DE19803397A1 - Gießform zum Herstellen von Gußstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Gießform zum Herstellen von Gußstücken aus einem Gußmetall, ins­ besondere Zylinderköpfe, Zylinderblöcke, Getriebegehäuse und/oder Kurbelgehäuse für Brennkraftmaschinen, mit Formaußenteilen, mindestens einem Kern mit mindestens einem Speiser zum Bilden einer Druckmassel, wobei auf den Kern eine den Speiserbereich abdich­ tende Druckmaske aufsetzbar ist und ferner der Kern zumindest im Anlagebereich der Druckmaske gasundurchlässig ausgebildet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Gießform ist aus der WO 97/07 914 bekannt. Hierbei umfaßt die Gießform einen Formhohlraum für das Gußstück bildende Kerne und Formaußenteile, wel­ che beispielsweise auf der Basis von Sand dargestellt sind. Ein Speiser ist zum Bilden einer Druckmassel vorgesehen, wobei die Gießform mit einem Einguß für eine Metallschmelze versehen ist und die Metallschmelze unter Wirkung der Schwerkraft in den Formhohlraum einfüllbar ist. Auf die Gießform ist ein zumindest in Teilbereichen gasundurchlässiger Dec­ kelkern aufgelegt, der zumindest einen Speiser enthält. Randseitig auf dem Deckelkern sitzt eine Druckmaske auf, welche über dem Speiser einen unter Druck setzbaren Raum ausbil­ det. Unmittelbar nach Beendigung des Füllvorganges wird der mit Metallschmelze gefüllte Speiser über ein Druckgas mit einem Druck beaufschlagt, welcher in der Druckmaske auf­ gebaut ist. Dadurch wird ein dichtes Metallgefüge und ein reduziertes Masselvolumen erzielt und eine Lunkerbildung in der Metallegierung vermieden.

Die üblicherweise verwendeten Kerne des Formhohlraumes bestehen aus mit einem Binde­ stoff chemisch gebundenem Sand und ggf. einer Schlichte. Während des Gießvorganges verbrennt dieser Bindestoff und es entweichen Gase und Harze. Nachteilig ist hierbei, daß sich diese Gase und Harze innerhalb der Druckhaube sammeln und an dieser niederschla­ gen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Gießform der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei die obengenannten Nachteile über­ wunden werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gießform der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß wenigstens ein zusätzlicher Gaseinlaßkanal und wenigstens ein Gasauslaßkanal zwischen dem Deckelkern und der Druckmaske aus­ gebildet ist und unterhalb des Gaseinlaßkanals und des Gasauslaßkanals in einem Innen­ raum der Druckmaske eine Haube vorgesehen ist, welche den Deckelkern überdeckend einen Innenraum der Druckmaske in einen oberen und einen unteren Bereich teilt, welche in gasleitender Verbindung miteinander stehen.

Dies hat den Vorteil, daß aus der Schmelze, den Formaußenteilen und den Kernen entwei­ chende Gase aus der Druckmaske mittels der Gaseinlaß- und -auslaßkanäle entfernbar sind, wobei gleichzeitig ein in den oberen Bereich der Druckmaske eingeblasenes Druckgas von einer direkten Berührung und einem entsprechendem direkten wärmeleitenden Kontakt mit der Druckmassel abgeschirmt ist, so daß eine schnelle Abkühlung der Druckmassel durch das eingeblasene Druckgas verhindert ist.

Zum Herstellen einer gasleitenden Verbindung zwischen dem oberen und dem unteren Be­ reich der Druckmaske bildet die Haube randseitig zu Seitenwandungen der Druckmaske einen gasleitenden Spalt aus.

Eine zusätzlich verbesserte Wärmeabschirmung zwischen der im oberen Bereich der Druckmaske eingeblasenen Druckluft und der Druckmassel erzielt man dadurch, daß die Haube druckmaskenseitig ein Abschirmblech aufweist, welches einen vorbestimmten Spalt zwischen Haube und Abschirmblech ausbildet.

