DE19918231C2 - Verfahren zum Herstellen von Rohlingen für Zylinderlaufbüchsen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Herstellen von Gußstücken aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Le­ gierung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispiels­ weise aus der DE-Z Aluminium 70 (1994) 5/6, Seiten 346-351 als bekannt hervorgeht.

In dem dort beschriebenen Verfahren wird das rationelle Stranggußverfahren eingesetzt, mit welchem ein quasi-endloses Vormaterial im Vollquerschnitt erzeugt wird, wobei die Schmel­ ze vor und während der Erstarrung aufgrund einer Scherbewegung in der Schmelze feinkörnig und globulitisch zur Erstarrung ge­ bracht wird. Dieses Vormaterial wird nach der Erkaltung be­ darfsgerecht in massegleiche Stücke portioniert. Aus den wie­ der auf Solidustemperatur erwärmten Stücken werden in thixo­ tropen Zustand der Legierung dann die Gußstücke in einem la­ minaren Druckgußverfahren urgeformt.

In der DE 195 23 484 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Rohlingen für Zylinderlaufbüchsen beschriebenen. Danach wird aus einer Aluminium/Silizium-Legierung durch feines Versprühen der Schmelze in einer sauerstofffreien Atmosphäre und Nieder­ schlagen des Schmelze-Nebels auf einem aufwachsenden Körper zunächst eine Luppe mit feinkörniger Ausbildung der Silizium- Primärkristalle und intermetallischer Phasen darin erzeugt. Durch dieses sog. Sprühkompaktieren ist ein sehr feinkörniges Gefüge herstellbar. Die Pulverteilchen bzw. Tröpfchen werden auf einen rotierenden Teller gesprüht, auf welchem die erwähn­ te Luppe aufwächst. Es ist auch denkbar, daß man die Luppe nicht axial auf einem rotierenden Teller aufwachsen läßt-, son­ dern die verdüste Schmelze auf einem umlaufenden Zylinder ra­ dial aufwachsen läßt, so daß ein im wesentlichen rohrförmiges Vorprodukt entsteht. Anschließend wird die Luppe auf einer Strangpresse zu dickwandigen Rohren verpreßt, wobei durch den Umformvorgang Restporositäten aus dem Gefüge eliminiert wer­ den. Die dickwandigen Rohre werden dann z. B. durch Rundkneten zu im Querschnitt endformnahen Rohren weiter verarbeitet, von denen schließlich einzelne Büchsenrohlingen abgelängt werden können. Die solcherart hergestellten und eventuell durch eine spanabhebende Bearbeitung auf ein gewisses Weiterverarbei­ tungsmaß gebrachten Rohteile der Zylinderlaufbüchse werden in ein Kurbelgehäuse aus einer gut gießbaren Aluminiumlegierung vorzugsweise im Druckgußverfahren eingegossen. Nachteilig an diesem qualitativ hochwertigen Verfahren sind die vielen Ver­ arbeitungsstufen, wodurch der Büchsenrohling relativ teuer wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrunde ge­ legte Verfahren im Hinblick auf die Herstellung von Rohlingen von einzugießenden Zylinderlaufbüchsen zu optimieren.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung des gattungsgemäßen Ver­ fahrens erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Danach wird erfindungsgemäß das erstarrende Gußgefüge des entstehenden, zum Herstellen von rohrförmigen Rohlingen für Zylinderlaufbüchsen vorgesehenen Gußstranges durch einen der Schmelze überlagerten Druck in Axialrichtung dichtgespeist, so daß sich zum einen ein besonders porenarmes Gußgefüge innerhalb des entstehenden Gußstranges ergibt, was für die Weiterverarbeitung zu Zylinderlaufbüchsen wichtig ist. Die Druckbeaufschlagung der Schmelze ist im Zusammenwirken mit der scherenden Rührbewegung derselben außerdem wichtig für ei­ ne rasche Wärmeabfuhr aus der Schmelze, was zu einer feinkör­ nigen Erstarrung führt, was ebenfalls für Zylinderlaufbüchsen vorteilhaft ist. Das Rühren der Schmelze vor und während der Erstarrung wird bis zur Abkühlung nahe an der Solidustempera­ tur aufrechterhalten, wodurch eine feindisperse Verteilung der Primärkristalle und intermetallischer Phasen und eine globuli­ tische Kristallbildung erreicht wird. Beim anschließenden la­ minaren Druckgießen der Büchsenrohlinge werden wenigsten vier Rohlinge gemeinsam in einem Vorgang gleichzeitig aus einem portionierten Stück urgeformt, wobei auf deren Außenfläche ei­ ne Oberflächenaufrauhung mit angeformt wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 eine Stranggußanlage zur Herstellung von feinkörnig und globulitisch erstarrendem Gußstrang als wesentli­ chen einem Teil zur erfindungsgemäßen Herstellung von Rohlingen für Zylinderlaufbüchsen, wobei die erstar­ rende Schmelze durch gegenläufige Rotoren unter Druck gesetzt, gerührt und geschert wird,

Fig. 2 eine Einzeldarstellung eines bezüglich seiner Länge noch gut handhabbaren Gußstrangabschnittes,

Fig. 3 den Vorgang des Ablängens einzelner bedarfsgerecht portionierter Stücke von den Gußstrangabschnitten nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Aufwärmofen zur Temperierung der portionierten Gußstrangstücke nach Fig. 3 auf Solidustemperatur so­ wie eine Druckgußmaschine zum Urformen von Rohlingen für Zylinderlaufbüchsen im laminaren Thixocasting-Ver­ fahren,

Fig. 6 eine vergrößerte Einzeldarstellung eines Sechfach-Guß­ stückes von Rohlingen für Zylinderlaufbüchsen, wie sie der Druckgußmaschine nach Fig. 4 entnommen wird und

Fig. 6 eine modifizierte Stranggußanlage zur Herstellung ei­ nes feinkörnig und globulitisch erstarrenden Gußstran­ ges, wobei die erstarrende Schmelze aufgrund induktiv bewirkter Rührwirkung bewegt und geschert wird.

