Die Erfindung bezieht sich auf eine Gießform zum Herstellen von
Gußstücken, insbesondere von Brennkraftmaschinen-Motorblöcken aus
einer Leichtmetallegierung, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches
1.
Einrichtungen zur Herstellung von Gußstücken aus Leichtmetallegie
rungen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt, wobei deren
jeweiliger konstruktiver Aufbau von der entsprechenden Arbeitssyste
matik bestimmt ist. Die Versorgung mit Metallschmelze kann dabei z. B.
über einen Gießdosierofen oder durch Schöpfen aus einem Warmhal
teofen erfolgen.
Durch die DE 29 32 836 C2 ist beispielsweise eine nach dem Umlaufsy
stem arbeitende Einrichtung zur Herstellung von Zylinderköpfen für
Brennkraftmaschinen bekannt geworden. Dabei sind aufeinanderfolgende
Stationen zum Trennen der Kokillenteile, zur Reinigung der geöffne
ten Dauerform, zum Einsetzen der verschiedenen Kerne, zum Schließen
der Kokillenteile, zum Einsetzen eines Deckelkernes und zum Gießen
mittels eines Dosierofens sowie eine Rückführstrecke zurück zur
Trenn- und Entnahmestation angeordnet. Auf besagter Rückführstrecke
vollzieht sich u. a. auch das Erkalten des Gußstückes. Die Anlage
arbeitet nach dem Umlaufsystem. Jede Kokille ist mit den verschie
densten Betätigungsmechanismen mit zugehörigen Anschlußteilen und
mit den Versorgungseinrichtungsteilen ausgestattet; diese werden mit
der Kokille im Umlaufsystem verschoben.
Die DE 30 02 737 C2 beschreibt eine weitere Anlage zum Herstellen
von Gußstücken aus Leichtmetallegierungen mittels Dauerformen unter
Verwendung von geteilten Kokillen, wobei die Bewegung (Öffnen,
Schließen) der Kokillenteile durch druckmittelbetriebene Mechanismen
vorgenommen wird und wobei für das Gießen, das Öffnen der
Kokillenteile, das Entnehmen des Gußstückes, das Einbauen von Kernen
und dergleichen sowie das Schließen der Kokillenteile entsprechende
Stationen vorgesehen sind. Dabei besteht die Anlage aus drei
Stationen, von denen zwei Stationen Gießstationen sind und eine
mittlere Station als Arbeitsstation dient. Jede wechselseitig zu den
Stationen verfahrbare Kokille besitzt ein Angußteil mit Fülltrichter
an der jeweils von der Arbeitsstation abgekehrten Stirnseite, d. h.
also an den voneinander abgewendeten Stirnseiten, wobei die
Angußteile von separaten Gießdosieröfen mit Metallschmelze versorgt
werden.
In der DE 30 02 576 C2 wird eine Gießform zum Herstellen von
Gußstücken aus einer Leichtmetallegierung, insbesondere zum
Herstellen von Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen, beschrieben.
Diese ist doppelschalig ausgebildet, wobei die Kokillenteile in
Querrichtung zu ihrer Längsteilung zum Öffnen und Schließen mittels
druckmittelbetätigter Mechanismen bewegbar sind. Des weiteren ist
stirnseitig ein Zufuhrkanal für die Metallschmelze zu dem Formhohl
raum der Kokille vorgesehen, während entsprechend der Formgebung des
Gußstückes eine Anzahl der Kokille zugeordnete Gießkernblöcke
vorhanden sind. Um maßgenaue Gußstücke zu erhalten, sind die innere
und äußere Schale der Kokille gegeneinander isoliert und nur gezielt
an vorbestimmten Stellen Kontaktflächen für den Wärmeübergang
ausgebildet.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Gießform zum
Herstellen von Gußstücken bereitzustellen, mit der es möglich ist,
auch große und komplizierte Gußstücke, wie beispielsweise Brenn
kraftmaschinen-Motorblöcke, im Schwerkraftverfahren einwandfrei zu
gießen, d. h. insbesondere auch die geforderten Abmessungen des Guß
stückes innerhalb der zulässigen Toleranzen zu erreichen.
Dies gelingt erfindungsgemäß unter Verwendung einer gattungsgemäßen
Gießform, die die weiteren Merkmale gemäß Kennzeichen des
Patentanspruches 1 aufweist.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Gießform ist ein besonders
rascher und gleichmäßiger Zufluß der Metallschmelze sowie eine
optimale Verteilung derselben in einer ausreichend großen Menge
möglich. Es ist damit eine Fließgeschwindigkeit erreichbar, die ein
frühzeitiges Erstarren der Metallschmelze zuverlässig vermeidet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Gießform, insbesondere der
Verteilerkonsole, sind den kennzeichnenden Merkmalen der
Unteransprüche zu entnehmen.
