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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallgußgehäuses für Pumpen,
mit einer Spiralkammer, die durch einen spiralförmig verlaufenden, sich nach
außen
im Querschnitt monoton verändernden
Spiralkanal gebildet wird, und mit einem gekrümmten, in der Mitte der Spiralkammer mündenden
Saughals, der einen etwa parallel zur Ebene der Spiralkammer verlaufenden
stromaufwärtigen
Abschnitt aufweist.
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Bei
der Herstellung der Metallgußgehäuse wird
die Metallschmelze in einer mindestens zweiteiligen, durch eine
Oberkastenform und eine Unterkastenform gebildete Sandform gegossen,
die einen der Außenkontur
des Gehäuses
entsprechenden Formhohlraum bildet. Zur Bildung der Innenkontur
des Gehäuses
wird vor dem Schließen
der Sandform ein Sandkern in die Form eingelegt und mit Hilfe von Kernmarken
in den Ober- und Unterkastenformen fixiert. Nach dem Gießvorgang
und dem Erstarren der Schmelze wird das Gehäuse unter Zerstörung der äußeren Sandform
und des Sandkerns entformt.
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Der
aus Sand und Bindemittel bestehende Sandkern wird seinerseits in
einem mehrteiligen Formwerkzeug, einem sogenannten Kernkasten geformt.
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In
MENDEN, Albert: "Gießerei-Modellbau", Giesserei-Verlag,
Düsseldorf
1991, S. 64, 161, 162 wird ein Verfahren zur Herstellung des Sandkerns
mit Hilfe von Kastenlosteilen beschrieben.
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Ein
Problem bei der Herstellung von Metallgußgehäusen mit der oben beschriebenen
Geometrie besteht bisher darin, daß sich der Sandkern nicht in
einem Stück
herstellen läßt, weil
zwischen dem Saughals und dem Spiralgehäuse ein Hinterschnitt besteht,
der so geformt ist, daß sich
der Sandkern auch dann nicht aus dem Kerkasten entformen läßt, wenn
der Kernkasten seitliche Schieber aufweist.
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Bei
einem aus der Praxis bekannten Herstellungsverfahren wird deshalb
mit einem zweiteiligen Sandkern gearbeitet. Kerne für die Spiralkammer
einerseits und für
den Saughals andererseits werden in getrennten Kernkästen hergestellt
und dann vor dem Einlegen des Sandkerns in die Gießform ineinandergesteckt.
Folglich weist der Sandkern an der Übergangsstelle zwischen Saughals
und Spiralgehäuse eine
Trennfuge auf, die sich nach dem Gießen des Gehäuses als Teilungsnaht in Gestalt
eines leicht erhabenen Grates an der Innenfläche des Gehäuses abzeichnet. Da diese Teilungsnaht
in einem schwer zugänglichen
Bereich im Inneren des Gehäuses liegt,
ist eine Nachbearbeitung zum Entfernen des Grates nicht oder nur
mit unvertretbar hohem Aufwand möglich.
Wenn der Grat jedoch nicht entfernt wird, ergibt sich beim Einsatz
der aus dem Metallgußgehäuse hergestellten
Pumpe ein erhöhter
Strömungswiderstand
für das
durchströmende
Medium.
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Die
Erfindung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen hat
den Vorteil, daß ein Pumpengehäuse mit
einer nahtlosen Innenfläche und
folglich mit verbesserten Strömungseigenschaften
geschaffen wird, ohne daß eine
Nachbearbeitung erforderlich ist.
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Bei
der Herstellung des Metallgußgehäuses wird
erfindungsgemäß ein einteiliger
Sandkern verwendet. Um das Entformen des Sandkerns zu ermöglichen,
wird in den Kernkasten ein separates Losteil eingelegt, das die
Hinterschnitte zwischen der Spiralkammer und dem Saughals bildet.