In Fig. 1 ist ein Anlage zum Herstellen von Rohlingen 51 für Zylinderlaufbüchsen aus einer übereutektischen Aluminium/Sili­ zium-Legierung schematisiert dargestellt. Und zwar wird dabei ein Verfahren ausgeübt, bei dem zunächst ein Vormaterial in Vollquerschnitt und in einer größeren Länge aus einem feinkör­ nigen Gefüge der Aluminium/Silizium-Legierung 2 hergestellt wird, von dem dann - zumindest mittelbar - einzelne portio­ nierte bzw. dosierte Stücke 54 abgelängt werden, aus denen in einem Thixocastingverfahren nach dem Vorbild des Druckgußver­ fahrens Büchsenrohlingen urgeformt werden.

Um ein solches Vormaterial besonders einfach und im Herstel­ lungsergebnis kostengünstig herstellen zu können, wird unmit­ telbar aus der Schmelze 2 einer Aluminium/Silizium-Legierung nach dem an sich bekannten Stranggußverfahren ein quasi-end­ loser Gußstrang 43 gegossen. Dabei wird eine feinkörnige Er­ starrung der Schmelze 2 erzwungen, wie sie für Zylinderlauf­ büchsen erforderlich ist. Und zwar sind es die harten Silizi­ um-Primärkristalle, die bei der Erstarrung besonders feinkör­ nig ausfallen sollen. Sie bilden später, nachdem der in ein Kurbelgehäuse eingegossene Büchsenrohling fertig bearbeitet ist, die tragenden und verschleißfesten Oberflächenanteile in der Kolbenlauffläche.

Die Silizium-Primärkristalle entstehen bei der Erstarrung der übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung als erstes. Und zwar entstehen bei der Abkühlung der Schmelze mit abnehmender Temperatur mehr und mehr Si-Primärkristalle, wobei die restli­ che, noch flüssige Schmelze immer mehr an Silizium verarmt. Dabei wird die Anzahl und/oder der Volumenanteil der Si-Pri­ märkristalle je Raumeinheit mit zunehmender Abkühlung immer größer. Diese Primärausscheidung der Si-Kristalle hält so lan­ ge an, bis die eutektische Zusammensetzung der restlichen Le­ gierung von Aluminium und Silizium erreicht ist. Das restliche Eutektikum erstarrt bei der Solidustemperatur, wobei diese so lange und dort ansteht, solange bzw. wo noch schmelzflüssige Anteile im Gußstrang vorhanden sind. In dieser Erstarrungspha­ se bzw. bei der Solidustemperatur muß die Schmelzwärme der eu­ tektischen Legierung abgeführt werden.

Bei mäßig schneller Abkühlung einer in Ruhe befindlichen Schmelze neigt das primär ausscheidende Silizium dazu, von ei­ nem Kristallisationskeim aus entlang der Kristallachsen den­ dritisch zu wachsen, so daß sternförmige Primärkristalle ent­ stehen. Dies ist meist, insbesondere bei der Anwendung für Zy­ linderlaufbüchsen unerwünscht. Eine feinkörnige Ausscheidung von Si-Primärkristallen kann zum einen durch eine Scherbewe­ gung der Schmelze während der Erstarrung, zumindest aber wäh­ rend der Phase der Primärausscheidung herbeigeführt und/oder zum anderen durch eine rasche Abkühlung erzwungen werden. Auf­ grund der Scherbewegung der Schmelze werden die dendritischen Äste der sternförmigen Primärkristalle gebrochen und so die Anzahl der Primärkristalle je Raumeinheit erhöht und die Größe der Primärkristalle verringert. Aufgrund einer kontrollierten Abkühlung der Schmelze schon in der Phase der Primärausschei­ dung wird eine gleichzeitige Kristallisation von Silizium an vielen Stellen erzwungen, so daß die Möglichkeit oder Wahr­ scheinlichkeit zu einem Dendritenwachstum geringer ist.

Die Fig. 1 zeigt einen vertikal ausgerichteten Stranggußkopf 35 für fallenden Strangguß, der mit einem vertikal ausgerich­ teten Doppelwellen-Schneckenförderer 15 integriert ist. Dem Stranggußkopf 35 wird die Schmelze 2 seitlich über einen Zu­ lauf 32 aus einem flachen Warmhalteofen 1 zugeführt, der ober­ seitig abgedeckt ist. Der gasdicht abgeschlossene Ofenraum 4 oberhalb des Schmelzespiegels 3 ist mit einem Inertgas, z. B. mit einer Stickstoff-Atmosphäre gefüllt, um eine Oxidation des flüssigen Metalls zu verhindern. Zur Aufrechterhaltung eines gewissen Mindestdruckes in dem zu schützenden Raum ist das Inertgas in einem Druckspeicher 10 unter einem bestimmten Druck bevorratet. Sollte der Druck unter ein bestimmtes Niveau absinken, so wird aus einer Vorratsflasche 11 frisches Inert­ gas nachgespeist. Der Druck des Inertgases in dem zu schützen­ den Raum 4 beträgt nur wenige Millibar Überdruck gegenüber dem Umgebungsluftdruck. Es braucht lediglich ein Eindringen von Umgebungsluft durch etwaige Lecks in den zu schützenden Raum verhindert zu werden.