Um beispielsweise ein gezieltes Erstarren der Metallschmelze an den
gewünschten Stellen des herzustellenden Gußstückes zu erreichen,
sind in den Formhohlraum der Kokille ragende Kühlelemente vorgesehen
(vgl. Patentanspruch 6). Der Kurbelraumkernblock wird auf diese
Kühlelemente aufgesetzt. Die Verteilerkonsole ist mit Kühlkanälen
ausgestattet (vgl. Anspruch 5), die nach dem Einfüllen der
Metallschmelze in die Kokille durch Beaufschlagen mit einem
geeigneten Kühlmedium zum raschen Erstarren der Schmelze beitragen,
ebenso zur Abkühlung der Verteilerkonsole, so daß möglichst bald
eine Entformung des Gußstückes erfolgen kann. Über eine in die
Verteilerkonsole zusätzlich eingesetzte Heizpatrone (vgl. Anspruch
5) ist ein Aufheizen der Verteilerkonsole zum Zeitpunkt des
Einfüllens der Metallschmelze in die Kokille möglich, so daß die
Metallschmelze auf ihrem relativ langen Weg über die Verteilerkon
sole bis in den Formhohlraum nicht vorzeitig abkühlen kann. Die
Möglichkeit einer raschen Entformung des Gußstückes ermöglicht sehr
kurze Arbeitszyklen und somit eine kostengünstige Fertigung.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles nachstehend näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine teilgeschnittene Ansicht einer Gießanlage zur
Herstellung von Brennkraftmaschinen-Motorblöcken mit der
erfindungsgemäßen Gießform,
Fig. 2 eine schematisierte Draufsicht der Anlage gemäß Fig. 1 mit
den wesentlichen Funktionselementen,
Fig. 3 die Metallschmelzen-Versorgungseinrichtung in einer Ansicht
gemäß Pfeil III in Fig. 2,
Fig. 4 eine abschnittweise Darstellung der erfindungsgemäßen
Gießform mit geschlossenen Kokillenteilen und eingesetzten
Gießkernen und
Fig. 5 eine wiederum teilgeschnittene Seitenansicht der Darstellung
gemäß Fig. 4.
Wie sich aus der Zusammenschau der Fig. 1 und 2 ergibt ist jede
Dauerform (Kokillen 1a, 1b) in ihrer Längsmittelebene geteilt und
weist Kokillenteile 2, 3 auf, deren einander zugewandte Randkonturen
4, 5 der seitlichen Oberflächenform des herzustellenden Gußstückes
entsprechen.
Die weitere Formgebung des Gußstückes wird durch jeweils paketweise
zusammengestellte Gießkerne bestimmt, die in automatisierten Anlagen
zu Kernblöcken montiert werden, nämlich zu einem Kurbelraumkernblock
6, einem oberen Kernblock 7 einschließlich einem Druckmassel
dienenden Deckelkern 8. Diese Kernblöcke 6, 7, 8 werden in der
geeigneten Reihenfolge von oben in an sich bekannter Weise in
entsprechender Reihenfolge mittels geeigneter Förderelemente (z. B.
Kettenförderer) vor oder zum Teil auch nach dem Schließen der
Kokillenteile 2, 3 abgesenkt, so daß letzlich für den Gießvorgang die
in Fig. 4 gezeigte Einheit entsteht.
In den Kurbelraumkernblock 6 sind über nahezu die gesamte Länge
desselben reichende, unterhalb der späteren Kurbelwellenlagerung 13
angeordnete Gießläufe 9 eingearbeitet, von denen im Bereich der
einzelnen Zylinder des herzustellenden
Brennkraftmaschinen-Motorblockes weitere Gießkanäle 10 abzweigen,
die zu unteren Abgußkonturen hinführen, von wo aus die Metall
schmelze weiter nach oben steigen und sich verzweigen kann, um die
Gießform zu füllen. Die Lage der Gießläufe 9 und Gießkanäle 10 ist
so gewählt, daß ein gerichteter Abkühlverlauf von unten nach oben
stattfindet, unterstützt durch die Kühlwirkung der unteren
seitlichen, metallenen Kokillenprofile.
