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Verfahren und Vorrichtung zum Gießen von plattenförmigen Gußstücken
Die Herstellung von plattenförmigen Gußstücken, insbesondere dünnwandigen
Hartgußstücken, gestaltet sich bekanntlich schxierig. und die Festigkeit, die erforderliche
Elastizität und die Gleitfähigkeit werden in der Hauptsache durch den Kohlenstoffgehalt
des verwendeten Gußmaterials bestimmt. je höher dieser ist, desto besser sind die
genannten Eigenschaften. Andererseits entstehen bei Vergießen dieses Materials,
insbesondere bei dünnen plattenförmigen Stücken, in dem Gußstück selbst hohe Spannungen,
die zu Rissen und Sprüngen und dadurch während des Betriebes je nach dem X'erwendungszweck
oft zum Bruch führen, wenn nicht besondere Maßnahmen getroffen werden.
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Der Erfindung, die li:sonders zur Herstellung von di.iiinwandigen
plattenförmigen Gußstücken geeignet ist, liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei
der Herstellung derartiger Stücke eine gesteuerte Abkühlung erforderlich ist. Erfindungsgemäß
wird nach dem Verschließen der mit der Schmelze gefüllten Gießform, bevor die Schmelze
vollständig zum Erstarren kommt, d. h. in der Zeitspanne, in der diese sich zum
Teil noch in plastischem Zustand befindet, das Gußstück im mittleren Teil mindestens
auf einer Seite freigelegt.
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Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren wird es ermöglicht, Gußplättchen
sehr geringer Wandstärke zu fertigen, so daß sie in Form von Hartgußplättchen zum
Verstärken der Aufschlagfläche von Ventilstößeln geeignet sind. Bisher hat man bekanntlich
die Aufschlagfläche von Ventilstößeln zwar ebenfalls a'us Hartguß hergestellt, derart,
daß man pilzartige Körper mit dem meistens rohrförmigen Stößel auf eine geeignete
Weise verband. Bei diesen pilzartigen Hartgußstücken, bei denen es auf eine ganz
bestimmte Härte ankommt, geht man so
vor, daß nian während der Abkühlung
eine Graphitausscheidung unterdrückt, d. h. für Entstehung sog. weißen Eisens sorgt,
was im allgemeinen durch eine rasche Abkühlung erfolgt. Ein Gußstück wird bekanntlich
dadurch hart, daß es in einer starkwandigen Eisenform vergossen wird oder indem
man zu härtende Teile des Stückes mit entsprechenden Eisenteilen in Verbindung bringt.
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Die Herstellung solcher Gußstücke ist äußerst scli%vierig und erfordert
viel Geschick. Es entsteht regelmäßig viel Ausschuß, was die einzelnen Stücke sehr
verteuert, da nicht in jedem Falle immer der gleiche Härtegrad erreicht werden kann.
Ist nämlich die Abführung der Wärme zu groß, d. h. ist die Einlage zu kalt, so entsteht
eine zu tiefe harte Schicht, die naturgemäß keine hohe Festigkeit besitzt und sehr
leicht zum Bruch des Stößelpilzes im Betrieb führen kann. Ist die harte Einlage
dagegen zu warm, so entsteht keine oder nur eine ungenügende Härte.
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Ein weiterer Nachteil, der die Herstellung der bisher üblichen Hartgußpilze
für Ventilstößel verteuert, ist die Tatsache, daß der äußere Bereich des Pilzes
ballig geschliffen werden muß. Ein Verzicht auf den balligen Schliff geht auf Kosten
der Lebensdauer von Steuernocken und Aufschlagfläche.
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Erst durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es ermöglicht, die
Verstärkung der Aufschlagfläche von Ventilstößeln durch Verwendung von dünnwandigen
Hartgußplättchen durchzuführen, da es mit diesem Verfahren möglich wird, einmal
den genauen Härtegrad in jedem Fall zu erreichen und zum anderen ein völlig spannungsfreies
Gußstück herzustellen. Ein weiterer, nicht unerheblicher Vorteil der Verwendung
von durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Hartgußplättchen liegt noch
darin, daß ein nachträgliches Balligschleifen entfällt. Während der Vereinigung
des eben geschliffenen Hartgußplättchens mit dem Ventilstößel wird die Anschlagfläche
des Plättchens infolge der Schwundspannung des Stößelschaftes nämlich leicht ballig.