Der in dem Warmhalteofen 1 enthaltene Schmelzevorrat, der über eine unterseitig angeordnete induktive Heizeinrichtung 5 auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird, muß bedarfsweise über einen offenen Siphon 8 nachgefüllt werden. Der darin an­ stehende Spiegel ist der Umgebungsluft frei ausgesetzt und kann oxidieren. Die sich dort bildende Oxidhaut 9 kann von Zeit zu Zeit abgekramt werden. Zwischen dem Siphon und dem Aufnahmeraum der Schmelze 2 ist eine Zwischenwand 6 mit einem Bodendurchlaß 7 angeordnet. Aufgrund dieser Trennung kann je­ doch keine Luft in den Vorratsraum des Warmhalteofens gelangen und sich demzufolge dort keine Oxidhaut auf der Schmelze bil­ den. Voraussetzung ist, daß stets rechtzeitig Schmelze nachge­ füllt wird, bevor der Spiegel 3 die Durchlaßöffnung 7 erreicht hat.

Der in den Stranggußkopf integrierte Schneckenförderer 15 ent­ hält ein Paar von Rotoren, die über ein Getriebe 17 von einem Antriebsmotor 16 phasensynchron aber gegenläufig angetrieben werden. Die Rotoren sind axial in unterschiedliche Bereiche mit verschiedenen Gestaltungen unterteilt. Auf einem Teilbereich sind die Rotoren mit einem förderwirksamen Profil 23 versehen und wirken in diesem Bereich als Förderschnecken. Das Getriebe und die Drucklager der Förderschnecken sind in einem gewissen Sicherheitsabstand oberhalb des dort anstehenden Schmelzespiegels 20 angebracht, weshalb relativ lange Wellen 19 zwischen Getriebe 17 einerseits und Zulauf 32 der Schmelze andererseits vorgesehen sind. Die Wellen durchdringen den Zu­ laufraum 21 des Schneckenförderers vertikal. Dieser Zulaufraum des Fördergehäuses ist oberseitig ebenfalls, und zwar hier durch das Getriebe 17, verschlossen und mit einer Inergasat­ moshäre beaufschlagt, um eine Oxidation der Schmelze auch hier zu verhindern.

Unterhalb des Zulaufes 32 gehen die Wellen 19 in das bereits erwähnte förderwirksame gegenläufige Schraubenprofil 23 über; beide Schraubenprofile greifen dichtend ineinander ein und gleiten dichtend an dem die Förderschnecken umgebenden Förder­ gehäuse 22 entlang. Die Schmelze ist im Bereich der förder­ wirksamen Schraubenprofile 23 der Schnecken nicht gekühlt, das Gehäuse ist allerdings auch nicht wärmeisoliert, so daß im dargestellten Ausführungsbeispiel im förderwirksamen Bereich 32 noch keine Primärausscheidung von Legierungspartnern aus der Legierung stattfindet. Aufgrund der Partikelfreiheit der Schmelze im Bereich der förderwirksamen Schraubenprofile 23 der Schnecken kann der Schneckenförderer 15 bei relativ engen gegenseitiger Berührung der Schraubenprofile betriebssicher einen Förderdruck aufbauen. Durch den Schneckenförderer wird also in der Schmelze ein nach unten, d. h. in Arbeitsrichtung des Stranggußkopfes 35 wirksamer Förderdruck aufgebaut.

Dieser Druck hat mehrerlei Funktionen. Zum einen soll das er­ starrende Gußgefüge des entstehenden Gußstranges 43 in Axial­ richtung durch den der Schmelze überlagerten Druck dichtge­ speist werden. Zum anderen soll dieser Druck auch dazu beitra­ gen, daß der Gußstrang weitgehend durch diese Druckwirkung durch den Stranggußkopf 35 hindurch- und aus ihm herausge­ preßt, er also gewissermaßen extrudiert wird. Vor allem aber wird der aufgebaute Druck dazu ausgenutzt, die erstarrende Schmelze durch eine Garnitur (25, 26, 27) des Schneckenförde­ rers hindurchzupressen, die intensive Scherbewegungen in die erstarrende Schmelze hineinträgt, und die Primärkristalle feinkörnig in der Schmelze dispergiert.

Im Anschluß an den Druckaufbau in der Schmelze setzt eine zu­ nächst vorsichtige und vor allem überwachte Kühlung der Schmelze ein. Das Fördergehäuse 22 weist zu diesem Zweck au­ ßenseitig an dem an den förderwirksamen Bereich 32 anschlie­ ßenden Bereich 24 der Primärausscheidung Kühlrippen 28 auf, die mit einem Blechmantel 29 umgeben sind. Aufgrund dieser An­ ordnung kann die im Schneckenförderer befindliche Schmelze durch die Wandung des Fördergehäuses 22 hindurch gezielt ge­ kühlt werden. Als Kühlmedium kann Luft oder Wassernebel ver­ wendet werden. Das Kühlmedium wird mittels eines Gebläses mit bedarfsgerechter Menge und/oder Geschwindigkeit zwischen den ummantelten Kühlrippen 28 hindurch geleitet. Aufgrund einer mehrfachen, axial beabstandeten Temperaturmessung (Temperatursensoren 30) der Schmelze im Inneren des Förderge­ häuses und aufgrund einer entsprechend der Temperaturmessungen separat zonal geregelten Zufuhr von Kühlmedium durch die Kühl­ rippen hindurch kann die Temperatur der geförderten Schmelz zum Ende des Bereiches 24 hin in einem betragsmäßig eng be­ grenzten Bereich gehalten werden.