Zweckmäßigerweise ist die Haube aus Aluminium oder einem anderen wärmelisolierenden Material gefertigt.

Eine verbesserte, gleichmäßigere, gezielt gesteuerte Verteilung der Strömung von eingebla­ sener Druckluft und abgesaugten Gasen erzielt man dadurch, daß die Gaseinlaßkanäle und Gasauslaßkanäle der Druckmaske als perforierte oder geschlitzte Rohre ausgebildet sind. Dadurch sind Orte mit hoher und konzentrierter Gasströmung, welche Turbulenzen auf der Druckmassel und eine starke örtliche Abkühlung bedingen würden, vermieden.

Einen umweltfreundlichen Gießvorgang und ggf. eine Wiederverwendung von ausgasenden Substanzen erzielt man dadurch, daß im Leitungsweg des Gasauslaßkanals wenigsten ein Filter vorgesehen ist, welcher umweltschädliche Bestandteile der aus dem Inneren der Druckmaske geförderten Gasgemisches abfiltert.

Das Gußmetall ist in besonders vorteilhafter Weise ein Leichtmetall, insbesondere Alumini­ um, oder eine Metallegierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung.

Zweckmäßigerweise ist die Abdichtung zwischen Kern und Druckmaske derart ausgebildet, daß ein Druckaufbau von etwa bis zu 0,1 bar gewährleistet ist.

Eine weitere Steuerbarkeit des Gießprozesses und insbesondere einer Abkühlungsphase erzielt man dadurch, daß die Haube zusätzlich eine Wärmequelle, beispielsweise einen Heizdraht, aufweist.

Zum Ansaugen aller entstehenden Gießgase ist in einer bevorzugten Weiterbildung der Er­ findung eine die gesamte Gießform mit Druckmaske einkapselnde Absaughaube mit Absau­ göffnung vorgesehen. Auf diese Weise werden jegliche ggf. umweltschädlichen Gießgase kontrolliert abgeführt, so daß eine verminderte Umweltbelastung erzielt wird. Die Absaugöff­ nung ist dabei in vorteilhafter Weise mit einer ersten Absperrklappe ausgestattet, welche die Absaugöffnung wahlweise öffnet oder verschließt.

Zum zusätzlichen Absaugen von innerhalb der Druckmaske entstehenden Gießgasen ist in der Druckmaske benachbart zur Absaugöffnung ein Öffnung vorgesehen, welche bevorzugt mittels einer zweiten Absperrklappe wahlweise öffnbar oder verschließbar ist.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Dies zeigen in

Fig. 1 eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gießform in Schnit­ tansicht und

Fig. 2 eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Gießform von Fig. 1 in Schnittansicht.

Die in Fig. 1 dargestellte Gießform 10 umfaßt einen Formteil 12 mit nicht näher dargestellten Formaußenteilen und Kernen. Ein Deckelkern 14 bildet eine Abdichtung und eine Auflage für eine Druckmaske 16, wobei eine umlaufende Dichtschnur 18 an den Berührungsstellen zwi­ schen Deckelkern 14 und Druckmaske 16 eine gasdichte Abdichtung bewirkt. Zur weiteren Abdichtung und für eine Formstabilität ist im Deckelkern 14 ein Kleber 20 vorgesehen.

Eine nicht näher dargestellte Gasdruckleitung führt in einen Innenraum der Druckmaske 16 hinein und dient zum Aufbauen eines Druckes in diesem Innenraum, welcher auf eine Guß­ masse bzw. eine Druckmassel in einem nicht dargestellten Speiser wirkt und dadurch ein festes Metallgefüge und ein lunkerfreies Aushärten des Gußmaterials sicherstellt. Der Druckaufbau innerhalb der Druckmaske 16 erfolgt nach dem Auffüllen der Gießform 10 mit Gußmaterial und vorzugsweise um beispielsweise 30 Sekunden zeitverzögert, da zum Erzie­ len einer glatten äußeren Oberfläche des Gießteiles zunächst eine Randbildung erfolgen soll, d. h. ein Erstarren des Gußmaterials an den Grenzflächen zu den Formaußenteilen und Kernen.

