EP1000688B1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Gussstücken aus Aluminium mit Einlagen - Google Patents

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EP1000688B1
EP1000688B1 EP99119884A EP99119884A EP1000688B1 EP 1000688 B1 EP1000688 B1 EP 1000688B1 EP 99119884 A EP99119884 A EP 99119884A EP 99119884 A EP99119884 A EP 99119884A EP 1000688 B1 EP1000688 B1 EP 1000688B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
mould
box
inserts
moulding
casting
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99119884A
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English (en)
French (fr)
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EP1000688A1 (de
Inventor
Norbert Damm
Herbert Zulauf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Georg Fischer Disa AG
Original Assignee
Georg Fischer Disa AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Georg Fischer Disa AG filed Critical Georg Fischer Disa AG
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Application granted granted Critical
Publication of EP1000688B1 publication Critical patent/EP1000688B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D47/00—Casting plants
    • B22D47/02—Casting plants for both moulding and casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0009—Cylinders, pistons

Definitions

  • the invention relates to a method for producing Aluminum castings with inlays from another Composite casting material by molding sand over a model compressed in one of two mold boxes forming the mold in the shape of at least one molding box the inserts and, if applicable, mold cores and both mold boxes closed by adding a sand mold be, the deposits before pouring the Form on an external heater Temperature in the range of the solidus temperature of aluminum be heated. See for example WO-A-92/18269 and WO-A-93/17818.
  • the invention is directed to a plant for Manufacture of aluminum castings with inlays another material in composite casting, with at least a molding machine for the production of two-part Box shapes, at least one transport route for the horizontal transport of bottom box shape and top box shape, at least one on the transport route arranged insertion station for inserting mold cores and deposits in the lower box, an upper box and Merging sub-box shape into a closed shape Feeder and a subsequent casting station, an external heating device for heating the Deposits at a temperature in the range of the solidus temperature of aluminum is provided.
  • Aluminum is becoming increasingly popular as a construction material Importance as it has the positive properties of a minor Weight, high corrosion resistance, one good thermal conductivity and in many cases sufficient Strength values combined with each other. It will therefore today many technical components made of aluminum manufactured. This also applies to automotive engineering, especially for engine blocks with the advantage of a higher power to weight ratio and simultaneous reduction of fuel consumption.
  • Another process will be fat-free and metallic bare inserts into the mold when cold inserted and the mold closed.
  • Through separate openings or channels in the form that extend into the area of the deposits will be induction heating in the Form introduced up to the deposits and become the deposits down to the solidus temperature range of aluminum heated. This takes place in the boundary layer of Insert and casting a surface diffusing the Metal atoms taking place to form a kind of alloy.
  • This procedure is particularly useful when equipping from aluminum engine blocks with cylinder liners Gray cast iron, so-called liners, applied.
  • the engine block is in two parts Sand molds (boxless or boxbound) in always poured vertically. It says so Core package or the finished engine block either on the Crankcase or on the cylinder head side.
  • the cylinder axis lies in the mold parting line and the shapes also point in the mold parting line from the outside up to channels of sufficient diameter leading the inserts through which the heating rods up to the inserts be immersed. After heating up the heating rods drawn and the mold clocked into the casting station and poured.
  • This is the production method for boxless molds at least for engine blocks of in-line engines sensible, but not executable for V-engines.
  • the invention has for its object a method and to propose a plant that will manufacture any aluminum castings with inlays at the same time Performance increase over conventional Facilities.
  • the at the same time forms the preamble of claim 1 solved this problem in that with a horizontal arrangement the molded box the inserts after inserting them into the open lower box are heated up immediately afterwards the form is closed by adding the top box and then the mold is poured, whereby the deposits to such a temperature above the Solidus temperature of the aluminum are heated that their temperature when pouring the mold in the range of Solidus temperature is.
  • the method according to the invention first uses the advantages the horizontal arrangement of the molding box, as in Gray cast iron plants are known, in particular in one relatively easy handling and high performance too are seen.
  • the invention works Procedure with lower and upper box, in which a part of the mold is molded, with the cores in usually only in the open, lying on the back Lower box can be inserted from above.
  • the core package will also be the Deposits made of the different kind of material on appropriate Support inserted and on the relatively easily accessible open lower box heated.
  • Then will the form closed by closing the top box and the shape that remains horizontal or vertical is set up, filled with the molten aluminum.
  • the insoles are heated to a temperature that sufficiently above the solidus temperature of the aluminum lies between the heat emission between the heating of the To compensate for deposits and pouring the mold and ensure that the inserts have another cast sufficiently high temperature in the range of the solidus temperature of aluminum.
  • the residence time of the Form between the heating of the insoles and the pouring the shape even has a favorable effect. Because it is in the known method due to that for heating available short time and the existing Geometries hardly possible, the insert over their entire Expansion and wall thickness to the same temperature bring to.
  • the residence time in the process according to the invention leads to temperature compensation through heat conduction within the insert, so that the insert when Pour the same temperature over its entire extent has.
