DE1241566B - Steigrohr fuer das Niederdruckgiessen von Kolben fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Steigrohr für das Niederdruckgießen von Kolben für Brennkraftmaschinen Die Erfinduna bezieht sich auf ein Steigrohr für das flüssige Metall aus dem Schmelztiegel nach einer oberhalb desselben angeordneten Gießfonn beim Niederdruckgießverfahren für die Herstellung von Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem grobkristallin erstarrten Kolbenboden und feinkristallin erstarrten Bolzenaugen und Schaft.
• Kolben für Brennkraftmaschinen unterliegen bekanntlich verschiedenen Beanspruchungen in ihren einzelnen Teilen. Im Kolbenboden treten sehr hohe Betriebstemperaturen auf, so daß der Werkstoff hier hohe Warmhärte und gute Dauerstandsfestigkeit in der Wärme aufweisen muß. Die Bolzenaugenpartie, insbesondere der Kolbenschaft, wird dagegen bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen vorwiegend dynamisch beansprucht und muß daher eine hohe Festigkeit bei Raumtemperaturen aufweisen. Um dies zu erreichen, wird angestrebt, Kolben herzustellen, deren verschiedene Teile Eigenschaften aufweisen, wie sie für die jeweilige Beanspruchung am günstigsten sind. Insbesondere bei Leichtmetallkolben aus eutektischen und übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen kann dies dadurch herbeigeführt werden, daß der Teil, der stark wännebeansprucht ist, möglichst grobkristallin zur Erstarrung gebracht wird, da ein solches Gefüge hierfür besser geeignet ist, während die der Wechselbeanspruchung bei tieferen Temperaturen unterliegenden Teile möglichstfeinkristallin erstarren sollen. Die Kolbenteile, die hohen dynamischen Beanspruchungen in der Wärme standhalten müssen, werden zu diesem Zweck während des Erstarrens der Schmelze besonders stark abgeschreckt C Gegenüber den Teilen, die vorwiegend statischen Beanspruchungen in der Wärme ausgesetzt sind.
• Die Erfindung befaßt sich mit dem gleichen Problem, schlägt aber zur Lösung der Aufgabe einen anderen Weg vor. Er führt über das an sich bekannte Niederdruckgießverfahren, gemäß dem die flüssige Schmelze in der Gießform durch Druck eingebracht wird. Bisher wurde von dieser Maßnahme dann Gebrauch gemacht, wenn es sich darum handelt, oxydfrei zu gießen oder auch für den Fall des Spritzgusses. Ein durch Spritzguß hergestelltes Gußstück besitzt nun aber keineswegs ein unterschiedliches Gefüge. Auch ist der Druck, der beim Spritzgußverfahren angewendet werden muß, verhältnismäßig groß im Vergleich zu den Drücken, die für das Niederdruckgießverfahren benötigt werden. Bei beiden bekannten Verfahren befindet sich die Gießfonn oberhalb des Spiegels des flüssigen Metalls, so daß das letztere aus dem Wannhalteofen oder aus dem Schmelzofen durch ein Steigrohr nach oben in die Gießforin befördert C wird. Zum bekannten Stand der Technik wird weiterhin auf die britische Patentschrift 406 019 verwiesen. Hiernach ist es bekannt, unter Anwendung des Kokillengußverfahrens Kolben für Brennkraftmaschinen so zu gießen, daß sie ein dichtes Gefüge aufweisen. Um dies zu erreichen, wird von einem Schwenken dei Gießform während des Gießens Gebrauch gemacht, wodurch ein großer verlorener Kopf oberhalb der Kolbenbolzenaugen entsteht. Es soll dem Kolben hierdurch die erforderliche mechanische Festigkeit verliehen werden. über eine unterschiedliche Gefügeausbildung im Sinn der vorliegenden erfindungsgemäßen Aufgabe sagt die britische Patentschrift nichts aus. Das gleiche gilt für die Beurteilung des Inhaltes der französischen Patentschrift 836 082. Auch hier soll insgesamt gesehen, für den Kolben ein möglichst dichtes Gefüge erzielt werden.
• Weiterhin ist es durch die britische Patentschrift 359 565 bekanntgeworden, Kolben für Brennkraftmaschinen unter Verwendung von Druck zu gießen, und zwar derart, daß der Anguß in der Mitte des Kolbenbodens angeschnitten wird. Ähnliche überlegungen gelten für die USA.-Patentschrift 1574 454. Diese gibt ebenfalls über das Gießen eines Kolbens Auskunft, und sie befaßt sich insbesondere mit dem Aufbau des Kerns und der Gießform.
• Eine der erfindunasaemäßen verwandte Auf-abe liegt schließlich der deutschen Patentschrift 908 783 zugrunde. In dieser Patentschrift ist eine Lösung dafür angegebenen, dem Boden eines Leichtmetallkolbens und den Stellen, die bei hohen Temperaturen eine hohe Warmfestigkeit aufweisen müssen, ein gröberes Gefüge zu verleihen als anderswo. Die Lösung jener Aufgabe besteht darin, daß der geschlossene untere Teil der Gießform vorteilhaft mit einer saunapfartigen Aushöhlung versehen und aufheizbar ist Z, und zusammen mit dem unbeheizt bleibenden Teil nach dem Eingießen der Schmelze und dem Einführen des gekühlten Kerns um 1801 schwenkbar ist. Es kann damit grundsätzlich als bekannt angesehen werden, daß die Stellen bei einem Gußstück, die am längsten warmgehalten werden, beim Erstarren zumeist grobkristallin erstarren.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Kolben für Brennkraftinaschinen mit einem grobkristallin erstarrten Kolbenboden und feinkristallin erstarrten Bolzenaugen und Schaft wesentlich zu vereinfachen. Sie geht dabei von dem Niederdruckgießverfahren aus, wie es etwa durch die deutschen Patentschriften 551618 und 571806 umrissen ist. Die Lösuno, der erfindungsgemäßen Aufgabe besteht darin, daß das Steigrohr auf der der Gießform zugekehrten Seite derart trichterfönnig ausgebildet ist, daß die Basisfläche des Trichters dem Querschnitt des Gußstückes entspricht.
