DE2212177A1 - Verfahren zum Erzeugen eines Kanals in einem zu gießenden Metallblock, ins besondere in einem Gußeisenblock, und Kern fur dieses Verfahren - Google Patents
Verfahren zum Erzeugen eines Kanals in einem zu gießenden Metallblock, ins besondere in einem Gußeisenblock, und Kern fur dieses VerfahrenInfo
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Description
Dipl.-Ing. H. Sauer-iand · Gr.-Ing. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen
Patentanwälte ■ 4ooo Düsseldorf · CeCilienallee 7b · Telefon 43373a
Unsere Akte; 27 294 ..,«.-, 13. März 1972
SAAB-SCANIA AKTIEBOLAG, S-151 87 Södertäl.je, Schweden
"Verfahren zum Erzeugen eines Kanals in einem zu gießenden Metallblock, insbesondere in einem Gußeisenblock, und Kern für dieses Verfahren"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Kanals in einem zu gießenden Metallblock,
insbesondere in einem Gußeisenblock, mit Hilfe eines
in die Gießform eingesetzten Kerns. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kern, der für das Verfahren geeignet
ist.
Bekannte Verfahren zum Erzeugen von beispielsweise Ölkanälen
in Motorblöcken od.dgl» haben die Hersteller vor beträchtliche Probleme gestellt, da die nach dem Gießen
erforderliche maschinelle Bearbeitung oft die Auswahl geeigneter Legierungen beschränkt. Es besteht daher seit
langem der Wunsch, eine geeignete Möglichkeit zu finden, zerspanende Bearbeitung von Längskanälen in Metallblöcken
zu vermeiden. Bisher konnte jedoch für dieses Problem keine zufriedenstellende Lösung gefunden werden.
Herkömmliche Verfahren, die Kerne benutzen, sind zum Gießen von Längskanälen mit einem begrenzten Querschnitt
nicht geeignet. Im Hinblick hierauf werden solche Kanäle durch Einbetten von Stahlrohren hergestellt» Ein solches
Verfahren erfordert, daß in jedes Stahlrohr Quarzsand von
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Hand eingefüllt oder durch Vibrationswirkung eingebracht wird, um ein Schmelzen zu verhindern,, Dieses Verfahren ist
kompliziert und kostenaufwendig, obgleich es solange geeignet ist, wie keine weiteren Kanäle zunin den Block eingebrachten
Kanal geführt werden müssen. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die bekannte Methode nicht vorteilhaft
ist,1 wenn es sich etwa um die Schaffung eines Schmierkanalsystems
in einem Motorblock od.dgl. handelt. Der Grund ist darin zu sehen, daß die verwendeten rohrförmigen Stahlrohre
zum Vermeiden der Bildung von Blasen und Lunkerstellen in dem zu gießenden Metall normalerweise mit einem Überzugsmittel
behandelt werden, bevor der Gießvorgang beginnt. Ein solches Zusatzmittel beschleunigt die Verfestigung
des Metalls um den Kern, bringt jedoch auch eine Gefügeänderung im Kern mit sich, die zu einer merklichen Erhöhung
der Härte führt, so daß es noch schwieriger wird, Anschlußkanäle mit dem Hauptkanal zu verbinden. Darüber hinaus besteht
immer die Gefahr, daß^ sich beim Bohren des Rohres Grate bilden. Werden solche Grate nach dem Bohren nicht entfernt,
so kann dies insbesondere wenn es sich um Kanäle oder Teile eines Schmiersystems eines Motors handelt, zu
einer erheblichen Störung und zum vollständigen Ausfall der Maschine kommen.
Im Hinblick auf die vorgenannten Schwierigkeiten ist es allgemein üblich, in Metallblöcken alle Kanäle zu bohren.