  • the in the method according to the invention necessary temperature increase when heating the insert is in the range of 50 ° C.
  • the form has several inserts, all of them can or in groups by means of a single heating device be heated by this one of the in the Group existing number of deposits corresponding number of heating rods.
  • the method according to the invention is - in contrast to all known sand molding process - particularly suitable for Manufacture of engine blocks for V-engines. It says the shape on the side of the crankcase, during the Upper box takes the upper part of the engine block.
  • the corresponding core package is therefore with the cores and the cylinder liners above the horizontal mold parting line so that the liner can easily be viewed from above the heater, under an appropriate Has angularly arranged heating rods are accessible.
  • the bushings are inserted into the core package for the engine block.
  • the core package with horizontal Axle inserted into the shape of the lower box in such a way that the horizontal cylinder liners are above the mold parting plane, so that the external heating device horizontally into the cans can.
  • the increasing casting of aluminum has compared to that Gravity casting has the advantage that the melt does not tumbles into the mold turbulently, causing irregularities in the structure, lead to oxide skin formation etc. Moreover has the increasing pouring with horizontal mold boxes Advantages compared to vertical mold boxes, because the climbing height is lower and even at high ones Melt flow no turbulence arise, so that a higher casting performance is possible.
  • the shapes of engine blocks are in pairs facing each other, the shapes are from the center of the molding box poured together.
  • top box and bottom box are molded, which are then alternately on the Back or on the head promoted on the transport route become.
  • the Cores and deposits used.
  • the lower box gets into the Feeder and is the one already recorded there Upper box on the lower box while closing the mold placed. The mold then runs out of the feeder expediently immediately into the casting station.
  • the heater can be between the core insertion station and the feeder can be carried with the lower case, so that the heating during transportation between these two positions.
  • a conventional sub-box 1 is shown in which in a conventional molding machine Lower box mold 2 by compacting molding sand over a model is made. The production takes place in usually on the head, i.e. in a compared to Fig.1 position rotated by 180 °.
  • the lower box form 2 in the embodiment shown also a central Sprue 3 molded in from below for increasing pouring, the via distributor 4 connection to the mold rooms of the Has bottom box shape 2.
  • the heating rods 11 are preferably in register according to the number the cylinder arranged and movable together.
  • To immerse the heating rods 11 are the Core packages 5 with their axis above the mold parting plane arranged, that is to say about their usual position raised half the diameter of the liner.
  • the liners 9 are at a temperature heated up above the solidus temperature of the aluminum lies.
  • 2 shows the top box 13 with the top box shape 14 increased and the form closed.
  • the Upper box shape 14 can 15 and on this or optionally have additional feeders.
  • the closed one Form is then pouring from the bottom poured over the sprue 3.
  • Fig. 3 again shows a lower box 1 with the lower box shape 2, but in this case for the production of Engine blocks for V-engines.
  • the core packs 16 sit with the crank-side part in the lower box shape 2, while the cylinder head side Parts of the core package are exposed above the mold parting line.
  • liner 17 used by means accordingly angularly adjusted heating rods 18 are heated can.
  • the heating rods 18 may sit on after inside bent leads to them in the axial direction to be able to retract and extend in a space-saving manner.
  • Are the liners 17 heated to the desired temperature is then the upper box 13 with the upper box shape 14 increased and the form closed. Then hikes the molding box into the casting station.
  • Fig. 5 shows a plan view of a section of a Molding plant with a molding station 20 and one on it subsequent transport route 21 with core insertion station 22 and one arranged at the head of the transport route 21 Feeder 23, which also the transport route 21 with a casting and cooling section 24 connects to casting station 25.
  • Sub-box molds are alternately formed in the molding station 20 2 (FIGS. 1 and 3) and upper box shapes 14 (Fig. 2 and 4) made, the lower box shape is then turned so that it is open at the top is.
  • the lower box 2 and upper box shapes 14 are given alternately on the transport route 21, get there first in an insertion station 26, in the for example the core packages 5 with the liners 9, for example 1 used in the lower box shape 2 become.
  • Fig. 5 can also be provided two molding machines that parallel transport routes are arranged and each only produce lower box molds or upper box molds. These then move on the parallel transport routes in the same direction to a feeder that is similar the feeder 23 is formed and the transport routes bridged at her head. Part of a such system is shown in Fig. 6, which is only the transport route 29 for the sub-box forms that in this case, run one after the other.
  • Fig. 6 Part of a such system is shown in Fig. 6, which is only the transport route 29 for the sub-box forms that in this case, run one after the other.
  • Fig. 6 Immediately in front of the feeder 23 is another Station 27 arranged with the heating device 10.
  • the casting station 25 with a melting furnace and one not shown Riser pipe, which may be mobile, to the Connect the riser pipe to sprue 3 below.