Nach dem Öffnen
des Kernkastens wird der Sandkern zusammen mit dem Losteil aus dem
Kernkasten entnommen. Um das Losteil vom Sandkern zu lösen, wird
an das Losteil in der Richtung, in der sich der Querschnitt des
Spiralkanals verjüngt,
um die Achse der Spiralkammer gedreht. Auf diese Weise kommt das Losteil
aus dem Hinterschnitt frei, so daß es ganz entfernt werden kann.
Als Grenzfall ist das Verfahren auch bei Gehäusen anwendbar, bei denen der
Spiralkanal einen gleichbleibenden Querschnitt hat. Der Ausdruck "sich monoton verändernd" ist deshalb so zu
verstehen, daß der
Querschnitt des Spiralkanals sich nach außen hin nicht abwechselnd erweitert
und verengt.
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Die
Verwendung eines einteiligen Sandkerns hat mehrere bemerkenswerte
Vorteile. Zum einen kann ein Grat oder eine Teilungsnaht an der
Innenfläche
des Metallgußgehäuses erst
gar nicht entstehen, da der Sandkern keine Teilungsfuge am Übergang zwischen
Saughals und Spiralkammer aufweist. Zum anderen ergibt sich ein
geringerer Arbeitsaufwand, weil es nicht mehr erforderlich ist,
die getrennt hergestellten Teile des Sandkerns präzise ineinanderzustecken
und sorgfältig
miteinander auszurichten. Der einteilige Sandkern ist auch leichter
handhabbar, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn das Einlegen des
Sandkerns in die Gießform
mit Hilfe eines automatischen Kerneinlegers erfolgt. Weiterhin ermöglicht das
erfindungsgemäße Verfahren
eine bessere Maßhaltigkeit
(engere Toleranzen) bei der Herstellung des Metallgußgehäuses, da
es aufgrund der Einteiligkeit des Sandkerns keinerlei Spiel zwischen verschiedenen
Kernteilen gibt und somit die Gefahr von Justagefehlern beim Zusammensetzen der
Kernteile vermieden wird.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des Herstellungsverfahrens ergeben sich aus den
abhängigen Ansprüchen.
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Durch
Verwendung eines Losteils, das seinerseits aus mehreren relativ
zueinander beweglichen Teilen zusammengesetzt ist, wird ein einfaches Lösen des
Losteils vom Sandkern auch bei komplexerer Geometrie des Metallgußgehäuses ermöglicht.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein Metallgußgehäuse in der
Draufsicht;
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2 einen Längsschnitt
durch das Metallgußgehäuse nach 1;
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3 eine Ansicht eines Sandkerns
zur Herstellung des Metallgußgehäuses nach 2;
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4 einen Grundriß eines
Oberteils eines Kernkastens zur Herstellung des Sandkerns nach 3;
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5 einen Grundriß eines
Unterteils des Kernkastens;
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6 eine Explosionsdarstellung
des Unterteils des Kernkastens;
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7 eine Skizze des Sandkerns
mit einem Losteil;
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8 ein Losteil gemäß einer
anderen Ausführungsform
in einer perspektivischen Ansicht von unten; und
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9 das Losteil nach 8 in einer perspektivischen
Ansicht von oben.
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Das
in 1 gezeigte Metallgußgehäuse 10 ist
ein Pumpengehäuse
mit einer Spiralkammer 12 und einem Saughals 14.
Die Spiralkammer 12 wird durch einen spiralförmig verlaufenden
Spiralkanal 16 gebildet, dessen annähernd kreisförmiger Querschnitt
sich, dem Spiralverlauf folgend, von innen nach außen stetig
erweitert. Am freien Ende geht der Spiralkanal 16 in einen
Auslaßstutzen 18 über, der am
Ende einen Anschlußflansch 20 aufweist.
Der Saughals 14 hat einen stromaufwärtigen Abschnitt 22,
der von einem Anschlußflansch 24 ausgeht
und sich leicht geschwungen, etwa parallel zur Ebene der Spiralkammer 12 oberhalb
dieser Spiralkammer erstreckt. An den Abschnitt 22 schließt sich
stromabwärts
ein Knie 26 an, das mittig in die Spiralkammer 12 mündet.
