Verfahren und Giessform zum Herstellen eines Gusseisenkörpers und danach hergestellter Gusseisenkörper

Abstract

 Ein Gußeisenkörper, insbesondere Nockenwelle (4), mit einge­gossenem Hohlraum läßt sich mit Hilfe eines Formkerns (3) aus Glas herstellen. Der Formkern kann als langgestrecktes Glasrohr beidseitig offen ganz durch die Form hindurchgehen, einseitig geschlossen in ihr enden oder als geschlossener Glaskolben ganz von der Außenform umschlossen werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines Gußeisenkörpers mit einem mit Hilfe eines Formkerns ge­bildeten Hohlraum. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Gießen einer einen langgestreckten Hohlraum aufweisen­den, zur Anwendung in einem Verbrennungsmotor vorgesehe­ner Nockenwelle aus Gußeisen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Gießform mit einem Formkern in der Eisen­gießerei und einen Gußeisenkörper.

[0002] Wenn ein langgestreckten Gußeisenteil als Hohlkörper mit entsprechend langgestrecktem Durchgang gegossen werden soll, muß ein Kern angefertigt und in die Form einge­bracht werden, in die die Eisenschmelze zu gießen ist. In der GB-PS 11 91 202 wird vorgeschlagen, als Formkern ein Stahlrohr mit darin eingesetztem, mit Isolierstoff beschichtetem Stahlstab zu verwenden. Bei diesem Verfah­ren wird flüssiges Eisen in die Form gegossen und an­schließend der Stahlstab aus dem Stahlrohr, das Bestand­teil des Gußkörpers wird, herausgezogen. Ein wesent­licher Nachteil dieser Verfahrensweise besteht darin, daß an der Grenze zwischen dem Stahl und dem Gußeisen eine sehr harte, schwer zu bohrende Abschreckschicht entsteht. Der Aufwand für das Stahlrohr ist erheblich.

[0003] In einem weiteren aus der britischen Patentanmeldung 84 03 355 vom 02. Februar 1984 bekannten Verfahren besteht der Formkern aus einem mit Keramikpapier oder der­gleichen Isolierstoff bewickelten Stahlrohrkern. Das Keramikpapier bildet bei diesem Verfahren eine Isolierschicht zwischen der in die Form gegossenen Schmelze und dem weit kühleren Stahlrohr. Die Isolierschicht wird durch die beim Gießen einfließende Eisenschmelze aufgebraucht, z. B. verbrannt, so daß sich das innen liegende Metallrohr nach dem Erstarren des hergestellten Gußkörpers aus diesem herausziehen läßt. Es ist sehr mühsam, jeden Formkern vor dem Einbringen in die Form mit dem vorgesehenen Isoliermaterial zu um­wickeln außerdem wird die Oberfläche der Wicklung nicht vollständig eben, so daß die Innenfläche der Durchgangs­öffnung des herzustellenden Gußeisenstücks nachzubear­beiten ist.