Handelt es sich um lange Kanäle, so werden diese in der Regel von beiden Enden aus gebohrt. Dieses Verfahren erfordert
sehr gute Werkzeuge, darüber hinaus aber noch mehr ein homogenes Gefüge des zu bearbeitenden Materials. Unter
Berücksichtigung dieser Tatsachen ist die Industrie oft gezwungen, bei der Auswahl der Metallegierungen Vergleiche
anzustellen. Vom Gesichtspunkt der Gießpraxis ist es oft
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erwünscht, einen hohen Anteil an Legierungselementen zu haben, beispielsweise Chrom. Dies führt jedoch bei der
maschinellen Bearbeitung wieder zu Schwierigkeiten. Es hat sich gezeigt, daß Gußteile mit einem hohen Anteil an Legierungselementen
ein nicht homogenes Gefüge haben. Sie weisen ferner lokale schleifend wirkende und harte Stellen
auf, so daß unter Umständen der Bohrer in eine nicht gewünschte Richtung abgelenkt wird«, Sowohl hieraus als auch
aus dem Umstand, daß das Material um die Kanäle oft sehr dünn ist, besteht bei beschädigten Kanälen die große Gefahr
des Totalausfalls.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren
und einen Kern vorzuschlagen, die dazu geeignet sind, auf einfache und wirtschaftliche Weise enge Kanäle innerhalb
von Metallblöcken zu schaffen.
Das Verfahren nach der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß für den Kern ein Rohr aus pulverförmigen
oder körnigem feuerfestem Material verwendet wird, das durch ein organisches gasarmes Bindemittel zusammengehalten
wird, dessen Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunktes des zu gießenden Metalls (oder der Metalllegierung) liegt,
und daß in das Rohr eine Stange eingesetzt und vor dem Gießen auf den Kern ein Schwärzemittel aufgetragen wird, Welches
gegenüber Temperaturen widerstandsfest ist, die mindestens gleich dem Schmelzpunkt des Metalls sind, worauf
der Gießvorgang stattfindet, wobei gleichzeitig das Bindemittel verbrannt wird und Gase durch eine Ausnehmung oder
einen Auslaß zwischen der Stange und der Innenseite des Rohres abgeleitet werden, wonach die Stange zum erleichterten
Reinigen des beim Gießen erzeugten Kanals von den Resten des feuerfesten Materials entfernt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung weist erhebliche Vorteile auf. Obgleich Kerne aus feuerfestem Material teuer sind und
ihr Preis nicht zurückgenommen werden kann, gestattet das erfindungsgemäße Verfahren dennoch eine wesentliche Verringerung
der Herstellungskosten, weil die obenerwähnte Gefahr des Totalausfalls vollständig vermieden wird. Obwohl es bekannt
ist, beim Präzisionsguß zum Herstellen von Präzisionsgußteilen mit komplizierten Ausnehmungen Kerne aus feuerfestem
Material zu verwenden, sind diese bekannten Verfahren nicht dazu geeignet, enge Kanäle in Metallblöcken zu bilden»
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren ist dagegen das erfindungsgemäße Verfahren durchaus für das Herstellen solcher
Kanäle geeignet, insbesondere für eine Massenherstellung, da viele Verfahrensschritte, die mehr oder weniger manuell
durchzuführen sind, fortfallen.
Ein insbesondere für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneter Kern wird von einem Rohr aus pulverförmigem oder granulatartigem
und durch ein organisches und gasarmes Bindemittel mit einem unterhalb des Schmelzpunktes des zu gießenden
Metalls liegenden Schmelzpunkt zusammengehaltenen feuerfesten Material und einer im Rohr im wesentlichen koaxial
gelagerten Stange gebildet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele
und den Patentansprüchen. Die Beispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung des näheren erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Teil eines Längsschnitts durch einen gegossenen
Motorblock, in dem sich noch der Kern befindet,
Fig. 2 einen vergrößerten Teil eines Ausschnitts der Fig<r1,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Gießform vor dem Gießen,
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Fig. 4 einen Schnitt durch eine Ausführung des Kerns und
Fig. 5 und 6 Schnitte durch weitere Ausführungsformen des Kerns„
Der in Fig. 1 dargestellte Motorblock 1 wird durch Einbringen
von geschmolzenem Metall oder Metallegierungen über ein Eingußsystem in eine nicht dargestellte Gießform hergestellt. Die Gestalt des Gießformhohlraums entspricht
der Gestalt des Motorbloeks 1. Der Gießformhohlraum hat somit eine längliche enge Ausnehmung und eine
Anzahl von querverlaufenden Ausnehmungen, die mit dieser engen Ausnehmung verbunden sind, um Abschnitte 2 und 3
für ein Ölkanalsystem zu bilden.
