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EP2313219B1 - Einrichtung zum tragen von kernen - Google Patents

Einrichtung zum tragen von kernen Download PDF

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Publication number
EP2313219B1
EP2313219B1 EP09780067.6A EP09780067A EP2313219B1 EP 2313219 B1 EP2313219 B1 EP 2313219B1 EP 09780067 A EP09780067 A EP 09780067A EP 2313219 B1 EP2313219 B1 EP 2313219B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
core
holding tube
cylindrical portion
tube
reduced cylindrical
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP09780067.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2313219A1 (de
Inventor
Dirk Thiemann
Gudrun Schiller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Emil Mueller GmbH
Original Assignee
Emil Mueller GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Emil Mueller GmbH filed Critical Emil Mueller GmbH
Priority to PL09780067T priority Critical patent/PL2313219T3/pl
Publication of EP2313219A1 publication Critical patent/EP2313219A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2313219B1 publication Critical patent/EP2313219B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C21/00—Flasks; Accessories therefor
    • B22C21/12—Accessories
    • B22C21/14—Accessories for reinforcing or securing moulding materials or cores, e.g. gaggers, chaplets, pins, bars

Definitions

  • the invention relates to a device for the self-supporting arrangement of a liquid solvent-soluble core in the form of a casting apparatus.
  • the generic DE 12 50 605 B discloses a device for cantilever mounting of cores pressed from sand or salt.
  • a ceramic coated steel tube (e) is screwed by means of a lag screw (g), which is pushed through the steel tube in a threaded nipple (f), which is located in the salt or sand core.
  • the object of the invention is to present a structurally simple mechanical device for the cantilevered arrangement of a liquid solvent-soluble core in the form of a casting device.
  • a device according to the invention for the self-supporting arrangement of a liquid solvent-soluble core in the form of a casting device are specially designed holding tubes.
  • these holding tubes one end is inserted into the core and the other end into the mold wall or into another part of the mold, for example a further core.
  • the core is then held by one or more holding tubes.
  • the holding tube has a smaller cross-section at the end inserted in the core than the end with which it is inserted into other parts of the casting mold.
  • the device in the form of a holding tube has the advantage that it can be used in particular for cores which have a small cross-section.
  • Such cores are, for example, the annular cores, as they are used for shaping of cooling channels in pistons, in particular in pistons of internal combustion engines.
  • the dimensions of the holding tubes according to the invention depend on the size of the core they are to carry.
  • the holding tubes can a Overall length, which is between 10 mm and 30 mm, the length of the stepped portion is between 3 mm and 7 mm.
  • the maximum diameter of the holding tube may depend on the diameter of the supply and discharge lines to the intended cavity in the casting and be between 3 mm and 20 mm.
  • the holding tubes have a diameter between 2 mm and 5 mm in the offset cylindrical part.
  • the wall thickness is between 0.1 mm and 0.6 mm.
  • the holding tubes may have a longitudinal slot or two opposite longitudinal slots, which, adapted to the length and diameter, may have a length between 1.5 mm and 4 mm and a width between 1 mm and 1.5 mm.
  • the material of the holding tube depends on the material of the melt, with which it should not react as possible that the holding function is impaired.
  • the material of the holding tube can be made of V2A steel, for example.
  • the holding tubes are usually plugged onto another tube or inserted into an opening of a part of the mold.
  • the tube or opening provides access to the core so that after casting or spraying, when the workpiece is solidified, the tube is drilled through that tube or opening to provide access to the core. Through this opening, the liquid dissolving the core is then fed and flushed the dissolved core.
  • a negative pressure can be applied to the holding tubes, whereby a degassing of the core during the casting or spraying process can be supported.
  • the area of the opening of the holding tube is larger and thereby supports the degassing.
  • the negative pressure is matched to the core composition. In the case of salt cores, for example, the negative pressure is 0.2 bar.
  • the exemplary embodiment shows the device for the cantilevered arrangement of an annular salt core, as it is used for shaping of cooling channels in pistons, in particular in pistons of internal combustion engines.
  • the annular cores are supported on its underside.
  • cup-shaped projections can be formed, in which the holding tubes are inserted.