  • the casting can the shapes are also in a vertical position, into which they are placed behind the feeder.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Aluminium mit Einlagen aus einem anderen Werkstoff im Verbundguß, indem Formsand über einem Modell in je einem von zwei die Form bildenden Formkasten verdichtet wird, in die Form wenigstens eines Formkastens die Einlagen und gegebenenfalls Formkerne eingelegt und beide Formkasten durch Zulegen zu einer Sandform geschlossen werden, wobei die Einlagen vor dem Abgießen der Form mittels einer externen Heizeinrichtung auf eine Temperatur im Bereich der Solidustemperatur des Aluminiums aufgeheizt werden. Siehe beispielsweise WO-A-92/18269 und WO-A-93/17818.
Ferner ist die Erfindung gerichtet auf eine Anlage zur Herstellung von Gußstücken aus Aluminium mit Einlagen aus einem anderen Werkstoff im Verbundguß, mit wenigstens einer Formmaschine zur Herstellung von zweiteiligen Kastenformen, wenigstens einer Transportstrecke für den horizontalen Transport von Unterkastenform und Oberkastenform, wenigstens einer an der Transportstrecke angordneten Einlegestation zum Einlegen von Formkernen und Einlagen in den Unterkasten, einem Oberkasten- und Unterkastenform zu einer geschlossenen Form zusammenführenden Zulegegerät und einer anschließenden Gießtstation, wobei eine externe Heizeinrichtung zum Aufheizen der Einlagen auf eine Temperatur im Bereich der Solidustemperatur des Aluminiums vorgesehen ist.
Aluminium gewinnt als Konstruktionswerkstoff zunehmend an Bedeutung, da es die positiven Eigenschaften eines geringen Gewichtes, einer hohen Korrosionsbeständigkeit, einer guten Wärmeleitfähigkeit und in vielen Fällen ausreichender Festigkeitswerte miteinander vereint. Es werden deshalb heute viele technische Bauteile aus Aluminium hergestellt. Dies gilt auch für die Kraftfahrzeugtechnik, insbesondere auch für Motorblöcke mit dem Vorteil eines höheren Leistungsgewichtes und gleichzeitiger Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs.
Wenn solche technischen Bauteile aus Aluminium in bestimmten Bereichen besonderen Beanspruchungen unterliegen, denen Aluminium nicht gerecht wird, werden Einlagen aus solchen Werkstoffen eingelegt, die diesen Anforderungen genügen. Bei Motorblöcken aus Aluminium sind dies insbesondere die Zylinderlaufflächen, die mit Laufbüchsen aus verschleißfestem Gleitmaterial ausgelegt werden. Dabei besteht die Schwierigkeit, zwischen dem Aluminiumguß und der Einlage eine einwandfreie, dauerhafte Verbindung herzustellen. Beim sogenannten Eingießen von Einlagen, bei dem die Einlage von der Aluminiumschmelze teilweise umschlossen wird, entsteht keine metallische, interkristalline Verbindung zwischen dem Gießmetall und der Einlage. Hier muß durch entsprechende konstruktive Gestaltung für eine form- und kraftschlüssige Verbindung gesorgt werden, dies gelingt durch Schrumpfen und/oder Umgießen von Hinterschneidungen etc.
Beim Verbundguß wird eine metallische, interkristalline Verbindung zwischen der Einlage und dem Gußteil erzeugt. Sie ist bei Bauteilen notwendig, die starken dynamischen oder thermischen Wechselbeanspruchungen ausgesetzt sind. Hier sind wiederum Motorblöcke und insbesondere deren Zylinderlaufflächen zu nennen. Für das Verbundgießen sind im wesentlichen zwei Methoden bekannt. Bei dem ALFIN-Verfahren wird die Einlage mit einer dünnen Aluminium-Schicht belegt. Dies geschieht dadurch, daß die Einlage in eine überhitzte Aluminiumschmelze von ca. 850°C kurz eingetaucht und gegebenenfalls anschließend in einer Schmelze von 600°C "abgeschreckt" wird. In dieser Schmelze verbleibt die Einlage bis kurz vor dem Einlegen in die Verbundguß-Form, so daß die Einlage etwa die gleiche Temperatur hat, wie die anschließend eingegossene Schmelze.
Bei einem anderen Verfahren werden fettfreie und metallisch blanke Einlagen in kaltem Zustand in die Form eingelegt und die Form geschlossen. Durch separate Öffnungen bzw. Kanäle in der Form, die bis in den Bereich der Einlagen reichen, wird eine Induktionsheizung in die Form bis zu den Einlagen eingeführt und werden die Einlagen bis in den Bereich der Solidustemperatur von Aluminium aufgeheizt. Dadurch findet in der Grenzschicht von Einlage und Gußteil ein oberflächiges Diffundieren der Metallatome unter Bildung einer Art Legierung statt. Dieses Verfahren wird insbesondere bei der Ausstattung von Aluminium-Motorblöcken mit Zylinderlaufbüchsen aus Grauguß, sogenannten Linern, angewandt.