[0004] Relativ ebene Innenflächen von Durchgangsöffnungen lang­gestreckter Gußeisenteile werden erhalten, wenn nach der GB-PS 15 96 442 ein Graphitstab als Formkern verwendet wird. Bei dieser Verfahrensweise ist das Handling außer­ordentlich schwierig und in der Praxis kaum durchführ­bar, da Graphitstäbe sehr bruchempfindlich sind und eine sehr poröse Oberfläche besitzen, so daß beispielsweise durch Hautkontakt aufgebrachte Feuchtigkeit und Fett­reste zu Gießfehlern, wie Blasen, führen können. Außer­dem werden bei einem Graphitkern ähnlich wie bei einem Sandkern Abstützungen auch im mittleren Bereich der Stablänge gebraucht, wenn das Längen/Durchmesser-Ver­hältnis des Kerns einen bestimmten Wert übersteigt.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines hohlgegossenen Gußeisenkörpers, insbesondere einer hohlgegossenen Nockenwelle, also eines relativ zur Länge dünnen Gußeisenkörpers, zu schaffen, das es erlaubt sowohl Hohlkörper ohne Gußöffnung oder Hohlkörper mit sehr dünnen, beispiels­weise lediglich zur Ölversorgung von Lagern geeigneten, Durchgangsöffnungen oder Sacklöchern als auch Hohlkörper mit, beispielsweise gewichtsmindernd, relativ zum Werk­stückaußendurchmesser dickem zylindrischem und/oder der Außenkontur des Werkstücks angepaßtem Hohlraum zu gie­ßen. Die Innenfläche des Gußteils soll, wenn und inso­weit sie überhaupt erreichbar bzw. von Bedeutung ist, ohne wesentliche Nachbearbeitung etwa der Oberflächen­güte einer mechanischen Bohrung entsprechen, schließlich soll ein auch in der Praxis eines Gießereibetriebs pro­blemloses Handling möglich sein. Weiterhin besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, für die Eisengießerei eine Gießform mit einem Formkern zu schaf­fen, der ohne Abstützung von dem mittleren Bereich sei­ner Länge auch bei Längen/Durchmesser-Verhältnissen des Kern von bis zu 500 mm/5 mm einsetzbar sein soll. Schließlich soll durch die Erfindung ein hohlgegossenes Werkstück aus Gußeisen geschaffen werden.

[0006] Die erfindungsgemäße Lösung besteht für das Verfahren zum Gießen eines Gußeisenkörpers mit einem mit Hilfe eines Formkerns gebildeten Hohlraum darin, daß ein aus Glas bestehender Formkern ganz in den Gußeisenkörper eingeschlossen wird. Entsprechend ist eine Gießform mit Formkern in der Eisengießerei, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Glas bestehender Formkern ganz vom herzu­stellenden Gußeisenkörper umschlossen ist. Der Gußeisen­körper selbst ist gekennzeichnet durch einen beim Gießen allseitig umschlossenen Hohlraum, an dessen Innenkontor Glas, insbesondere Quarzgut, anliegt. Für das Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle besteht die erfindungs­gemäße Lösung darin, daß beim Gießen ein Formkern aus Glas verwendet wird. Der erfindungsgemäß vorgesehene Formkern kann eine glatte zylindrische oder auch eine den Erfordernissen nach Stabilität, Gewicht oder der­gleichen konturierte Oberfläche besitzen. Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.

[0007] Durch die Erfindung werden ein Gießverfahren und eine Gießform mit stabartig langgestrecktem Formkern geschaf­fen, die es in der Eisengießerei erlauben, ein langge­strecktes Werkstück als Hohlkörper zu gießen, ohne daß ein wesentliches Nachbearbeiten der Innenkontur erfor­derlich wäre und ohne daß im Werkstück schwer zu durch­bohrende Abschreckschichten oder dergleichen entständen. Das Verfahren und die Form mit einem Glasrohr als Form­kern sind besonders gut geeignet zum Herstellen einer Nockenwelle, die bekanntlich für ihre Länge relativ dünn ist, aber aus Gründen der Gewichtserspranis oder als Öl­zuführleitung eine teilweise oder ganz durchgehende Längshöhlung haben soll.

[0008] Nach dem Gießen und Abkühlen einer erfindungsgemäß wenigstens einseitig offen hergestellten Nockenwelle kann in deren Durchgangssackhöhlung oder dergleichen etwa noch verbliebenes Glas mit einfachsten Mitteln, die z. B. zum Entfernen von Sandkernen bekannt sind, insbesondere durch einfaches Bohren, durch Vibration, Strahlmittel oder Wasserhochdruck, ausgelöst werden.