  • the approaches mark at the same time the inflow and outflow openings of the cooling channels. Because of the piston wall thickness, these approaches must not extend much beyond the cross section of the cooling channel. On the other hand, the wall thickness of the approaches must be so large that they provide the holding tube the necessary support and the walls, especially on insertion, do not peel off. Hard cores are particularly sensitive.
  • An annular cooling passage in a piston may have, for example, an outer diameter of 75 mm and an oval cross section of 9 mm in height and 4 mm in width.
  • FIG. 1 shows an annular core 1, in the present case a salt core, for a cooling channel of a piston with the view of its cross-section 2 with an inserted retaining tube 3.
  • the cut passes through a center of a cup-shaped projection 4, in which the retaining tube 3 with its stepped cylindrical portion. 5 stuck and the core 1 holds.
  • the approach 4 of the core 1 marks an inlet or outlet opening of the annular channel in the piston and is the point at which the cavity of the annular channel to be formed for the removal of the core 1 is drilled through the retaining tube 3. It extends a few millimeters beyond the bottom of the core 3.
  • the adjoining the stepped cylindrical part 5, undeformed part 6 of the holding tube 3 can be stuck with its end, not shown here, in another tube or the wall of a mold or in another core.
  • the stepped cylindrical part 5 of the holding tube 3 has two longitudinal and parallel slots 7. They increase the cross-sectional area of the discharge opening 8 in the case of possibly provided degassing of the core 1.
  • FIG. 2 clearly shows that due to the reduced cross section of the holding tube 3 in its remote cylindrical part 5 of the projection 4 does not extend substantially beyond the outer periphery of the core 1 and thus the wall of the Piston is not weakened in the region of its cooling channel.
  • FIG. 3 shows an example of a retaining tube according to the invention 3 in the side view, partially cut. Its total length 9 is 18 mm, the length of the stepped part 10 is 6 mm, and the length 11 of the stepped cylindrical part 5 inserted in the core is 4 mm long. In between is a conical part 12 of 2 mm in length. In the stepped cylindrical part 5, two parallel slots 7 are arranged with a length 13 of 2.5 mm and a width 14 of 1.5 mm.
  • the undeformed part 6 of the holding tube 3 has a diameter 15 of 4 mm, the diameter 16 of the stepped cylindrical Part 5 is 3 mm.
  • the wall thickness 17 is 0.6 mm.
  • the material of the holding tube 3 is V2A steel.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur freitragenden Anordnung eines durch flüssige Lösungsmittel löslichen Kerns in der Form einer Gießvorrichtung.
  • Bei metallischen Bauteilen, die im Maschinenbau insbesondere in Motoren, Pumpen, Kompressoren oder Kraftwerksanlagen zum Einsatz kommen und mit den bekannten Gieß- und Spritzverfahren hergestellt werden, ist es häufig erforderlich, im Guss- oder Spritzteil Hohlräume, beispielsweise Kanäle für Kühl- oder Schmiermittel, vorzusehen. Weiterhin kann ein Ausformen eines Guss- oder Spritzteils durch Hinterschneidungen behindert werden. In beiden Fällen eignen sich als Platzhalter entsprechender Hohlräume besonders so genannte verlorene Kerne, das sind lösliche Kerne, die sich durch ein flüssiges Lösungsmittel auflösen lassen. Weil diese Kerne auf Grund ihrer Lage im Guss- oder Spritzteil von außen nicht zugänglich sind, werden sie durch dafür geschaffene Öffnungen im Guss- oder Spritzteil aus dem vorgesehenen Hohlraum ausgeschwemmt. Besonders bevorzugt sind Kerne aus gebundenem Sand oder Salz, die sich im Wasser auflösen. Solche Kerne können auch beim Spritzen von Teilen aus Kunststoff eingesetzt werden.
  • Bekannt ist beispielsweise die Problematik der Formgebung von Kühlkanälen in Kolben von Brennkraftmaschinen. Dort müssen die für die Formgebung eines ringförmigen Kühlkanals vorgesehenen Kerne frei in einem Raum gehalten werden, der vollständig mit Schmelze ausgefüllt wird.
