EP3695917B1 - Speisereinsatz, verfahren zur herstellung eines speiserkorpus für den seisereinsatz sowie könig und kernkasten zur herstellung eines speiserkorpus - Google Patents

Speisereinsatz, verfahren zur herstellung eines speiserkorpus für den seisereinsatz sowie könig und kernkasten zur herstellung eines speiserkorpus Download PDF

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EP3695917B1
EP3695917B1 EP19156932.6A EP19156932A EP3695917B1 EP 3695917 B1 EP3695917 B1 EP 3695917B1 EP 19156932 A EP19156932 A EP 19156932A EP 3695917 B1 EP3695917 B1 EP 3695917B1
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EP
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riser
expander element
feeder
cavity
expanded
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EP3695917A1 (de
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Olof Hilger
Jörg Schäfer
Thomas Schäfer
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GTP Schaefer Giesstechnishe Produkte GmbH
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GTP Schaefer Giesstechnishe Produkte GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/088—Feeder heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/082—Sprues, pouring cups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/06—Core boxes

Definitions

  • the present invention relates to a feeder insert comprising a feeder body for use in casting metals into a casting mold, a method for producing a one-piece feeder body and a king and a core box comprising the king for producing a one-piece feeder body.
  • the feeder inserts In foundry technology, it is often necessary to arrange additional feeder inserts in the casting molds, the feeder body of which fills with the liquid metal when the casting is poured and compensates for any volume deficits that occur during the solidification of the casting in order to prevent the formation of voids in the casting.
  • the feeder inserts must be designed in such a way that the liquid metal fed into them solidifies later than the casting so that material can be transported to the casting during the solidification process, which tightly feeds the casting.
  • the feeder inserts consist of an exothermic and / or insulating material.
  • the feeder inserts have a feeder cavity for receiving liquid metal and a feeder opening for connecting the feeder cavity to a mold cavity of the casting mold during the casting process.
  • the feeder insert is during the casting process aligned vertically, ie an axis defined by the feeder opening is aligned vertically.
  • the feeder cavity adjoining the feeder opening is usually designed to be rotationally symmetrical about the axis, the hydrostatic pressure of the liquid metal located in the feeder cavity being sufficient for replenishment.
  • the feeder insert is aligned horizontally with its axis defined by the feeder opening during the casting process.
  • vertical green sand molding systems for the production of casting molds are known (also known as DISA molding systems and DISAMATIC®), in which a first half of the model is mounted on an exclusively linearly adjustable plunger and a second half of the model is mounted on a swiveling mold plate that is between a loading position in which it is aligned horizontally or vertically, for example, and in which it is equipped with a feeder insert, and a particularly vertically aligned casting position is moved back and forth.
  • a two-part feeder body whose feeder cavity, which is delimited by two shaped elements, has a predominant volume fraction above the axis when the axis is arranged horizontally, so that the hydrostatic pressure of the liquid metal located above the axis is sufficient for replenishment.
  • the two molded elements of this feeder insert can be telescoped relative to one another, so that one mold element is shifted to the other mold element during production of the casting mold, which enables the molding material of the casting mold to be compressed in the area surrounding the feeder opening.
  • a feeder insert which, due to the undercut design of the feeder cavity to the feeder opening, consists of two shaped elements which have to be glued to one another after their respective manufacture, which increases the manufacturing costs of the feeder insert. It is therefore desirable to simplify the feeder body of a feeder insert and its manufacture.
  • a two-part feeder body with an asymmetrical feeder cavity is also off WO 2016/050264 A1 known.
  • a feeder insert that is vertically aligned during the casting process and has a rotationally symmetrical feeder cavity
  • it is off WO 2017/046007 A1 known to produce a one-piece feeder body by means of a core shooting machine, in which an expandable, rotationally symmetrical king specifies the geometric shape of the feeder cavity during the shooting process.
  • the object of the present invention is therefore to eliminate the disadvantages described with reference to the prior art and in particular to provide a feeder insert, a method for producing a one-piece feeder body, and a king and a core box having the king for producing the one-piece feeder body, by means of which the production of a feeder insert arranged horizontally during the casting process is simplified.
  • the object is achieved by a feeder insert, a method for producing a feeder body and a king and a core box of a core shooting machine with the features of the respective independent claim.
  • Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims and in the description, with individual features of the advantageous developments being able to be combined with one another in a technically meaningful way.
  • the object is achieved in particular by a king for the production of a feeder body which is reversibly expandable in its outer contour and extends in a non-expanded state along a central longitudinal axis, the king in an expanded state having an asymmetrical shape with respect to the longitudinal axis.
  • the king In the non-expanded state, the king has, in particular, a cross-sectional configuration which can taper conically from a root, which can also be referred to as a foot, of the king to a free end.
  • the cross-sectional design in the unexpanded state of the king can be, for example, circular, oval, elliptical, trapezoidal, rectangular or square, with the corners being rounded in the case of a rectangular or square cross-sectional design.
  • the king thus has two side walls that are each parallel at least in cross-section.
  • the king in an expanded state, has an asymmetrical shape with respect to the longitudinal axis.
