich reduzieren. Ferner können metallische Giesslinge sehr guter Qualität hergestellt werden, ohne dass dafür aufwendige thermische Nachbearbeitungen, wie beispielsweise Spannungsarmglühen zur Reduktion von Eigenspannungen oder Normalisierungsglühen zur Gefügeumwandlung vonnöten sind. Dies bedeutet eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis.The casting method according to the invention thus allows through the controlled cooling the spatial and temporal solidification and / or cooling process in the To influence the castings in a controlled manner. Let her through yourself Cooling times, especially for large-scale castings reduce significantly. Metallic castings can also be used very good quality without being made for it elaborate thermal post-processing, such as for example stress relief annealing to reduce Internal stresses or normalization annealing Structural transformation is necessary. This means one considerable time and cost savings.

Die Plazierung und der räumliche Verlauf des Kühlsystems richtet sich nach der Geometrie des herzustellenden Giesslings und nach dem konkreten Anwendungsfall, das heisst nach den gewünschten metallurgischen Effekten. Anhand dieser Kriterien werden dann die räumlichen Bereiche des Giessguts vorgegeben, denen gezielt und gesteuert Wärme entzogen werden soll.The placement and the spatial course of the cooling system depends on the geometry of the manufactured Giesslings and according to the specific application, the means after the desired metallurgical effects. Based on these criteria, the spatial Specified areas of the cast material to which targeted and controlled heat is to be extracted.

Claims (8)

  1. Casting method for the manufacture of metallic cast parts from a casting material in which the casting material is introduced in the liquid state into a mould, in particular into a sand mould, and the casting material solidifies and cools down in the mould, with the casting material being cooled in the mould by a cooling system (3, 4; 60; 91) in a controlled manner, characterised in that at least one local spatial region of the cast part is specified in dependence on the geometry of the cast part and the desired metallurgical effects in which heat is removed intentionally and in a controlled manner from the casting material in the mould, in that the cooling system is matched with respect to its placement and its form for the controlled removal of heat to this local spatial region and in that the controlled removal of heat out of this local spatial region is carried out only by means of flowing air.
  2. Casting method in accordance with claim 1, in which heat is removed intentionally and in a controlled manner from the casting material in the mould in a plurality of predeterminable spatial regions, with the amounts of heat removed from the different spatial regions being regulatable substantially independently of one another.
  3. Casting method in accordance with one of the preceding claims, with the respective local temperature being continually measured by means of temperature sensors (5a, 5b, 5c) at different points in the casting material and with the temperature profile determinable therefrom being used for the control of the cooling.
  4. Casting method in accordance with claim 3, with the temperature gradient across the casting material being minimised.
  5. Casting method in accordance with one of the preceding claims, with the solidification of the casting material being controlled by the intentional removal of heat.
  6. Casting method in accordance with one of the preceding claims in which the cooling system (3, 4; 60; 91) comprises at least one tube system (3, 4; 61; 91) for the flowing air and in which the tube system (3, 4; 61; 91) is thermally coupled to the casting material (10).
  7. Casting method in accordance with claim 6 in which the transfer medium (20; 21; 22) contains graphite.
  8. Casting method in accordance with one of the preceding claims in which furthermore a regulating system (5) is provided which controls the amounts of heat removed in such a manner that the temperature gradient across the casting material is minimal.
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