EP2399692B1 - Gießform zum Gießen von Gussstücken aus einer Metallschmelze - Google Patents
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- EP2399692B1 EP2399692B1 EP20110171279 EP11171279A EP2399692B1 EP 2399692 B1 EP2399692 B1 EP 2399692B1 EP 20110171279 EP20110171279 EP 20110171279 EP 11171279 A EP11171279 A EP 11171279A EP 2399692 B1 EP2399692 B1 EP 2399692B1
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
- B22C9/103—Multipart cores
Definitions
- the invention relates to a casting mold for casting a casting from a molten metal, wherein the casting mold comprises a permanent casting mold, which is composed of at least two permanent mold parts delimiting the cavity of the permanent casting mold from the environment, which remain intact when the casting is removed from the mold.
- Continuous casting molds of this type also known as "casting molds" in technical terminology, are used, for example, in mass production to cast cylinder heads for internal combustion engines from an aluminum melt.
- Casting molds which are partly formed from a permanent mold and partly from a lost mold, are known in principle.
- a mold for producing metallic Hohlg manlingen comprises a mold and a sand mold.
- the hollow casting in question is a cylinder liner intended for a large engine and has a cylindrical basic shape.
- the mold has a first shaping surface, while the sand mold has the remaining significant shaping surfaces of the mold. Accordingly, the mold encloses no own mold cavity, but forms in the manner of a shell only the continuation of the shape space, which is bounded by the rest of the sand mold.
- the outer shape of the hollow casting to be produced is determined jointly by the mold and the sand mold.
- the object of the invention was to provide a way, a complex shaped component, as it represents a cylinder head with a molded on the type of the above cylinder head design turbocharger housing, reliable in high volumes and cost casting technology to finished.
- a casting mold according to the invention for casting a casting from a molten metal comprises a permanent casting mold which is composed of at least two permanent mold parts.
- the permanent moldings delimit the mold cavity of the permanent mold from the environment.
- the permanent moldings are characterized by the fact that they are not destroyed during removal of the casting, but preserved and can be reused accordingly for many casting runs.
- casting molds or molded parts can also be positioned as usual in a casting mold according to the invention in the permanent mold within the mold cavity, which as a result of targeted mechanical force or the thermal stresses occurring during casting fall into many free-flowing items. Casting cores of this type are required, for example, in permanent casting molds if channels, cavities, etc. are to be formed within the respective casting.
- this mold package consists of a material which breaks when the cast part is completely removed from the mold and surrounds a mold cavity section.
- the mold cavity section surrounded by the mold package is in communication with the mold cavity of the permanent mold such that melt filled into the mold cavity of the permanent mold passes into the mold cavity section of the mold package and vice versa.
- the permanent casting mold is supplemented by a mold package which, viewed individually, is designed in the manner of a lost casting mold and is newly created for each casting process.
- a mold package which, viewed individually, is designed in the manner of a lost casting mold and is newly created for each casting process.
- the invention combines the advantages of a Continuous casting mold with the advantages of a molded package designed as a lost mold. Since the volume of the functional part respectively imaged by the mold package is small compared to the volume that is imaged in the mold cavity surrounded by the permanent mold parts, the expense to be taken into account for producing the mold package is also in relation to the advantages resulting from the design according to the invention a mold can be achieved, low.
- the mold package associated parts of the permanent mold and the mold package can be designed so that in the finished composite permanent mold the mold package is applied to an outer surface of the permanent mold.
- a separate seal may be provided for sealing the existing between the permanent mold and the mold package joining gap. This can for example also be arranged so that it acts between the peripheral wall of the opening, which is associated with the mold package, and a corresponding surface of the mold package.
- At least one first mold element and formed on at least one of the permanent mold parts corresponding to the first mold element second molded element may be formed on the mold package, the form-fitting with the mold element of the mold package interacts.
- the respective shaping elements acting in the manner of core marks can be designed such that they not only define the position of the mold package in relation to the permanent moldings, but also ensure a captive hold of the mold package on the associated permanent moldings.
- the opening of the permanent mold associated with the mold package may contribute to the proper alignment of the mold package when the opening of the permanent mold associated with the mold package widens, at least in sections, starting from the mold cavity of the permanent mold in the direction of the outer surface of the permanent mold.
- the opening is then designed in the manner of a funnel in such a way that the mold package inserted into the opening is automatically aligned during its mounting on the surfaces of the widening sections lying against it.
- the edge region which surrounds the opening associated with the mold package be at least partially conically tapered in the direction of the mold cavity of the permanent mold or designed in the manner of a throat.
- the mold package forming the functional element to be molded will typically be composed of two or more moldings or mold cores.
- the mold package can image a functional part which is integrally connected to the cylinder head with the cylinder head completely cast and has at least one channel which is connected without interruption to a channel of the cylinder head is.
- a functional part may be, for example, the housing or a housing part of a turbocharger.
- the mold package may, for example, moldings, through which the outer shape of the housing or housing part is determined, and mold cores, which image the exhaust passage and an optionally additionally provided cooling fluid channel in the housing.
- the mold package then comprises a first mold core which images a water channel of the functional part connected to the water jacket of the cylinder head to be cast, and a second mold core which images an exhaust gas duct connected to an exhaust pipe of the cylinder head.
- a casting mold in which a permanent casting mold according to the invention is supplemented by a mold package which is made from a mold material that breaks down into many individual parts during demoulding, is particularly suitable for producing castings from a light metal melt, in particular an aluminum melt, since it is in use such light metal melts can take advantage of the chill casting in combination with the advantages of the mold package, for example, to produce complex cylinder head designs for internal combustion engines, which on the one hand optimal functional integration and on the other hand minimize production costs.
- At least one mold element for imaging a Domingakugoos be provided on the casting.
- a first reception point or several such initial reception points are used in particular in automated machining as a starting point for the measurement of the geometry of the respective casting.
