mit Aufformdorn sowie Verfahren zum Gießen von Metallen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Aufformdorn zum Ansetzen an ein bei der Herstellung einer beim Gießen von Metallen verwendeten Gießform in diese eingeformtes Gießmodell, aufweisend einen auf der Modelloberfläche des Gießmodells aufstehenden Fuß und einen auf dem Fuß angeordneten Aufnahmebereich zur Aufnahme eines bei der Herstellung der Gießform darin einzuformenden Speisers, wobei der Speiser mit einer in seiner dem Gießmodell zugewandten Bodenfläche ausgebildeten Speiser- Öffnung vor dem Einformen auf den Aufformdorn aufgesteckt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein einen entsprechenden Aufformdorn aufweisendes Gießmodell sowie ein Verfahren zum Gießen von Metallen unter Einsatz eines entsprechenden Gießmodells.

In der Gießereitechnik ist es häufig notwendig, in den Gießformen zusätzliche Speiser anzuordnen, deren Speiserkorpus sich beim Abguss des Gussteiles mit dem flüssigen Metall füllt und bei der Erstarrung des Gussteiles auftretende Volumendefizite ausgleicht, um eine Lunkerbildung im Gussteil zu verhindern. Dazu müssen die Speiser so beschaffen sein, dass das darin eingespeiste flüssige Metall später als das Gussteil erstarrt, damit während des Erstarrungsvorganges ein Materialtransport zum Gussteil hin stattfinden kann, der das Gussteil dichtspeist. Hierzu bestehen die Speiser aus einem exothermen und/oder isolierenden Material. Im Rahmen von bekannten Verfahren zur Herstellung von mit Speisern versehenen Gießformen werden die Speiser mit einer beliebigen geometrischen Form an der zu speisenden Stelle des späteren Gussteils an dem Gießmodell angeordnet und bei der Erstellung der Gießform durch Verdichtung eines eingebrachten Formstoffes fest eingeformt. Zur Fixierung des Speisers beim Einformen sind sogenannte Aufformdorne bekannt, die auf der Modelloberfläche des jeweiligen Gießmodells angebracht sind. Ein derartiger Aufformdorn mit den gattungsgemäßen Merkmalen ist beispielsweise in einer Ausbildung als sogenannter Federdorn aus der DE 10 2010 022 834 B4 bekannt, wobei in dieser Druckschrift auch der technische Hintergrund für die Anordnung von Speisern und der Einsatz von Aufformdornen beschrieben ist. Insofern werden die Ausführungen in der DE 10 2010 022 834 B4 durch Verweis mit in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung einbezogen.

Beim Einsatz von Speisern besteht generell das Problem, dass nach dem Abguss in dem Speiserkorpus jeweils erstarrtes Gussmaterial in Form eines sogenannten Speiserrestes verbleibt, der nach dem Entformen des Gussteils von diesem entfernt werden muss. Um diese Abtrennung zu erleichtern, ist die Verwendung von sogenannten Brechkernen bekannt, die auf der dem Gießmodell zugewandten Unterseite des Speiserkorpus an dem Speiserkorpus festgelegt sind, aus einem feuerfesten Material bestehen und eine Durchtrittsöffnung aufweisen, über die das aus dem von dem Gießmodell gebildeten Formhohlraum der Gießform aufsteigende heiße Metall in den inneren Hohlraum des Speiserkorpus beziehungsweise von dort aus wieder zurück in den Formhohlraum der Gießform strömt. Die in der Regel durch Schießen in einer Schießmaschine hergestellten Brechkerne sind scheibenförmig ausgebildet, wobei die Durchtrittsöffnung von einer im scheibenförmigen Brechkernkörper ausgebildeten Einschnürung gebildet ist, um dadurch eine Sollbruchstelle für das Abbrechen des Speiserrestes von der Oberfläche des Gussstückes zu schaffen. Eine derartige Anordnung des Speisers mit einem Brechkern ist beispielsweise aus der

WO 2009/103539 A1 bekannt.