[0009] Der erfindungsgemäße Formkern selbst kann als Hohlkörper oder massiv ausgebildet werden. Vor allem im Hinblick auf die mechanische oder thermische Stabilität werden hohle Formkerne bevorzugt. Beim Gießen einer Nockenwelle kann der Formkern länger als die Welle sein und daher wenigstens an einem seiner Längsenden außerhalb der Au­ßenkontur der Nockenwelle abgestützt werden. Wenn der Formkern nur an einem Längsende außerhalb der Außenkon­tur einer Nockenwelle abgestützt wird, ist er innerhalb der Form mit Hilfe einer Kernstütze. z. B. wie üblich mit Hilfe von Stahlstückchen, zu positionieren, insbesondere um ein Aufschwimmen im zunächst flüssigen Eisen auszuschließen. Wenn der Formkern mit seinen bei­den Längsenden ganz aus der Form herausragt, benötigt er in der Regel bis zu einem Durchmesser/Längenverhältnis nur etwa 1:100 keine Abstützungen, so daß ein stangen­artig bzw. stabartig langgestreckter Formkern vorliegt, mit dessen Hilfe ein einen entsprechend langgestreckten, durchgehenden Hohlraum aufweisender Gußeisenkörper her­zustellen ist. Im Verhältnis längere Kerne werden zweck­mäßig etwa in der Mitte oben gegen ein Aufschwimmen ab­gestützt.

[0010] Wenn der Formkern einseitig innerhalb der Form endet, und - wie gesagt - an diesem Ende mit einer Kernstütze positioniert wird, entsteht bei entsprechend langge­strecktem stabartig dünnem Formkern ein ebenso langge­strecktes dünnes Sackloch in dem fertig gegossenen Werk­stück.

[0011] Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich bevorzugt auch darauf, einen Gußeisenkörper herzustellen, der ei­nen definierten Hohlraum ohne jeden durch das Gießen be­dingten Zugang nach außen besitzt. Auch ein solcher Hohlraum kann stabartig langgestreckt sein und jeden beliebigen Wert von Stabilität, Gewicht oder dergleichen des herzustellenden Werkstücks unter Berücksichtigung von dessen Kontur vorgegeben werden. Im einfachsten Fall besteht ein Formkern zum Gießen eines einen definierten Hohlraum (ohne einen durch das Gießen bedingten Zugang) aufweisenden Gußeisenkörpers darin, daß ein Glasrohr an beiden Längsenden zugeschmolzen und mit Hilfe von Kern­stützen an den Längsenden innerhalb der Form in für das Gießen ausreichend stabiler Weise positioniert wird. Vorzugsweise können die Kernstützen aus einem über den Formkern zu schiebenden Eisenring bestehen, an dem bei­spielsweise mit 120° gegenseitigem Abstand, Stützbeine angesetzt werden. Im allgemeinen werden jedoch, z. B. drei oder vier, getrennte Stützen verwendet. Grundsätz­lich kann der geschlossene, beim Gießen ganz innerhalb der Form verbleibende Formkern jede beliebige Konfigura­tion als geschlossener Glaskolben aber auch als massiver Glaskörper besitzen.

[0012] Nach dem Vorangehenden wird erfindungsgemäß unter dem Begriff "Hohlraum" des Gußeisenkörpers eine Durchgangs­öffnung mit zwei -gegebenenfalls axialen - Eingängen, ein Sackloch oder ein beim Gießen erzeugter ganz von dem Gußeisen umschlossener Raum verstanden. Während bei Vor­handensein einer durch das Gießen bedingten nach außen führenden Öffnung das innerhalb des Hohlraums bzw. an dessen Wänden verbliebene Glas nach dem Gießen entfernt werden kann, ist eine solche Nachbehandlung bei dem all­seits umschlossenen Hohlraum nicht immer erforderlich oder erwünscht.

[0013] Ein allseitig umschlossener Hohlraum ist dann von beson­derem Vorteil, wenn lediglich eine Gewichtsminderung er­wünscht wird und/oder wenn der Hohlraum ganz definierte durch das Gießen nicht mit ausreichender Genauigkeit herzustellende Sacklöcher oder bis in das Innere durchgehende Öffnungen besitzen soll, die nachträglich mit Hilfe eines - durch kein Gußloch gestörten - Boh­rers zu erzeugen sind. Beim Bohren von Sacklöchern wird im allgemeinen - meist schon bei der Konzeption des Guß­körpers - darauf zu achten sein, daß der Bohrer nicht bis an den Glaskern herankommt oder diesen durchstößt, weil es sonst in der Regel erforderlich wird, das Glas vollständig zu entsorgen. Wenn dagegen durchgehende Boh­rungen hergestellt werden sollen, ist das Innere des Hohlraums im Prinzip meist ebenso zu behandeln, wie im Fall von ein- oder mehrseitig offen gegossenen Hohlräu­men.