- the Clearage determine the "zero points" for the alignment of the machining tool or the respective workpiece to be machined in the x-, y- and z-direction.
- the casting mold comprises a permanent casting mold 1, which is mounted on a carrier plate 2.
- the carrier plate 2 is arranged for example on a transport system, not shown, which transports the permanent mold 1 to a casting station, also not shown here.
- the permanent casting mold 1 is composed of a molded part 3, which is usually made of molding sand, and of several permanent casting moldings, of which the permanent mold parts 4, 5, 6 are visible here.
- the molded part 3 forms the cover, the permanent mold part 4 a first side wall, the permanent mold part 6 a second side wall and the permanent mold part 5 a bottom of the permanent mold 1.
- the permanent mold parts of the permanent mold 1 can be made in a known manner from a suitable steel, the sun High temperature and wear resistant is that the permanent moldings can be reused for a large number of casting operations.
- the permanent mold parts of the mold 1 define a mold cavity 7 of the mold 1 with respect to the environment U and have on their the mold cavity 7 associated side mold elements 8.9, through which the outer shape of the cylinder head to be cast is displayed.
- a larger number of mandrels are inserted in the mold cavity 7 of the casting mold 1, of which in Fig. 2 the mandrels 10,11,12 are visible.
- the mandrel 10 forms in the in Fig. 2 illustrated position of the mold 1 from the upper region of the water jacket channel of the cylinder head to be cast off, while the mandrel 11 forms the lower part of this water jacket channel.
- the mold core 12 which is arranged at a distance between the mold cores 10, 11, forms an exhaust gas duct integrated into the cylinder head to be cast, by means of which, in accordance with FIG EP 2 143 926 A1 described development, the exhaust gas outlets of the cylinder head to be cast are performed together to an outlet opening.
- the one side wall of the mold 1 forming permanent mold part 5 is formed starting from the edge, which is assigned to the lid of the permanent mold 1 forming mold part 3, an opening 13 which extends in the direction of the opposite edge.
- the mandrels 10,11,12 are each designed so that they end at the opening 13 and project into the opening 13 of the mold 1.
- the width of the opening 13 is at the same time dimensioned so that it receives a projection 20 of a mold package 21, which is arranged on the outside of the permanent mold part 6.
- This projection 20 of the mold package 21 fills the opening 13 of the permanent mold 1 completely and lies with its laterally beyond the projection 20, the permanent mold part 6 associated wall surfaces close to the outer surface of the permanent mold part 6.
- the split in the vertical direction in the present embodiment mold package 21 is composed of a plurality of mold parts 22,23 and mold cores 24,25, which are each made in known manner from a per se also known, mixed with a suitable binder molding sand.
- the mold part 22 forms one half of the block-shaped mold package 21 in the assembled state, while the other half of the mold package 21 is formed by the mold part 23.
- the mold parts 22, 23 enclose a mold cavity section 26 in which the mold cores 24, 25 are arranged and which is open in the area of the end face of the projection 20 seated in the opening 13 of the mold 1 for the mold cavity 7 delimited by the permanent mold parts 4-6.
- the mold package 21 is used for the simultaneous integral casting of a housing for an exhaust gas-driven, provided with a water-cooled turbocharger to be poured in the permanent mold 1 cylinder head.
- the one Mold core 24 of the mold package 21 forms a water jacket channel of the housing to be cast.
- the mandrel 24 has a curved shape in the manner of a spiral or a screw. That in the representation in Fig. 2 lower end 27 of the mandrel 24 is to be positioned and shaped so that this end flush with its face fully flushed and accurately positioned at its associated end face of the mandrel 11 in sitting at the permanent mold part 6 mold package 21, the lower part of the water jacket to be cast Cylinder head maps.
- the second mold core 25 of the mold package 21 forms a waste gas channel which is hot in practical use and is seated in the space delimited by the mold core 24 and likewise has a helical shape. His in the presentation in Fig. 2 lower end portion 30 is positioned and shaped so that its face flush over its entire surface at the associated end face of the Mold core 12 is applied, which images the integrated exhaust duct of the cylinder head to be cast.
- peg-shaped projection 31 whose longitudinal axis L is usually parallel to the flat outer surface of the permanent mold part 6 extends.
- the projection 31 is seated with its free end positively in a correspondingly shaped, not visible here recess of the molding 22 and forms at the housing to be cast from an outlet from which can later accommodate the impeller of the turbocharger.
- Both between the mold cavity portion 26 delimiting inner surfaces 32 of the mold parts 22,23 and the outer surface 34 facing them of the mold core 24 and between the inner, the mold core 25 facing surface 35 of the mold core 24 and the mold core 24 facing peripheral surface 36 is continuous a substantially constant distance. Accordingly, in the mold cavity portion 26 of the mold package 21, a first spiral outer channel 37 and, separated therefrom, a second, likewise spiral, inner channel 38 are formed. Both channels 37, 38 are connected to the permanent mold part 6 mounted mold package 21 with their one as with their other end each uninterruptible with a free, not occupied by mandrels area of the mold cavity 7 of the permanent mold 1.
- the melt flows in Reaching a certain filling level without interruption in the channels 37,38 of the mold package 21 until they are also completely filled.
- cylinder head formed in the outer channel 38 light metal correspondingly forms the outer wall of the integrally cast on the cylinder head housing for the turbocharger, while the material solidified in the channel 37 by the Mold core 24 demarcated water jacket of the turbocharger housing relative to the illustrated by the mold core 25 exhaust passage of the turbocharger.
- the demolding of the cast on the cylinder head turbocharger housing is done in a conventional manner in that the mold parts 22,23 and the mandrels 24,25 are destroyed by the action of external forces. This can be done for example by shaking the cylinder head, as is usually carried out to destroy the sitting in the mold cavity 7 mandrels 10 - 12 and trickle out of the finished cylinder head.