In den vorgenannten Fällen wird der Motorblock in zweiteiligen Sandformen (kastenlos oder kastengebunden) in stets vertikaler Anordnung gegossen. Dabei steht das Kernpaket bzw. der fertige Motorblock entweder auf dem Kurbelgehäuse oder auf der Zylinderkopfseite. Die Zylinderachse liegt in der Formtrennebene und die Formen weisen gleichfalls in der Formtrennebene von außen bis zu den Einlagen führende Kanäle ausreichenden Durchmessers auf, durch welche die Heizstäbe bis zu den Einlagen eingetaucht werden. Nach dem Aufheizen werden die Heizstäbe gezogen und die Form in die Gießstation getaktet und abgegossen. Bei kastenlosen Formen ist diese Produktionsart zumindest für Motorblöcke von Reihenmotoren sinnvoll, für V-Motoren jedoch nicht ausführbar.
Bei kastengebundenen Formen wird die Formkastenwand durch die für die Heizstäbe notwendigen relativ großen Öffnungen, die in einer der Anzahl der Zylinder entsprechenden Anzahl vorhanden sein müssen, stark geschwächt. Dies wiederum schließt bestimmte Formsand- Verdichtungsverfahren, die mit hohem Druck arbeiten, insbesondere pneumatische Verdichtungsverfahren, aus bzw. muß mit einer entsprechend geringeren Formhärte gearbeitet werden, die wiederum gießtechnisch Probleme bereitet und leicht zu Oberflächenfehlern führt. Auch mit dieser Methode lassen sich V-Motorblöcke nicht realisieren, weil die unter einem Winkel zur Formtrennebene stehenden Zylinderachsen nicht mit Heizstäben erreichbar sind.
Alle bekannten kastenlos oder kastengebunden arbeitenden Formverfahren haben zudem den Nachteil, daß nur zwei Motorblöcke in einer Form nebeneinander angeordnet werden können, so daß die Leistung solcher Anlagen erheblich hinter den von herkömmlichen Grauguß-Anlagen zurückbleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage vorzuschlagen, welche die Herstellung beliebiger Aluminium-Gußstücke mit Einlagen bei gleichzeitiger Leistungssteigerung gegenüber herkömmlichen Anlagen ermöglicht.
Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren, das zugleich den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei horizontaler Anordnung der Formkasten die Einlagen nach dem Einlegen in den offenen Unterkasten aufgeheizt werden, unmittelbar anschließend die Form durch Zulegen des Oberkastens geschlossen und daraufhin die Form abgegossen wird, wobei die Einlagen auf eine solche Temperatur oberhalb der Solidustemperatur des Aluminiums aufgeheizt werden, daß ihre Temperatur beim Abgießen der Form im Bereich der Solidustemperatur liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt zunächst die Vorteile der horizontalen Anordnung der Formkasten, wie sie bei Grauguß-Anlagen bekannt sind, die insbesondere in einem relativ einfachen Handling und einer hohen Leistung zu sehen sind. Wie bei Grauguß-Anlagen arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren mit Unter- und Oberkasten, in denen je ein Teil der Form abgeformt wird, wobei die Kerne in der Regel nur in den auf dem Rücken liegenden, offenen Unterkasten von oben eingelegt werden. Wie die Kerne oder -im Fall von Motorblöcken- das Kernpaket werden auch die Einlagen aus dem andersartigen Werkstoff auf entsprechenden Auflagern eingelegt und am relativ problemlos zugänglichen offenen Unterkasten aufgeheizt. Anschließend wird die Form durch Zulegen des Oberkastens geschlossen und die Form, die in horizontaler Lage verbleibt oder vertikal aufgestellt wird, mit der Aluminiumschmelze gefüllt. Die Einlagen werden auf eine Temperatur aufgeheizt, die ausreichend oberhalb der Solidustemperatur des Aluminiums liegt, um die Wärmeabgabe zwischen dem Aufheizen der Einlagen und dem Abgießen der Form zu kompensieren und sicherzustellen, daß die Einlagen beim Abgießen noch eine ausreichend hohe Temperatur im Bereich der Solidustemperatur des Aluminiums aufweisen.
Entgegen aller Erwartung läßt sich dies bei den bekannt hohen Taktzeiten solcher Formanlagen problemlos verwirklichen. Die Wärmeabgabe in die Sandform ist wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Formsand relativ gering, so daß Wärme vornehmlich durch Strahlung abgegeben wird. Da in der geschlossenen Form keine Luftkonvektion stattfindet, ist der Wärmeverlust in der Form relativ gering. Dies gilt vor allem bei Laufbüchsen für die Zylinder von Motorblöcken, da in der Form zwischen der Außenseite der Laufbüchse und den benachbarten Kernflächen nur relativ enge Spalte vorhanden sind.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß die Verweilzeit der Form zwischen dem Aufheizen der Einlagen und dem Abgießen der Form sogar einen günstigen Effekt hat. Es ist nämlich bei dem bekannten Verfahren aufgrund der für das Aufheizen zur Verfügung stehenden kurzen Zeit und der vorhandenen Geometrien kaum möglich, die Einlage über ihre gesamte Ausdehnung und Wandstärke auf die gleiche Temperatur zu bringen. Die Verweilzeit beim erfindungsgemäßen Verfahren führt zu einem Temperaturausgleich durch Wärmeleitung innerhalb der Einlage, so daß die Einlage beim Abgießen über ihre gesamte Ausdehnung die gleiche Temperatur besitzt. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren notwendige Temperaturüberhöhung beim Aufheizen der Einlage liegt im Bereich von 50°C.