  • the outer contour of the expanded king thus extends in one direction at a greater distance from the longitudinal axis defined in the non-expanded state than in an opposite direction (in a cross-sectional plane orthogonal to the longitudinal axis).
  • the king is designed in such a way that there is little or no expansion in the area of the root of the king, so that the root of the king defines the shape of the feeder opening of the feeder body to be produced.
  • Such a king is used in particular together with a core box in a core casting machine for the production of a feeder body, wherein the core box comprises at least a first box and a second box.
  • the core box can also comprise further boxes.
  • Such an asymmetrical outer shape of the expanded king can be achieved, for example, in that the expansion of the king takes place in one direction during manufacture and no expansion takes place in the opposite direction. Of course, there can also be a greater expansion in one direction and a smaller expansion in an opposite direction.
  • Such an expansion in one direction can be achieved, for example, in that the king has a solid mandrel and comprises a flexible membrane fastened to the mandrel, which can be expanded by introducing a fluid into a space between the membrane and the mandrel, wherein the membrane expands to different degrees when widening in a plane orthogonal to the longitudinal axis of the mandrel.
  • the membrane has elasticity modules that are locally distributed in different ways.
  • the expansion in one direction could be caused by a delimitation element which is applied from the outside to the flexible membrane.
  • an expansion in one direction and no expansion in the opposite direction is achieved by the membrane with its peripheral edges both in the axial direction (i.e. at the bottom in the area of the root and at the top in the area of the free end of the king) as well as in the circumferential direction (for example along the longitudinal axis on the surface of the fixed mandrel) is attached to the mandrel, for example by vulcanization.
  • a feeder body produced in this way therefore has a feeder cavity for receiving liquid metal and a feeder opening for connecting the Feeder cavity with a mold cavity of the casting mold during the casting process, the feeder cavity having a larger diameter than the diameter of the feeder opening in at least one portion, the feeder opening defining an axis.
  • the feeder body consists of an insulating and / or exothermic feeder material and is designed in one piece, the feeder cavity being designed asymmetrically to the axis.
  • Such a feeder insert can be produced in just one shooting process in a core shooting machine.
  • the feeder cavity thus has a volume which is designed so that with a horizontal arrangement of the feeder insert and the axis defined by the feeder opening, a larger volume fraction of the volume of the feeder cavity can be positioned above the axis than below the axis.
  • a feeder insert is ideally suited for a vertically divided casting mold, in which the feeder insert is arranged horizontally during the casting process, since the liquid metal located above the axis provides sufficient hydrostatic pressure during the casting process, which is necessary for replenishing liquid metal in which the mold cavity of the casting mold is sufficient.
  • the exothermic and / or insulating material of the feeder body is thus homogeneously distributed in the wall area, cover area and the bottom area of the feeder body with the feeder opening, so that no interfaces would be formed between individual sections of the feeder body, as would be the case, for example, if the Feeder body would be glued together from several parts.
  • the feeder body can in particular have a further (ventilation) opening on a side opposite the feeder opening (that is to say in the cover area), which is used to guide the cap during molding.
  • a further opening can be created, for example, during the manufacturing process of the feeder body, in that the free end of the king opposite the root of the king is not expandable or is relatively little expandable.
  • the asymmetry of the feeder cavity is characterized in particular by the fact that the feeder cavity extends further, starting from the axis defined by the feeder opening, orthogonally to this axis than in an opposite direction.
  • the feeder cavity can be aligned during the casting process in such a way that a larger feeder volume is arranged above the axis than below.
  • the feeder cavity preferably has a minimum point on its circumferential surface in the region of the asymmetrical configuration, which is less spaced from the axis than adjacent points on the circumferential surface which are axially adjacent and opposite to the minimum point.
  • a minimum point with which the liquid material initially comes into contact when the feeder cavity is filled, improves the replenishment.
  • Such a point-like or linearly formed minimal point also known as a Williams notch or Williams bar
  • the membrane can be connected to the mandrel on its inside in an expandable area, so that the expansion of the membrane is locally limited.
  • the membrane can be fastened directly and directly to the mandrel at a point or line-shaped point, so that no expansion of the membrane takes place at this fastening point.
  • the expansion of the membrane could also be limited with a tether, which is fastened at one end to the mandrel and at the other end to the inside of the membrane.
  • the king in a non-expanded state, has a cross-sectionally rectangular, in particular square, shape with parallel side walls, it being possible for the side walls to be connected to one another by rounded portions.
  • the side walls can also be designed to be conically tapered along the longitudinal axis.
  • the feeder opening produced in the feeder body would thus also have an essentially rectangular (cross-sectional) shape.
  • the membrane is only arranged on one side wall of the king.
  • the king can have a different cross-sectional shape, such as round, oval or elliptical, the membrane preferably extending in the circumferential direction only over part of the circumference.
  • the membrane extends in the circumferential direction over no more than half of the total circumference.
  • accessories can be attached to the feeder body, in particular for forming a feeder neck and thus for forming a predetermined breaking point of the metal feeder remainder near the surface of the cast part, for example a so-called ME disk can be attached to the outside of the feeder body in the area of the feeder opening.