- the positionally correct orientation of the mold package 21 on the permanent mold part 6 or in the opening 13 can also be supported by the fact that the edge surface portions surrounding the opening 13 at least in the region of Fig. 2 Lower edge portion 14 is tapered starting from its the mold cavity 7 associated edge in the direction of the outer surface of the permanent mold part 6 so that the opening 13 extends at least in this area in the direction of the environment U in the manner of a funnel, the opening 13 in the direction of the mold cavity 7 so narrowed conically.
- the edge surface 14 associated surface portion of the protrusion 20 of the mold package 21 is chamfered in a corresponding manner, the mold package 21 centered in his finished positioned on the permanent mold part 6 position at least in the direction of the height of the mold 1 automatically.
- the mold package 21 is supported by a bracket 41.
- the support plate 2 may be formed in a conventional manner, a core mark on which the mold package 21 is fixed positively with respect to its position relative to the associated permanent mold part 6.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Gießform zum Gießen eines Gussteils aus einer Metallschmelze, wobei die Gießform eine Dauergießform umfasst, die aus mindestens zwei den Formhohlraum der Dauergießform gegenüber der Umgebung abgrenzenden Dauergießformteilen zusammengesetzt ist, welche beim Entformen des Gussteils unzerstört erhalten bleiben. Dauergießformen dieser Art, in der Fachsprache auch "Gießkokillen" genannt, werden beispielsweise in der Großserienproduktion eingesetzt, um Zylinderköpfe für Verbrennungsmotoren aus einer Aluminiumschmelze zu gießen.
- Gießformen, die zum einen Teil aus einer Dauergießform und zum anderen Teil aus einer verlorenen Form geformt sind, sind grundsätzlich bekannt. Ein Beispiel hierfür ist in der
EP 0 872 295 A1 beschrieben, gemäß der eine Gießform zum Herstellen von metallischen Hohlgießlingen eine Kokille und eine Sandform umfasst. Konkret handelt es sich bei dem betreffenden Hohlgießling um eine für einen Großmotor bestimmte Zylinderlaufbuchse, die eine zylindrische Grundform aufweist. Die Kokille besitzt eine erste Formgebungsfläche, während die Sandform die übrigen massgebenden Formgebungsflächen der Gießform aufweist. Die Kokille umschließt dementsprechend keinen eigenen Formhohlraum, sondern bildet nach Art einer Schale lediglich die Fortsetzung des Formraums, der im Übrigen von der Sandform umgrenzt wird. Auf diese Weise wird bei der bekannten Gießform die äußere Gestalt des herzustellenden Hohlgießlings gemeinsam durch die Kokille und die Sandform bestimmt. - Neue Konzepte für Verbrennungsmotoren aber auch andere Anwendungen aus Bereichen, bei denen eine kosteneffiziente gießtechnische Fertigung von Großserienprodukten gefordert wird, sehen vor, dass üblicherweise separat vorgefertigte, an einer Kernkomponente des jeweiligen Produkts befestigte Funktionsteile, die zusätzliche für die Funktion des jeweiligen Produkts erforderliche Aufgaben übernehmen, zukünftig direkt an die jeweilige Kernkomponente angegossen werden.
- Ein Beispiel für eine solche Integration eines Funktionsteils in ein Gussteil ist aus der
EP 2 143 922 A1 bekannt. Aus dieser Veröffentlichung geht ein Zylinderkopf für einen von einem Turbolader aufgeladenen Verbrennungsmotor mit mindestens zwei Zylindern hervor, bei dem an die Abgasauslässe des Zylinderkopfs Abgasleitungen angeschlossen sind, die innerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt werden, und bei dem der Zylinderkopf, der Abgaskrümmer und zumindest Teile des Turboladers bzw. Teile des ein- oder mehrteiligen Turboladergehäuses in einem Stück gegossen sind. Der Vorteil dieser integrierten gießtechnischen Ausgestaltung von Zylinderkopf und Teilen des Turboladers wird dabei darin gesehen, dass der Turbolader sehr nahe an den Auslassventilen des Zylinderkopfes angeordnet ist, so dass die wärmeabgebende Fläche und das Volumen der Kanäle vom Zylinder zum Turbolader deutlich reduziert sind. Dies hat zur Folge, dass das Abgas auf seinem Weg zum Turbolader nur vergleichbar geringe Strömungsverluste erleidet, wodurch ein schnelleres Ansprechen des Turboladers z. B. bei Lastwechseln erreicht werden soll. Indem das Gehäuse des Turboladerkrümmers zumindest abschnittsweise gekühlt wird, wird eine Absenkung der Abgastemperaturen erreicht, so dass trotz der engen Anbindung des Turboladers an den Auslass des Zylinderkopfes seine thermische Überlastung sicher vermieden wird. - Um die gießtechnische Herstellung eines Zylinderkopfs in Kombination mit einem komplex geformten Turboladergehäuse zu ermöglichen, ist in der
EP 1 536 141 A1 eine aus mehreren Dauergießformteilen zusammengesetzte Dauergießform vorgeschlagen worden, bei der die einen Zylindergießformteile die äußere Form des Zylinderkopfs und die Gehäuse- und Leitungsgießformteile die äußere Form des Turboladerghäuses und der zum Zuführen des Abgasstroms aus dem Zylinderkopf benötigten Verbindungsleitungen abbilden. Die inneren Hohlräume des Zylinderkopfs und des Turboladergehäuses sowie der Verbindungsleitungen werden dagegen in an sich bekannter Weise durch in den von den Dauergießformen umgebenen Gießformraum positionierte Gießkerne abgeformt. Ein unterbrechungsfreier Übergang zwischen den Hohlräumen des Zylinderkopfs und den an sie anzubindenden Hohlräumen des Turboladergehäuses und der Verbindungsleitungen wird dabei dadurch gewährleistet, dass die dem Zylinderkopf zugeordneten Gießkerne über Öffnungen der Zylinderformteile aus der den Zylinderkopf abformenden Dauergießform geführt und an die Gießkerne angeschlossen sind, die die Hohlräume des Turboladergehäuses und der Verbindungsleitungen abbilden. - Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, eine Möglichkeit schaffen, ein komplex geformtes Bauteil, wie es ein Zylinderkopf mit einem nach Art des voranstehenden Zylinderkopfdesigns angegossenen Turbolader-Gehäuse darstellt, in großen Stückzahlen betriebssicher und kostengünstig gießtechnisch zu fertigen.
- Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Gießform mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst worden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
- In Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik umfasst eine erfindungsgemäße Gießform zum Gießen eines Gussteils aus einer Metallschmelze eine Dauergießform, die aus mindestens zwei Dauergießformteilen zusammengesetzt ist. Die Dauergießformteile grenzen den Formhohlraum der Dauergießform gegenüber der Umgebung ab. Die Dauergießformteile zeichnen sich dabei dadurch aus, dass sie beim Entformen des Gussteils nicht zerstört werden, sondern erhalten bleiben und dementsprechend für viele Gießdurchläufe wiederverwendet werden können. Selbstverständlich können auch bei einer erfindungsgemäßen Gießform in der Dauergießform innerhalb des Formhohlraums wie üblich Gießkerne oder Formteile positioniert sein, die in Folge von gezielter mechanischer Krafteinwirkung oder der während des Gießens auftretenden thermischen Spannungen in viele rieselfähige Einzelteile zerfallen. Gießkerne dieser Art werden beispielsweise in Dauergießformen dann benötigt, wenn innerhalb des jeweiligen Gussteils Kanäle, Hohlräume etc. auszubilden sind.
- Erfindungsgemäß ist nun an der Dauergießform eine Öffnung vorgesehen, an die ein Formpaket angeschlossen ist. Dieses Formpaket besteht erfindungsgemäß aus einem beim vollständigen Entformen des Gussteils zerbrechenden Material und umgibt einen Formhohlraumabschnitt. Der von dem Formpaket umgebene Formhohlraumabschnitt steht dabei in Verbindung mit dem Formhohlraum der Dauergießform, so dass in den Formhohlraum der Dauergießform gefüllte Schmelze in den Formhohlraumabschnitt des Formpakets gelangt und umgekehrt.
- Erfindungsgemäß ist also die Dauergießform um ein Formpaket ergänzt, das für sich gesehen nach Art einer verlorenen Gießform ausgebildet ist und für jeden Gießvorgang neu erstellt wird. Der besondere Vorteil der Verwendung eines solchen Formpakets besteht darin, dass es mit einem solchen Formpaket ohne weiteres möglich ist, auch komplexe, mit Hinterschneidungen und filigranen Formelementen, wie engen, spiralförmigen Kühl- und Gaskanälen etc., versehene Gehäuseformen herzustellen.
- Die Zerstörbarkeit und die nach der Entformung des Gussteils gegebene Rieselfähigkeit des Formstoffs, aus dem das Formpaket hergestellt ist, erlauben dabei trotz der engen räumlichen Verhältnisse auf einfache Weise eine störungsfreie Entformung des gesamten Gussteils. Die Erfindung kombiniert dementsprechend die Vorteile einer Dauergießform mit den Vorteilen eines als verlorene Gießform ausgebildeten Formpakets. Da das Volumen des von dem Formpaket jeweils abgebildeten Funktionsteils klein gegenüber dem Volumen ist, das im von den Dauerformteilen umgebenen Formhohlraum abgebildet wird, ist auch der für die Herstellung des Formpakets in Kauf zu nehmende Aufwand im Verhältnis zu den Vorteilen, die durch die erfindungsgemäße Gestaltung einer Gießform erzielt werden, gering.
- Mit einer erfindungsgemäßen Gießform steht daher eine betriebssicher und kostengünstig nutzbare Möglichkeit der gießtechnischen Herstellung eines komplex geformten Bauteils zur Verfügung, die sich insbesondere zur großtechnischen Fertigung von Gussteilen in großer Stückzahl eignet.
- Um eine einwandfreie Anbindung des Formpakets an die Dauerformteile der Dauergießform zu gewährleisten, können die dem Formpaket zugeordneten Teile der Dauergießform und das Formpaket so ausgestaltet sein, dass bei fertig zusammengesetzter Dauergießform das Formpaket an einer Außenfläche der Dauergießform anliegt. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass bei an den zugeordneten Dauergießformteilen anliegendem Formpaket der zwischen den Dauergießformteilen und dem Formpaket unvermeidbar vorhandene Fügespalt auf einfache Weise so ausgebildet werden kann, dass auch im Fall einer Betriebsstörung ein Austritt von Metallschmelze aus der Dauergießform sicher verhindert ist.
- Zur Abdichtung des zwischen der Dauergießform und dem Formpaket vorhandenen Fügespalts kann eine separate Dichtung vorgesehen sein. Diese kann beispielsweise auch so angeordnet sein, dass sie zwischen der Umfangswand der Öffnung, die dem Formpaket zugeordnet ist, und einer korrespondierenden Fläche des Formpakets wirkt.
- Um die ordnungsgemäße Ausrichtung des Formpakets an dem zugeordneten Formteil oder den zugeordneten Formteilen zu erleichtern, können an dem Formpaket mindestens ein erstes Formelement und an mindestens einem der Dauergießformteile ein korrespondierend zu dem ersten Formelement geformtes zweites Formelement ausgebildet sein, das formschlüssig mit dem Formelement des Formpakets zusammenwirkt. Die betreffenden nach Art von Kernmarken wirkenden Formelemente können dabei so ausgebildet sein, dass sie nicht nur die Lage des Formpakets in Bezug auf die Dauerformteile festlegen, sondern auch einen verliersicheren Halt des Formpakets an den zugeordneten Dauerformteilen sicherstellen.