• Die Erfindung vermittelt damit die Lehre über die Durchführuno, des Niederdruckgießverfahrens zur Herstellung von Gußstücken, die das in Frage kommende unterschiedliche Gefüge in seinen verschiedenen Bereichen aufweisen soll.
• Im Rahmen der Erfindung wird die flüssige Schmelze aus einem unter der Gießforin angebrachten verschlossenen Tie Igel durch ein Steigrohr mit geringem überdruck auf den Spiegel der Schmelze in die Form gedrückt, in welcher der Kolbenboden vorzugsweise gegen den Tiegel weist. Dabei wird die Schmelze so lange unter Druck im Steigrohr gelassen, bis der Kolben genügend erstarrt ist, während die Schmelze im Steigrohr noch flüssig bleibt und nach Erstarren des Kolbens infolge Entspannung des Druckes in den Tiegel zurückfließt. Der technische Fortschritt der Erfindung besteht darin, daß die Lösung der gestellten Aufgabe lediglich durch die angegebene Bemessung des Steigrohrs gelingt. Dieses Vorgehen ist äußerst wirtschaftlich gegenüber den aufwendigen bekannten Verfahren zur Lösung der gleichen Aufgabe.
• Je nach der Größe des zu erlangenden grobkristallinen Gefüges im Kolbenboden wird der Durchmesser des Angusses verschieden groß bemessen. Entsprechend ist der Grad der Verjüngung nach dem Steigrohr hin zu wählen. Da die flüssige Schmelze im Steigrohr so lange stehenbleibt, bis das Gußstück erstarrt ist, kühlt sich infolge der Wärmeübertragung aus dem Stelarohr der Kolbenboden am Anguß langsamer ab als der übrige Teil des Kolbens, insbesondere der Schaft. Dadurch wird am Anguß das Gefüge grob, während es am schon abgekühlten -übrigen Teil des Kolbens feiner ist. Vorteilhafterweise besitzt das Steigrohr an seiner engsten Stelle eine Kühlung.
• Der gleiche Effekt kann allein oder zusammen mit der Gestaltung des Angusses dadurch erzielt werden, daß die Eintrittsöffnung in die Form während der Zeit, in der die Schmelze in die Form tritt, entgegen dem bekannten Verfahren nicht während des ganzen Gießvorganges, sondern erst unmittelbar nach dem Erstarren des letzten Teiles des Kolbenbodens plötzlich stark gekühlt wird.
• Eine Verstärkung dieser Wirkung erreicht man noch dadurch, daß man die Form am Kolbenschaft kühlt. Durch genaue Abstimmung einer oder mehrerer dieser Möglichkeiten kann das Gefüge für jede Kolbengröße so gestaltet werden, wie es für die spätere Beanspruchung am günstigsten ist. Der besondere Vorzug der Erfindung liegt darin, daß nunmehr ohne Schwierigkeiten solche Kolben serienmäßig gegossen werden können, die die als Idealfall angestrebte unterschiedliche Gefügeausbildung aufweisen.
• A b b. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform; A b b. 1 stellt einen nur die Gießform mit dem Kolben enthaltenden Ausschnitt der Gesamtanordnung (Ab b. 2) dar.
• Durch die Druckzuleitung 1 wird der Druck auf den Spiegel der Schmelze im Tiegel übertragen, wodurch die Schmelze durch das Steigerohr 2 in die Gießforin gedrückt wird. Um am Kolbenboden 3 ein grobkristallines, in der Bolzenaugenpartie 4 und am Kolbenschaft 5 ein feinkristallines Gefüge zu erhalten, hat der Anguß 6 am Kolbenboden 3 einen großen Durchmesser und verjüngt sich in das Steigrohr hinein. Zur Verstärkung der gewünschten Gefügebildung wird einmal das Steigerohr am Abreißquerschnitt mit der Kühlung 7 stark gekühlt, sobald die Mitte des Kolbenbodens 8 erstarrt ist, zum anderen darüber hinaus der Kolbenschaft 5 durch die Kühlung 9 gekühlt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Steigrohr für das flüssige Metall aus dem Schmelztiegel nach einer oberhalb desselben angeordneten Gießform beim Niederdruckgleßverfahren für die Herstellung von Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem grobkristallin erstarrten Kolbenboden und feinkristallin erstarrten Bolzenaugen und Schaft, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (2) auf der der Gießform zugekehrten Seite derart trichterförmig ausgebildet ist, daß die Basisfläche des Trichters dem Querschnitt des Gußstückes (3) entspricht.
2. 2. Steigrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es an seinem engsten Querschnitt eine Kühlung (7) aufweist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 551618, 571806, 908 783; britische Patentschriften Nr. 359 565, 406 019; französische Patentschrift Nr. 836 082; USA.-Patentschrift Nr. 1574 454.