Bei Kastenanlagen, insbesondere für Grauguß werden in der Regel die Gußteilmassen etwa gleichmäßig auf den Unterkasten und den Oberkasten verteilt. Liegen im konkreten Fall die Einlagen dann überwiegend in der Unterkastenform und sind sie beispielsweise nur horizontal zugänglich, kann es sich empfehlen, die Form mit den Kernen und Einlagen bezüglich der Formtrennebene von Oberkasten und Unterkasten so anzuheben, daß die externe Heizeinrichtung an die Einlagen herangeführt werden kann.
Weist die Form mehrere Einlagen auf, können diese sämtlich oder gruppenweise mittels einer einzigen Heizeinrichtung aufgeheizt werden, indem diese eine der in der Gruppe vorhandenen Anzahl von Einlagen entsprechende Zahl von Heizstäben aufweist.
Bei einem horizontalen Kastentransport sind häufig mehrere Kerneinlegestationen oder Nachbearbeitungsstationen hintereinander angeordnet. Dies gibt die Möglichkeit, die Einlagen mehrstufig aufzuheizen bzw. auf Temperatur zu halten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist -im Gegensatz zu allen bekannten Sandform-Verfahren- besonders geeignet zur Herstellung von Motorblöcken für V-Motoren. Hierbei steht die Form auf der Seite des Kurbelgehäuses, während der Oberkasten den oberen Teil des Motorblocks abformt. Das entsprechende Kernpaket befindet sich also mit den Kernen und den Zylinderbüchsen oberhalb der horizontalen Formtrennebene so daß die Liner problemlos von oben her für die Heizeinrichtung, die unter einem entsprechenden Winkel angeordnete Heizstäbe aufweist, zugänglich sind.
Bei Motorblöcken aus Aluminium für Reihenmotoren, bei denen die Zylinderbüchsen aus einem verschleißfesten Gleitwerkstoff bestehen, werden, wie auch bei V-Motoren die Büchsen in das Kernpaket für den Motorblock eingesetzt. Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen horizontalen Anordnung der Formkasten wird das Kernpaket mit horizontaler Achse derart in die Form des Unterkastens eingelegt, daß die horizontal liegenden Zylinderbüchsen oberhalb der Formtrennebene liegen, so daß die externe Heizeinrichtung horizontal in die Büchsen eingetaucht werden kann.
Es können im Ober- und Unterkasten wenigstens zwei Motorblock-Formen mit einander zugekehrtem Kurbelgehäuse abgeformt werden. Vorzugsweise sind jedoch vier Motorblock Formen in paarweiser Anordnung in einem Formkasten vereinigt. Das erfindungsgemäße Verfahren gibt damit im Gegensatz zu allen bekannten Verfahren die Möglichkeit der Cluster-Anordnung.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist weiterhin die Möglichkeit gegeben, den geschlossenen Formkasten wahlweise in horizontaler oder vertikaler Lage durch steigendes Gießen mit der Aluminiumschmelze zu füllen.
Das steigende Gießen von Aluminium hat gegenüber dem Schwerkraftgießen den Vorteil, daß die Schmelze nicht turbulent in die Form einläuft, was zu Unregelmäßigkeiten im Gefüge, zu Oxidhautbildung etc. führen kann. Außerdem hat das steigende Gießen bei horizontal liegenden Formkasten Vorteile gegenüber vertikal stehenden Formkasten, weil die Steighöhe geringer ist und auch bei hohem Schmelzedurchfluß keine Turbulenzen entstehen, so daß eine höhere Gießleistung möglich ist.
Sind, wie bevorzugt, die Formen von Motorblöcken paarweise aneinander zugekehrt, werden die Formen von der Mitte des Formkastens her gemeinsam abgegossen.
Bei einer Anlage des eingangs genannten Aufbaus, die dem Oberbegriff des Anspruchs 10 entspricht, wird die Erfindungsaufgabe in vorrichtungstechnischer Hinsicht dadurch gelöst, daß die Heizeinrichtung an oder nach der Einlegestation angeordnet und aus einer Bereitschaftsstellung in die Position der Einlagen und zurück verfahrbar ist, und daß das Zulegegerät unmittelbar hinter der Station mit der Heizeinrichtung und die Gießstation unmittelbar hinter dem Zulegegerät angeordnet ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Anlage befindet sich zwischen der Station, in der die Einlagen aufgeheizt werden, und der Gießstation nur eine Position mit dem Zulegegerät, so daß zwischen dem Aufheizen und dem Abgießen nur zwei Arbeitstakte liegen. Da die Form und der Formkasten keinerlei Öffnungen oder Kanäle für das Einführen von Heizstäben od. dgl. aufweisen, kann die Form mit jedem beliebigen Verdichtungsverfahren hergestellt werden.
