Gießkräfte unter Verwendung von Kernen
Durch den Einsatz von Kernen werden zusätzliche Kräfte im Formkasten wirksam, wie zum Beispiel Auftriebskräfte, Kerngewichtskräfte und Kernkräfte gegen den Oberkasten.
Um dem dadurch möglichen Anheben des Oberkastens und somit Austreten der Schmelze aus der Form zu verhindern, können Belastungskräfte auf den Oberkasten dienen. Diese können durch Auflegen von Massestücken (Lasteisen) oder durch Verklammerung der Kästen erzeugt werden.
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“ sind die zu verwenden Berechnungsformeln und Variablen bereits benannt, so dass diese 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 • 1,2 kg/dm³ • 9,81 m/s²
FGK = 172,2 N
2. Schritt:
Berechnung der Kernauftriebskraft
FAK = FGS
FGS = VS • ρfl • g
FAK = (1,5 dm)² • 5 dm • 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 – 172,2 N
FKL = 677,6 N
4. Schritt:
Berechnung der Gesamtkraft gegen den Oberkasten
Gges = FD + FKL
FD = AD • hD • ρfl • g
FD = 5 dm • 1,9 dm • 1,15 dm • 7,7 kg/dm³ • 9,81 m/s²
FD = 825,2 N
Gges = 825,2 N + 677,6 N
Gges = 1502,8 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 sind 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 • 1,2 kg/dm³ • 9,81 m/s²
FGK = 465,1 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 = 18,13 dm³
FAK = 18,13 dm³ • 6,5 kg/dm³ • 9,81 m/s²
FAK = 1156 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 = 1156 N – 465,1 N
FKL = 690,9 N
Fges = FD + FKL = 3212,8 N + 690,9 N
Fges =3903,7 N
Übungsaufgaben
Grundlage für das Lösen der 3 folgenden Aufgaben ist die Beispielrechnung zum Thema "Gießkräfte unter Verwendung von Kernen". Wenn Sie die Reihenfolge der Abarbeitung solcher Aufgaben nachvollziehen, dann sollten die Aufgaben auch lösbar sein.
Liegende Kerne
Aufgabe 1
Berechnen Sie für den Kern einer Brennkammer die Kerngewichtskraft FGK, die Kernauftriebskraft FAK und die Kernkraft im Kernlager gegen den Oberkasten FKL. Die Kernmarken haben jeweils eine Länge von 50 mm auf jeder Seite.
Der Kern besteht aus trockenem Kernsand, der Gusswerkstoff ist GE 200.
Ergebnisse zum Vergleich:
FGK = 88,98 N
FAK = 456,3 N
FKL = 367,3 N
Liegende Kerne
Aufgabe 2:
Die dargestellte Reduzierung hat die Aufgabe unterschiedliche Rohrdurchmesser zu verbinden und die Strömungsgeschwindigkeiten von Fluiden zu verändern. Auch hier wird ein trockener Sandkern verwendet, die Kernmarken haben die gleiche Länge. Als Werkstoff wurde ein Temperguss GJMW-400-5 verwendet.
Berechnen Sie FGK, FAK, FKL
Ergebnisse zum Vergleich:
FGK = 34,4 N
FAK = 139,1 N
FKL = 104,7 N
Stehende Kerne
Aufgabe 3:
Der Kern für das abgebildete Stufenrohr besteht aus trockenem Kernsand und ist für ein Werkstück aus Aluminium gefertigt worden. Als Legierung wurde der Werkstoff EN AC-AlSi10Mg gewählt. Die Kernmarken haben jeweils eine Länge von 50 mm.
Berechnen Sie die Kerngewichtskraft FGK, die Kernauftriebskraft FAK und Kernkraft im Kernlager gegen den Oberkasten FKL
Ergebnisse zum Vergleich:
FGK = 202,2 N
FAK = 202,7 N
FKL = 0,5 N
Stehende Kerne
Aufgabe 4:
Der dargestellte Kern ist für einen Verteiler gefertigt worden. Er besteht aus Chromitsand (ϱ=4,65 kg/dm³), der Werkstoff des Gussstücks 13CrMo4-5. Die Kernmarkenlängen betragen 50 mm.
Berechnen Sie die Kerngewichtskraft FGK, die Kernauftriebskraft FAK und Kernkraft im Kernlager gegen den Oberkasten FKL.
Ergebnisse zum Vergleich:
FGK = 915,5 N
FAK = 981,1 N
FKL = 65,6 N