Gemäß der Erfindung wird ein einen Teil des Ölkanalsystems
darstellender Hauptkanal 4 beim Gießen des Motorblocks 1 gebildet. Das Herstellen des Kanals erfolgt mit
Hilfe eines Kerns 5, der als S.ange ausgebildet ist und eine Länge aufweist, die größer ist als die Länge des Motorblocks
1, so daß auf diese Weise Mittel für die Befestigung
des Kerns in nicht dargestellten Kernmarken möglich ist, die in bekannter Weise in der Gießform vorgesehen
sind, und zwar an jedem Ende des Abschnitts 2. Wenn das geschmolzene Metall in die Gießformausnehmung eintritt, ist
der Kern 5 großer Hitze und großen seitlichen Kräften ausgesetzt. Der Kern steht ferner unter der Wirkung von Kräften,
die beim Schrumpfen des gegossenen Körpers entstehen, wenn dieser sich verfestigt. Der Kern 5 hat _ein Rohr 5a,
das durch eine in ihm gelagerte und geführte Stange 5b versteift ist (siehe auch Fig. 2). In der Zeichnung durch
strichpunktierte Linien dargestellte Seitenkanäle 6 in den Abschnitten 3 werden nach dem Entfernen des Kerns 5 vorzugsweise
gebohrt. Das Bohren dieser Kanäle bereitet keine Schwierigkeiten oder Gefahren. ' ■
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Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird der Kern 5 innerhalb der
aus einem Oberkasten 8 und einem Unterkasten 9 bestehenden Gießform 7 mit seinen Enden in Kernmarken 10 der Gießform
gehalten. Ferner wird der Kern durch Abstandelemente bzw. Kernstützen 11 lagegerecht gehalten, die über den Kern geschoben
sind. Die Abstandsstücke 11 stützen sich an Anschlägen
in den Kästen der Gießform ab und bestehen beispielsweise aus Scheiben od.dgl„. Diese Abstandsstücke sind dazu
vorgesehen, einen gebogenen Kern zu strecken und den Kern während des Gießens zu unterstützen, so daß sich dieser
nicht durchbiegen kann»
Während des Gießvorgangs wird das Material in dem Rohr 5a
umgewandelt und gibt dabei Gase ab. Um ein Bersten zu vermeiden, ist es notwendig, die Gase abzuleiten. Dies wird
vorzugsweise dadurch erreicht, daß die Stange 5b eine entsprechende Formgebung erhält, in der Weise, daß zwischen
der Innenseite des Rohrs 5a und der Stange 5b eine Ausnehmung oder ein Auslaß 5c (siehe Fig. 2) entsteht, über den
dann die Gase entweichen können. In Fig. 4 bis 6 sind einige Ausführungen des Kerns dargestellt. Wie aus Fig. 4 hervorgeht,
ist der Außendurchmesser der Stange 5b kleiner als der Innendurchmesser des Rohrs 5a, so daß der Auslaß 5c
eine ringförmige Gestalt hat. Da das Rohr und die Stange nicht immer genau gerade sind, liegen sie stellenweise aneinander.
Doch wird dadurch das Gas am Entweichen nicht gehindert. Wie in Fig. 5 und 6 gezeigt, entspricht dort der
Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser des Rohrs, so daß sich ein fester Sitz ergibt. In Fig. 5 wird
der Auslaß 5c durch eine Anzahl von Nuten in der Oberfläche der Stange 5b gebildet, während in Fig. 6 der Auslaß durch
eine Anzahl von Abflachungen auf der Stange 5b entsteht. Eine ganze Reihe weiterer Ausführungen ist möglich.
