DE102004016254A1 - Verlorener Kern - Google Patents

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    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10Cores; Manufacture or installation of cores
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen verlorenen Kern 1 für ein Automobilgussteil mit zumindest einer ersten Form 2 aus einem ersten Material 3 und mit zumindest einer zur ersten Form 2 passgenauen zweiten Form 4 aus einem zweiten Material 5, wobei das zweite Material 5 eine feinere Konturbildung als das erste Material 3 erlaubt und die zweite Form 4 mit der ersten Form 2 verbunden ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen verlorenen Kern für ein Automobilgussteil.
  • Bei vielen Gussprodukten im Bereich der Automobilproduktion werden die Bauteile wegen der höheren Anforderungen an Funktionalität und Gewichtsersparnis immer filigraner. Dieses gilt für Motorblöcke, Zylinderblöcke, Zylinderköpfe wie auch für Getriebe- und andere Bauteile. Oftmals kommen verlorene Kerne zum Einsatz.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verlorenen Kern zur Verfügung zu stellen, mit dem besonders filigrane Strukturen im Bereich des Gusses von Automobilteilen herstellbar sind.
  • Diese Aufgabe wird mit einem verlorenen Kern mit den Merkmalen des Anspruches 1 und mit einem Verfahren zur Herstellung eines Automobilgussteiles mit den Merkmalen des Anspruches 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß weist ein verlorener Kern für ein Automobilgussteil zumindest eine erste Form aus einem ersten Material und zumindest eine, zur ersten Form passgenaue zweite Form aus einem zweiten Material auf, wobei das zweite Material eine feinere Konturbildung als das erste Material erlaubt, und die zweite Form mit der ersten Form verbunden ist.
  • Bei der Bildung von verlorenen Kernen für filigrane Strukturen, insbesondere Leitungen und ähnliches, ergibt sich die Problematik, dass eine ausreichende Festigkeit des Kernes vorhanden sein muss. Gleichzeitig darf jedoch die Herstellung unter diesen Festigkeitsgesichtspunkten nicht leiden. Durch die Verbindung unterschiedlicher Materialien in einem verlorenen Kern ist es ermöglicht, dass für die Bereiche, die eine besondere Festigkeit aufgrund hoher Filigranität benötigen, besonders hochwertiges Material eingesetzt wird. Für andere Bereiche des verlorenen Kernes können dagegen andere Qualitäten eines Materials eingesetzt werden. Auf diese Weise lässt sich ein aus verschiedenen Formen bestehender verlorener Kern zusammensetzen. Insbesondere können die Formen derart ausgewählt sein, dass sie sich gegenseitig stabilisieren.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste Form mit der zweiten Form kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist. Auf diese Weise können die erste Form und die zweite Form ihre Position behalten, wenn sie den beim Gießen auftretenden Kräften und Momenten ausgesetzt sind. Beispielsweise kann die Kraft- und/oder Formschlüssigkeit über eine entsprechende geometrische Gestalt beider Formen erzielt werden. Gemäß einer Ausgestaltung weist eine der beiden Formen eine Einbuchtung auf, in die ein Teil der anderen Form eingreifen kann. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können die erste und die zweite Form vor dem Zusammensetzen schon jeweils eine hohe Festigkeit aufweisen. Dieses ermöglicht, dass beide Formen auch unter Aufbau einer gegenseitigen Spannungserzeugung, Zug- oder Druckspannung, zusammengesetzt werden können.
  • Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Form die zweite Form stabilisiert und/oder umgekehrt. Dieses unterstützt beispielsweise, dass die zweite Form filigrane Strukturen aufweist, die in die erste Form eingesetzt werden. Dabei können diese filigranen Formen durch die Stützung in der ersten Form ihre Stabilität für den Gießvorgang erhalten. Andererseits kann die zweite Form insbesondere in der Gestalt von Längsverbindungen Wände der ersten Form miteinander verbinden und auf diese Weise gegenseitig abstützen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die erste Form einen Rahmen bildet, in den die zweite Form einsetzbar ist. Dieser Rahmen kann beispielsweise in etwa viereckig, dreieckig oder auch als Rundform ausgebildet sein. Auch kann der Rahmen ein- oder mehrstöckig sein. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist die erste Form stumpfartig, wobei sich an diese die zweite Form anschließt. Dabei weist die erste Form als eine Zentralform eine Befestigungsmöglichkeit für die zweite Form auf. Dadurch kann sich die zweite Form von der ersten Form hinweg erstrecken.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Form miteinander verbacken und/oder verklebt sind. Auf diese Weise wird die Festigkeit zwischen der ersten und der zweiten Form erhöht. Vor bzw. nach dem Verbacken bzw. Verkleben besteht die Möglichkeit, dass die erste bzw. zweite Form beschichtet wird, insbesondere derart, dass Oberflächen der Formen geglättet sind.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass als Material ein Sandmaterial eingesetzt wird, insbesondere Quarzsand. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erste Material einen Kernsand anderer Qualität aufweist als einen Kernsand, der als zweites Material Verwendung findet. Ein Qualitätsunterschied kann sich dabei durch die erzielbar Festigkeit ergeben, die insbesondere auch durch das Bindemittel beeinflussbar ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, eine unterschiedliche Qualität durch folgende Parameter zu erzielen: Korndichte, Kornform, Korngefüge, Kornoberfläche, Kornfeinheit (AFS-Zahl), mittlerer Korndurchmesser und anderes. Beispielsweise weist das erste Ma terial eine Kornfeinheit in der Größeneinheit von 30 bis 50 auf, während das zweite Material eine Kornfeinheit in der Größenordnung von 40 bis 90 aufweist. Neben Quarzsand kann weiterhin auch Zirkon-, Chromit- und/oder Olivinsand eingesetzt werden.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das eine Material einer Form Kernsand aufweist und das andere Material der anderen Form keinen Kernsand hat. Dieses andere Material ist beispielsweise ein Kunststoff, vorzugsweise ein Schaumstoff, in den die andere Form eingebracht werden kann oder umgekehrt. Wiederum eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass die erste und die zweite Form keinen Kernsand aufweisen. Vielmehr können beide Formen aus Kunststoffen oder anderen Materialien aufgebaut sein.
  • Durch die Herstellung des verlorenen Kernes aus zumindest zwei verschiedenen Formen besteht weiterhin die Möglichkeit, dass beispielsweise die erste Form mit einem anderen Herstellungsverfahren hergestellt ist als die zweite Form. Daraus wiederum ergeben sich unterschiedliche Materialien und Bindetechniken, die miteinander eingesetzt werden können. Im Folgenden werden hierzu einige mögliche Verfahren und Materialien genannt, die miteinander genutzt werden können, ohne dass diese Aufzählung abschließend ist.
  • Neben der Kernherstellung durch eine Formstoffbindung durch mechanische Verfahren, wie beispielsweise Zuführung von Verdichtungsarbeit, besteht die Möglichkeit, eine Formstoffbindung durch chemische oder physikalische Verfahren zu erzielen. Chemische Verfahren sind insbesondere kalthärtende oder heißhärtende Verfahren, die in einer Kernbüchse ausgeführt werden. Physikalische Verfahren sind insbesondere diejenigen, die ein Vakuum bzw. Magnetfeld zur Formstoffbindung nutzen. Für mechanische Verfahren können insbesondere Formstoffe wie synthetischer Bentonitsand, Natursand, Schamotte, Ton, Lehm und/oder Mergel eingesetzt werden. Als Bindetone sind