  • the accessories it would also be possible for the accessories to be arranged in the core boxes in order to be connected to the feeder body produced in this way as soon as the feeder material is injected.
  • the feeder insert then includes in particular the feeder body and the accessories.
  • Figure 1 shows a king in an unexpanded state.
  • the king 7 comprises a mandrel 9 and a membrane 10.
  • the king 7 extends along a longitudinal axis 8 from a root 14 to a free end 15.
  • the non-expanded king 7 is rectangular in its cross-sectional configuration, the membrane 10 extending only over one side wall 13 of the mandrel 9.
  • the membrane 10 is completely attached to the mandrel with its peripheral edge 12. Through lines, not shown, inside the mandrel 9, it is possible to conduct a fluid in an intermediate space 11 between the mandrel 9 and the membrane, so that the membrane 10 and thus the outer contour of the king 7 is widened.
  • FIG. 3 shows the use of a similar king 7 with core boxes (not shown) of a core shooting machine.
  • the core boxes each have a partial cavity which, in a merged state, forms a cavity with an inner wall 18, this inner wall defining the outer contour of the feeder body 2 that provides the heart.
  • exothermic and / or insulating feeder material is injected between the inner wall 18 of the cavity formed by the core boxes and the outer contour of the expanded king 7.
  • a correspondingly widened king 7 is shown with an inserted feeder body 2, the core boxes, which define the outer contour of the feeder body 2, not being shown.
  • a feeder insert 1 which comprises the feeder body 2 and an ME disk 16.
  • the feeder body 2 has a feeder cavity 3 and a feeder opening 4, via which the feeder cavity 3 is connected to a mold cavity, not shown, of a casting mold during the casting process.
  • the feeder opening 4 defines an axis 5, whereby it can be clearly seen that the diameter of the feeder cavity 3 is larger than the diameter of the feeder opening 4.
  • Such a feeder insert 1 is used in particular in vertically divided casting molds, in which the feeder insert 1 during the Casting process is aligned with its axis horizontally. During the casting process, the feeder insert 1 is therefore.
  • the Williams strip 6 formed on the circumferential surface of the feeder cavity 3 serves as a hotspot for the liquid metal.
  • a feeder body having an asymmetrical feeder cavity can be manufactured in one piece in just one manufacturing process, so that the outlay for manufacturing such a feeder body is significantly simplified.

Landscapes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen einen Speiserkorpus umfassenden Speisereinsatz zur Verwendung beim Gießen von Metallen in eine Gießform, ein Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Speiserkorpus sowie einen König und einen den König umfassenden Kernkasten zur Herstellung eines einteiligen Speiserkorpus.
  • In der Gießereitechnik ist es häufig notwendig, in den Gießformen zusätzliche Speisereinsätze anzuordnen, deren Speiserkorpus sich beim Abguss des Gussstückes mit dem flüssigen Metall füllt und bei der Erstarrung des Gussstückes auftretende Volumendefizite ausgleicht, um eine Lunkerbildung im Gussstück zu verhindern. Dazu müssen die Speisereinsätze so beschaffen sein, dass das darin eingespeiste flüssige Metall später als das Gussstück erstarrt, damit während des Erstarrungsvorganges ein Materialtransport zum Gussstück hin stattfinden kann, der das Gussstück dichtspeist. Hierzu bestehen die Speisereinsätze aus einem exothermen und/oder isolierenden Material. Die Speisereinsätze weisen hierzu einen Speiser-Hohlraum zur Aufnahme von flüssigem Metall auf sowie eine Speiseröffnung zum Verbinden des Speiser-Hohlraums mit einem Formhohlraum der Gießform während des Gießvorganges. In einer Vielzahl von Anwendungen ist der Speisereinsatz während des Gießvorganges vertikal ausgerichtet, d. h. eine durch die Speiseröffnung definierte Achse ist vertikal ausgerichtet. In diesem Fall ist der sich an die Speiseröffnung anschließende Speiser-Hohlraum meistens rotationssymmetrisch um die Achse ausgebildet, wobei der hydrostatische Druck des sich im Speiser-Hohlraum befindlichen flüssigen Metalls für eine Nachspeisung ausreichend ist.
  • Es gibt jedoch Anwendungsbereiche, bei denen der Speisereinsatz während des Gießvorganges mit seiner durch die Speiseröffnung definierten Achse horizontal ausgerichtet ist. So sind beispielsweise vertikale Grünsand-Formanlagen zur Herstellung von Gießformen bekannt (auch als DISA-Formanlagen und DISAMATIC® bekannt), bei denen eine erste Modellhälfte auf einem ausschließlich linear verstellbar Presskolben montiert ist und eine zweite Modellhälfte auf einer schwenkbaren Formplatte montiert ist, die zwischen einer Bestückungsstellung, in der diese beispielsweise waagerecht oder vertikal ausgerichtet ist und in der diese mit einem Speisereinsatz bestückt wird, und einer insbesondere vertikal ausgerichteten Gießstellung hin und her bewegt wird. Bei diesen vertikal geteilten Gießformen, mit denen relativ dünnwandige Gussstücke hergestellt werden können und bei denen der Speisereinsatz während des Gießvorganges horizontal ausgerichtet ist, besteht das Problem, das Nachspeisen zu gewährleisten. So ist aus EP 3 003 601 B1 beispielsweise ein zweiteiliger Speiserkorpus bekannt, dessen von zwei Formelementen begrenzter Speiser-Hohlraum bei horizontaler Anordnung der Achse einen überwiegenden Volumenanteil oberhalb der Achse aufweist, so dass der hydrostatische Druck des sich oberhalb der Achse befindlichen flüssigen Metalls für das Nachspeisen ausreichend ist. Die beiden Formelemente dieses Speisereinsatzes sind teleskopierbar zueinander verschiebbar, so dass während der Herstellung der Gießform das eine Formelement zu dem anderen Formelement verschoben wird, wodurch eine Verdichtung des Formmaterials der Gießform in dem die Speiseröffnung umgebenden Bereich ermöglicht wird.
