Gießkräfte unter Verwendung von Kernen
Gießen mit Kernen
Wie bereits erwähnt, werden durch den Einsatz von Kernen zusätzlich Kräfte wirksam, wie zum Beispiel Auftriebskräfte, Kerngewichtskräfte und Kernkräfte gegen den Oberkasten.
Um einem dadurch möglichen Anheben des Oberkastens und somit dem Austreten der Schmelze aus der Form entgegen zu wirken, können Belastungskräfte auf den Oberkasten eingesetzt werden.
Diese können erzeugt werden durch Auflegen von Massestücken (Lasteisen) oder durch Verklammerung der Kästen.
Kerne entwickeln durch Verdrängung der Schmelze Auftriebskräfte FAK, die der durch die Kerne verdrängten Gewichtskräfte der Schmelze entsprechen.
Dabei ist die Lage der Kerne im Formhohlraum zu berücksichtigen.
Liegende Kerne:
die Gewichtskraft der verdrängten Schmelze FGS entspricht der Kerngewichtskraft FGK ohne Berücksichtigung der Kernmarken. Sie verdrängen keine Schmelze.
Stehende Kerne:
hier ist zu berücksichtigen, dass für die Ermittlung der Kernauftriebskraft FAK nur der unterspülte Teil eines Kerns für die Berechnung beachtet werden muss, da die Kernmarken nicht unterspült werden.
Im Beitrag „Gießkräfte beim Schwerkraftguss“ wurden die zu verwenden Berechnungsformeln und Variablen bereits benannt, sodass sie nun in den Beispielrechnungen angewendet werden können.
Beispiel für ein Gussstück mit waagerechtem Kern
Das dargestellte Vierkantrohr besteht aus Messing mit der Werkstoffbezeichnung G-CuZn40. Die Kernmarken haben jeweils eine Länge von 75 mm. Der Kern ist ein gestampfter Grünsandkern.
Zu berechnen sind die Kerngewichtskraft FGK, die Kernauftriebskraft FAK, die Kernkraft gegen den Oberkasten FKL und die Gesamtkraft gegen den Oberkasten Fges.
Lösungsweg:
1. Schritt:
Berechnung der Kerngewichtskraft
FGK = VK • ρK • g
FGK = (1,5 dm)² • 6,5 dm • 1,25 kg/dm³ • 9,81 m/s²
FGK = 179,3 N
2. Schritt:
Berechnung der Kernauftriebskraft
FAK = FGS
FGS = VS • ρfl • g
FAK = (1,5 dm)² • 5 dm³ • 7,7 kg/dm³ • 9,81 m/s²
FAK = 849,8 N
3. Schritt:
Berechnung der Kernkraft gegen den Oberkasten
FKL = FAK – FGK
FKL = 849,8 N – 179,3 N
FKL = 670,5 N
4. Schritt:
Berechnung der Gesamtkraft gegen den Oberkasten
Gges = FD + FKL
FD = AD • hD • ρfl • g
FD = 5 dm • 1,9 dm² • 1,15 dm • 7,7 kg/dm³ • 9,81 m/s²
FD = 825,2 N
Gges = 825,2 N + 670,5 N
Gges = 1495,7 N
Beispiel für ein Gussstück mit senkrechtem Kern
Die dargestellte Trommel soll aus Gusseisen mit Lamellengraphit EN-GJL-250 gegossen werden. Für den Hohlraum wird ein einseitig gelagerter stehender Kern verwendet, der von Schmelze unterspült wird und somit dazu führen kann, dass der Oberkasten der dreiteiligen Kastenform angehoben werden kann.
Die Wanddicken der Trommel sollen 30 mm betragen. Um diese Wanddicke im Mittelkasten zu realisieren, werden Kernstützen eingesetzt, die zwischen der Oberseite des Kerns und der Unterseite des Oberkastens montiert wurden. Der Kern besteht aus gestampftem Grünsand.
Zu berechnen ist die Kerngewichtskraft FGK, die Kernauftriebskraft FAKund die Gesamtkraft gegen den Oberkasten Fges.
Lösungsweg:
1. Schritt:
Berechnung der Kerngewichtskraft FGK
FGK = VK • ρK • g
VK = VZ1 + VZ2 = π/4 • [(d1² • h1) + (d2² • hh)]
VK = π/4 • [(4,8 dm)² • 1,9 dm + (3,3 dm)² • 0,6 dm]
VK = 39,513 dm³
FGK = 39,513 dm³ • 1,25 kg/dm³ • 9,81 m/s²
FGK = 484,5 N
2. Schritt:
Berechnung der Kernauftriebskraft FAK
FAK = FGS
FGS = VS • ρfl • g
VS = VHohlzylinder (VHZ)
VHZ = VZ1 - VZ2 = π/4 • [(d1² • h1) – (d2² • hh)
VHZ = π/4 • [(4,8 dm)² • 1,9 dm – (3,3 dm)² • 1,9 dm]
VHZ = 23,085 dm³
FAK = 23,085 dm³ • 6,5 kg/dm³ • 9,81 m/s²
FAK = 1472 N
Die Kernauftriebskraft wird über die Kernstützen auf den Oberkasten übertragen!
3. Schritt:
Berechnung der Gesamtkraft gegen den Oberkasten Fges
Gges = FD + FKL
FD = AD • hD • ρfl • g
FD = π/4 • (5,4 dm)² • 2,2 dm • 6,5 kg/dm³ • 9,81 m/s²
FD = 3212,8 N
FKL = FAK – FGK = 1472 N – 484,5 N
FKL = 987,5 N
Fges = FD + FKL = 3212,8 N + 987,5 N
Fges =4200,3 N