Das Rohr 5a besteht aus einem pulverförmigen oder körnigem feuerfesten Material, das durch ein Bindemittel zusammen-
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gehalten wird. Das Rohr wird vorzugsweise im Druckgußverfahren hergestellt. Für das Verfahren der Erfindung ist
wesentlich, daß das Bindemittel für das feuerfeste Material einen ganz "bestimmten Schmelzpunkt hat und daß dieser
Schmelzpunkt niedriger ist als der Schmelzpunkt des Metalls oder der Metallegierung. Auf diese Weise wird durch
die Hitze des geschmolzenen Metalls erreicht, daß das Rohr aus feuerfestem Material während des Gießens zerfällt, bevor
der Gießvorgang beendet ist. Wenn beispielsweise Gußeisen oder Gußeisenlegierungen gegossen werden, sollte der
Schmelzpunkt des Bindemittels mindestens 1000C niedriger
als der Schmelzpunkt des Gußeisens liegen. In Abhängigkeit von der Art der Gußeisenlegierung und des feuerfesten Materials
kann die Schmelztemperatur des Bindemittels innerhalb eines weiten Temperaturbereiches gewählt werden.
Versuche haben gezeigt, daß für den feuerfesten Stoff keramisches Material benutzt werden kann, vorzugsweise zerkleinertes
Glas. Ebenso können aber auch andere feuerfeste Stoffe, wie Siliziumsand benutzt werden. Das Bindemittel
ist dazu bestimmt, sich während des Gießvorgangs aufzulösen, nämlich zu verbrennen, ohne daß zuviel Gas erzeugt
wird. Als geeignet hat sich daher ein organisches Bindemittel erwiesen, das gasarm ist. Für das Gießen von Gußeisen
oder Gußeisenlegierungen kann vorteilhaft ein Bindemittel benutzt werden, das Zellulose enthält, wobei das
Bindemittel einen Schmelzpunkt unterhalb 6000C hat, das
vorzugsweise im Temperaturbereich von 400 bis 5000C liegt.
Für die vorliegenden Zwecke ist sehr gut ein Bindemittel geeignet, das unter dem Namen Modocoll bekannt und im Handel
ist und normalerweise für Tapeten od.dgl. benutzt wird,
sofern es in einer Menge von weniger als 6% zugesetzt wird,
vorzugsweise ungefähr 3% des gesamten Gewichts des feuerfesten
Materials und des Bindemittels.
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Um"zu verhindern, daß das geschmolzene Metall an dem Kern
haftet land der Zerfall des Rohres die Formgebung der Kanäle während des Gießvorgangs nicht nachteilig "beeinflußt, ist
das Äußere des Rohrs 5a vorzugsweise mit einem Gießereischwärzemittel 5d überzogen, das gegenüber Temperaturen widerstandsfest
ist, die höher liegen als der Schmelzpunkt des Metalls. Wenn ein mit Chrom legiertes Gußeisen gegossen
wird, wobei das Chrom als ein wirksames Mittel zur Stabilisierung des Karbids benutzt wird, um so ein hartes Material
mit geringer Kantenkürze und beträchtlicher Haltbarkeit und Festigkeit zu erzeugen, sollte das Schwärzemittel 5d gegenüber
Temperaturen von mindestens 1600 C widerstandsfest sein.
Als Schwärzemittel kommt vorzugsweise Graphit in Frage, beispielsweise
kann aber auch in Wasser aufgelöstes Kieselerdemehl benutzt werden.