- Ebenso kann es zur einwandfreien Ausrichtung des Formpakets beitragen, wenn die dem Formpaket zugeordnete Öffnung der Dauergießform sich mindestens abschnittsweise ausgehend vom Formhohlraum der Dauergießform in Richtung der Außenfläche der Dauergießform erweitert. In den sich erweiternden Abschnitten ist die Öffnung dann nach Art eines Trichters so ausgebildet, dass das in die Öffnung eingesetzte Formpaket bei seiner Montage an den an ihm anliegenden Flächen der sich erweiternden Abschnitte selbsttätig ausgerichtet wird. Zu diesem Zweck kann der Randbereich, der die dem Formpaket zugeordnete Öffnung umgibt, mindestens abschnittsweise konisch in Richtung des Formhohlraums der Dauergießform zulaufend oder nach Art einer Kehle ausgebildet sein.
- Weiter unterstützt werden kann die lagerichtige Positionierung des Formpakets an der zugeordneten Öffnung der erfindungsgemäßen Gießform dadurch, dass das Formpaket an einem die Dauergießform haltenden Bock abgestützt ist.
- Das das anzugießende Funktionselement abbildende Formpaket wird typischerweise aus zwei oder mehreren Formteilen oder Formkernen zusammengesetzt sein. Im Fall, dass die erfindungsgemäße Gießform zum Gießen eines Zylinderkopfs für einen Verbrennungsmotor bestimmt ist, kann beispielsweise das Formpaket ein Funktionsteil abbilden, das bei fertig gegossenem Zylinderkopf einstückig mit dem Zylinderkopf verbunden ist und mindestens einen Kanal aufweist, der unterbrechungsfrei mit einem Kanal des Zylinderkopfs verbunden ist. Bei einem solchen Funktionsteil kann es sich beispielsweise um das Gehäuse oder ein Gehäuseteil eines Turboladers handeln. In diesem Fall kann das Formpaket beispielsweise Formteile, durch die die äußere Gestalt des Gehäuses oder Gehäuseteils bestimmt ist, und Formkerne umfassen, die den Abgaskanal sowie einen gegebenenfalls zusätzlich vorgesehenen Kühlflüssigkeitskanal in dem Gehäuse abbilden. Das Formpaket umfasst dann einen ersten Formkern, der einen mit dem Wassermantel des zu gießenden Zylinderkopfs verbundenen Wasserkanal des Funktionsteils abbildet, und einen zweiten Formkern, der einen mit einem Abgas führenden Kanal des Zylinderkopfs verbundenen Abgaskanal abbildet.
- Eine Gießform, bei der in erfindungsgemäßer Weise eine Dauergießform um ein Formpaket, das aus einem beim Entformen in viele Einzelteile zerfallenden Formstoff hergestellt ist, ergänzt ist, eignet sich insbesondere zur Erzeugung von Gussteilen aus einer Leichtmetallschmelze, insbesondere einer Aluminiumschmelze, da sich gerade bei Verwendung solcher Leichtmetallschmelzen die Vorteile des Kokillengusses in Kombination mit den Vorteilen des Formpaketgusses nutzen lassen, um beispielsweise komplexe Zylinderkopfkonstruktionen für Verbrennungsmotoren herstellen zu können, welche eine einerseits optimale Funktionsintegration und andererseits eine Minimierung der Produktionskosten ergeben.
- Grundsätzlich eignen sich für die Herstellung der Teile eines erfindungsgemäß eingesetzten Formpakets alle Materialien, die für die beim Gießen auftretenden hohen Temperaturen geeignet sind, unter gezielter Einwirkung einer Kraft beim Entformen in ausreichend kleine Teile zerfallen und gleichzeitig die jeweiligen Formelemente des zu gießenden Funktionsteils mit ausreichender Genauigkeit abbilden. In dieser Hinsicht bewährt sind sandartige, mit einem Binder vermischte Formstoffe, die im Stand der Technik bereits erfolgreich für die Herstellung von verlorenen Formen für das Gießen von Gussteilen aus Metallschmelzen, insbesondere Leichtmetallschmelzen, eingesetzt werden.
- Um die gegebenenfalls auf das Gießen folgende mechanische Bearbeitung des in der erfindungsgemäßen Gießform abgegossenen Gussteils zu erleichtern, kann an der Gießform mindestens ein Formelement zum Abbilden eines Erstaufnahmepunkts an dem Gussteil vorgesehen sein. Ein Erstaufnahmepunkt oder mehrere solcher Erstaufnahmepunkte werden insbesondere bei der automatisierten spanenden Bearbeitung als Ausgangspunkt für die Vermessung der Geometrie des jeweiligen Gussteils genutzt. Die Erstaufnahmepunkte legen dabei die "Nullpunkte" für die Ausrichtung des Bearbeitungswerkzeugs bzw. des jeweils zu bearbeitenden Werkstücks in x-, y- und z- Richtung fest.