Wie bei herkömmlichen Grauguß-Anlagen können in einer einzigen Formmaschine wechselweise Oberkasten und Unterkasten abgeformt werden, die dann wechselweise auf dem Rücken bzw. auf dem Kopf auf der Transportstrecke gefördert werden. In den oben offenen Unterkasten werden die Kerne und Einlagen eingesetzt. Nach der letzten Station mit der Heizeinrichtung gelangt der Unterkasten in das Zulegegerät und wird der dort bereits zuvor aufgenommene Oberkasten auf den Unterkasten unter Schließen der Form aufgesetzt. Aus dem Zulegegerät läuft dann die Form zweckmäßigerweise sofort in die Gießstation.
Bei einer anderen bekannten Anlage für Grauguß werden Unterkasten und Oberkasten getrennt von je einer Formmaschine abgeformt und auf einer eigenen Transportstrecke weitergefördert. Hierbei gelangen also die Unterkasten unmittelbar nacheinander in die Kerneinlegestation oder -stationen. Dies gibt die Möglichkeit, die Einlagen schon vor der letzten Station aufzuheizen und in den Folgestationen weitere Heizeinrichtungen anzuordnen, um die Einlagen vorzuheizen, auf Endtemperatur aufzuheizen und anschließend warmzuhalten.
Die Heizeinrichtung kann zwischen der Kerneinlegestation und dem Zulegegerät mit dem Unterkasten mitführbar sein, so daß die Aufheizung während des Transports zwischen diesen beiden Positionen erfolgt.
Schließlich ist gemäß einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß an der Gießstation einer solchen Anlage ein Schmelzeofen mit Steigrohr zum Anschluß an den Formkasten für das steigende Gießen angeordnet ist.
Nachstehend ist die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung gezeigter Ausführungsbeispiele beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1
einen schematischen Schnitt einer Unterkastenform mit eingelegten Kernpaketen für die Herstellung von Motorblöcken für Reihenmotoren;
Fig. 2
einen schematischen Schnitt der Unterkasten- und Oberkastenform während des Zulegens des Oberkastens;
Fig. 3
einen schematischen Schnitt einer Unterkastenform zur Herstellung von Motorblöcken für V-Motoren einschließlich Heizeinrichtung;
Fig. 4
einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt von Unterkasten- und Oberkastenform während des Zulegens des Oberkastens;
Fig. 5
eine Draufsicht auf einen Teil einer Formanlage und
Fig. 6
eine Ansicht eines Teils einer anderen Ausführung der Formanlage.
Die Zeichnung wird nachfolgend anhand der Herstellung von Motorblöcken mit eingelegten Zylinderbüchsen, sogenannten Linern beschrieben, jedoch sind das Verfahren und die Anlage gemäß der Erfindung auch zur Herstellung beliebiger anderer technischer Bauteile aus Aluminiumguß mit Einlagen anwendbar.
In Fig. 1 ist ein herkömmlicher Unterkasten 1 gezeigt, in welchem in einer wiederum herkömmlichen Formmaschine die Unterkastenform 2 durch Verdichten von Formsand über einem Modell hergestellt wird. Die Herstellung erfolgt in der Regel auf dem Kopf, also in einer gegenüber der Fig.1 um 180° gedrehten Position. In der Unterkastenform 2 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel ferner ein zentraler Anguß 3 für das steigende Gießen von unten eingeformt, der über Verteiler 4 Verbindung zu den Formräumen der Unterkastenform 2 hat.
In die oben offene Unterkastenform 2 sind zwei Kernpakete 5 für die Herstellung von Motorblöcken für Reihenmotoren eingelegt, und zwar derart, daß die Kerne 6 für das Kurbelgehäuse einander zugekehrt sind, während sich die Zylinderkopfseite 7 jeweils außen befindet. In die Zylinderbohrungen 8 sind die Laufbüchsen (Liner) 9 aus einem verschleißfestem Gleitmaterial eingesetzt.
An der in Fig. 1 gezeigten Station einer Transportstrecke befinden sich an gegenüberliegenden Seiten Heizeinrichtungen 10 mit induktiv arbeitenden Heizstäben 11, die horizontal in die Liner 9 von außen einfahrbar sind. Die Heizstäbe 11 sind vorzugsweise registerartig entsprechend der Anzahl der Zylinder angeordnet und gemeinsam verfahrbar. Um das Eintauchen der Heizstäbe 11 zu ermöglichen, sind die Kernpakete 5 mit ihrer Achse oberhalb der Formtrennebene angeordnet, also gegenüber ihrer üblichen Lage um etwa den halben Durchmesser der Liner angehoben. An der Station gemäß Fig. 1 werden die Liner 9 auf eine Temperatur aufgeheizt, die oberhalb der Solidustemperatur des Aluminiums liegt. Ist die gewünschte Temperatur erreicht, werden die Heizstäbe 11 gezogen und im nächsten Arbeitstakt, wie Fig. 2 zeigt, der Oberkasten 13 mit der Oberkastenform 14 zugelegt und die Form geschlossen. Die Oberkastenform 14 kann Steiger 15 und an diesem oder gegebenenfalls zusätzlich Speiser aufweisen. Die geschlossene Form wird dann von unten im steigenden Gießen über den Anguß 3 abgegossen.