Ein in der oben beschriebenen Weise behandeltes Rohr 5a behält während des Gießvorgangs seine Gestalt und fällt
nicht auseinander, bis die Stange 5b nach dem Gießvorgang entfernt wird. Der auf diese Weise geformte Kanal 4 kann
leicht von den Resten des Rohrs 5a befreit werden„
Das Verfahren und der Kern nach der Erfindung können im Rahmen der Patentansprüche geändert werden. Es ist beispielsweise
möglich, den Kern 5 dadurch herzustellen, daß eine Stange 5b mit einer Schicht aus feuerfestem Material
hergestellt wird, das durch ein Bindemittel zusammengehalten wird. Ein auf diese Weise erhaltener Kern kann leicht
steifer gemacht werden als ein Kern, bei dem eine Stange in ein vorgefertigtes Rohr eingesetzt wird. Außerdem entstehen
keine Probleme beim Zusammenbau des Rohrs und der Stange. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß die
Kerhsteifigkeit vergrößert werden kann, so daß die Abstandelemente
zum Stützen des Kerns während des Gießvorgangs nicht mehr erforderlich sind.
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Claims (1)
- SAAB-SCANIA AKTIEBOLAG, S-151 87 Södertäl.ie (Schweden)Patentansprüche;1. Verfahren zum Erzeugen eines Kanals in einem zu gießenden Metairblock, insbesondere einem Gußersenblock, mit Hilfe eines in die Gießform eingesetzten Kerns, dadurch gekennzeichnet , daß für den Kern (5) ein Rohr ('5a) aus pulverförmigem oder kernigem feuerfesten Material verwendet wird, das durch ein organisches gasarmes j-Bindemittel zusammengehalten wird, dessen Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunktes des zu schmelzenden Metalls (oder der Metallegierung) liegt, und daß in das Rohr (5a) eine Stange (5b) eingesetzt und vor dem Gießen auf den Kern ein Schwärzemittel (5d) aufgetragen wird, welches gegenüber Temperaturen widerstandsfest ist, die mindestens gleich dem Schmelzpunkt des Metalls sind, worauf der Gießvorgang stattfindet, wobei gleichzeitig das Bindemittel verbrannt wird und Gase durch eine Ausnehmung oder einen Auslaß zwischen der Stange (5b) und der Innenseite des Rohres (5a) abgeleitet werden, wonach die Stange zum erleichterten Reinigen des beim Gießen erzeugten Kanals von den Resten des feuerfesten Materials entfernt wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern (5) vor dem Einsetzen in die Gießform mit ihn während des Gießens in der Gießform lagegerecht haltenden Abstandsstücken oder Kernstützen (11) versehen wird.3. Kern zur Verwendung in einem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er209839/0884aus einem Rohr (5a) aus pulverförmiger! oder granulatartigem und durch ein organisches und gasarmes Bindemittel mit einem unterhalb des Schmelzpunktes des zu gießenden Metalls liegenden Schmelzpunkt zusammengehaltenen feuerfestem Material und einer im Rohr (5a) im wesentlichen koaxial gelagerten Stange (5b) besteht.4. Kern nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste M teri<
zugsweise zerkleinertes Glas ist.net, daß das feuerfeste M terial Keramikmaterial, vor-β Kern nach Anspruch 4, zur Verwendung beim Gießen von Gußeisen oder einer Gußeisenlegierung, dadurch gekennzeichnet , daß die Schmelztemperatur des Bindemittels wenigstens 1000C niedriger ist als der Schmelzpunkt des Gußeisens und weniger als 600°C beträgt, sowie vorzugsweise im Bereich von 400 bis 500 C liegt, und daß das Bindemittel Zellulose enthält und der Bindemittelanteil weniger als 6%, vorzugsweise etwa 3% des Gesamtgewichts des feuerfesten Materials und des Bindemittels beträgt.β Kern nach einem der Ansprüche- 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser der Stange (5b) kleiner als der Innendurchmesser des Rohres (:5a) ist und zwischen beiden ein im wesentlichen ringförmiger Auslaßkanal (5c) für Gase vorhanden ist.7. Kern nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser der Stange (5b) im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Rohres (5a) ist und die Oberfläche der Stange (5b) mit Nuten oder Abflachungen zur Gasableitung versehen ist.8. Kern nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche des Rohres (5a)209839/0884mit einem Schwärzemittel (5d), vorzugsweise Graphit, überzogen ist-269839/0884Leerseite
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