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Wie 2 zeigt, sind die einzelnen
Windungen des Spiralkanals 16 lediglich durch Verengungen 28 voneinander
abgegrenzt, doch stehen ihre Querschnitte miteinander in Verbindung.
Auf der der Mündung
des Saughalses 14 gegenüberliegenden
Seite weist die Spiralkammer 12 eine Öffnung 30 auf, die ein
nicht gezeigtes Lager für
ein Pumpenrad aufnimmt. Durch das rotierende Pumpenrad wird das über den
Saughals 14 angesaugte Medium in den Spiralkanal 16 und
weiter in den Auslaßstutzen 18 gefördert.
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Das
Metallgußgehäuse 10 wird
in einer Gießform
hergestellt, von der in 2 die
Sandformen einer Oberkastenform 32 und einer Unterkastenform 34 strichpunktiert
angedeutet sind.
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Zum
Formen der Innenkontur des Saughalses 14, der Spiralkammer 12 und
des Auslaßstutzens 18 dient
ein Sandkern 36, der in 3 gesondert
dargestellt ist. Dieser Sandkern 36 weist einen den Hohlraum
des Saughalses 14 bildenden Saughalskern 14' und einen den
Hohlraum der Spiralkammer einschließlich des Auslaßstutzens 18 bildenden
Spiralkammerkern 12' auf.
Der Spiralkammerkern 12' weist ein
zylindrischen Ansatz 30' zum
Formen der Öffnung 30 auf.
An den Ansatz 30' schließt sich
nach unten eine kegelstumpfförmige
Kernmarke 38 an, die passend in eine entsprechende Aufnahme 38' der Unterkastenform 34 eingreift
und zum Fixieren des Sandkerns in der Gießform dient. An den freien
Enden des Saughalskerns 14' und
des Spiralkammerkerns 12' sind
pyramidenstumpfförmigen
Kernmarken 40, 42, 46, 48 angeordnet,
die in entsprechende Taschen 40', 42', 46', 48' der Unterkastenform 34 und der
Oberkastenform 32 eingreifen.
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Erfindungsgemäß ist der
Sandkern 36 in einem Stück
aus mit Bindemittel versetztem Quarzsand geformt. Im Gegensatz dazu
wird bei herkömmlichen
Verfahren ein zweiteiliger Sandkern verwendet, d. h., der Saughalskern 14' und der Spiralkammerkern 12' sind getrennt
ausgebildet und werden beim Zusammensetzen des Sandkerns ineinander gesteckt.
Infolgedessen weist der herkömmliche Sandkern
an der Nahtstelle zwischen Saughalskern 14' und Spiralkammerkern 12' unvermeidlich
eine kleine Fuge auf, die sich als Grat oder Naht N an der Innenfläche des
Metallgußgehäuses 10 abzeichnet, wie
in 2 gestrichelt angedeutet
ist. Durch die einteilige Ausbildung des Sandkerns 36 wird
erfindungsgemäß die Entstehung
dieser Naht N vermieden.
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Der
Sandkern 36 weist zwischen dem Saughalskern 14' und dem Spiralkammerkern 12' einen Hinterschnitt 50 auf,
der sich wegen des durch den Spiralkanal 16 gebildeten
Reliefs auch dann nicht ohne weiteres entformen läßt, wenn
zum Formen des Sandkerns 36 ein Kernkasten mit Schiebern
verwendet wird, die rechtwinklig zur Zeichenebene in 3 verschiebbar sind.
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Die
Herstellung des einteiligen Sandkerns 36 wird nachstehend
anhand der 4 bis 7 erläutert.
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4 zeigt in einer Ansicht
von unten das Oberteil eines Kernkastens, der zum Formen des Sandkerns 36 dient.