Fig. 3 zeigt wiederum einen Unterkasten 1 mit der Unterkastenform 2, in diesem Fall jedoch zur Herstellung von Motorblöcken für V-Motoren. In diesem Anwendungsfall sitzen die Kernpakete 16 mit dem kurbelseitigen Teil in der Unterkastenform 2, während die zylinderkopfseitigen Teile des Kernpakets oberhalb der Formtrennebene freiliegen. In die Zylinderbohrungen des Kernpaketes 16 sind wiederum Liner 17 eingesetzt, die mittels entsprechend winklig angestellter Heizstäbe 18 aufgeheizt werden können. Die Heizstäbe 18 sitzen gegebenenfalls an nach innen abgekröpften Zuleitungen, um sie in Achsrichtung platzsparend ein- und ausfahren zu können. Sind die Liner 17 auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt, wird anschließend der Oberkasten 13 mit der Oberkastenform 14 zugelegt und die Form geschlossen. Anschließend wandert der Formkasten in die Gießstation.
Fig. 5 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt auf eine Formanlage mit einer Formstation 20 und einer daran anschließenden Transportstrecke 21 mit Kerneinlegestation 22 und einem am Kopf der Transportstrecke 21 angeordneten Zulegegerät 23, das zugleich die Transportstrecke 21 mit einer Gieß- und Kühlstrecke 24 mit Gießstation 25 verbindet. In der Formstation 20 werden wechselweise Unterkastenformen 2 (Fig. 1 und 3) und Oberkastenformen 14 (Fig. 2 und 4) hergestellt, wobei die Unterkastenform anschließend gewendet wird, so daß sie nach oben offen ist. Die Unterkasten- 2 und Oberkastenformen 14 werden abwechselnd auf die Transportstrecke 21 abgegeben, gelangen dort zunächst in eine Einlegestation 26, in der beispielsweise die Kernpakete 5 mit den Linern 9, beispielsweise gemäß Fig. 1 in die Unterkastenform 2 eingesetzt werden. Nach zwei weiteren Transportschritten gelangen die Unterkastenformen 2 in die Station 27, in der die Heizstäbe 11 der Heizeinrichtung 10 horizontal in die Liner von beiden Seiten eingefahren werden und diese bis oberhalb der Solidustemperatur aufheizen. Im gleichen Arbeitstakt ist eine vorlaufende Oberkastenform 14 in das Zulegegerät 23 gelangt und dort angehoben worden. Nach Ziehen der Heizstäbe 11 wird im nächsten Arbeitstakt die Unterkastenform 2 mit den aufgeheizten Linern in das Zulegegerät 23 gefördert, die dort befindliche Oberkastenform 14 auf die Unterkastenform 2 aufgesetzt und der geschlossene Formkasten auf die Transportstrecke 24 transportiert und mittels eines Stoßantriebs 28 in die Gießstation 15 umgesetzt, in der der geschlossene Formkasten von unten her über den Anguß 3 und die Verteiler 4 (Fig. 1) von unten steigend abgegossen wird.
Statt nur einer Formmaschine, wie in Fig. 5 gezeigt, können auch zwei Formmaschinen vorgesehen sein, die an parallelen Transportstrecken angeordnet sind und jeweils nur Unterkastenformen bzw. Oberkastenformen herstellen. Diese wandern dann auf den parallelen Transportstrecken in der gleichen Richtung zu einem Zulegegerät, das ähnlich dem Zulegegerät 23 ausgebildet ist und die Transportstrecken an ihrem Kopf überbrückt. Ein Teil einer solchen Anlage ist in Fig. 6 gezeigt, die nur die Transportstrecke 29 für die Unterkastenformen wiedergibt, die in diesem Fall also unmittelbar hintereinander laufen. Unmittelbar vor dem Zulegegerät 23 ist wiederum eine Station 27 mit der Heizeinrichtung 10 angeordnet. Unmittelbar hinter dem Zulegegerät 23 findet sich die Gießstation 25 mit einem Schmelzeofen und einem nicht gezeigten Steigrohr, der gegebenenfalls fahrbar ist, um das Steigrohr an den unten liegenden Anguß 3 anzuschließen.