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In weiterer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schmelze
unter Druck in die Form gefüllt, beispielsweise durch Schleudern der flüssigen Schmelze
in zweckmäßig waagerechter Richtung in -die senkrecht zur Schleuderstrahlrichtung
angeordneten umlaufenden Gießformen.
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Eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist ferner durch einen etwa ringförmigen, mehrere nach innen offene Gießformen
enthaltenden, vorzugsweise um eine senkrechte Achse umlaufenden Körper gekennzeichnet,
wobei die Formen während des Betriebes wechselweise mit unter den gleichen Verhältnissen
umlaufendenZuführungsanordnungen für die Schmelze und Abdeckvorrichtungen zu-#ammenschaltbar
sind.
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In weiterer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist noch
vorgesehen, daß die Abdeckvorrichtungen aus je einem radial angeordneten, federbelasteten,
durch die Zentrifugalwirkung gegen die Federspannung betätigten Bolzen bestehen,
der sowohl zur Einformung einer Seite des Gußstückes als auch zum Freilegen des
Gußstückes vor der Erstarrung der Schmelze dient.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
an Hand der das neuartige Verfahren erläutert wird, und zwar zeigt Fig. i einen
Teilschnitt in Richtung der Drehachse durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Fig.
2 eine Draufsicht auf einen Teil der Vorrichtung gemäß Fig. i, Fig.3 einen Querschnitt
durch ein Hartgußplättchen für @'entilstöße1, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
mittels der beschriebenen Vorrichtung hergestellt ist.
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Auf der Drehachse i der dargestellten Gießvorrichtung ist die als
Topfscheibe ausgebildete Scheibe 2 mittels der Büchse 3 fest aufgekeilt. Zwischen
der äußeren ringförmigen Wand .I und der entsprechend ausgebildeten inneren Wand
5 befindet sich ein durch den ringförmigen Deckel 6 verschlossener Hohlraum ,-.
der als Kühlmittelraum dient. In )die innere ringförmige Wand 5 sind die Gußformen
8 austauschbar eingelassen. Die Formen sind mit Zapfen 9 versehen, welche in den
Kühlraum 7 hineinragen und zum Zwecke des erhöhten Wärmeaustausches mit die (Tierfläche
vergrößernden Rippen io versehen sind.
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Die Formen tragen auf der Eingußseite eine ringförmige- Graphiteinlage
t i, die dem zu bildenden Gußstück, wie es in Fig. 3 ersichtlich ist, entspricht.
Innerhalb der mit den beschriebenen Teilen ausgerüsteten Topfscheibe 2 sitzt eine
weitere Topfscheibe 12 auf der Achse i und diese ist durch Verkeilung der Schiebehülse
13 auf der Achse i in der Längsrichtung verschiebbar. Sie ist so gelagert, daß sie
gegenüber der Scheibe 2 unverdrehbar ist. Die innere Topfscheibe enthält ebenfalls
eine äußere und eine innere ringförmige Wand 1.Iund15, wobei der hierdurch gebildete
Zwischenraum zum Teil durch einen ringförmigen Deckel 16 abgeschlossen wird. Der
ringförmige Raum zwischen den beiden Wänden der kleineren Scheibe ist durch den
ringförmigen Spalt 18 nach außen offen. Ferner steht dieser Raum mit dem äußeren
Bereich dieser Scheibe noch durch die keramischen Trichter i9 in Verbindung, die
sich in der gezeigten Stellung im Bereich der Formen 8 der äußeren Scheibe befinden.
Ferner ist der Raum 17 durch eine keramische hitzebeständige Ausfüllung 20 verkleidet.