Um in der Startphase oder bei Betriebsstörungen der Strangguß­ anlage das Fördergehäuse ausreichend hoch temperieren zu kön­ nen, ist an den ummantelten Raum der Kühlrippen auch ein Bren­ ner anschließbar. Im Falle eines zu kalten Fördergehäuses wer­ den heiße Brennerabgase zwischen den Kühlrippen hindurchgeför­ dert, die das Fördergehäuse bedarfsweise erwärmen. Aber auch ein bloßes Unterbrechen der Kühlung des Fördergehäuses führt bei anhaltender Förderung aufgrund innerer Reibungsverluste zu einer leichten Erwärmung der Schmelze, so daß bei Normalbe­ trieb der Stranggußanlage eine gezielte Temperierung der Schmelze innerhalb des Fördergehäuses allein durch eine gere­ gelte Kühlung aufrecht erhalten werden kann.

Im Inneren des Bereiches 24 der Primärausscheidung setzen sich die Rotoren des Schneckenförderers mit veränderter Profilie­ rung fort, und zwar ist hier eine scherungswirksame Garnitur 25 auf dem Umfang der Rotoren angearbeitet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die scherungswirksame Garnitur 25 in Form von Scheiben und Einschnürungen auf den Rotoren ausgebil­ det, die bei den beiden benachbarten Rotoren zueinander axial versetzt sind und gegenüberliegend ineinander eingreifen. Die Scheiben berühren das die Rotoren hier umgebende Fördergehäuse 22 und auch die Einschnürung des jeweils benachbarten Rotors nicht, sondern weisen jeweils einen kleinen Scherspalt gegen­ über diesen Oberflächen auf, durch den die Schmelze hindurch­ gezwängt wird. In dem zwischen zwei axial aufeinander folgen­ den Scheiben liegenden Bereich weist das Fördergehäuse 22 in­ nenseitig jeweils Verengungen 27 auf, die sich in die Ein­ schnürung der Rotoren hineinwölben. Die Stärke dieser gehäuse­ seitigen Verengungen nimmt in Förderrichtung des Gußstranges ab, so daß die Einschnürwirkung und der Durchtrittswiderstand in Förderrichtung abnimmt.

Aufgrund der vorsichtigen Abkühlung der Schmelze in dem Be­ reich 24 kommt es zur primären Ausscheidung von Silizium und gegebenenfalls von intermatallischen Phasen. Durch die Rotoren mit der scherwirksamen Garnitur 25 und die gehäuseseitigen Verengungen 27 wird auf die hindurchtretende Schmelze eine in­ tensive Scherbewegung ausgeübt, die die entstehenden Primär­ kristelle zerkleinert und sie feinkörnig in der Schmelze dis­ pergiert. Mit zunehmender Primärausscheidung des Siliziums nimmt der Kristallanteil in der restlichen Schmelze und somit deren Fließwiderstand in Förderrichtung zu. Aus diesem Grund sieht das dargestellte Ausführungsbeispiel im unteren Teil des Bereiches 24 und gegen Ende der Rotoren eine gegenüber dem oberen Teil veränderte Form auf, und zwar laufen hier die Ro­ toren spitz in Rührwendeln 26 aus. Im Bereich der Rührwendeln 26 verändert außerdem der lichte Querschnitt des Fördergehäu­ ses seine Gestalt, und zwar geht er von einer brillenförmigen oder 8-förmigen Querschnittsform allmählich in eine Kreisform über. Aufgrund der Rührwendeln und des zunehmenden formgebenden Querschnittes nimmt die auf die Schmelze dort ausgeübte Scher- oder Rührwirkung in Förderrichtung ab und hört gegen Ende des Bereiches 24 ganz auf.

Dank der Temperaturüberwachung der Schmelze kann die Abkühlung innerhalb des Bereiches 24 der Primärausscheidung so weit vor­ angetrieben werden, daß die Primärausscheidung weitgehend in­ nerhalb dieses Bereiches abgeschlossen ist. Dazu braucht le­ diglich sichergestellt zu werden, daß am Ende dieses Bereiches eine Schmelzetemperatur bei oder kurz unterhalb der Solidus­ temperatur erreicht wird.

Dank der Primärausscheidung des Siliziums und gegebenenfalls von intermetallischen Phasen in dem durch intensive Scherung der Schmelze gekennzeichneten Bereich des Schneckenförderers werden die entstehenden Primärkristalle durch die Scherungsor­ gane 25, 26, 27 sehr fein zerkleinert. Damit werden drei we­ sentliche Vorteile erreicht: Zum einen sind die Primärkristal­ le sehr feinkörnig und gleichmäßig in der nahezu eutektischen Restschmelze verteilt, was für den vorliegenden Anwendungsfall für Zylinderlaufbüchsen sehr willkommen ist. Zum anderen braucht in dem verbleibenden Teil des Stranggußkopfes 35 le­ diglich noch die eutektische Restlegierung abgekühlt und er­ starrt zu werden, was die Erstarrungslenkung vereinfacht, die Erstarrung abkürzt und Potential für Produktivitätssteigerung in sich birgt. Schließlich wirkt sich die feindisperse Vertei­ lung der Primärkristalle in der eutektischen Restlegierung rheologisch in sofern positiv aus, als durch diese Art der Primärkristall-Verteilung die Viskosität der Schmelze weniger gesteigert wird, als wenn die Primärkristalle dendritische und/oder grobkörnig ausgebildet wären.