- Ergibt sich nun, dass der in dem zerstörbaren Formpaket abgebildete Abschnitt des Gussteils einer besonderen Bearbeitung unterzogen werden muss, an die besondere Anforderungen beispielsweise hinsichtlich der Geometrie, insbesondere der lagerichtigen Positionierung der jeweiligen Bearbeitungsabschnitte, gestellt werden, so kann es zweckmäßig sein, wenn an der Gießform ein zusätzliches Formelement vorgesehen ist, welches an dem in dem Formpaket abgebildeten Abschnitt des Gussteils einen zusätzlichen Erstaufnahmepunkt abbildet. Dieser zusätzliche Erstaufnahmepunkt kann die Grundlage für ein zusätzliches Bezugssystem bilden, das unabhängig ist von dem Bezugssystem, welches auf der an dem Gussteil allgemein vorgesehenen Erstaufnahme basiert. Besonders vorteilhaft erweist sich diese Möglichkeit, wenn in dem Formpaket ein Abgasturboladerturbinengehäuse abgebildet wird, dessen Montagefläche und die bearbeiteten Funktionsgeometrien für den zu montierenden Turbolader eine mit äußerster Genauigkeit durchgeführte mechanische Bearbeitung erfordert. Vorteilhaft ist es deshalb, wenn an dem in dem erfindungsgemäß an der Dauergießform angeordneten Formpaket abgebildeten Abschnitt des Gussteils ein eigenes Erstaufnahmekoordinatensystem vorhanden ist, das sich zwar an den Standarderstaufnahmepunkten orientieren kann, dann aber separat nur für die Bearbeitung des jeweiligen Gussteilabschnitts nutzbar ist.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- Fig. 1
- eine Gießform zum Gießen eines Zylinderkopfs für einen Verbrennungsmotor in perspektivischer Ansicht;
- Fig. 2
- einen Ausschnitt der Gießform gemäß
Fig. 1 in einem Schnitt entlang der inFig. 1 angedeuteten Schnittlinie X-X. - Die Gießform umfasst eine Dauergießform 1, die auf einer Trägerplatte 2 montiert ist. Die Trägerplatte 2 ist beispielsweise auf einem nicht dargestellten Transportsystem angeordnet, welches die Dauergießform 1 zu einer hier ebenfalls nicht gezeigten Gießstation transportiert.
- Die Dauergießform 1 ist aus einem üblicherweise aus Formsand hergestellten Formteil 3 sowie aus mehreren Dauergießformteilen zusammengesetzt, von denen hier die Dauergießformteile 4,5,6 sichtbar sind. Dabei bildet das Formteil 3 den Deckel, das Dauergießformteil 4 eine erste Seitenwand, das Dauergießformteil 6 eine zweite Seitenwand und das Dauergießformteil 5 einen Boden der Dauergießform 1. Die Dauergießformteile der Dauergießform 1 können in bekannter Weise aus einem geeigneten Stahl bestehen, der so hochtemperatur- und verschleißbeständig ist, dass die Dauergießformteile für eine große Zahl von Gießvorgängen wiederverwendet werden können.
- Die Dauergießformteile der Gießform 1 umgrenzen einen Formhohlraum 7 der Gießform 1 gegenüber der Umgebung U und weisen auf ihrer dem Formhohlraum 7 zugeordneten Seite Formelemente 8,9 auf, durch die die äußere Gestalt des zu gießenden Zylinderkopfes abgebildet wird.
- Um die innerhalb des zu gießenden Zylinderkopfes erforderlichen Hohlräume und Kanäle abzubilden, sind in dem Formhohlraum 7 der Gießform 1 eine größere Zahl von Formkernen eingelegt, von denen in
Fig. 2 die Formkerne 10,11,12 sichtbar sind. Der Formkern 10 bildet bei der inFig. 2 dargestellten Position der Gießform 1 den oberen Bereich des Wassermantelkanals des zu gießenden Zylinderkopfes ab, während der Formkern 11 den unteren Teil dieses Wassermantelkanals abformt. Der mit Abstand zwischen den Formkernen 10,11 angeordnete Formkern 12 bildet dagegen einen in den zu gießenden Zylinderkopf integrierten Abgaskanal ab, durch den entsprechend der in derEP 2 143 926 A1 beschriebenen Entwicklung die Abgasauslässe des zu gießenden Zylinderkopfes gemeinsam zu einer Auslassöffnung geführt sind. - In das die eine Seitenwand der Gießform 1 bildende Dauergießformteil 5 ist ausgehend von dem Rand, der dem den Deckel der Dauergießform 1 bildenden Formteil 3 zugeordnet ist, eine Öffnung 13 eingeformt, die sich in Richtung des gegenüberliegenden Rands erstreckt. Die Formkerne 10,11,12 sind jeweils so gestaltet, dass sie an der Öffnung 13 enden bzw. in die Öffnung 13 der Gießform 1 vorstehen.
- Die Breite der Öffnung 13 ist gleichzeitig so bemessen, dass sie einen Vorsprung 20 eines Formpakets 21 aufnimmt, das an der Außenseite des Dauergießformteils 6 angeordnet ist. Dieser Vorsprung 20 des Formpakets 21 füllt die Öffnung 13 der Dauergießform 1 vollständig aus und liegt mit seinen seitlich über den Vorsprung 20 hinausgehenden, dem Dauerformteil 6 zugeordneten Wandflächen dicht an der Außenfläche des Dauerformteils 6 an.
- Das beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in vertikaler Richtung geteilte Formpaket 21 ist aus mehreren Formteilen 22,23 und Formkernen 24,25 zusammengesetzt, die in an sich bekannter Weise jeweils aus einem an sich ebenfalls bekannten, mit einem geeigneten Binder vermischten Formsand hergestellt sind.
- Das Formteil 22 bildet die eine Hälfte des im zusammengesetzten Zustand blockförmigen Formpakets 21, während die andere Hälfte des Formpakets 21 durch das Formteil 23 gebildet ist. Die Formteile 22,23 umschließen einen Formhohlraumabschnitt 26, in dem die Formkerne 24,25 angeordnet sind und der im Bereich der Stirnseite des in der Öffnung 13 der Gießform 1 sitzenden Vorsprungs 20 zum von den Dauergießformteilen 4-6 begrenzten Formhohlraum 7 geöffnet ist.