  • Eine Lösung dazu wird in der DE 10131725 B4 vorgestellt. Der Kern wird unter Krafteinwirkung auf einem Gießkern der Gießvorrichtung in vorgegebener Position gehalten, wobei diese Krafteinwirkung durch Vakuum oder Magnetismus aufgebracht wird. Beim Fixieren durch Magnetismus muss dem Kernwerkstoff ein magnetisierbarer Werkstoff beigemischt werden. Dieser muss sich aber rückstandsfrei entfernen lassen und darf nicht mit dem Gusswerkstoff reagieren.
  • Beim Ansaugen mittels Vakuum muss sichergestellt sein, dass keine Schmelze angesaugt werden kann. Aus der DE 4238851 A1 ist eine Einrichtung zur Befestigung eines Salzkerns zur Abformung eines Kühlkanals in einem Kolben bekannt, bei der der Salzkern an der beweglichen Formhälfte der Kokille mittels Haltestifte befestigt ist, die jeweils in eine Pinole einrasten. Diese Lösung ist konstruktiv aufwendig.
  • Die gattungsbildende DE 12 50 605 B offenbart eine Einrichtung zur freitragenden Befestigung von aus Sand oder Salz gepressten Kernen. Ein keramisch ummanteltes Stahlröhrchen (e) wird mittels einer Zugschraube (g), die durch das Stahlröhrchen hindurchgeschoben wird in einen Gewindenippel (f), der sich in dem Salz bzw. Sandkern befindet, eingeschraubt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktiv einfache mechanische Einrichtung zur freitragenden Anordnung eines durch flüssige Lösungsmittel löslichen Kerns in der Form einer Gießvorrichtung vorzustellen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
  • Als erfindungsgemäße Einrichtung zur freitragenden Anordnung eines durch flüssige Lösungsmittel löslichen Kerns in der Form einer Gießvorrichtung dienen speziell dafür geformte Halteröhrchen. Von diesen Halteröhrchen wird ein Ende in den Kern eingesetzt und das andere Ende in die Kokillenwand oder in einen anderen Teil der Gießform, beispielsweise einen weiteren Kern. Durch ein oder mehrere Halteröhrchen wird dann der Kern gehalten. Das Halteröhrchen weist erfindungsgemäß an dem im Kern eingesetzten Ende einen geringeren Querschnitt auf als das Ende, mit dem es in andere Teile der Gießform eingesetzt ist. Die Einrichtung in Form eines Halteröhrchens hat den Vorteil, dass sie insbesondere für Kerne einsetzbar ist, die einen geringen Querschnitt haben.
  • Solche Kerne sind beispielsweise die ringförmigen Kerne, wie sie zur Formgebung von Kühlkanälen in Kolben eingesetzt werden, insbesondere in Kolben von Verbrennungskraftmaschinen.
  • Die Abmessungen der erfindungsgemäßen Halteröhrchen richten sich nach der Größe des Kerns, den sie tragen sollen. Die Halteröhrchen können eine Gesamtlänge haben, die zwischen 10 mm und 30 mm liegt, wobei die Länge des abgesetzten Teils zwischen 3 mm und 7 mm liegt. Der Maximaldurchmesser des Halteröhrchens kann sich nach dem Durchmesser der Zu- und Ableitungen zum vorgesehenen Hohlraum im Gussteil richten und zwischen 3 mm und 20 mm liegen. Die Halteröhrchen haben im abgesetzten zylindrischen Teil einen Durchmesser zwischen 2 mm und 5 mm. Die Wandstärke liegt zwischen 0,1 mm und 0,6 mm. In ihrem abgesetzten zylindrischen Teil können die Halteröhrchen einen Längsschlitz oder zwei gegenüberliegende Längsschlitze aufweisen, die, angepasst an Länge und Durchmesser, eine Länge zwischen 1,5 mm und 4 mm und eine Breite zwischen 1 mm und 1,5 mm haben können.
  • Der Werkstoff der Halteröhrchen richtet sich nach dem Werkstoff der Schmelze, mit dem er möglichst nicht so reagieren soll, dass die Haltefunktion beeinträchtigt wird. Der Werkstoff der Halteröhrchen kann beispielsweise aus V2A-Stahl sein.