Die Schmelze muß, insbesondere im Anschluß an die Primäraus­ scheidung des Siliziums, intensiv gekühlt werden, um nicht nur eine möglichst feinkörnige Erstarrung auch der entstehenden Restschmelze, sondern um auch auf kurzem Weg innerhalb des Stranggußkopfes einen festen Gußstrang 43 zu erreichen. Er­ starrung auf kurzem Weg bedeutet nicht nur einen kurzen und somit kostengünstigeren Stranggußkopf, sondern vor allem auch einen geringen Widerstand zum Durch- bzw. Austritt des Guß­ stranges durch den bzw. aus dem Stranggußkopf. Demgemäß ist in dem Stranggußkopf 35 eine Kühlung des Gußstranges in zwei un­ terschiedlichen Arten vorgesehen. Und zwar ist zunächst eine Zone 37 für indirekte Kühlung und daran anschließend eine wei­ tere Zone 40 für unmittelbare Kühlung des Gußstranges 43 vor­ gesehen.

Solange der Werkstoff des Gußstranges 43 noch nicht im gesam­ ten Querschnitt erstarrt ist, kann der Gußstrang nur indirekt, d. h. durch eine formgebende Wandung 36 hindurch, gekühlt wer­ den. Außen um diesen Mantel herum ist ein Kühlmittelmantel 38 angebracht, der von einem Kühlfluid im Gegenstromprinzip, also aufsteigend durchströmt wird. Hierbei kann es sich vorzugswei­ se um Eiswasser handeln. Je nach Durchsatzgeschwindigkeit des Kühlfluids durch den Kühlmittelmantel und je nach Vorlauftem­ peratur kann der Schmelze eine ganz erhebliche Wärmemenge ent­ zogen und so eine rasche Erstarrung des Gußstranges erzwungen werden. Es wird durch die erzwungene Abkühlung in der Schmelze zumindest nahe an der Oberflächen des Gußstranges und zumin­ dest während der oberflächennahen Erstarrung ein sehr hoher zeitlicher Temperaturgradienten herbeigeführt.

Innerhalb der Zone 37 der indirekten Kühlung muß der Gußstrang 43 soweit abgekühlt und außenseitig erstarrt sein, daß er, selbst bei mäßiger Krafteinwirkung, seine zylindrische Form selbständig stabil beibehalten kann. Der Materialdurchsatz durch den Stranggußkopf 35 zum einen sowie der Kühlmittel­ durchsatz sowie die Vor- und Rücklauftemperaturen müssen dem­ entsprechend so aufeinander abgestimmt sein, daß ein ausrei­ chend fester Gußstrang aus der Zone 37 der indirekten Kühlung austritt. Dann tritt nämlich der rohrförmige Gußstrang aus der Formbildungsoberfläche des Außenmantels 36 aus; die entspre­ chende Austrittsstelle ist mit den Bezugszahlen 39 bezeichnet. Im Zentrum des Gußstranges kann das Metall auf der Höhe der Austrittsstelle aus der indirekten Kühlung zwar noch flüssig sein, die erstarrten Außenpartien müssen dort jedoch bereits eine so große Stärke erreicht haben, daß eine Formänderung oder Längenänderung bei den einwirkenden Kräften nicht mehr möglich ist.

Der gebildete Gußstrang wird auch nach Austritt (39) aus der Formgebungsfläche in einer anschließenden Zone 40 weiterhin, und zwar durch ein den Gußstrang 43 unmittelbar berührendes Kühlfluid gekühlt. Der Zweck der anhaltenden, nun unmittelba­ ren Kühlung besteht darin, dem Gußstrang genügend Stabilität zum Handhaben der von ihm abgelenkten Stranggußschnitte 50 zu geben. Nachdem das den Gußstrang unmittelbar berührende Kühl­ fluid an unvermeidbaren Leckstellen zumindest in kleinen Men­ gen direkt in die Arbeitsumgebung gelangt, muß das Kühlfluid von einer solchen Art sein, daß es ohne gesundheitliche oder technische Beeinträchtigungen an die Arbeitsplatzumgebung frei austreten kann. Als Kühlfluid ist demgemäß neben vorzugsweise Wasser z. B. auch flüssige Luft denkbar, die als kalte Luft austritt. Statt dessen sind auch unterschiedliche Gemische aus Luft und Wasser möglich, beispielsweise eine Suspension von feinsten Wassertröpfchen in Luft (Wassernebel) oder ein Luft/­ Wasser-Gemisch. An Stelle von Wasser kann auch eine mit Zusät­ zen versehene, im wesentlichen aus Wasser bestehende Anmi­ schung verwendet werden.

Der Gußstrang 43 wird auf diese Weise in der Zone 40 unmittel­ bar mit Kühlfluid beaufschlagt. Zur unmittelbaren Kühlung ist unterhalb der Austrittsstelle 39 ein im Querschnitt ringförmi­ ger Kühlraum 41 geschaffen, der radial unmittelbar an die Oberfläche des Gußstranges angrenzt und der unterseitig durch einen Dichtring 42 begrenzt wird. Der Dichtring seinerseits liegt außenseitig am Gußstrang an.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß der Übergang von der Zone der indirekten in die der unmittelbaren Kühlung nicht abrupt an einer Umfangskante zu erfolgen braucht. Viel­ mehr ist es auch möglich, diesen Übergang fließend zu gestal­ ten. Dies könnte beispielsweise dadurch realisiert werden, daß die formgebende Wandung 36 unterhalb des Kühlmittelmantels 38 zwar in die Zone 40 der unmittelbaren Kühlung weitergeführt, dort aber mit mehreren sich allmählich verbreiternden Längs­ schlitzen versehen ist. Die Wandung 36 ist dort gewissermaßen ausgefranst; sie läuft in schlanken sich verschmälernden Zun­ gen aus. Zur radialen Stabilisierung dieser Zungen können im Bereich der Zungenenden noch Bandagen außen über diese hinweg­ geführt sein. Auf diese Weise nimmt der Anteil der Abstützung des Gußstranges durch die Wandung 36 mit fortschreitendem Aus­ tritt ab und der Anteil des unmittelbaren Zutritts von Kühl­ mittel an die Oberfläche des Gußstranges zu.