Dieses Oberteil weist einen Formhohlraum 54 auf, mit dem
eine Hälfte
des Spiralkammerkerns 12' sowie
die Kernmarke 40 geformt werden. Da der Sandkern 36 mit
dem Saughalskern 14' nach
unten im Kernkasten liegt, dient der Formhohlraum 54 im
Oberteil 52 zum Formen der unteren Hälfte des Spiralkammerkerns 12' in 3. Auf einem erhöhten Plateau 56 weist
das Oberteil 52 einen Formhohlraum 58 auf, mit
dem ein Teil des Saughalskerns 14' und die Kernmarke 42 geformt
werden.
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5 zeigt in einer Ansicht
von oben ein zugehöriges
Unterteil 60 des Kernkastens. In diesem Unterteil ist ein
Formhohlraum 62 ausgebildet, mit dem ein Teil des Spiralkanalkerns 12' und die Kernmarke 46 geformt
werden, sowie ein Formhohlraum 64 für den Saughalskern 14' und die Kernmarke 48. Die
beiden Formhohlräume 62 und 64 sind
durch einen Durchbruch getrennt, in den von entgegengesetzten Seiten
her zwei Schieber 66, 68 so eingeführt sind,
daß sie
in der Mitte satt aneinanderliegen und den Durchbruch vollständig ausfüllen. Die
Schieber 66, 68 sind jeweils an einer bewegliche
Tragplatte 70 bzw. 72 befestigt.
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Der
Schieber 66 nimmt außerdem
ein lose eingelegtes Losteil 74 auf. Durch dieses Losteil 74 und
die angrenzenden Bereiche der Schieber werden die übrigen Teile
des Sandkerns 36 geformt.
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Die
Gestaltung der Schieber 66, 68 und des Losteils 74 ist
in der Explosionsdarstellung in 6 deutlicher
zu erkennen. Das Losteil 74 hat eine Formkontur 76,
die sich über
einen Umfangswinkel von etwas weniger als 180° erstreckt und zum Formen eines
entsprechenden Teils des Spiralkammerkerns 12' dient. Weiterhin
hat das Losteil 74 einen in 6 senkrecht
nach oben vorspringenden Arm 78, der am freien Ende eine
Handhabe 80 trägt.
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Der
Schieber 66 weist eine an das Losteil 74 angepaßte Aufnahme 82 auf,
die so gestaltet ist, daß sich
der Schieber 66 nach oben in 6 vom
Losteil 74 abziehen läßt. Außerdem bildet
der Schieber 66 eine viertelkreisförmige Formkontur 84 für einen
Teil der Mündung
des Saughalskerns 14' in
den Spiralkammerkern 12'.
Diese Formkontur geht an der Unterseite des Schiebers 66 in
eine in 6 nicht sichtbare
Formkontor für
eine Hälfte
des Knies des Saughalskerns 14' über.
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In
dem Unterteil 60 ist hier der bereits erwähnte Durchbruch 86 für die Schieber 66 und 68 zu erkennen.
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Der
Schieber 68 hat eine Aufnahme 88 für das freie
Ende des Losteils 74 und eine Aufnahme 90 für eine in
den Durchbruch 86 vorspringende Formkontur 92,
die am Unterteil 60 ausgebildet ist und die Formkontur 76 des
Losteils 74 stetig fortsetzt. Weiterhin hat der Schieber 68 noch
eine Formkontur 94 für den äußeren Umfangsbereich
des Spiralkammerkerns 12' sowie – vorwiegend
an der Unterseite – nicht
näher bezeichnete
Formkonturen für
den Saughalskern 14'.
Aufgrund dieser Anordnung der Formkonturen läßt sich der Schieber 68 auch
nach dem Formen des Sandkerns 36 problemlos aus dem Unterteil 60 herausziehen.