  • Aus DE 87 02 296 ist ein Speisereinsatz bekannt, der aufgrund der Hinterschnittgestaltung des Speiser-Hohlraums zu der Speiseröffnung aus zwei Formelementen besteht, die nach ihrer jeweiligen Herstellung miteinander verklebt werden müssen, was den Fertigungsaufwand des Speisereinsatzes erhöht. Es ist daher wünschenswert, den Speiserkorpus eines Speisereinsatzes und dessen Herstellung zu vereinfachen. Ein zweiteiliger Speiserkorpus mit einem asymmetrischen Speiserhohlraum ist zudem aus WO 2016/050264 A1 bekannt.
  • Für einen während des Gießvorganges vertikal ausgerichteten Speisereinsatz, der einen rotationssymmetrischen Speiser-Hohlraum aufweist, ist aus WO 2017/046007 A1 bekannt, einen einteiligen Speiserkorpus mittels einer Kernschießmaschine herzustellen, bei der ein aufweitbarer, rotationssymmetrischer König die geometrische Gestalt des Speiser-Hohlraumes während des Schießvorganges vorgibt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die mit Bezug zum Stand der Technik geschilderten Nachteile zu beseitigen und insbesondere einen Speisereinsatz, ein Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Speiserkorpus, sowie einen König und eine den König aufweisenden Kernkasten zur Herstellung des einteiligen Speiserkorpus anzugeben, durch die die Herstellung eines während des Gießvorganges horizontal angeordneten Speisereinsatzes vereinfacht ist.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch einen Speisereinsatz, ein Verfahren zur Herstellung eines Speiserkorpus sowie durch einen König und einen Kernkasten einer Kernschießmaschine mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben, wobei einzelne Merkmale der vorteilhaften Weiterbildungen in technisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar sind.
  • Gelöst wird die Aufgabe insbesondere durch einen König zur Herstellung eines Speiserkorpus, der in seiner Außenkontur reversibel aufweitbar ist und sich in einem nicht aufgeweiteten Zustand entlang einer zentralen Längsachse erstreckt, wobei der König in einem aufgeweiteten Zustand eine asymmetrische Gestalt in Bezug auf die Längsachse hat.
  • In dem nicht aufgeweiteten Zustand weist der König insbesondere eine Querschnittsgestaltung auf, die sich von einer Wurzel, welche auch als Fuß bezeichnet werden kann, des Königs hin zu einem freien Ende konisch verjüngen kann. Die Querschnittsgestaltung in dem nicht aufgeweiteten Zustand des Königs kann beispielsweise kreisförmig, oval, elliptisch, trapezförmig, rechteckförmig oder quadratisch sein, wobei bei einer rechteckförmigen oder quadratischen Querschnittsgestaltung die Ecken abgerundet sein können. Der König weist bei einer rechteckigen oder quadratischen Querschnittsgestaltung also zwei jeweils zumindest im Querschnitt parallele Seitenwände auf.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der König in einem aufgeweiteten Zustand eine asymmetrische Gestalt in Bezug auf die Längsachse aufweist. Die Außenkontur des aufgeweiteten Königs erstreckt sich also in eine Richtung mit einem größeren Abstand von der im nicht aufgeweiteten Zustand definierten Längsachse als in eine entgegengesetzte Richtung (in einer Querschnittsebene orthogonal zu der Längsachse). Der König ist dabei insbesondere so ausgebildet, dass eine Aufweitung im Bereich der Wurzel des Königs nicht oder nur wenig erfolgt, so dass die Wurzel des Königs die Gestalt der Speiseröffnung des herzustellenden Speiserkorpus vorgibt.
  • Ein solcher König wird insbesondere zusammen mit einem Kernkasten in einer Kerngießmaschine zur Herstellung eines Speiserkorpus verwendet, wobei der Kernkasten zumindest einen ersten Kasten und einen zweiten Kasten umfasst. Der Kernkasten kann auch weitere Kästen umfassen.