Es wurde bereits erwähnt, daß der Durch- und Austritt des Guß­ stranges durch den bzw. aus dem Stranggußkopf durch den von Schneckenförderer erzeugten Druck begünstigt wird. Ein gleich­ mäßiger Austritt des verfestigten Gußstranges 43 aus dem Stranggußkopf 35 wird jedoch durch eine Abziehvorrichtung si­ chergestellt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird die­ se im wesentlichen durch paarweise diametral gegenüberliegend angeordnete, profilierte Abzugrollen 44 gebildet. Das Mantel­ profil der Abzugrollen ist der Umfangskontur des Gußstranges angepaßt, die Mantellinien sind also kreisbogenförmig konkav gekrümmt.

Diese Abzugrollen 44 sind in einem ortsfest gehalterten Lager­ stuhl gelagert. Um den Gußstrang 43 radial zwischen zwei paar­ weise zusammengehörigen Abzugrollen einklemmen und eine axial­ gerichtete Kraftwirkung auf den Gußstrang ausüben zu können, sind die Abzugrollen in Bezug auf die Längsachse des Gußstran­ ges radial beweglich gelagert und radial mit einer Vorspann­ kraft in Richtung auf den Gußstrang angedrückt. Außerdem sind alle Abzugrollen - es können auch mehrere gegenüberliegende Paare von Abzugrollen versetzt am Umfang angeordnet sein - einheitlich und gemeinsam mit einer bestimmten, voreinstellba­ ren Umfangsgeschwindigkeit antreibbar. Zur Erhöhung der Rei­ bung zwischen dem Gußstrang und den radial angepreßten Ab­ zugrollen können diese mit einer Aufrauhung versehen sein, die sich in die Oberfläche des Gußstranges eingräbt.

Sofern die oberseitig auf die Schmelze einwirkenden Druckkräf­ te bereits ausreichend groß sind, den Gußstrang 43 alleine durch den Stranggußkopf 35 hindurch und aus ihm auszupressen, dient die Abziehvorrichtung lediglich dazu, einen kontinuier­ lichen Austritt des Gußstranges mit gleichbleibender Geschwin­ digkeit vorzugeben. Dabei kann u. U. zeitweise auch ein "Bremsen" des Gußstranges durch die Abzieheinrichtung vorkom­ men. Die von der Abziehvorrichtung vorgegebene Austrittsge­ schwindigkeit ist im wesentlichen bestimmt durch die in der indirekten Kühlzone 37 realisierbare Kühlleistung. Die ober­ seitigen Druckkräfte dürfen allerdings nicht übermäßig groß eingestellt werden, sonst müßte nämlich u. U. durch die Abzieh­ vorrichtung permanent eine Rückhaltekraft auf den mit Schub­ kraft aus dem Stranggußkopf austretenden Gußstrang ausgeübt werden. Dies könnte sich nachteilig auf die Maßhaltigkeit des Gußstranges auswirken. Zweckmäßig erscheint beim Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 ein leichter Überschuß der oberseitigen Druckkräfte, so daß der Gußstrang im zeitlichen Mittel mit ei­ ner geringfügigen Schubkraft aus dem Stranggußkopf austritt. Lediglich in ungünstigen und vorübergehenden Phasen können u. U. die Durchtrittswiderstände anwachsen, so daß dann ein ge­ ringfügiger Zug durch die Abzieheinrichtung auf den Gußstrang ausgeübt werden muß. Das Drehmoment, das auf die äußeren Ab­ zugrollen 44 einwirkt, kann sich also nach Betrag und Vorzei­ chen zwischen Schub und Zug ändern. Mit Rücksicht auf diesen Umstand muß der Antrieb der Abzugrollen so ausgebildet sein, daß die von der Abziehvorrichtung vorgegebene Austrittsge­ schwindigkeit trotz Schwankung der "Belastung" des Antriebes zwischen Schub und Zug stets konstant auf der voreingestellten Geschwindigkeit bleibt.

Der quasi-endlos nach unten austretende, durcherstarrte Guß­ strang 43 muß in Abschnitte 50 von einer handhabbaren Länge L zerteilt werden. Hierzu ist eine sich mit dem Gußstrang mitbe­ wegende Trenneinrichtung vorgesehen, die jedoch nicht darge­ stellt ist. Denkbar sind zu diesem Zweck mehrere gegenüberlie­ gende Laserschneidköpfe, die in einem drehbar gelagerten und drehantreibbaren Ring aufgenommen sind, der außerdem noch synchron mit der Austrittsgeschwindigkeit des Gußstranges, also synchron mit der Umfangsgeschwindigkeit der Abzugrollen 44, axial verfahren werden kann. Zum Abtrennen eines Gußstrangab­ schnittes 50 von dem Gußstrang werden die Laserschneidköpfe mit Laserenergie und mit Trenngas beaufschlagt. Zugleich wird der die Laserschneidköpfe tragende Ring in Umfangsrichtung entsprechend der gewünschten Schneidgeschwindigkeit verdreht und geschwindigkeitssynchron mit dem Gußstrang abgesenkt. Auf diese Weise kann der Gußstrang während der Austrittsbewegung ohne Krafteinwirkung rasch und bei geringem Verschnitt in handhabbare Gußstrangabschnitte zerteilt werden. Nach erfolg­ tem Trennen des Gußstranges kehrt der die Laserschneidköpfe tragende Ring bezüglich seiner Drehbewegung und in Bezug auf seine Hubbewegung in die Ausgangsstellung zurück und wartet dort bis zu einem neuen Trennvorgang. Der abgetrennte Guß­ strangabschnitt 50 (Fig. 2) wird aus der Stranggußanlage ent­ nommen und in diesem Zustand zur Weiterverarbeitung bei einer Gießerei oder einem Motorenhersteller verschickt.