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7 zeigt den zentralen Bereich
des Sandkerns 36 – nun
wieder in der gleichen Orientierung wie in 3, mit dem Saughalskern 14' nach oben – in dem
Zustand, der vorliegt, wenn der Kernkasten geöffnet und die Schieber zurückgezogen
wurden und der Sandkern aus dem Kernkasten entnommen wurde. Aufgrund
des Hinterschnitts 50 (3)
wird das Losteil 74 beim Zurückziehen der Schieber festgehalten,
so daß es
noch in dem Hinterschnitt 50 sitzt. Um das Losteil 74 vom
Sandkern zu lösen,
wird nun der Arm 78 des Losteils mit der Hand erfaßt und in
Pfeilrichtung, also im Uhrzeigersinn in 7, um die Mittelachse des Spiralkammerkerns 12' gedreht. Diese
Drehbewegung ist möglich,
weil der Durchmesser des Spiralkanals 16 in dieser Richtung
abnimmt, so daß die
Formkontur 76 des Losteils von der Umfangsfläche des
Spiralkammerkerns 12' freikommt.
Nachdem das Losteil 74 genügend weit gedreht worden ist,
so daß es
aus dem Hinterschnitt 50 austritt, läßt sich das Losteil ganz abnehmen,
so daß der
Sandkern 36 vollständig
entformt ist.
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Je
nach gewünschter
Gestaltung des Innenraumes des Metallgußgehäuses 10 kann es vorkommen,
daß auch
die Formkontur 76 des Losteils noch einen Hinterschnitt
aufweisen muß,
der die in 7 gezeigte
Drehbewegung des Losteils verhindern würde. Dieses Problem läßt sich
dadurch lösen,
daß das
Losteil 74 seinerseits aus mehreren Teilen zusammengesetzt
wird. Dies ist in 8 und 9 anhand eines Losteils 96 illustriert,
das ein Hauptteil 98 und ein Ergänzungsteil 100 aufweist.
Der Arm 78 ist am Hauptteil 98 ausgebildet. Dieses
Hauptteil 98 bildet auch den größten Teil der Formkontur 76,
wie in 9 zu erkennen
ist. Das Ergänzungsteil 100 bildet lediglich
einen kleinen Teil am in Drehrichtung gemäß 7 hinteren Ende der Formkontur.
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In 8 blickt man auf die Seite
des Losteils 96, die der Oberseite des Losteils 74 in 7 entspricht. Das Ergänzungsteil 100 ist
in 8 in teilweise gelöster Stellung
gezeigt. Dieses Ergänzungsteil bildet
eine Formkontur 102, die dazu dient, einen gerundeten Übergang
zwischen dem Saughalskern 14' und
dem Spiralkammerkern 12' zu
formen. Diese Kontur ließe
sich nicht ohne Hinterschnitt an dem Schieber 68 ausbilden,
und würde,
wenn sie starr am Losteil ausgebildet wäre, das Herausdrehen des Losteils
verhindern. Deshalb ist die Formkontur 102 an dem Ergänzungsteil 100 ausgebildet,
das in einer kreisbogenförmigen
Aufnahme 104 des Hauptteils 98 gehalten ist und
diese im endgültig
montierten Zustand vollständig
ausfüllt.
Das Ergänzungsteil 100 wird
beispielsweise mit Hilfe von nicht gezeigten Magneten am Hauptteil 98 fixiert
und weist ein Handhabe 106 auf, die es beim Entformen gestattet,
das Ergänzungsteil
100 im Gegenuhrzeigersinn in 8 aus
dem Zwischenraum zwischen dem Saughalskern 14' und dem Spiralkammerkern 12' herauszudrehen.
Danach kann dann das Hauptteil 98 des Losteils 96 wie
in 7 im Uhrzeiger sinn
herausgedreht werden.
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Wie
in 9 gezeigt ist, begrenzt
das Ergänzungsteil 100 lediglich
den äußeren Umfangsbereich des
Spiralkammerkerns 12'.
Da sich der Querschnitt des Spiralkanals 16 hier nicht
mehr vergrößert, wird die
Drehbewegung des Ergänzungsteils
auf der durch die Aufnahme 104 definierten Bewegungsbahn nicht
behindert.