  • Ein solcher Kernkasten mit einem entsprechenden König kann zur Herstellung eines einteiligen Speiserkorpus eines Speisereinsatzes verwendet werden, wobei das Herstellungsverfahren zumindest die folgenden Schritte (gegebenenfalls in einer beliebigen Reihenfolge, soweit technisch sinnvoll) umfasst:
    • Ausbilden zumindest eines ersten Teilhohlraums in einem ersten Kasten und eines zweiten Teilhohlraumes in einem zweiten Kasten,
    • Zusammenbringen zumindest des ersten Kastens und des zweiten Kastens, so dass der erste Teilhohlraum und der zweite Teilhohlraum einen Hohlraum mit einer Innenwandung bilden, wobei die Innenwandung zumindest teilweise die äußere Kontur des herzustellenden Speiserkorpus bildet,
    • Einstellen eines reversibel aufweitbaren Königs in den Hohlraum,
    • Aufweiten des Königs, so dass der aufgeweitete König zumindest abschnittsweise eine asymmetrische äußere Gestalt aufweist, insbesondere in Bezug auf eine im Ausgangszustand definierte Längsachse des Königs,
    • Einbringen von exothermen und/oder isolierenden Speisermaterial zwischen den aufgeweiteten König und die Innenwand des Hohlraums zur Ausbildung des Speiserkorpus, wobei der aufgeweitete König eine Gestalt eines Speiser-Hohlraums vorgibt,
    • Zusammenziehen des Königs, bevorzugt nachdem das Speisermaterial ausgehärtet wurde,
    • Entfernen des Königs aus dem Speiserkorpus durch Relativbewegung zwischen dem König und dem Speiserkorpus, wobei der zusammengezogene König durch die während des Einbringvorgangs ausgebildete Speiseröffnung, welche im Bereich der nicht aufgeweiteten Wurzel des Königs ausgebildet ist, herausbewegt wird.
  • Eine solche asymmetrische äußere Gestalt des aufgeweiteten Königs kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Aufweitung des Königs während der Herstellung in eine Richtung erfolgt und keine Aufweitung in die entgegengesetzte Richtung erfolgt. Selbstverständlich kann aber auch eine größere Aufweitung in eine Richtung und eine geringere Aufweitung in eine entgegensetzte Richtung erfolgen.
  • Eine solche Aufweitung in eine Richtung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der König einen festen Dorn aufweist und eine an dem Dorn befestigte, flexible Membran umfasst, die durch Einleiten eines Fluides in einen Zwischenraum zwischen der Membran und dem Dorn aufgeweitet werden kann, wobei sich die Membran beim Aufweiten in einer Ebene orthogonal zu der Längsachse des Dorns unterschiedlich stark ausdehnt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Membran örtlich unterschiedlich verteilt angeordnete Elastizitätsmodule aufweist. Alternativ könnte die Aufweitung in eine Richtung durch ein Begrenzungselement bedingt sein, welches von außen auf die flexible Membran aufgebracht ist.
  • Bevorzugt ist aber, dass eine Ausdehnung in eine Richtung und keine Ausdehnung in die entgegengesetzte Richtung dadurch erreicht wird, dass die Membran mit Ihren Umfangsrändern sowohl in axialer Richtung (also unten im Bereich der Wurzel und oben im Bereich des freien Endes des Königs) als auch in Umfangsrichtung (also beispielsweise entlang der Längsachse auf der Oberfläche des festen Dorns) an dem Dorn beispielsweise durch Vulkanisierung befestigt ist.
  • Ein so hergestellter Speiserkorpus weist also einen Speiser-Hohlraum zur Aufnahme von flüssigem Metall und eine Speiseröffnung zum Verbinden des Speiser-Hohlraums mit einem Formhohlraum der Gießform während des Gießvorganges auf, wobei der Speiser-Hohlraum in wenigstens einem Teilbereich einen größeren Durchmesser als der Durchmesser der Speiseröffnung aufweist, wobei die Speiseröffnung eine Achse definiert. Der Speiserkorpus besteht aus einem isolierenden und/oder exothermen Speisermaterial und ist einteilig ausgebildet, wobei der Speiser-Hohlraum asymmetrisch zu der Achse ausgebildet ist. Ein solcher Speisereinsatz kann in nur einem Schießvorgang in einer Kernschießmaschine hergestellt werden.
  • Somit weist der Speiser-Hohlraum also ein Volumen auf, welches so gestaltet ist, dass bei horizontaler Anordnung des Speisereinsatzes und der durch die Speiseröffnung definierten Achse ein größerer Volumenanteil des Volumens des Speiser-Hohlraums oberhalb der Achse positionierbar ist als unterhalb der Achse. Ein solcher Speisereinsatz ist ideal geeignet für eine vertikal geteilte Gießform, bei der der Speisereinsatz während des Gießvorganges horizontal angeordnet ist, da das während des Gießvorgangs in dem oberhalb der Achse befindliche flüssige Metall einen ausreichenden hydrostatischen Druck bereitstellt, der für eine Nachspeisung von flüssigem Metall in die den Formhohlraum der Gießform ausreichend ist.