Im Innenraum der Druckmaske 16 ist erfindungsgemäß eine Haube 22 angeordnet, welche den Innenraum in einen oberen Bereich 24 und einen unteren Bereich 26 teilt. Diese beiden Bereiche 24, 26 sind durch einen Spalt 28 zwischen der Haube 22 und einer Seitenwandung der Druckmaske 16 gasleitend miteinander verbunden. Die Haube 22 befindet sich derart oberhalb des Deckelkernes 14, daß die Haube 22 diesen innerhalb der Druckmaske 16 überdeckt. Auf der Haube 22 ist ferner ein Abschirmblech 30 angeordnet, wobei zwischen der Haube 22 und dem Abschirmblech 30 ein Spalt 32 ausgebildet.

Im oberen Bereich 24 der Druckmaske 16 befinden sich ein Gaseinlaßkanal 34 und ein Gasauslaßkanal 36, welche als perforierte Rohre ausgebildet sind und welche Teile der Druckmaske 16 sein können. Durch den Gaseinlaßkanal 34 strömt Gas, beispielsweise Luft, in den Innenraum 24, 26 der Druckmaske 16 in Pfeilrichtung 38 ein und aus dem Gasaus­ laßkanal 36 strömt Gas, beispielsweise Luft mit gasförmigen Absonderungen aus dem Formteil 12 bzw. dem erkaltenden Gußmaterial, in Pfeilrichtung 40 aus. Das durch den Ga­ seinlaßkanal 34 eingeförderte Gas dient dabei dem Ausspülen der Atmosphäre im Innen­ raum 24, 26 der Druckmaske 16. Zweckmäßigerweise erfolgt der Gaseinlaß über den Ga­ seinlaßkanal 34 und der Gasauslaß über den Gasauslaßkanal 36 derart, daß von außen am Gaseinlaß- und -auslaßkanal 34 und 36 jeweils wenigstens derjenige Gasdruck anliegt, wel­ cher innerhalb der Druckmaske 16 herrschen soll.

Im Leitungsweg des Gasauslaßkanals 36 ist vorzugsweise wenigstens ein nicht näher dar­ gestellter Filter angeordnet, welcher schadstoffartige Beladungen des aus dem Innenraum 24, 26 der Druckmaske 16 abströmenden Gases ausfiltert, so daß diese nicht in umwelt­ schädlicher Weise in die Umgebung gelangen und statt dessen ggf. einem Wiederverwer­ tungsprozeß zugeführt werden können. Dies verhindert ein Ansammeln von ausgasenden Stoffen im Innenraum 24, 26 der Druckmaske 16 und ein niederschlagen dieser Stoffe auf der Druckmaske 16 selbst, was zu kurzen Reinigungsintervallen bzw. kurzen Standzeiten der Anordnung führen und einen erhöhten Kostenaufwand bedeuten würde.

Das Ein- und Ausströmen von Gas durch die Gasein- und -auslaßkanäle 34 und 36 ist zum einen mit Turbulenzen in der Atmosphäre im Innenraum 24, 26 der Druckmaske 16 verbun­ den und gleichzeitig kühlt dieser Gasstrom alle Teile mit denen er in Berührung kommt. Um eine Abkühlung insbesondere auch der Druckmassel zu verhindern ist die abdeckende Hau­ be 22 vorgesehen, welche einen direkten thermischen Kontakt der Teile im unteren Bereich 26 mit der Gasströmung im oberen Bereich 24 verhindert. Auch ein indirekter thermischer Kontakt durch Wärmestrahlung wird durch das zusätzliche Abschirmblech 30 und den Spalt 32 verhindert. Andererseits ist durch den Spalt 28 zwischen Haube 22 und Seitenwandung der Druckmaske 16 sichergestellt, daß im gesamten Innenraum 24, 26 der Druckmaske ein gleicher vorbestimmter Druck herrscht und zusätzlich aus dem Formteil 12 bzw. aus der Gußmasse ausströmende gasförmige Substanzen vom unteren Bereich 26 in den oberen Bereich 24 aufsteigen und durch den Gasauslaßkanal 36 abgeführt werden können.