- Das Formpaket 21 dient zum zeitgleichen einstückigen Angießen eines Gehäuses für einen abgasbetriebenen, mit einer Wasserkühlung versehenen Turbolader an den in der Dauergießform 1 zu gießenden Zylinderkopf. Der eine Formkern 24 des Formpakets 21 bildet einen Wassermantelkanal des zu gießenden Gehäuses ab. Dazu weist der Formkern 24 eine nach Art einer Spirale oder einer Schnecke gekrümmte Form auf. Das bei der Darstellung in
Fig. 2 untere Ende 27 des Formkerns 24 ist dazu so positioniert und geformt, dass dieses Ende bei an dem Dauergießformteil 6 sitzendem Formpaket 21 mit seiner Stirnfläche vollflächig bündig und positionsgenau an der ihm zugeordneten Stirnfläche des Formkerns 11 anliegt, der den unteren Teil des Wassermantels des zu gießenden Zylinderkopfes abbildet. - Ausgehend von diesem Ende 27 läuft der Formkern 24 in einer enger werdenden Spirale nach oben. An seinem bei der Darstellung in
Fig. 2 oberen, das innere Ende der durch den Formkern 24 gebildeten Spirale darstellenden Endabschnitt 28 ist ein in Richtung des Formhohlraums 7 vorstehender Vorsprung 29 ausgebildet. Dessen Stirnfläche ist wiederum so positioniert und geformt, dass sie bei an dem Dauergießformteil 6 sitzendem Formpaket 21 vollflächig bündig und positionsgenau an der ihm zugeordneten Stirnfläche des Formkerns 10 anliegt, der den bei der Darstellung gemäßFig. 2 oberen Teil des Wassermantels des zu gießenden Zylinderkopfes abbildet. - Der zweite Formkern 25 des Formpakets 21 bildet einen im praktischen Einsatz heißes Abgas führenden Abgaskanal ab und sitzt in dem von dem Formkern 24 umgrenzten Raum und weist ebenfalls eine schneckenartige Form auf. Sein bei der Darstellung in
Fig. 2 unterer Endabschnitt 30 ist dabei so positioniert und ausgeformt, dass seine Stirnfläche vollflächig bündig an der ihr zugeordneten Stirnfläche des Formkerns 12 anliegt, der den integrierten Abgaskanal des zu gießenden Zylinderkopfes abbildet. Ausgehend von dem unteren Endabschnitt 30 geht der Formkern 25 der Kontur des Formkerns 24 folgend in einen an seinem anderen Ende ausgebildeten, zapfenförmigen Vorsprung 31 über, dessen Längsachse L sich üblicherweise parallel zur ebenen Außenfläche des Dauergießformteil 6 erstreckt. Der Vorsprung 31 sitzt mit seinem freien Ende formschlüssig in einer entsprechend geformten, hier nicht sichtbaren Ausnehmung des Formteils 22 und bildet an dem zu gießenden Gehäuse eine Auslassöffnung ab, die später das Laufrad des Turboladers aufnehmen kann. - Sowohl zwischen den den Formhohlraumabschnitt 26 begrenzenden Innenflächen 32 der Formteile 22,23 und der ihnen zugewandten äußeren Fläche 34 des Formkerns 24 als auch zwischen der inneren, dem Formkern 25 zugewandten Fläche 35 des Formkerns 24 und der dem Formkern 24 zugewandten Umfangsfläche 36 besteht jeweils durchgehend ein im Wesentlichen konstanter Abstand. Dementsprechend ist in dem Formholraumabschnitt 26 des Formpakets 21 ein erster spiralförmiger äußerer Kanal 37 und getrennt davon ein zweiter ebenfalls spiralförmiger innerer Kanal 38 gebildet. Beide Kanäle 37,38 sind bei an dem Dauergießformteil 6 montiertem Formpaket 21 mit ihrem einen wie mit ihrem anderen Ende jeweils unterbrechungsfrei mit einem freien, nicht durch Formkerne besetzten Bereich des Formhohlraums 7 der Dauergießform 1 verbunden.
- Wird der Formhohlraum 7 der Gießform 1 in an sich bekannter Weise über ein hier nicht gezeigtes Gießsystem mit Aluminiumschmelze gefüllt, so strömt die Schmelze bei Erreichen eines bestimmten Füllniveaus unterbrechungsfrei auch in die Kanäle 37,38 des Formpakets 21, bis diese ebenfalls vollständig gefüllt sind.
- Nach dem Erstarren der Schmelze und Entformen des dann fertig gegossenen, hier nicht dargestellten Zylinderkopfes bildet das in dem äußeren Kanal 38 erstarrte Leichtmetall dementsprechend die äußere Wand des einstückig an den Zylinderkopf angegossenen Gehäuses für den Turbolader, während das im Kanal 37 erstarrte Material den durch den Formkern 24 abgebildeten Wassermantel des Turbolader-Gehäuses gegenüber dem durch den Formkern 25 abgebildeten Abgaskanal des Turboladers abgrenzt.
- Die Entformung des an den Zylinderkopf angegossenen Turbolader-Gehäuses erfolgt in an sich bekannter Weise dadurch, dass die Formteile 22,23 und die Formkerne 24,25 durch Einwirkung äußerer Kräfte zerstört werden. Dies kann beispielsweise durch Rütteln des Zylinderkopfes erfolgen, wie es üblicherweise durchgeführt wird, um die im Formhohlraum 7 sitzenden Formkerne 10 - 12 zu zerstören und aus dem fertigen Zylinderkopf ausrieseln zu lassen.
- Um eine passgenaue, lagerichtige Ausrichtung des Formpakets 21 in der Öffnung 13 und an dem Dauergießformteil 6 sowie eine eindeutige lagerichtige Zuordnung der Formkerne 10-12 und 24,25 zu gewährleisten, können an den betreffenden Teilen Formelemente, wie Vorsprünge 39 und korrespondierend geformte Ausnehmungen 40 ausgebildet sein, die bei zusammengesetzter Gießform 1 formschlüssig zusammenwirken und so gewährleisten, dass die einander zugeordneten Teile auch unter den beim Gießvorgang oder beim Transport der Gießform 1 auftretenden Kräften ihre Position beibehalten.