  • Das exotherme und/oder isolierende Material des Speiserkorpus ist also homogen im Wandbereich, Deckelbereich und den die Speiseröffnung aufweisenden Bodenbereich des Speiserkorpus gleichmäßig und homogen verteilt, so dass keine Grenzflächen zwischen einzelnen Abschnitten des Speiserkorpus ausgebildet wären, wie dies beispielsweise der Fall wäre, wenn der Speiserkorpus aus mehreren Teilen zusammengeklebt wäre. Der Speiserkorpus kann insbesondere auf einer der Speiseröffnung gegenüberliegenden Seite (also im Deckelbereich) eine weitere (Belüftungs-)Öffnung aufweisen, die zum Führen der Kappe beim Formen dient. Eine solche weitere Öffnung kann beispielsweise während des Herstellungsvorgangs des Speiserkorpus erzeugt werden, indem das der Wurzel des Königs gegenüberliegende freie Ende des Königs nicht oder relativ wenig aufweitbar ist. Die Asymmetrie des Speiser-Hohlraums ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sich der Speiser-Hohlraum ausgehend von der durch die Speiseröffnung definierten Achse orthogonal zu dieser Achse weiter erstreckt als in eine entgegengesetzte Richtung. Somit kann der Speiser-Hohlraum während des Gießvorganges so ausgerichtet sein, dass ein größeres Speiservolumen oberhalb der Achse als unterhalb angeordnet ist.
  • Bevorzugt weist der Speiser-Hohlraum auf seiner Umfangsoberfläche im Bereich der asymmetrischen Ausgestaltung eine Minimalstelle auf, die einen geringeren Abstand zu der Achse aufweist, als benachbarte Stellen auf der Umfangsoberfläche, die in axialer Richtung benachbart und gegenüberliegend zu der Minimalstelle angeordnet sind. Eine solche Minimalstelle, mit der das flüssige Material bei Befüllung des Speiser-Hohlraums zunächst in Kontakt kommt, verbessert die Nachspeisung. Eine solche beispielsweise punkt- oder (insbesondere in Umfangrichtung ausgerichtete) linienförmig ausgebildete Minimalstelle (auch als Williamskerbe oder Williamsleiste bekannt) kann während der Herstellung des Speiserkorpus dadurch erzeugt werden, dass der aufgeweitete König auf seiner aufgeweiteten Oberfläche eine entsprechende Minimalstelle aufweist, die einen geringeren Abstand zu der Längsachse (des nicht aufgeweiteten Königs) aufweist, als in beide Richtungen axial benachbarter Stellen auf der aufgeweiteten Oberfläche.
  • Zur Ausbildung der Minimalstelle auf der aufgeweiteten Oberfläche des Königs kann die Membran auf ihrer Innenseite in einem aufweitbaren Bereich mit dem Dorn verbunden sein, so dass die Aufweitung der Membran lokal begrenzt ist. Beispielsweise kann die Membran an einer punkt- oder linienförmigen Stelle unmittelbar und direkt an dem Dorn befestigt sein, so dass an dieser Befestigungsstelle keine Aufweitung der Membran stattfindet. Alternativ könnte die Aufweitung der Membran auch mit einem Fangband begrenzt sein, welches mit einem Ende an dem Dorn und mit dem anderen Ende an der Innenseite der Membran befestigt ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der König in einem nicht aufgeweiteten Zustand eine im Querschnitt rechteckförmige, insbesondere quadratische Gestalt mit parallelen Seitenwänden auf, wobei die Seitenwände durch Abrundungen miteinander verbunden sein können. Die Seitenwände können zudem entlang der Längsachse konisch verjüngt ausgebildet sein. Somit würde auch die hergestellte Speiseröffnung des Speiserkorpus eine im Wesentlichen rechteckförmige (Querschnitts-)Gestalt aufweisen. In diesem Zusammenhang ist insbesondere vorgesehen, dass die Membran nur an einer Seitenwand des Königs angeordnet ist. Alternativ kann der König eine andere Querschnittsgestalt, wie rund, oval oder elliptisch aufweisen, wobei sich die Membran bevorzugt in Umfangsrichtung nur über einen Teil des Umfangs erstreckt. Beispielsweise erstreckt sich die Membran in Umfangsrichtung über nicht mehr als die Hälfte des Gesamtumfangs.
  • Nachdem der Speiserkorpus hergestellt ist, kann Zubehör insbesondere zur Ausbildung eines Speiserhalses und damit zur Ausbildung einer Sollbruchstelle des metallischen Speiserrestes nahe der Gussteiloberfläche an dem Speiserkorpus angebracht werden, zum Beispiel kann eine sogenannten ME-Scheibe im Bereich der Speiseröffnung außen an den Speiserkorpus angebracht werden. Alternativ wäre es auch möglich, dass das Zubehör in den Kernkästen angeordnet wird, um so schon beim Einschießen des Speisermaterials mit dem dabei hergestellten Speisekorpus verbunden wird. Der Speisereinsatz umfasst dann insbesondere also den Speiserkorpus und das Zubehör.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen schematisch
    • Fig. 1:
    einen König in Seitenansicht in einem Ausgangszustand,
    Fig. 2:
    den König in einem aufgeweiteten Zustand,
    Fig. 3:
    einen aufgeweiteten König mit einem Speiserkorpus und
    Fig. 4:
    den Speiserkorpus als Bestandteil eines Speisereinsatzes.