Um eine Wärmeleitung zwischen Haube 22 und darunter befindlichen Teilen zu verhindern ist die Haube 22 derart in der Druckmaske 16 angeordnet, daß sie keine Teile im unteren Bereich 26, wie beispielsweise die Gußmasse bzw. die Schmelze oder den Deckelkern, be­ rührt. Dazu ist die Haube 22 beispielsweise mittels eines Stiftes oder einer Hülse 42 im In­ nenraum 24, 26 der Druckmaske 16 eingehängt, wobei der Stift bzw. die Hülse 42 an einem Dachteil bzw. Oberteil der Druckmaske 16 befestigt ist.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Gießform von Fig. 1, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Zur näheren Beschreibung dieser Teile wird daher auf die analog gültigen Ausführung zu Fig. 1 verwiesen. Über die gesamte Anordnung ist eine diese einkapselnde Absaughaube 44 mit einer Absaugöffnung 46 angeordnet. In der Fig. 2 ist die Absaughaube 44 aus Darstellungsgründen nicht voll­ ständig dargestellt, diese soll jedoch die gesamte Gießform einschließlich Druckhaube 16 umschließen bzw. einkapseln. Innerhalb der Absaughaube 44 strömen in Pfeilrichtung 54 Luft und ggf. ausgetretene Gießgase, welche über die Absaugöffnung 46 austreten können. Diese Strömung wird beispielsweise mittels einer Pumpe hinter der Absaugöffnung 46 oder durch unterschiedliche Temperaturniveaus mittels Konvektion erzeugt. Eine Steuerung der Absaugung erfolgt beispielsweise durch eine in der Absaugöffnung 46 vorgesehene Ab­ sperrklappe 48. Ist diese geöffnet, so erfolgt eine absaugende Fluidströmung, wie mit den Pfeilen 54 angedeutet. Ist die Absperrklappe 48 geschlossen, so werden keine Gase aus einem Raum 56 zwischen Absaughaube 44 und Gießform abgeleitet.

Dies Anordnung ist ferner zum unterstützten Ableiten von Gießgasen aus den Bereichen 24 und 26 oberhalb und unterhalb der Haube 22 geeignet. Eine Druckbeaufschlagung über das Rohr 38 erfolgt hier nur zeitlich begrenzt. Ohne Zuströmung über das Rohr 38 fehlt jedoch ein Druck, der zu einem Abströmen von Gießgasen über das Rohr 40 führen würde. Insbe­ sondere in derartigen Druckpausen kann die Strömung in der Absaughaube 44 gemäß der Pfeile 54 in der Art einer Injektorwirkung auch zum Absaugen von Gasen aus der Druck­ maske 16 benutzt werden. Zu diesem Zweck ist in der Druckmaske 16 benachbart zur Ab­ saugöffnung 46 eine Öffnung 50 vorgesehen, welche von einer zweiten Absperrklappe 52 wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann. Bei geöffneter zweiter Absperrklappe 52 reiß die Strömung gemäß der Pfeile 54 im Raum 56 über die Öffnung 50 austretende Gase mit und führt diese kontrolliert über die Absaugöffnung 46 ab.

Zweckmäßigerweise ist dabei ein Druck p innerhalb der Druckmaske 16 größer als ein Druck p₁ zwischen Absaughaube 44 und Gießform, d. h. als der Druck p₁ in dem von der Absaug­ haube eingekapselten Volumen 56. Ferner ist vorzugsweise die erste Absperrklappe 46 und/oder die zweite Absperrklappe 52 gießprozessgesteuert. Beispielhaft für eine derartige Steuerung sei eine zeitliche Steuerung genannt. Hierbei bildet ein Ereignis des Gießprozes­ ses, wie beispielsweise das Ansetzten einer Pfanne oder das Füllen einer Kokille der Gieß­ form, einen zeitlichen Nullpunkt von dem ab zeitgesteuert in vorbestimmter Weise bzw. nach einem vorbestimmten Zeitablaufplan die erste Absperrklappe 46 und/oder die zweite Ab­ sperrklappe 52 geöffnet bzw. geschlossen wird.