- Die lagerichtige Ausrichtung des Formpakets 21 an dem Dauergießformteil 6 bzw. in der Öffnung 13 kann darüber hinaus auch dadurch unterstützt werden, dass die die Öffnung 13 umgebenden Randflächenabschnitte zumindest im Bereich des in
Fig. 2 unteren Randabschnitts 14 ausgehend von ihrer dem Formhohlraum 7 zugeordneten Kante in Richtung der Außenfläche des Dauergießformteils 6 so angeschrägt ist, dass sich die Öffnung 13 zumindest in diesem Bereich in Richtung der Umgebung U nach Art eines Trichters erweitert, die Öffnung 13 sich in Richtung des Formhohlraums 7 also konisch zulaufend verengt. Indem der dem derart angeschrägten Abschnitt der Randfläche 14 zugeordnete Flächenabschnitt des Vorsprungs 20 des Formpakets 21 in entsprechender Weise angeschrägt ist, zentriert sich das Formpaket 21 in seiner fertig an dem Dauergießformteil 6 positionierten Stellung zumindest in Richtung der Höhe der Gießform 1 selbsttätig. - Auf der Tragplatte 2 ist das Formpaket 21 durch einen Bock 41 abgestützt. Alternativ kann in die Tragplatte 2 in konventioneller Weise eine Kernmarke eingeformt sein, an der das Formpaket 21 hinsichtlich seiner Lage relativ zum zugeordneten Dauergießformteil 6 formschlüssig fixiert ist.
-
- 1
- Gießform
- 2
- Trägerplatte
- 3
- Formteil
- 4-6
- Dauergießformteile
- 7
- Formhohlraum
- 8, 9
- auf der dem Formhohlraum 7 zugeordneten Seite der Dauergießformteile ausgebildete Formelemente
- 10-12
- Formkerne
- 13
- Öffnung
- 14
- Randfläche der Öffnung 13
- 20
- Vorsprung
- 21
- Formpaket
- 22, 23
- Formteile
- 24, 25
- Formkerne
- 26
- Formhohlraumabschnitt
- 27
- Ende des Formkerns 24
- 28
- Endabschnitt des Formkerns 24
- 29
- an den Endabschnitt 28 angeformter Vorsprung des Formkerns 24
- 30
- Endabschnitt des Formkerns 25
- 31
- Vorsprung des Formkerns 25
- 32
- Innenflächen der Formteile 22,23
- 34
- äußere Fläche des Formkerns 24
- 35
- innere Fläche des Formkerns 24
- 36
- Umfangsfläche des Formkerns 25
- 37
- Kanal des Formpakets 21
- 38
- Kanal des Formpakets 21
- 39
- Vorsprünge
- 40
- Ausnehmungen
- 41
- Bock
- L
- Längsachse
- U
- Umgebung
Claims (14)
- Gießform (1) zum Gießen eines Gussteils aus einer Metallschmelze, umfassend eine Dauergießform, die aus mindestens zwei den Formhohlraum (7) der Dauergießform gegenüber der Umgebung (U) abgrenzenden Dauergießformteilen (4-6) zusammengesetzt ist, welche beim Entformen des Gussteils unzerstört erhalten bleiben,
dadurch gekennzeichnet, dass an der Dauergießform eine Öffnung (13) ausgebildet ist, an die ein Formpaket (21) angeschlossen ist, das aus einem beim Entformen des Gussteils zerbrechenden Material besteht und einen Formhohlraumabschnitt (26) umgibt, der mit dem Formhohlraum (7) der Dauergießform verbunden ist, so dass in den Formhohlraum (7) der Dauergießform gefüllte Schmelze in die Formhohlraumabschnitte (26) des Formpakets (21) gelangt und umgekehrt. - Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formpaket (21) an einer Außenfläche der Dauergießform anliegt.
- Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Formpaket (21) mindestens ein erstes Formelement (39) und an mindestens einem der Dauergießformteile (4-6) ein korrespondierend zu dem ersten Formelement (39) geformtes zweites Formelement (40) ausgebildet ist, das formschlüssig mit dem Formelement (39) des Formpakets (21) zusammenwirkt.
- Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Formpaket (21) zugeordnete Öffnung (13) sich mindestens abschnittsweise ausgehend vom Formhohlraum (7) der Dauergießform in Richtung der Außenfläche der Dauergießform erweitert.
- Gießform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (14), der die dem Formpaket (21) zugeordnete Öffnung (13) umgibt, mindestens abschnittsweise konisch in Richtung des Formhohlraums (7) der Dauergießform zulaufend oder nach Art einer Kehle ausgebildet ist.
- Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formpaket (21) aus einem sandartigen, mit einem Binder vermischten Formstoff geformt ist.
- Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formpaket (21) aus zwei oder mehr Formteilen (22,23) oder Formkernen (24,25) zusammengesetzt ist.
- Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Gießen eines Zylinderkopfs für einen Verbrennungsmotor bestimmt ist und dass das Formpaket (21) ein Funktionsteil abbildet, das bei fertig gegossenem Zylinderkopf einstückig mit dem Zylinderkopf verbunden ist und mindestens einen Kanal aufweist, der unterbrechungsfrei mit einem Kanal des Zylinderkopfs verbunden ist.
- Gießform nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Formpaket (21) einen ersten Formkern (24), der einen mit dem Wassermantel des zu gießenden Zylinderkopfs verbundenen Wasserkanal des Funktionsteils abbildet, und einen zweiten Formkern (25) umfasst, der einen mit einem Abgas führenden Kanal des Zylinderkopfs verbundenen Abgaskanal des Funktionsteils abbildet.
- Gießform nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsteil ein Gehäuseteil für einen Turbolader ist.
- Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formpaket (21) an einem die Dauergießform haltenden Bock (41) abgestützt ist.
- Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formpaket (21) an einer Kernmarke in der Trägerplatte (2) positioniert ist.
- Gießform nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an ihr mindestens ein Formelement zum Abbilden eines Erstaufnahmepunkts an dem Gussteil vorgesehen ist.
- Gießform nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an ihr ein zusätzliches Formelement vorgesehen ist, welches an dem in dem Formpaket (21) abgebildeten Abschnitt des Gussteils einen zusätzlichen Erstaufnahmepunkt abbildet.
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