insbesondere Kaolinite, Bentonite, Illite und damit verwandte Tonmineralien einsetzbar. Die Verdichtung insbesondere bei Nassgusssanden kann beispielsweise über ein Vorverdichtung mittels Vibration, Überdruck und/oder Unterdruck erfolgen, wobei sich eine Hauptverdichtung in Form von Rüttelung, Pressen wie auch Impulsverdichtung anschließen kann. Für die Herstellung von kalthärtenden Kernen besteht die Möglichkeit, Zementsand, Polyphosphat, Magnesia, Gips und Sand einzusetzen. Als Verfahren sind beispielsweise ein Kaltharz-Verfahren, ein Pep-Set-Verfahren, ein Wasserglas-Verfahren, ein PUR-Cold-Box-Verfahren, ein Methylformiat-Verfahren, ein SO2-Epoxid-Verfahren und andere einsetzbar. Weiterhin sind heißhärtende Verfahren zur Kernherstellung einsetzbar, wie beispielsweise das Croning-Verfahren oder das Hot-Box-Vertahren. Vorzugsweise wird beispielsweise das Kaltharz-Verfahren eingesetzt, wobei organische Bindersysteme Verwendung finden, die durch Polykondensation selbstständig aushärten. Als Bindemittel werden beispielsweise Furan- und/oder Phenolharze oder andere Harze eingesetzt. Als Härter für diese kommen insbesondere Phosphorsäure oder Para-Toluolsulfonsäure zum Einsatz. Bei Phenolharzen wird insbesondere Para-Toluolsulfonsäure eingesetzt. Vorzugsweise liegt der Harzgehalt in einem Bereich zwischen 0,8 bis 1,2 Gewichtsteilen. Die Härterzugabe liegt je nach erforderlicher Festigkeit, notwendiger Verarbeitungsdauer und gewünschter Ausschalzeit vorzugsweise zwischen 0,3 bis 0,6 %. Neben der Verwendung von Furan- und Phenolharzen können auch Epoxid- und Urethanharze eingesetzt werden. Auch können Bindemittel wie Kohlenhydrate, zum Beispiel Stärke oder Zellulose, auf Ölbasis oder ähnlichem Verwendung finden. Beispielsweise kann hierfür ein Methylester, insbesondere ein Pflanzenöl-Methylester, als Bindemittel Verwendung finden.
  • Eine Aushärtungsreaktion kann beispielsweise über ein Begasungsverfahren beschleunigt bzw. in Gang gesetzt werden. Beispielsweise kann beim PUR-Cold-Box-Verfahren eine Beschleunigung durch Amin-Begasung erfolgen. Beim Methylformiat-Verfahren wird die Aushärtungsreaktion durch Methylformiat-Begasung in Gang gesetzt. Beim SO2-Verfahren wiederum reagiert das SO2-Gas mit der Binderkomponente Peroxid zu Schwefelsäure, die die Aushärtung bewirkt.
  • Vorzugsweise ist das Kernmaterial regenerierungsfähig. Insbesondere ist es entweder als Feinregenerat für die erneute Kernherstellung oder als Grobregenerat zur Auffrischung eines Formstoffkreislaufes für insbesondere einen Kernsandkreislauf für Formstoff von Formkästen einsetzbar. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der zusammengesetzte Kern in einen geteilten Formkasten eingesetzt wird, dessen Formkastenmaterial dem von zumindest der ersten und/oder der zweiten Form entspricht. Auf diese Weise lässt sich eine Regenerierung vereinfacht durchführen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Automobilgussteiles unter Verwendung von zumindest einem verlorenen Kern entsprechend den oben angegebenen Merkmalen vorgesehen, wobei der verlorene Kern zumindest zweiteilig aufgebaut wird und eine erste Form einen anderen Formsand aufweist als eine zweite Form. Die zweite Form bildet Strukturen, die beim Gießen zu zumindest einer Geometrie im Automobilgussteil mit einem Durchmesser von weniger als 8 cm, insbesondere von weniger als 6 cm führt.
  • Vorzugsweise wird für die zweite Form ein Zirkonsand verwendet. Dieser weist die Eigenschaft auf, filigrane Strukturen bilden zu können, die sich im Automobilgussteil in Form von feinfliedrigen Konturen wiedertinden lassen. Dieses können insbesondere Kanäle, Wände, Verwinkelungen oder Ausschnitte sein. Weiterhin kann ein Werkstoff Verwendung finden, der vergleichbare Festigkeiten wie Zirkonsand zur Verfügung stellt.
  • Beispielsweise kann eine automatische Fertigung der Formen getrennt voneinander erfolgen, beispielsweise an unterschiedlichen Kernschießmaschinen beispielsweise mit einem Fassungsvermögen von 2,5 bis 80 Liter pro Schuss. Auch können Kernblasmaschinen, Kerndrehmaschinen oder kontinuierlich arbeitende Misch-Füllmaschinen zum Einsatz kommen.