Soweit beim Einformen des Speisers in der Gießform sich der Speiser aufgrund des ausgeübten Formdrucks in die Richtung des Gießmodells verschiebt, kommt der Speiser einschließlich eines an ihm gegebenenfalls angebrachten Brechkerns in der Regel nicht an der Modelloberfläche zur Anlage, sondern bleibt in einem mehr oder weniger großen Abstand dazu stehen. Nach Entformen des Gießmodells mit Aufformdorn wird der verbleibende Hohlraum beim Gießvorgang mit dem flüssigen Me- tall ausgefüllt, so dass sich die von dem Brechkern bereitgestellte Sollbruchstelle in einem entsprechenden Abstand zur Oberfläche des abgegossenen Gussteils befindet. Der dadurch bedingte, mehr oder weniger große Speiserrest muss anschließend durch aufwändige Putzarbeiten beseitigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Aufformdorn zur Fixierung eines Speisers beim Einformprozess zur Verfügung zu stellen, mittels dessen auf den Einsatz eines zusätzlichen Brechkerns oder andere, eine der Speiseröffnung zugeordnete Einschnürung ausbildender Bauteile verzichtet und dennoch ein kleinerer Speiserhals und ein damit verbundenes einfaches Abtrennen des Speiserrestes nahe der Gussteiloberfläche ermöglicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken zunächst einen Aufformdorn mit den eingangs genannten Merkmalen vor, bei welchem an dem Aufformdorn eine wenigstens dessen Fuß und/oder einen Teilbereich von dessen Aufnahmebereich für den Speiser umschließende, elastisch aufweitbare und endseitig an den Fuß des Auf- formdorns unmittelbar der Modelloberfläche benachbart angeschlossene Umhüllung angebracht ist derart, dass die vor Beginn des Einformens aufgeweitete Umhüllung einen nach dem Einformen des Speisers noch bestehenden Abstand zwischen Modelloberfläche und Bodenfläche des Speisers überbrückt, so dass nach dem Entformen von Gießmodell mit daran angesetztem Aufformdorn aus der Gießform eine durch die Kontur der aufgeweiteten Umhüllung ausgebildete Sollbruchstelle für einen nach Abschluss des Gießvorganges verbleibenden Speiserrest ausgebildet ist.

Insoweit ist mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Aufformdorns der Vorteil verbunden, dass aufgrund der mit ihrem einen Ende unmittelbar an der Modelloberfläche anschließenden und während des Einformens aufgeweiteten Umhüllung an- schließend nach dem Entformen des Gießmodells einschließlich des Aufformdorns an der Oberfläche des späteren Gussteils eine in etwa den Durchmesser des Fußes des Aufformdorns aufweisende Einschnürung als Sollbruchstelle für das spätere Abschlagen des Speiserrests unmittelbar an der Gussteiloberfläche ausgebildet wird. Somit ist ein gegebenenfalls noch erforderlicher Putzaufwand für das Entfernen des Speiserrestes vom Gussteil ganz wesentlich reduziert. Da aufgrund der Erstreckung der Umhüllung von ihrer Einspannung am Fuß des Aufformdorns mindestens bis in den Aufnahmebereich des Aufformdorns hinein ein schon vor dem Einwirken des Formdrucks bestehender Abstand zwischen dem Speiser und der Modelloberfläche überbrückt wird, kommt es auch im Falle der Verschiebung des Speisers aufgrund des Formdrucks auf das Maß der Verschiebung nicht weiter an. Unabhängig davon, in welchem Abstand sich die Bodenfläche des Speisers bei Beendigung des Formvorganges befindet, wird der dann noch bestehende Abstand zur Modelloberfläche durch die aufgeweitete Umhüllung weiterhin überbrückt, während gleichzeitig die von der Umhüllung ausgebildete Sollbruchstelle immer ortsfest an der Modelloberfläche verbleibt. Insofern ist der Einsatz eines Brechkerns zur Ausbildung einer Sollbruchstelle nicht mehr erforderlich.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zwischenraum zwischen der Umhüllung und dem Aufformdorn an eine Zuleitung für ein in den Zwischenraum einzuleitendes Medium angeschlossen ist, wobei gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung diese Zuleitung auch als Ableitung für das in den Zwischenraum eingeleitete Medium ausgebildet sein kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass an den Zwischenraum eine gesonderte Ableitung für das in den Zwischenraum eingeleitete Medium angeschlossen ist.