[0014] Zum Herstellen des erfindungsgemäßen Formkerns kommen verschiedene Gläser infrage. Bevorzugt werden Quarzglas und wegen des verminderten Aufwands vor allem Quarzgut. Quarzglas wird aus kristallinem Quarz durch vollständi­ges Schmelzen und Entgasen hergestellt. Demgegenüber kann das im Zusammenhang und der vorliegenden Erfindung ganz besonders bewährte Quarzgut bereits durch teilwei­ses Schmelzen bzw. Sintern von Quarzsand erzeugt werden. In der Praxis günstig sind auch Gläser, die schon bisher dazu verwendet wurden, aus einer Stahl- oder Eisen­schmelze Proben für Analysen nach Pipettenart zu ziehen. Wenn konturierte Kerne benötigt werden, kann ein erfin­dungsgemäßer, aus Glas bestehender Formkern mit Glastei­len größeren oder kleineren Durchmessers oder mit einem üblichen Formkern aus Sand kombiniert werden. Auch die konturierten Kerne des erfindungsgemäßen Typs können durch die Form durchgehen oder einseitig bzw. sogar rundum innerhalb der Form enden.

[0015] Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbei­spielen werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gießform im Schnitt quer zur Längsrichtung eines langgestreckten Form­kerns;

Fig. 2 eine untere Halbschale einer Gießform und einen als Glasrohr ausgebildeten Formkern; und

Fig. 4 eine Form im Schnitt mit einem allseitig eingeschlossenen Formkern.

[0016] Der Schnitt durch eine Gießform nach Fig. 1 zeigt die Unterform 1, die Oberform 2 und ein als Formkern dienen­des Glasrohr 3. Beim Gießen wird der schraffierte Hohl­raum zwischen Unterform 1 und Oberform 2 mit dem den späteren Gußeisenkörper 4 bildenden Eisenguß ausgefüllt. Obwohl der Erweichungspunkt des zum Herstellen des Glas­rohrs verwendeten Glases 3 weit unterhalb der Temperatur des flüssigen Eisens liegt, entsteht beim Gießen und an­schließenden Abkühlen des Gußeisenkörpers 4 eine der Oberflächenqualität des Glasrohrs 3 entsprechend glatte Innenfläche 5 des Gußkörpers 4.

[0017] Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Un­terform 6 und eines Formkerns 7, mit deren Hilfe eine Nockenwelle herzustellen ist. Die Unterform 6 weist der Außenform des herzustellenden Gußeisenkörpers 4 ent­sprechende Vertiefungen 8 auf. Diesen Vertiefungen 8 entsprechend werden auf der Oberfläche des als Glasrohr ausgebildeten Formkerns 7 erhabene Zonen 9 vorgesehen. Die Materialverteilung bzw. Wegnahme wird vorzugsweise so getroffen, daß der herzustellende Gußeisenkörper 4 überall weitgehend gleiche Wandstärke erhält.

[0018] Fig. 3 zeigt eine Form im Schnitt mit allseitig zwischen Unterform 1 und Oberform 2 eingeschlossenem Formkern 7. Dieser wird in dem zwischen Unterform 1 und Oberform 2 verbleibenden Hohlraum mit Hilfe von je drei Kernstützen 10 so positioniert, daß das herzustellende Gußeisenstück 4 die gewünschte Innenkontur erhält. die Kernstützen 10 sollen so dimensioniert werden, daß sie den Formkern 7 nicht nur tragen sondern auch seinem Auftrieb im flüssi­gen Eisen widerstehen können.

[0019] Gemäß Fig. 3 können auch bei einem eingeschlossenen Formkern 7 Vertiefungen 8 und erhabene Zonen 9 an Unter- ­und Oberform 1, 2 bzw. am Formkern selbst vorgesehen werden, die einem Nocken des herzustellenden Gußeisenstücks 4 entsprechen.