Bei dieser Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Ausbildung der Rohre 38 und 40 entspre­ chend an die veränderten Strömungsverhältnisse anzupassen, beispielsweise durch Öffnen bzw. Vergrößern oder Verkleinern der entsprechenden Durchlaßquerschnitte der Rohre 38 und 40. Dies kann auch bevorzugt variabel während des Gießvorgangs erfolgen. Ferner sind die auftretenden Drücke und Mediumsmassen entsprechend abzustimmen.

Claims (14)

1. Gießform zum Herstellen von Gußstücken aus einem Gußmetall, insbesondere Zy­ linderköpfe, Zylinderblöcke, Getriebegehäuse und/oder Kurbelgehäuse für Brenn­ kraftmaschinen, mit Formaußenteilen, mindestens einem Kern (14) mit mindestens einem Speiser zum Bilden einer Druckmassel, wobei auf den Kern (14) eine den Speiserbereich abdichtende Druckmaske (16) aufsetzbar ist und ferner der Kern (14) zumindest im Anlagebereich der Druckmaske (16) gasundurchlässig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kern (14) und der Druckmaske (16) wenigstens ein zusätzlicher Gaseinlaßkanal (34) und wenigstens ein Gasauslaßkanal (36) ausgebildet ist und unterhalb des Gaseinlaßkanals (34) und des Gasauslaßka­ nals (36) in einem Innenraum (24, 26) der Druckmaske (16) eine Haube (22) vorge­ sehen ist, welche den Deckelkern (14) überdeckend einen Innenraum der Druckmas­ ke (16) in einen oberen und einen unteren Bereich (24, 26) teilt, welche in gasleiten­ der Verbindung miteinander stehen.

2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (22) randseitig zu Seitenwandungen der Druckmaske (16) einen gaslei­ tenden Spalt (28) ausbildet.

3. Gießform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (22) druckmaskenseitig ein Abschirmblech (30) aufweist, welches einen vorbestimmten Spalt (32) zwischen Haube (22) und Abschirmblech (30) ausbildet.

4. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (22) aus Aluminium oder einem anderen wärmelisolierenden Material ge­ fertigt ist.

5. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßkanäle (34) und Gasauslaßkanäle (36) der Druckmaske (16) als perfo­ rierte oder geschlitzte Rohre ausgebildet sind.

6. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Leitungsweg des Gasauslaßkanals (36) wenigsten ein Filter vorgesehen ist, wel­ cher umweltschädliche Bestandteile des aus dem Inneren der Druckmaske (16) ge­ förderten Gasgemisches abfiltert.

7. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gaseinlaßkanal (34) und Gasauslaßkanal (36) als Teil der Druckmaske (16) ausgebildet sind.

8. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußmetall ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder eine Metallegierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung, ist.

9. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwischen Kern (14) und Druckmaske (16) derart ausgebildet ist, daß ein Druckaufbau von etwa bis zu 0,1 bar gewährleistet ist.

10. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (22) zusätzlich eine Wärmequelle, beispielsweise einen Heizdraht, auf weist.

11. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine die gesamte Gießform mit Druckmaske (16) einkapselnde Absaughaube (44) mit Absaugöffnung (46) vorgesehen ist.

12. Gießform nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugöffnung (46) mit einer ersten Absperrklappe (48) ausgestattet ist, welche die Absaugöffnung (46) wahlweise öffnet oder verschließt.

13. Gießform nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckmaske (16) benachbart zur Absaugöffnung (46) ein Öffnung (50) vorge­ sehen ist.

14. Gießform nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (50) der Druckmaske (16) mit einer zweiten Absperrklappe (52) ausge­ stattet ist, welche die Öffnung (50) der Druckmaske (16) wahlweise öffnet oder ver­ schließt.