Statt der gezeigten Ausführungsbeispiele kann das Abgießen der Formen auch in vertikaler Stellung erfolgen, in die sie hinter dem Zulegegerät aufgestellt werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Aluminium mit Einlagen (9) aus einem anderen Werkstoff im Verbundguß, indem Formsand über einem Modell in je einem (1) von zwei die Form bildenden Formkasten (1, 13) verdichtet wird, in die Form wenigstens eines Formkastens (1) die Einlagen (9) und gegebenenfalls Formkerne (5) eingelegt und beide Formkasten (1, 13) durch Zulegen zu einer Sandform (2, 14) geschlossen werden, wobei die Einlagen vor dem Abgießen der Form mittels einer externen Heizeinrichtung (10) auf eine Temperatur im Bereich der Solidustemperatur des Aluminiums aufgeheizt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei horizontaler Anordnung der Formkasten (1, 13) die Einlagen (9) nach dem Einlegen in den offenen Unterkasten (1) aufgeheizt werden, unmittelbar anschließend die Form durch Zulegen des Oberkastens (13) geschlossen und daraufhin die Form (2, 14) abgegossen wird, wobei die Einlagen (9) auf eine solche Temperatur oberhalb der Solidustemperatur des Aluminiums aufgeheizt werden, daß sie beim Abgießen der Form noch eine Temperatur im Bereich der Solidustemperatur aufweisen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (2, 14) und die Kerne (5) und Einlagen (9) bezüglich der Formtrennebene von Oberkasten (13) und Unterkasten (1) so angeordnet werden, daß die externe Heizeinrichtung (10) an die Einlagen (9) herangeführt werden kann.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Einlagen (9) einer Form (2, 14) sämtlich oder gruppenweise mittels der Heizeinrichtung (10) aufgeheizt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagen (9) mehrstufig aufgeheizt bzw. auf Temperatur gehalten werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von Motorblöcken für Reihenmotoren, indem Zylinderbüchsen (9) aus einem verschleißfesten Werkstoff in das den Motorblock abformende Kernpaket (5) eingelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernpaket (5) mit im wesentlichen horizontaler Achse derart in die Form (2) des Unterkastens (1) eingelegt wird, daß die horizontal liegenden Zylinderbüchsen (9) oberhalb der Formtrennebene liegen, und daß die externe Heizeinrichtung (10) horizontal in die Zylinderbüchsen eingetaucht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Formkasten wenigstens (1, 13) zwei Motorblock-Formen mit einander zugekehrtem Kurbelgehäuse abgeformt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Formkasten (1, 13) vier Motorblock-Formen paarweise mit einander zugekehrtem Kurbelgehäuse abgeformt werden.
  8. Verfahren nach Anspruche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Formen von der Mitte des Formkastens her gemeinsam abgegossen werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Formkasten (1, 13) in horizontaler oder vertikaler Lage durch steigendes Gießen mit der Aluminiumschmelze gefüllt wird.
  10. Anlage zur Herstellung von Gußstücken aus Aluminium mit Einlagen (9) aus einem anderen Werkstoff im Verbundguß, mit wenigstens einer Formmaschine (20) zur Herstellung von zweiteiligen Kastenformen, wenigstens einer Transportstrecke (21) für den horizontalen Transport von Unterkastenform (2) und Oberkastenform (14), wenigstens einer an der Transportstrecke angeordneten Einlegestation (26) zum Einlegen von Formkernen (5) und Einlagen (9) in den Unterkasten (1), einem Oberkasten- (14) und Unterkastenform (2) zu einer geschlossenen Form (2, 14) zusammenführenden Zulegegerät (23) und einer anschließenden Gießstation (25), wobei eine externe Heizeinrichtung (10) zum Aufheizen der Einlagen (9) auf eine Temperatur im Bereich der Solidustemperatur des Aluminiums vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (10) an oder nach der Einlegestation (26) angeordnet und aus einer Bereitschaftsstellung in die Position der Einlagen (9) und zurück verfahrbar ist, und daß das Zulegegerät (23) unmittelbar hinter der Station (27) mit der Heizeinrichtung (10) und die Gießstation (25) unmittelbar hinter dem Zulegegerät (23) angeordnet ist.
  11. Anlage nach Anspruch 10 mit je einer Formmaschine für die getrennte Herstellung von Unterkasten- (2) und Oberkastenformen (4), je einer an die Formmaschinen anschließenden Transportstrecke für die Unterkasten (2) bzw. Oberkastenformen (14), wenigstens einer Kerneinlegestation (26) an der Unterkasten-Transportstrecke (29) und einem danach angeordneten, beide Transportstrecken überbrückenden Zulegegerät (23), dadurch gekennzeichnet, daß an der Transportstrecke (29) für die Unterkastenformen (2) wenigstens an der letzten Station (27) vor dem Zulegegerät (23) eine externe Heizeinrichtung (10) angeordnet ist.
  12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterkasten-Transportstrecke (29) mehrere Stationen mit je einer externen Heizeinrichtung (10) vorgesehen sind.
  13. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung zwischen der Kerneinlegestation (26) und dem Zulegegerät (29) mit der Unterkastenform (2) mitführbar ist.
  14. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gießstation (25) ein Schmelzeofen (30) mit Steigrohr zum Anschluß an den Formkasten (1, 13) für das steigende Gießen angeordnet ist.
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