In einem anschließenden Weiterverarbeitungsbetrieb werden die Gußstrangabschnitte in bedarfsgerecht portionierte Stücke 54 mit einer geringeren Länge l zerteilt, wofür in der Darstellung der Fig. 3 ebenfalls ein Laserschneidkopf 53 vorgesehen ist. Die Länge L der Gußstrangabschnitte beträgt vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches der Länge l der portionierten Stücke 54 einschließlich eines unvermeidbaren, wenn auch nur sehr gerin­ gen Schnittverlustes beim Lasertrennen. Die Stranggußstücke 54 sind im Hinblick auf einen druckgußänlichen Thixocasting-Vor­ gang bemessen, der nicht nur die Werkstoffmenge für die zu gießenden Büchsenrohlinge 51, sondern auch für das Anschnitt- und Butzenmaterial umfaßt.

Zum Urformen von Büchsenrohlingen aus den portionierten Stranggußstücken 54 müssen diese zwar in einem Temperierungs­ ofen 56 vorsichtig, also bei geringem zeitlichen Temperaturan­ stieg auf Solidustemperatur temperiert werden. Durch den Tem­ perierungsvorgang darf sich das feinkörnig und globulitisch erstarrte Gefüge nicht verändern, d. h. es darf an keinem Ort der Stranggußstücke 54 und zu keiner Zeit die Solidustempera­ tur darin nennenswert überschritten werden. Ein solcherart we­ niger Grade genau auf Solidustemperatur erwärmtes Stück 54 wird durch einen Handhabungsroboter in eine Thixocasting- Druckgußmaschine 55 eingelegt und der sich thixotrop verhal­ tende Werkstoff bei laminarem Fließen durch große Anschnitte hindurch in die Druckgußform gepreßt. Hierbei können mit einem "Schuß" zugleich mehrere Büchsenrohlinge 51 urgeformt werden. In Fig. 5 ist beispielsweise ein Sechsfachwerkstück 57, so wie es der Druckgußmaschine 55 entnommen werden kann, mit sechs Büchsenrohlingen 51, radial verlaufenden Anschnitten und mittigem Butzen dargestellt. Bei dem Urformen wird zugleich eine Oberflächenaufrauhung 58 an der Außenseite der Büchsen­ rohlinge mit angeformt. Nach dem Beseitigen der Anschnitte von den Rohlingen und dem Verputzen von etwaigen Gußgraten können die Rohlinge zur Weiterverarbeitung, d. h. zum Eingießen in ein Kurbelgehäuse transportiert werden.

Es soll nun noch auf das in Fig. 6 dargestellte Ausführungs­ beispiel der Erfindung näher eingegangen werden, dessen Vor­ teil in dem mechanisch einfacheren Aufbau liegt. Diese Strang­ gußanlage unterscheidet sich gegenüber der nach Fig. 1 vor allem in Bezug auf den Stranggußkopf 35', der allerdings nur bezüglich der oberen, in Fig. 6 dargestellten Teile anders als der Stranggußkopf 35 der Fig. 1 ausgebildet ist. Und zwar betreffen die Modifizierungen vor allem die Art der Schmelze­ zufuhr in den Stranggußkopf 35'. Im unteren, in Fig. 6 nicht dargestellten Teil, der im wesentlichen die Erstarrung und die Kühlung des Gußstranges betrifft, stimmen die beiden Strang­ gußköpfe 35' und 35 im wesentlichen miteinander überein. In soweit kann also auf die voraufgegangene Beschreibung und Dar­ stellung verwiesen werden.

Der modifizierte Stranggußkopf 35' ist vor allem nicht mit ei­ nem die Schmelze unter Druck setzenden Förderorgan integriert. Vielmehr wird hier ein gewisser Zulaufdruck der Schmelze hy­ drostatisch durch eine gewisse Bauhöhe des Warmhalteofens 1' und durch eine bestimmte Füllhöhe h zwischen Schmelzespiegel 3 bzw. 20 oberhalb des Schmelzezulaufes 32 in den Stranggußkopf 35' erreicht. Bis zum Eintritt der Schmelze in die Zone 37 der indirekten Kühlung muß diese noch durch den vertikalen Bereich 24' der Primärausscheidung und Scherbewegung der Schmelze hin­ durchtreten, so daß sich bis zum Beginn der indirekten Kühlung eine nicht unbeträchtliche Füllhöhe H der Schmelze innerhalb des Stranggußkopfes 35' ergibt, die unter Berücksichtigung der Dichte der Legierung zu einem durchaus beachtlichen Druck in der Schmelze zum Dichtspeisen und zum Überwinden des Durch­ trittswiderstandes des Gußstranges durch den Stranggußkopf führt.

Der den Gußstrang formende Kanal 36' ist auf seiner gesamten Länge einbaufrei gehalten. Es ist jedoch ohne weiteres mög­ lich, Querschnittsverengungen oder Querschnittsveränderungen in dem Kanal 36' innerhalb des Bereiches 24' der Primäraus­ scheidung vorzusehen, die die hindurchtretende Schmelze peri­ staltisch durchwalken. Solche Veränderungen des Kanalquer­ schnittes sind jedoch zeichnerisch nicht dargestellt. Obersei­ tig ist der den Gußstrang formende Kanal 36' durch einen Ver­ schlußdeckel 18 verschlossen, so daß auch oberhalb des dort anstehenden Schmelzespiegels 20 eine inerte Atmosphäre gehal­ ten werden kann.