  • Figur 1 zeigt einen König in einem nicht aufgeweiteten Zustand. Der König 7 umfasst einen Dorn 9 und eine Membran 10. Der König 7 erstreckt sich entlang einer Längsachse 8 von einer Wurzel 14 zu einem freien Ende 15.
  • Der nicht aufgeweitete König 7 ist in seiner Querschnittsgestaltung rechteckförmig ausgebildet, wobei die Membran 10 sich nur über eine Seitenwand 13 des Dorns 9 erstreckt. Die Membran 10 ist mit ihrem Umfangsrand 12 vollständig an dem Dorn befestigt. Durch nicht dargestellte Leitungen im Inneren des Dorns 9 ist es möglich, ein Fluid in einem Zwischenraum 11 zwischen dem Dorn 9 und der Membran zu leiten, so dass die Membran 10 und damit die äußere Kontur des Königs 7 aufgeweitet wird.
  • Der entsprechend aufgeweitete König ist in Figur 2 dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich die Membran 10 nur in die in Figur 2 links dargestellte Richtung ausgedehnt hat und nicht in die entgegengesetzte, rechte Richtung. Demgemäß weist der König 7 eine bezüglich der Längsachse 8 asymmetrische Gestalt auf. Durch Verbindung der Membran 11 mit einer Oberfläche des Dorns 9 ist es zudem gelungen, dass sich auf der äußeren Kontur des aufgeweiteten Bereichs eine Minimalstelle 17 ausbildet, so dass der aufgeweitete Bereich eine kamelhöckerartige Struktur aufweist.
  • Ein solcher König 7 wird in einer Kernschießmaschine zur Herstellung eines Speiserkorpus 2 verwendet. Figur 3 zeigt die Verwendung eines ähnlichen Königs 7 mit nicht dargestellten Kernkästen einer Kernschießmaschine. Die Kernkästen weisen jeweils einen Teilhohlraum auf, die in einem zusammengeführten Zustand einen Hohlraum mit einer Innenwandung 18 bilden, wobei diese Innenwandung die äußere Kontur des herzstellenden Speiserkorpus 2 vorgeben. Zur Herstellung des Speiserkorpus 2 wird exothermes und/oder isolierendes Speisermaterial zwischen die Innenwandung 18 des durch die Kernkästen gebildeten Hohlraums und die äußere Kontur des aufgeweiteten Königs 7 eingeschossen. In Figur 3 ist ein entsprechend aufgeweiteter König 7 mit einem eingeschossenem Speiserkorpus 2 gezeigt, wobei die Kernkästen, die die äußere Kontur des Speiserkorpus 2 vorgeben, nicht dargestellt sind.
  • In Figur 4 ist ein Speisereinsatz 1 gezeigt, der den Speiserkorpus 2 und eine ME-Scheibe 16 umfasst. Der Speiserkorpus 2 weist einen Speiser-Hohlraum 3 auf und eine Speiseröffnung 4, über die der Speiser-Hohlraum 3 mit einem nicht dargestellten Formhohlraum einer Gießform während des Gießvorganges verbunden ist. Die Speiseröffnung 4 definiert eine Achse 5, wobei deutlich zu erkennen ist, dass der Durchmesser des Speiser-Hohlraums 3 größer ist als der Durchmesser der Speiseröffnung 4. Ein solcher Speisereinsatz 1 wird insbesondere bei vertikal geteilten Gießformen eingesetzt, bei denen der Speisereinsatz 1 während des Gießvorganges mit seiner Achse horizontal ausgerichtet ist. Während des Gießvorganges liegt der Speisereinsatz 1 also.
  • Da das Volumen des Speiser-Hohlraums 3 oberhalb der Achse 5 größer ist als unterhalb der Achse 5, steht während des Gießvorganges ein ausreichend hoher hydrostatischer Druck durch das flüssige Metall bereit, um eine Nachspeisung zu gewährleisten. Die an der Umfangsfläche des Speiser-Hohlraums 3 ausgebildete Williamsleiste 6 dient als Hotspot für das flüssige Metall.
  • Mit der vorliegenden Erfindung kann ein ein asymmetrischen Speiser-Hohlraum aufweisender Speiserkorpus in nur einem Herstellungsprozess einteilig hergestellt werden, so dass der Aufwand für die Herstellung eines solchen Speiserkorpus wesentlich vereinfacht ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Speisereinsatz
    2
    Speiserkorpus
    3
    Speiser-Hohlraum
    4
    Speiseröffnung
    5
    Achse
    6
    Williamsleiste
    7
    König
    8
    Längsachse
    9
    Dorn
    10
    Membran
    11
    Zwischenraum
    12
    Umfangsrand
    13
    Seitenwand
    14
    Wurzel
    15
    freies Ende
    16
    Scheibe
    17
    Minimalstelle
    18
    Innenwandung

Claims (15)

  1. Speisereinsatz (1) zur Verwendung beim Gießen von Metallen in eine Gießform, umfassend einen Speiserkorpus (2), aufweisend
    - einen Speiser-Hohlraum (3) zur Aufnahme von flüssigem Metall und
    - eine Speiseröffnung (4) zum Verbinden des Speiser-Hohlraums (3) mit einem Formhohlraum der Gießform während des Gießvorganges,
    wobei
    - der Speiser-Hohlraum (3) in wenigstens einem Teilbereich einen größeren Durchmesser als der Durchmesser der Speiseröffnung (4) aufweist,
    - der Speiserkorpus (2) aus einem isolierenden und/oder exothermen Speisermaterial besteht,
    - der Speiserkorpus (2) einteilig ausgebildet ist,
    - die Speiseröffnung (4) eine Achse (5) definiert, und dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Speiser-Hohlraum (3) asymmetrisch zu der Achse (5) ausgebildet ist.