Anstelle eines eingeleiteten Mediums kann in dem Zwischenraum auch ein anderer Antrieb für die Aufweitung der Umhüllung angeordnet sein, beispielsweise in Form eines geeigneten Federelements. Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elastisch aufweitbare Umhüllung als eine aus einer geeigneten Gummi- oder Kunststoffmischung hergestellte Membran ausgebildet.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Aufformdorn als starrer Dorn ausgebildet ist. In diesem Fall kann es sich so verhalten, dass es beim Aufformen nicht zu einer Verschiebung des Speisers auf dem Aufformdorn kommt und insoweit der Aufformdruck im Kopf des Speisers abgefangen wird. Alternativ kann jedoch eine gewisse Verschiebung des Speisers auf dem Aufformdorn zugelassen sein, im Rahmen derer das in einen inneren Hohlraum als Speiservolumen des Speisers hineinreichende obere Ende des Aufformdorns den der Bodenfläche gegenüberliegenden Deckelbereich des Speisers bei dessen Verschiebung auf dem Aufformdorn durchstößt.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Aufformdorn als Federdorn mit einem relativ zu seinem Fuß gegen Federkraft verschiebbaren Aufnahmebereich für den Speiser ausgebildet ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der als Federdorn ausgebildete Aufformdorn mit einem in das Gießmodell einschiebbaren Fuß ausgebildet ist, wie dies aus der gattungsbildenden DE 10 2010 022 834 B4 bekannt ist.

Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus die Verwendung eines erfindungsgemäß ausgestalteten Aufformdorns mit einem Gießmodell, wobei der Aufformdorn die entsprechend offenbarte elastisch aufweitbare und endseitig an dem Fuß des Aufformdorns angeschlossene Umhüllung aufweist. Ein derartiger Aufformdorn wird bei seiner Verwendung in einer an der Modelloberfläche des Gießmodells angebrachten Bohrung eingeschraubt oder sonstwie an der Modelloberfläche befestigt, so dass die am Aufformdorn befindliche aufweitbare Umhüllung beim Einformen eines Speisers dann zu Beginn des Einformprozesses in aufgeweitetem Zustand den bestehenden Abstand zwischen Gießmodell und der Bodenfläche des auf den Aufformdorn aufgesetzten Speisers überbrückt. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Gießmodell für die Herstellung von Gießformen, bei welchem ein entsprechend den vorstehend beschriebenen Merkmalen ausgebildeter Aufformdorn zum Einsatz gebracht ist.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Gießen von Metallen mittels einer Gießform, wobei ein Gießmodell mit einem daran angesetzten, entsprechend den vorstehend beschriebenen Merkmalen ausgebildeten Aufformdorn bereitgestellt ist. Der Einsatz eines derartigen, eine elastisch aufweitbare Umhüllung aufweisenden Aufformdorns bedingt eine Änderung des sonst bei einem starren Aufformdorn oder einem sogenannten Federdorn üblichen Verfahrensablaufes. Im Einzelnen wird hierbei ein Speiser auf den Aufformdorn aufgesteckt, und es wird anschließend die an dem Aufformdorn befindliche Umhüllung in ihren aufgeweiteten Zustand versetzt. Anschließend wird das Gießmodell einschließlich des daran durch das Aufsetzen auf den Aufformdorn fixierten Speisers durch Einbringen eines Formstoffes in die Gießform eingeformt, anschließend wird die Umhüllung wieder in ihren ursprünglichen, nicht aufgeweiteten Zustand zurückgeführt, und nachfolgend wird das Gießmodell einschließlich Aufformdorn aus der Gießform entfernt. Der in der Gießform ausgebildete Hohlraum wird mit flüssigem Metall gefüllt, und nach Erstarren des Metalls wird der auf der Metalloberfläche des Gussteils verbleibende Speiserrest an der durch die Kontur der während des Einformens aufgeweiteten Umhüllung an der Modelloberfläche geschaffenen Sollbruchstelle abgeschlagen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben ist. Es zeigen:

Fig. 1 : einen auf einer entsprechend angedeuteten Modelloberfläche eines

Gießmodells angesetzten Aufformdorn in einer geschnittenen Darstellung bei nicht aufgeweiteter Umhüllung einschließlich eines auf den Aufformdorn aufgesetzten Speisers vor Einbringen des Formstoffes,

Fig. 2: den Gegenstand der Fig. 1 mit der in einem aufgeweiteten Zustand befindlichen Umhüllung, Fig. 3: den Gegenstand der Fig. 2 bei in die Gießform eingefülltem Formstoff vor Einwirken des Formdrucks,

Fig. 4: den Gegenstand der Fig. 3 nach Einwirken des Formdrucks,

Fig. 5: den Gegenstand der Fig. 4 bei in den Ausgangszustand gemäß Fig. 1 zurückgeführter Umhüllung vor dem Entformen des Gießmodells einschließlich des Aufformdorns,

Fig. 6: den nach dem Gießvorgang am Gussteil verbliebenen Speiserrest einschließlich der von der Umhüllung ausgebildeten Sollbruchstelle.

In der Fig. 1 ist lediglich schematisch ein Gießmodell 10 mit einer Modelloberfläche 1 1 dargestellt, auf der ein Aufformdorn 12 befestigt ist. Der Aufformdorn 12 hat einen Fuß 13 sowie einen oberhalb des Fußes angeordneten Aufnahmebereich 14, der in einer Spitze 15 ausläuft. Auf den Aufformdorn 12 ist ein Speiser 16 aufgesetzt, der eine umlaufende Seitenwand 18, einen Deckelbereich 19 sowie eine Bodenfläche 17 aufweist. Im Inneren des Speisers 16 ist ein innerer Hohlraum 31 als Speiservolumen ausgebildet. In der Bodenfläche 17 ist weiterhin eine Speiseröffnung 20 angeordnet, über welche beim Gießvorgang das flüssige Metall in den inneren Hohlraum 31 einströmen beziehungsweise daraus wieder abströmen kann.

Im unteren Bereich des Aufformdorns 12 ist an diesem eine elastisch aufweitbare Umhüllung 21 in Form einer aus einer geeigneten Gummi- oder Kunststoffmischung gefertigten Membran angeordnet, die mit ihrem einen Ende 22 am Fuß 13 des Aufformdorns 12 in unmittelbarer Nähe der Modelloberfläche 1 1 befestigt und mit ihrem anderen Ende 23 an einer oberen Stelle des Aufnahmebereichs 14 des Aufformdorns 12 befestigt ist und dabei den entsprechenden Bereich des Aufformdorns 12 umschließt. Es ist zu erkennen, dass zwischen der Umhüllung 21 und dem Aufformdorn 12 ein Zwischenraum 30 ausgebildet ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann die Umhüllung 21 durch Einbringen eines gasförmigen oder flüssigen Mediums in den Zwischenraum 30 über eine nicht dargestellte Zu- und Ableitung in den in Fig. 2 dargestellten aufgeweiteten Zustand verbracht werden. Hierbei ist erkennbar, dass der Seitenbereich der Umhüllung 21 durch eine entsprechende Verstärkung 24 verstärkt ist, soweit unter Einwirkung des Formdrucks der Speiser 16 sich relativ zum feststehenden Aufformdorn 12 in Richtung zur Modelloberfläche 1 1 verschiebt und dabei über die Außenkontur der hierzu mit einer Verstärkung 24 abgesicherten Umhüllung 21 gleitet.

Soweit ausgehend von der in Fig. 2 dargestellten Stellung der Einformvorgang nach Einbringen eines Formstoffes 25 in die nicht weiter dargestellte Gießform beginnt, ist dieser Zustand mit dem eingefüllten Formstoff aus Fig. 3 ersichtlich. Dabei ist erkennbar, dass bereits vor Beginn des Einformvorganges die aufgeweitete Umhüllung 21 den Abstand zwischen der Modelloberfläche 1 1 bis in den inneren Hohlraum 31 des Speisers 16 hinein überbrückt.