  • Die Halteröhrchen werden in der Regel auf ein weiteres Rohr aufgesteckt oder in eine Öffnung eines Teils der Form eingesteckt. In der Regel bietet das Rohr bzw. die Öffnung einen Zugang zum Kern, so dass nach dem Gießen oder Spritzen, wenn das Werkstück erstarrt ist, durch dieses Rohr oder diese Öffnung das Halteröhrchen aufgebohrt wird, um einen Zugang zum Kern zu verschaffen. Durch diese Öffnung wird dann die den Kern auflösende Flüssigkeit zugeführt und der aufgelöste Kern ausgeschwemmt.
  • An die Halteröhrchen kann ein Unterdruck angelegt werden, wodurch eine Entgasung des Kerns während des Gieß- oder Spritzvorgangs unterstützt werden kann. Durch den Schlitz oder die Schlitze im abgesetzten zylindrischen Teil des Halteröhrchens wird die Fläche der Öffnung des Halteröhrchens größer und dadurch die Entgasung unterstützt. Der Unterdruck wird auf die Kernzusammensetzung abgestimmt. Bei Salzkernen beispielsweise beträgt der Unterdruck 0,2 bar.
  • An Hand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen, jeweils im vergrößerten Maßstab:
    • Figur 1
    die Seitenansicht eines Salzkerns für einen ringförmigen Kühlkanal mit der Ansicht seines Querschnitts mit einem Halteröhrchen,
    Figur 2
    die Aufsicht auf den Ansatz des Salzkerns mit dem Halteröhrchen und
    Figur 3
    die Seitenansicht eines Halteröhrchens, teilweise geschnitten.
  • Das Ausführungsbeispiel zeigt die Einrichtung zur freitragenden Anordnung eines ringförmigen Salzkerns, wie er zur Formgebung von Kühlkanälen in Kolben eingesetzt wird, insbesondere in Kolben von Verbrennungskraftmaschinen.
  • Weil die Zu- und Abflussöffnungen der Kühlkanäle in der Regel in deren untere Seite münden, werden die ringförmigen Kerne auf ihrer Unterseite abgestützt. An den Kernen können napfförmige Ansätze angeformt sein, in denen die Halteröhrchen eingeschoben werden. Die Ansätze markieren gleichzeitig die Zu- und Abflussöffnungen der Kühlkanäle. Wegen der Kolbenwandstärke dürfen diese Ansätze nicht wesentlich über den Querschnitt des Kühlkanals hinausreichen. Andererseits muss die Wandstärke der Ansätze so groß sein, dass sie den Halteröhrchen den erforderlichen Halt bieten und die Wände, insbesondere beim Einschieben, nicht abplatzen. Empfindlich sind insbesondere harte Kerne.
  • Durch ihre abgesetzte Form haben die Halteröhrchen den Vorteil, dass die Ansätze des Kerns nicht wesentlich über seinen Querschnitt hinausreichen müssen und trotzdem genügend Wandstärke verbleibt, um dem Halteröhrchen den erforderlichen Halt zu bieten, damit der Kern abgestützt und gehalten werden kann. Das ist insbesondere bei Salzkernen vorteilhaft. Ein ringförmiger Kühlkanal in einem Kolben kann beispielsweise einen Außendurchmesser von 75 mm und einen ovalen Querschnitt von 9 mm Höhe und 4 mm Breite haben.
  • Figur 1 zeigt einen ringförmigen Kern 1, im vorliegenden Fall einen Salzkern, für einen Kühlkanal eines Kolbens mit der Ansicht seines Querschnitts 2 mit einem eingesetzten Halteröhrchen 3. Der Schnitt geht mittig durch einen napfförmigen Ansatz 4, in dem das Halteröhrchen 3 mit seinem abgesetzten zylindrischen Teil 5 steckt und den Kern 1 hält. Der Ansatz 4 des Kerns 1 markiert eine Zu- oder Abflussöffnung des Ringkanals im Kolben und ist die Stelle, an der der zu bildende Hohlraum der Ringkanals zur Beseitigung des Kerns 1 durch das Halteröhrchen 3 angebohrt wird. Er reicht wenige Millimeter über die Unterseite des Kerns 3 hinaus.