In den ringförmigen Spalt 18 ragt ein feststehender Trichter 21, ider ebenfalls
eine keramische Ausfüllung 22 besitzt, hinein, zum Anfüllen der Schmelze in den
Raum 17. An der Unterseite der inneren Topfscheibe 12 sind ringförmige Stege 23
und 24 angeordnet, in deren Bohrungen 25 und 26 der Bolzen 27 verschiebbar gelagert
ist. Über den Umfang der Unterseite der Scheibe 12 sind entsprechend der Anzahl
der Formen 8 mehrere derartige radial angeordnete Bolzen angebracht. Der Kopf 28
des Bolzens ist als Formteil ausgebildet, um die gemäß F ig. 3 dargestellte Gießform
herzustellen. Am entgegengesetzten Ende des Bolzens
ist eine AbflUchung
29 vorgesehen, die eine Bohrung 30 enthält. Ferner sitzt auf dem noch zylindrischen
Ende des Bolzens 27 ein Anschlagring 31. der gegenüber dem ringförmigen Steg 24
durch eine Schraubenfeder 32 abgestützt ist. Das abgeflachte Ende 29 greift mit
seiner Bohrung über einen an der unteren Scheibe 2 befestigten Stehbolzen 33, wodurch
die Lage der Bolzen 27 während des Umlaufs der beiden Scheiben und der gemäß Zeichnung
dargestellten Stellung der Scheibe 12 in ihrer Lage fixiert wird. Die Länge der
Stehbolzen 33. die sich durch Bohrungen 34 in der Scheibe 12 erstrecken, entspricht
der Lage der Formen 8, um bei Verschieben der Scheibe 12 während des Umlaufs,die
Bolzen 27 in dem Augenblick freizugeben. in dem sie im Bereich der Formen 8 Iiegen.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgendermaßen: Der Hohlraum
7 wird mit einer Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gefüllt. Ein nicht eingezeichneter
Stutzen führt nach außen zu einem ebenfalls nicht eingezeichneten Dehnungsgefäß.
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Alsdann werden die Graphiteinlagen i i eingelegt. Diese werden durch
umlegbare, nicht eingezeichnete Bügel gehalten. Nunmehr wird die Form bis zum Siedepunkt
des Wassers erwärmt, damit der Guß keine Kaltflußnarbe zeigt. Eine größere Erwärmung
ist schädlich, sie wind durch Verdampfung des Wassers verhütet. Die Maschine ist
gießfertig und wird in Betrieb gesetzt, was durch Einschalten des Antriebsmotors
geschieht, der fest mit der Drehachse i gekuppelt ist. Die Topfscheiben drehen sich
mit etwa 1500 U/min. Nun wird das flüssige Eisen, vorzugsweise Holzkohlenroheisen,
mit hohem C-Gehalt, in den Trichter 21, 22 gegossen, und zwar nur die Menge, die
für die vorgesehenen Plättchen insgesamt gerade ausreicht. Hierdurch wird jeder
Eisenabfall durch Eingüsse. oder Steiger vermieden. Infolge der hohen Umdrehungszahl
erfolgt eine absolut gleiche Verteilung des flüssigen Eisens auf die einzelnen Formen.
Infolge der Fliehkraft tritt dieses durch die keramischen Trichter i9 und wird in
die Formen 8 geschleudert. Unmittelbar nach Eintritt in ,die Formen, noch bevor
eine Erstarrung eintreten kann, hebt sich vermittels eines nicht eingezeichneten
Triebwerks die Schiebehülse 13 mit allen daran befestigten Teilen, bis die Mittelachse
der Bolzen 27 sich in der Mitte der Formen 8 befindet. In diesem Augenblick werden
die Bolzen 27 durch die Stehbolzen 33 freigegeben, die infolge der auf sie einwirkenden
Fliehkraft nach außen geschleudert werden und mit dem Kopf 28 in das noch flüssige
Eisen in der Form 8 eindringen. Der Flansch am Kopf 28 bildet den Anschlag auf der
Graphiteinlage i i. Alsdann wird die Maschine durch starkes Bremsen oder Umschalten
des Motors abgestellt, so daß die Fliehkraft nicht mehr auf die Bolzen 27 wirken
kann und diese durch die Druckfeder 32 zurückgeholt werden. Die Gußstücke sind noch
rotwarm. .die Mitte noch plastisch, weil die Wärme im Gegensatz zu den bedeckten
Teilen des Gußstücks nicht so rasch abgeführt werden kann. Das Schwinden des Gußstücks
erfolgt auf diese Weise ohne Spannung. Die einzelnen Operationen müssen im genau
geregelten Zeitablauf erfolgen, weshalb sie einschließlich des Eingießens de, flüssigen
Eisens maschinell und vollkommen selbsttätig erfolgen.
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Nach dem Stillstand der Maschine, die kippbar in einem Gestell gelagert
ist, wird diese um etwa 18o° nach unten geschwenkt, so daß die linzwischen erkalteten
Gußstücke, welche nunmehr die Form nach Fig. 3 angenommen haben, samt den Graphiteinlagen
in einen Behälter fallen. Die Bügel, welche zum Festhalten der Graphiteinlagen i
i dienten, geben beim Kippen der Maschine die Einlagen frei, während sie dieselben
beim Umlaufen der Form infolge der Fliehkraft festhalten.