In Fig. 4 ist die Stellung des Speisers 16 auf dem Aufformdorn 12 nach dem Einwirken des Formdrucks und Beendigung des Einformvorganges gezeigt, und es ist erkennbar, dass die Bodenfläche 17 des Speisers 16 immer noch in einem gewissen Abstand zur Modelloberfläche 1 1 steht, wobei dieser Abstand durch die aufgeweitete Umhüllung 21 weiterhin überbrückt wird. Es ist ferner erkennbar, dass sich aufgrund der Anbindung des unteren Endes 22 der Umhüllung 21 am auf der Modelloberfläche aufstehenden Fuß 13 des Aufformdorns in diesem Bereich ein vom Formstoff 25 ausgebildeter Zwickel 27 eingestellt hat.

Im Anschluss an die Beendigung des Einformens wird die Umhüllung 21 wieder in ihre ursprüngliche Form gemäß Fig. 1 zurückgeführt, indem das beispielsweise in den Zwischenraum 30 eingebrachte Medium wieder abgelassen wird. Dieser Zustand ist in Fig. 5 dargestellt. Aus Fig. 5 ist zu entnehmen, dass die von der aufgeweiteten Umhüllung beim Einformen ausgebildete Kontur 26 des Formstoffes 25 aufrechterhalten bleibt, was auch für den Zwickel 27 gilt. Es ist ohne weiteres einsehbar, dass nach dem Entformen des Gießmodells 10 einschließlich Aufformdorn 12 aus der Gießform die dadurch geschaffenen Hohlräume mit dem flüssigen Metall gefüllt werden. Somit strömt das heiße Metall während des Gießvorganges über den vom Aufformdorn in den Formstoff freigehaltenen Weg in den inneren Hohlraum 31 des Speisers 16 und wieder zurück.

Nach Beendigung des Gießvorganges kommt es zu einer Erstarrung des Metalls, und das in den entsprechenden Fließwegen beziehungsweise Hohlräumen noch außerhalb des in dem durch das Entformen des Gießmodells 10 hergestellten Formhohlraum gegossenen Gussteils 29 anstehende Metall bildet einen Speiserrest 28 aus. Wie aus Fig. 6 erkennbar, weist der Speiserrest 28 eine von dem Zwickel 27 gebildete Sollbruchstelle 27a auf, die unmittelbar an der Oberfläche des Gussteils 29 liegt. An dieser Sollbruchstelle 27a kann der Speiserrest 28 abgeschlagen werden, wobei ein dann noch erforderlicher Putzaufwand zum Glätten der Oberfläche des Gussteils 29 entsprechend gering ist. Der Einfachheit halber ist in Fig. 6 die Darstellung des Speisers beibehalten, obwohl der Speiser während des Gießprozesses seine dargestellte Gestalt weitgehend verliert.

Wie nicht weiter dargestellt, kann alternativ der Aufformdorn auch als sogenannter Federdorn entsprechend der DE 10 2010 022 834 B4 ausgebildet sein, wobei es ebenfalls zu einer Verlagerung des Speisers 16 in Richtung zur Modelloberfläche 1 1 hinkommt, allerdings ohne ein Durchstoßen des Deckelbereichs des Speisers.

Schließlich ist die vorteilhafte Funktion des erfindungsgemäßen Aufformdorns 12 auch dann gegeben, wenn der Aufformdorn 12 als starrer Dorn ausgebildet ist und die durch den beim Einformen des Speisers einwirkenden Formdruck bewirkte Kraft im Kopf des Aufformdorns 12 abgefangen wird und es insoweit nicht zu einer Verschiebung des Speisers 16 auf dem Aufformdorn 12 kommt. Auch in diesem Fall sorgt die aufgeweitete Umhüllung 21 für die Ausbildung einer entsprechenden Sollbruchstelle 27a.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.