  • Der sich an dem abgesetzten zylindrischen Teil 5 anschließende, nicht verformte Teil 6 des Halteröhrchens 3 kann mit seinem Ende, wie hier nicht dargestellt, in einem weiteren Rohr oder der Wand einer Kokille oder in einem weiteren Kern stecken. Der abgesetzte zylindrische Teil 5 des Halteröhrchens 3 weist zwei längs und parallel verlaufende Schlitze 7 auf. Sie vergrößern die Querschnittsfläche der Abzugsöffnung 8 bei einem eventuell vorgesehenen Entgasen des Kerns 1.
  • Figur 2 zeigt eine Aufsicht auf den Ansatz 4 mit dem eingesteckten Halteröhrchen 3. Deutlich zu sehen ist, dass auf Grund des verringerten Querschnitts des Halteröhrchens 3 in seinem abgesetzten zylindrischen Teil 5 der Ansatz 4 nicht wesentlich über den Außenumfang des Kerns 1 hinausreicht und damit die Wand des Kolbens im Bereich seines Kühlkanals nicht geschwächt wird.
  • Figur 3 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Halteröhrchen 3 in der Seitenansicht, teilweise geschnitten. Seine Gesamtlänge 9 beträgt 18 mm, die Länge des abgesetzten Teils 10 ist 6 mm und davon die Länge 11 des abgesetzten zylindrischen Teils 5, der in dem Kern steckt, 4 mm lang. Dazwischen liegt ein konischer Teil 12 von 2 mm Länge. Im abgesetzten zylindrischen Teil 5 sind zwei parallele Schlitze 7 mit einer Länge 13 von 2,5 mm und einer Breite 14 von 1,5 mm angeordnet. Der unverformte Teil 6 des Halteröhrchens 3 hat einen Durchmesser 15 von 4 mm, der Durchmesser 16 des abgesetzten zylindrischen Teils 5 beträgt 3 mm. Die Wandstärke 17 beträgt 0,6 mm. Der Werkstoff des Halteröhrchens 3 ist V2A-Stahl.

Claims (12)

  1. Einrichtung zur freitragenden Anordnung eines durch flüssige Lösungsmittel löslichen Kerns (1) in der Form einer Gießvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mindestens ein Halteröhrchen (3) ist, dass das Halteröhrchen (3) einen abgesetzten zylindrischen Teil (5) hat und dass dieser abgesetzte zylindrische Teil (5) in dem zu haltenden Kern (1) steckt und den Kern (1) hält.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgesetzte zylindrische Teil (5) des Halteröhrchens (3) auf die Abmessung des Kerns (1) abgestimmt ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteröhrchen (3) in einem Ansatz (4) des zu haltenden Kerns (1) steckt.
  4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteröhrchen (3) einen Zugang zu dem durch den Kern (1) zu bildenden Hohlraum markiert.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteröhrchen (3) die Öffnung markiert, durch die der aufgelöste Kern (1) ausschwemmbar ist.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteröhrchen (3) unterhalb des Kerns (1) angeordnet ist.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der abgesetzte zylindrische Teil (5) des Halteröhrchens (3) mindestens einen Schlitz (7) aufweist.
  8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der abgesetzte zylindrische Teil (5) des Halteröhrchens (3) zwei parallel und längs angeordnete Schlitze (7) aufweist.
  9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteröhrchen (3) eine Gesamtlänge (9) hat, die zwischen 10 mm und 30 mm liegt, dass die Länge des abgesetzten Teils (10) zwischen 3 mm und 7 mm liegt, dass der Durchmesser (15) des nicht verformten Teils (6) zwischen 3 mm und 20 mm und der Durchmesser (16) des abgesetzten zylindrischen Teils (5) zwischen 2 mm und 5 mm liegt und dass die Wandstärke zwischen 0,1 mm und 0,6 mm liegt.
  10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schlitz (7) in dem abgesetzten zylindrischen Teil (5) des Halteröhrchens (3) eine Länge zwischen 1,5 mm und 4 mm und eine Breite zwischen 0,5 mm und 1,5 mm hat.
  11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zu haltende Kern (1) ein ringförmiger Kern ist.
  12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zu haltende Kern (1) ein Salzkern ist.
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