Den oberen Abschluß des Kurbelraumkernblockes 6 bilden eine Anzahl
in Reihe hintereinander angeordneter (vgl. Fig. 5)
Zylinderbohrungskerne 14, deren obere Ansätze 15 mit entsprechenden
Ausnehmungen 16 in weiteren Zylinderbohrungskernen 17 im Deckelkern
8 zum Zwecke einer positionsgerechten Zuordnung zusammenwirken.
Der Deckelkern 8 ist, wie bereits erwähnt, eine an sich bekannte
Druckmassel für das Gießen im Schwerkraftverfahren, wobei die durch
die Schwindung des Abgusses zusätzlich benötigte Metallschmelze aus
dem Vorratsraum des Druckmasselkerns herausgeholt wird.
An den Deckelkern 8 ist des weiteren ein jeden Zylinderbohrungskern
17 umgebender Wasserraumkern 18 angesetzt, wodurch beim fertigen
Gußstück (Motorblock) ein die Zylinderbohrung umgebender Kühlkanal
entsteht. Weiterhin wird vom oberen Bereich des Zylinderboh
rungskernes 17 eine im fertigen Gußstück die Zylinderbohrung
bildende Zylinderlaufbüchse 19 gehalten, die somit bereits beim
Gießprozeß an der ihr vorgegebenen Stelle in das Werkstück einge
gossen wird. Der konstruktive Aufbau der Zylinderlaufbüchse 19 kann
dabei wie in der DE-OS 39 41 381 beschrieben ausgeführt sein.
Über einander zugeordnete Vorsprünge 20, Ausnehmungen 21, 22, 23, 24
bzw. Anlageflächen 25 in Kokille 1, Kurbelraumkernblock 6, oberen
Kernblock 7 und Deckelkern 8 läßt sich eine eng tolerierte
gegenseitige Zuordnung der genannten Teile zuverlässig erreichen.
Die Kokillenteile 2, 3 sind über eine Gleitführung 26, 27 in
Querrichtung verschiebbar gelagert und sitzen dabei auf einem Rahmen
28 auf. An einander abgewandten Begrenzungsflächen 29, 30 der
Kokillenteile 2, 3 sind Aufnahmebügel 33, 34 befestigt, in die jeweils
ein Endstück 35, 36 einer Kolbenstange 37, 38 einer
Kolben-Zylindereinheit 39, 40 von unten kommend einhaken kann. Beim
Auseinanderfahren der Kokillenteile 2, 3 wird eine Kippbewegung
dadurch erreicht, daß der jeweils endseitige Bereich 31, 32 der
rahmenseitigen Gleitführung 27 geneigt ist. Damit ist es dem Werker
ohne weiteres möglich beispielsweise nach 40 bis 50 Abgüssen die
inneren Randkonturen 4, 5 der Kokillenteile 2, 3 zu reinigen bzw. dort
Trennmittel aufzubringen.
Eine Alternative zu dieser besonderen Gestaltung (geneigte
Endbereiche 31, 32) der Gleitführung 27 könnte darin bestehen, daß
der untere Teil jedes Kokillenteiles 2, 3 bei der durch die
Kolben-Zylindereinheit 39, 40 hervorgerufenen Öffnungsbewegung an
einem Anschlag zur Anlage kommt und dadurch bei der weiteren
Einwärtsbewegung der Kolbenstange 37, 38 zwangsläufig geschwenkt
wird. Ein solcher Anschlag könnte auch verstellbar ausgeführt sein,
so daß allein dadurch die Neigung der Kokillenteile 2, 3 in ihrer
Endstellung beeinflußt werden kann.
Jede Kolben-Zylindereinheit 39, 40 ist an ihrem der Kolbenstange
37, 38 gegenüberliegenden Ende über einen Anlenkpunkt 43, 44 von einem
Stützfuß 45, 46 aufgenommen, welcher auf einer Grundplatte 47, 48
aufsitzt, die wiederum von einem Untergestell 49, 50 getragen wird
und darauf mittels im Detail nicht näher gezeigter
Gleitschienenführung 52 längsbeweglich (in Fig. 1 in die Zeichenebene
hinein) geführt wird.
Bewerkstelligt wird diese Längsbewegung von Station A zu Station B
und wieder zurück, wie Fig. 2 zeigt, durch eine entsprechend
gerichtete, stationär fixierte weitere Kolben-Zylindereinheit 53, 54,
wobei deren Kolbenstange 55, 56 über eine stirnseitige vordere
Anschlußstelle 57, 58 an die Grundplatte 47, 48 angeschlossen ist.