  2. Speisereinsatz (1) nach Anspruch 1, wobei der Speiser-Hohlraum (3) auf seiner Umfangsoberfläche eine Minimalstelle (6) aufweist, die einen geringeren Abstand zu der Achse (5) aufweist als axial in beide Richtungen benachbarte Stellen auf der Umfangsoberfläche.
  3. Speisereinsatz (1) nach Anspruch 2, wobei die Minimalstelle (6) punktförmig oder linienförmig ausgebildet ist.
  4. Speisereinsatz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Speiseröffnung (4) eine im Querschnitt rechteckförmige Gestalt mit parallelen Speiseröffnungswänden aufweist.
  5. Speisereinsatz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Asymmetrie des Speiser-Hohlraums (3) höchstens über 150° in einer Schnittebene orthogonal zu der Achse (5) erstreckt.
  6. Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Speiserkorpus (2) eines Speisereinsatzes (1), umfassend die folgenden Schritte:
    - Ausbilden zumindest eines ersten Teilhohlraums in einem ersten Kasten und eines zweiten Teilhohlraumes in einem zweiten Kasten,
    - Zusammenbringen zumindest des ersten Kastens und des zweiten Kastens, so dass der erste Teilhohlraum und der zweite Teilhohlraum einen Hohlraum mit einer Innenwandung (18) bilden, wobei die Innenwandung (18) zumindest teilweise die äußere Kontur des herzustellenden Speiserkorpus (2) bildet,
    - Einstellen eines reversibel aufweitbaren Königs (7) in den Hohlraum,
    - Aufweiten des Königs (7), so dass der aufgeweitete König (7) eine asymmetrische äußere Gestalt hat,
    - Einbringen von exothermen und/oder isolierenden Speisermaterial zwischen den aufgeweiteten König (7) und die Innenwandung (18) des Hohlraums zur Ausbildung des Speiserkorpus (2), wobei der aufgeweitete König (7) eine Gestalt eines Speiser-Hohlraums (3) vorgibt,
    - Zusammenziehen des Königs (7),
    - Entfernen des Königs (7) aus dem Speiserkorpus (2) durch Relativbewegung zwischen dem König (7) und dem Speiserkorpus (2), wobei der zusammengezogene König (7) durch die während des Einbringvorgangs ausgebildete Speiseröffnung (4) herausbewegt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Aufweitung des Königs (7) in eine Richtung erfolgt und keine Aufweitung in die entgegengesetzte Richtung erfolgt.
  8. König (7) zur Herstellung eines Speiserkorpus (2), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der König (7) in seiner Außenkontur reversibel aufweitbar ist und sich in einem nicht aufgeweiteten Zustand entlang einer zentralen Längsachse (8) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der König (7) in einem aufgeweiteten Zustand eine asymmetrische äußere Gestalt in Bezug auf die Längsachse (8) hat.
  9. König (7) nach Anspruch 8, wobei der asymmetrisch aufgeweitete König (7) auf seiner aufgeweiteten Oberfläche eine Minimalstelle (17) aufweist, die einen geringeren Abstand zu der Längsachse (8) aufweist als in beide Richtungen axial benachbarte Stellen auf der aufgeweiteten Oberfläche.
  10. König (7) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der König (7) in einem nicht aufgeweiteten Zustand eine im Querschnitt rechteckförmige Gestalt mit parallelen Seitenwänden (13) aufweist.
  11. König (7) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der König (7) einen festen Dorn (9) und eine an dem Dorn (9) befestigte, flexible Membran (10) umfasst, die durch Einleiten eines Fluids in einen Zwischenraum (11) zwischen der Membran (10) und dem Dorn (9) aufgeweitet werden kann.
  12. König (7) nach Anspruch 11, wobei die Membran (10) mit ihren Umfangsrändern (12) sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung an dem Dorn (9) befestigt ist.
  13. König (7) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Membran (10) auf ihrer Innenseite in einem aufweitbaren Bereich mit dem Dorn (9) verbunden ist, so dass die Aufweitung der Membran (10) lokal begrenzt ist.
  14. König (7) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Membran (10) nur an einer Seitenwand (13) des Königs (7) angeordnet ist.
  15. Kernkasten zur Herstellung eines Speiserkorpus (2), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 oder 7, aufweisend zumindest einen ersten Kasten und einen zweiten Kasten sowie einen in die Kästen einstellbaren König (7) nach einem der Ansprüche 8 bis 14.
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