[0020] Der in einer Gießform entsprechend Fig. 3 zu verwendende Formkern 7 kann sowohl als Hohlkörper als auch als Mas­sivkörper aus Glas, vorzugsweise Quarzgut, ausgebildet werden. Da der Kern im wesentlichen aus Gründen der Ge­wichtsersparnis in den Gußeisenkörper eingebautwerden soll, ist es natürlich besonders günstig, als Formkern einen Hohlkörper aus Glas zu verwenden. Wegen des rela­tiv (gegenüber Eisen) geringen spezifischen Gewichts von Glas ergibt sich aber auch bei Einsatz eines massiven Glaskörpers eine erhebliche Gewichtsverminderung des hergestellten Gußeisenkörpers.

[0021] Ohne Verletzung des fertigen Gußeisenkörpers kann man nicht ohne weiteres feststellen, ob der eingegossene Hohlraum die vorgesehene Position hat, ob also die Dicke der Wand um den Hohlraum herum, überall die gleiche ge­wünschte Stärke besitzt. Die entsprechende Qualitätsprü­fung kann jedoch beispielsweise mit Hilfe von Ultra­schall-Meßverfahren vorgenommen werden. Die Gießerei ist daher in der Lage, dem Abnehmer eine gleichbleibende Qualität zu garantieren.

[0022] Versuche haben ergeben, daß der Formkern außer als ein- ­oder beiseitig offenes Rohr auch - und bevorzugt - als Hohlkörper aus Glas auszubilden ist. Bei Versuchen wurde ein Glaskolben unter Normaldruck zugeschmolzen, in dem Kolben herrschte also normaler Luftdruck. ein solcher kolben wurde mit Hilfe von Kernstützen zwischen Ober- ­und Unterform so positioniert, daß er überall den gewünschten Abstand von der Außenform besaß. Nach dem Gießen und Abkühlen des Gußeisenkörpers konnte durch Ul­traschall festgestellt werden, daß der Hohlkolben seine Position beim Gießen nicht verändert hat. Die weitere Überprüfung durch Aufsägen des Gußkörpers ergab eben­falls eine einwandfreie Ausbildung und exakte Position des in dem Werkstück herzustellenden allseits einge­schlossenen Hohlraums.

Ansprüche

1. Verfahren zum Gießen eines Gußeisenkörpers mit einem mit Hilfe eines Formkerns gebildeten Hohlraum,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein aus Glas bestehender Formkern (7) ganz in den Gußeisenkörper (4) eingeschlossen wird.

2. Verfahren zum Gießen einer einen langgestreckten Hohlraum aufweisenden, zur Anwendung in einem Verbrennungsmotor vorgesehenen Nockenwelle aus Gußeisen,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Gießen ein Formkern (7) aus Glas verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein der Länge nach durch die Nockenwelle hindurch­reichendes Glasrohr als Formkern (7) eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein allseits vom Gußeisen zu umschließender, hohler Glaskörper, insbesondere ein geschlossener Glaskolben, als Formkern (7) eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein massiver, vorzugsweise innerhalb des Gußeisens verbleibender, Glaskörper als Formkern (7) eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Formkern (7) mit Hilfe von, insbesondere aus einem über den Formkern (7) zu schiebenden Ring mit dar­an angesetzten Stützbeinen bestehenden, Kernstützen (10) positioniert wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Formkern (7) aus einem Werkstoff nach Art des Materials eines zum Ziehen von Proben aus einer Stahl- ­oder Eisenschmelze geeigneten Glasrohrs, insbesondere aus Quarzglas hergestellt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Formkern (7) aus Quarzgut hergestellt wird.

9. Gießform mit, insbesondere stabartig langgestrecktem, Formkern in der Eisengießerei,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein aus Glas bestehender Formkern (7) ganz vom her­zustellenden Gußeisenkörper (4) umschlossen ist.

10. Gußeisenkörper (4)
gekennzeichnet durch
einen beim Gießen allseitig umschlossenen Hohlraum, an dessen Innenkontur Glas, insbesondere Quarzgut, anliegt.

Zeichnung