Anstatt einer Kolben-Zylindereinheit 53, 54 könnte beispielsweise
auch ein Kettenantrieb verwendet werden.
Besagte Grundplatten 47, 48 sind mit Anschlagbalken 59, 60
ausgestattet, an die entsprechend nach außen gerichtete
rahmenseitige Stege 63, 64 des in der Höhe verstellbaren Rahmens 28
zur Anlage kommen können. Über eine geeignete Verriegelung ist
dieser während der auf im stattfindenden Arbeitsprozesse zu
arretieren.
Durch an der Unterseite 65 des Rahmens 28 angreifende weitere
Kolben-Zylindereinheiten 66, 67 kann er mit der auf ihm aufsitzenden
Kokille 1a, 1b auf einen auf Schienen 68, 69 mittels Rollen 70, 71
beweglichen Rahmen 72 abgesetzt und auf diese Weise ein einfacher
Austausch der Kokillen 1a, 1b z. B. gegen anders dimensionierte
vorgenommen werden.
Über am jeweils vorderen Ende der die Kokillenteile 2, 3 in
Querrichtung bewegenden Kolben-Zylindereinheiten 39, 40 an
Drehpunkten 73, 74 angreifende und von grundplattenseitigen
Anlenkpunkten 75, 76 aufgenommene Hydraulikzylinder 77, 78 ist eine
Erweiterung der Bewegungsmöglichkeiten einer jeden
Kolben-Zylindereinheit 39, 40 möglich, die noch dadurch ergänzt
werden könnte, daß ihre gegenüberliegende Anbindung am Stützfuß
45, 46 höhenverstellbar gestaltet wird.
Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, sind auf die
oberen Kernblöcke 7 der Kokillen 1a, 1b Einfülltrichter 81, 82 für
Metallschmelze aufgesetzt. Diese Einfülltrichter 81, 82 sind einander
zugewandt, so daß es dadurch in besonders vorteilhafter Weise
möglich ist, mit einem einzigen, in geeigneter Weise mit
Metallschmelze versorgten Gießlöffel 83 auszukommen. Dieser kann
dann im entsprechenden Arbeitszyklus wechselseitig verschwenkt
werden (Schwenkachse 84) und damit den Gießvorgang einleiten.
Wie bereits eingangs erwähnt, ergibt sich aus den Fig. 4 und 5 in
verschiedenen teilgeschnittenen Ansichten der für den Gießvorgang
vorbereitete Zusammenbau der Kokillenteile 2, 3 mit ein- bzw.
aufgesetztem Kurbelraumkernblock 6, oberem Kernblock 7 und
Deckelkern 8. Mittels in den Kokillenteilen 2, 3 integrierten und von
einem geeigneten Heizmedium durchflossenen Kanälen 85 sowie über
zusätzliche, in unmittelbarer Nähe des herzustellenden Gußstückes
angeordnete Kühlkanäle 86 können bei entsprechend gesteuerter
Beaufschlagung dieser Kanäle 85, 86 die Zykluszeiten des
Gießvorganges kurz gehalten werden.
Erfahrungen aus praktischen Gießversuchen haben gezeigt, daß durch
ein Erhitzen der die Zylinderbohrungskerne 14, 17 umgebenden
Zylinderlaufbüchsen 19 vor dem eigentlichen Gießvorgang das
Arbeitsergebnis, d. h. der Verbund zwischen Metallschmelze und
Zylinderlaufbüchsen 19, verbessert werden kann. Eine Vorwärmung auf
70 bis 100°C mittels Elektrostrahler, Gasstrahler, Heißluft oder
dergleichen hat sich bewährt. Ein vorzeitiges Erstarren der Schmelze
im Umfeld der Zylinderlaufbüchsen 19 konnte dadurch zuverlässig
vermieden werden.
Von unten bis in den Bereich der Kurbelwellenlagerung 13 reichende
Kühlelemente 87, die, um beispielsweise Parallelitätstoleranzen aus
gleichen zu können, über Ringzentrierungen 88 geführt und kalotten
förmig gelagert (Kugelkalotten 89) sind, ragen in den
Kurbelraumkernblock 6 hinein, um eine an den gewünschten Stellen
beginnenden abschreckende Erstarrung der Metallschmelze herbei
zuführen.
Während, wie aus Fig. 5 ersichtlich, der gesamte Kurbelraumkernblock
6 aus einzelnen, an Schnittstellen 93.1-93.3 verklebten
Kurbelraumkernteilen 6.1-6.5 besteht, ist der
Zylinderlaufbuchsen-Trägerkern, also der als Druckmassel dienende
Deckelkern 8 einteilig gewählt, um größte Präzision in der
zentrischen Lage zu den Zylinder-Bohrungmitten zu erreichen.