Aufgrund des Wegfalls des Förderorgans und des mechanischen Scherens der Schmelze bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist vor allem der Bereich 24' der Primärausscheidung einfacher und anders als beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gestal­ tet. Zwar wird die Schmelze auch im Bereich 24' des zweiten Ausführungsbeispiels kontrolliert und vorsichtig unter Zuhil­ fenahme der ummantelten (29) Kühlrippen 28 gekühlt, jedoch wird eine Scherbewegung in die hindurchströmende Schmelze auf völlig andersartige Weise hineingetragen.

Zum Zweck des Scherens der Schmelze sind außenseitig um den formgebenden Kanal 36' herum ringförmige Induktoren 5 angeord­ net, die mit hochfrequentem Wechselstrom gespeist werden. Und zwar ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ein Induktor 31 vor der Kühlstrecke mit den ummantelten Kühlrippen 28 und ein weiterer Induktor 31' hinter der Kühlstrecke angeordnet. Mit den Induktoren 31, 31' können - durch die aus einem magnetisch passiven Werkstoff bestehende Wandung des formgebenden Kanals 36' hindurch - magnetische Wechselfelder in der Schmelze er­ zeugt werden, die ihrerseits durch Induktionswirkung Wirbel­ ströme in der Schmelze und daraus resultierende rheologische Strömungen hervorrufen. Diese wiederum verursachen in der Schmelze eine intensive Scherbewegung. Durch die Induktoren wird die Schmelze bei der gezeigten Anordnung vor der erwähn­ ten Kühlstrecke und nach ihr geschert. Es ist auch denkbar, die rührwirksamen Induktoren im Wechsel mit einem Teil der Kühlstrecke anzuordnen, so daß die hindurchtretende Schmelze gekühlt - geschert - gekühlt - geschert usw. wird. Durch die Scherung werden die in der abkühlenden Schmelze entstehenden bzw. bereits vorhandenen dendritischen Primärkristalle zerbro­ chen und zerkleinert sowie ihre Anzahl je Volumeneinheit ver­ mehrt. Nach dem Durchlauf der Schmelze durch die Primäraus­ scheidungsstrecke 24' ist schließlich eine feindisperse Ver­ teilung der Si-Primärkristalle und etwaiger intermetallischer Phasen erreicht, wobei die Primärausscheidung bei Erreichen der Solidustemperatur abgeschlossen ist. Zwar kann die Schmel­ ze eine gewisse Zeit lang auch noch unterhalb der Solidustem­ peratur auf die genannte Art geschert werden, so daß auch die restliche eutektische Legierung feinkörnig und globulitisch erstarrt, jedoch darf durch ein über die Solidusteperatur hin­ aus anhaltendes Rühren der Erstarrungsprozeß nicht ungebühr­ lich hinausgezogen werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus einer übereu­ tektischen Aluminium-Silizium-Legierung, bei dem die geschmol­ zene Legierung zunächst zu einem feinkörnigen Vormaterial grö­ ßerer Länge und einer größeren Querschnittsfläche als der Guß­ stücke verarbeitet und dazu aus der Schmelze (2) in einem kon­ tinuierlichen Stranggußverfahren ein quasi-endloser Gußstrang (43) im Vollquerschnitt hergestellt wird, wobei aufgrund von Scherbewegung in der Schmelze unmittelbar vor und während der Erstarrung der Schmelze diese feinkörnig und globulitisch zur Erstarrung gebracht wird, bei dem ferner der erkaltete Guß­ strang (43) zumindest mittelbar in zur Weiterverarbeitung be­ darfsgerechte, massegleiche, für jeweils einen Druckgußvorgang für Gußstücke geeignete Stücke (54) portioniert wird und diese Stücke (54) auf Solidustemperatur erwärmt und daraus im la­ minaren Druckgußverfahren unter Ausnutzung des thixotropen Zu­ standes der Stücke (54) Gußstücke urgeformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Her­ stellen von rohrförmigen Rohlingen für Zylinderlaufbüchsen das erstarrende Gußgefüge des entstehenden Gußstranges (43) durch einen der Schmelze überlagerten Druck in Axialrichtung dicht­ gespeist wird, indem die Schmelze in einen oberhalb einer den Gußstrang (43) kühlenden Zone (24, 37, 40) angeordneten, ge­ schlossenen Raum permanent unter hohem Druck hineingefördert und so mit Druck beaufschlagt wird, wobei die Schmelze vor und während der Erstarrung durch in den Gußstrang axial hineinra­ gende förderwirksame Rotoren (19, 23, 25, 26) eines Förderor­ gans (15) mechanisch gerührt und die Schmelze unter Aufrecht­ erhaltung einer Scherbewegung in der Schmelze bis nahe an die Solidustemperatur abgekühlt wird, und daß beim schließlichen Urformen der Rohlinge (51) der Zylinderlaufbüchsen wenigsten vier Rohlinge (51) von Zylinderlaufbüchsen gemeinsam in einem Vorgang laminaren Druckgießens gleichzeitig aus einem portio­ nierten Stücke (54) urgeformt werden, wobei auf deren Außen­ fläche eine Oberflächenaufrauhung (58) mit angeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherbewegung in der Schmelze vor und während der Er­ starrung anstatt durch Rotoren durch magnetisch induzierte Rührwirkung (31, 31') erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherbewegung in der Schmelze vor und während der Er­ starrung zusätzlich durch peristaltisches Walken des entste­ henden Gußstranges (43) aufgrund von Querschnittsveränderungen (27) der den Gußstrang (43) umgebenden Formgebungsflächen (36) erzeugt wird.