Wie sich aus Fig. 5 weiter ergibt, wird die Verbindung zwischen
Einfülltrichter 81 und den Gießläufen 9 über den stirnseitigen
Abschluß des oberen Kernblockes 7 und über eine Verteilerkonsole 94
mittels Gießkanal 97 hergestellt.
Die Verteilerkonsole 94 kann auf dem Rahmen 28 fest montiert aber
auch, wie strichpunktiert angedeutet, dort schwenkbar gelagert sein
(Schwenkarm 91). In die Verteilerkonsole 94 eingearbeitete
Kühlkanäle 95 sowie eine ebenfalls darin eingesetzte Heizpatrone 96
können zyklisch beaufschlagt werden und dienen dazu, nach Einfüllen
der Metallschmelze in die Kokillenform die Schmelze so rasch wie
möglich "einfrieren" (erstarren) zu lassen, damit die Form möglichst
bald wieder getrennt werden kann bzw., bei Wirksamwerden der
Heizpatrone 96, zu verhindern, daß die Metallschmelze beim Einfüllen
in den Gießkanal zu stark abkühlt.
Durch eine an den Rahmen 28 angesetzte federbelastete (Druckfeder
98) Zentriereinrichtung 99, die in eine Zentrierbohrung 100 des
oberen Kernblockes 7 eingreift, kann eine genaue Positionierung des
gesamten Kernpaketes beim Absenken auf den Rahmen 28 erreicht
werden.
Die dem Einfülltrichter 81 gegenüberliegende Stirnseite der
Kokillenform wird zweckmäßigerweise von einem im rahmenseitigen
Drehpunkt 101 schwenkbar gelagerten, mittels Hydraulikzylinder 102
beaufschlagten Schließteil 103 gebildet. Damit sind auch "negative"
Stirnflächenkonturen des herzustellenden Gußstückes möglich. Dies
wäre hingegen nicht möglich, wenn der stirnseitige Abschluß
gleichzeitig auch von den nur seitlich bewegbaren (vgl. Fig. 1 u. 2)
Kokillenteilen 2, 3 gebildet werden müßte. Anstatt einer
Schwenkbewegung über Drehpunkt 101 wäre natürlich auch eine reine
Schließteil-Horizontalbewegung denkbar.
Der erfindungsgemäßen Gießform ist des weiteren noch eine vom prin
zipiellen Aufbau her aus der bereits eingangs erwähnten DE 29 32 836
C2 bekannte Ausstoßvorrichtung 105 zugeordnet. Der wesentliche
Unterschied liegt allerdings darin, daß sie von der einen zur
anderen Station A, B verfahrbar ausgebildet ist. Hierzu ist ein
Hubzylinder 106 an der Unterseite eines Tragbalkens 107 befestigt,
dessen endseitig angeordnete Rollen 108, 109 auf vom Untergestell
49, 50 wegragende Schienen 110, 111 aufsitzen. Die Schienenlänge ist
so ausreichend bemessen, daß eine Verfahrbewegung von Station A nach
Station B (und umgekehrt) möglich ist.
Die nach oben durch eine Öffnung 112 des Tragbalkens 107 ragende
Kolbenstange 113 ist am freien Ende mit einem Doppelhakenteil 114
ausgestattet, dessen Hakenenden einen Flanschteil 115 eines hängend
an einem stationären Hubbalken 116 befestigten Bolzen 117
übergreifen, wenn der Tragbalken 107 mit Hubzylinder 106 in den
Bereich des Bolzens 117 verfahren wird (z. B. mittels hier nicht
gezeigter Hydraulikeinheiten oder Kettenantriebe). Über eine
entsprechende Bewegung der Kolbenstange 113 können dann mit dem
Hubbalken 116 verbundene und bis zur Kokille 1a, 1b reichende
Auswerferstößel 118 in bekannter Weise arbeiten.
Ist die für den Durchtritt des Bolzens 117 im Rahmen 28 vorgesehene
Öffnung 119 entsprechend ausgeführt und der Bolzen-Flanschteil 115
mit dem Doppelhakenteil 114 der Kolbenstange 113 koppelbar sowie der
Hubbalken 116 in gewissen Grenzen in der Verfahrrichtung des
Tragbalkens 107 bewegbar, so könnten auch innerhalb einer Station
A, B die Angriffspunkte der Auswerferstößel 118 variiert werden.