  • Vorzugsweise wird als Werkstoff für das Automobilgussteil Stahl, Gusseisen oder eine Magnesium-Legierung verwendet. Insbesondere für die Herstellung von einem Automobilgussteil, welches wechselnden Druckbedingungen und/oder hohen Temperaturschwankungen unterliegt, wird mittels der zweiten Form Kanäle im Automobilgussteil gebildet. Auch lassen sich mittels der zweiten Form wabenartige Strukturen mit besonders hoher Druckfestigkeit im Automobilgussteil bilden. Vorzugsweise lassen sich Automobilteile fertigen, die einerseits immer höheren Verbrennungsdrücken und andererseits immer größeren Anforderungen bezüglich Gewichtsreduzierung und bleibender Festigkeit ausgesetzt sind.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in der nachfolgenden Zeichnung angegeben. Die dortigen Merkmale sind jedoch nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausgestaltungen beschränkt, sondern können mit den weiter oben wie nachfolgend beschriebenen Merkmalen zu Weiterbildungen kombiniert werden. Es zeigen:
  • 1 einen ersten verlorenen Kern für ein Automobilgussteil,
  • 2 einen zweiten verlorenen Kern für ein Automobilgussteil,
  • 3 einen dritten verlorenen Kern in einem Querschnitt,
  • 4 einen Ausschnitt aus einer formschlüssigen Verbindung einer ersten Form und einer zweiten Form, und
  • 5 eine schematische Ansicht der Herstellung eines Automobilgussteiles.
  • 1 zeigt einen ersten verlorenen Kern 1 mit einer ersten Form 2, welche ein erstes Material 3 aufweist. Die erste Form 2 weist beispielsweise einen runden Grundkörper auf, in dem eine zweite Form 4 aus einem zweiten Material 5 angeordnet ist. Die zweite Form 4 ist formschlüssig in die erste Form 2 eingebracht. Dazu weist die erste Form 2 Absätze 6 auf, die gestrichelt angedeutet sind. Dadurch kann die zweite Form 4 mit einer entsprechenden Geometrie in die Absätze 6 eingreifen. Die zweite Form 4 kann so wie dargestellt, beispielsweise kreuzartig aufgebaut sein. Dabei verlaufen ein erster Quersteg 7 und ein zweiter Quersteg 8 zu sich jeweils gegenüberliegenden Wänden der ersten Form 2. Dadurch werden diese Wände stabilisiert. Beispielsweise können die Querstege 7, 8 später Leitungen für Wasser oder Öl ergeben. Sind die erste Form 2 und die zweite Form 4 zum ersten verlorenen Kern 1 zusammengefügt, kann dieser zusätzlich beschichtet werden. Dieses kann beispielsweise durch Auftrag einer Schlichte erfolgen.
  • 2 zeigt einen zweiten verlorenen Kern 9. Im weiteren werden gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie aus 1 benannt. In der ersten Form 2 ist die zweite Form 4 eingesetzt. Die erste Form 2 und die zweite Form 4 bilden dabei Öffnungen 10, deren Geometrie durch beide Formen 2, 4 gebildet werden. Auf diese Weise können nicht nur eher geradlinige Konturen, sondern auch kompliziertere Geometrien durch Verwendung der ersten Form und der zweiten Form 2, 4 in dem zweiten verlorenen Kein 9 zusammen gebildet werden. Weiterhin ist gestrichelt angedeutet, dass der zweite verlorene Kern 9 in einem Verbund mit benachbarten Bereichen stehen kann. In einem derartigen Falle geht die erste Form 2 über in eine benachbarte rahmenähnliche Struktur, in die wiederum eine zweite Form einsetzbar ist. Sind beispielsweise für einen Zylinder oder für einen Ventiltrieb verlorene Kerne zu erstellen, können auf diese Weise benachbarte Strukturen durch eine einzelne erste Form 2 gebildet werden, in die eine Mehrzahl an zweiten Formen 4 einzusetzen ist.
  • 3 zeigt einen Querschnitt durch einen dritten verlorenen Kern 11. Der dritte verlorene Kern 11 weist als äußeren Rahmen die erste Form 2 auf. Im Inneren der zweiten Form 2 ist eine stumpfartige Form 12 angeordnet. An dieser stumpfartigen Form 12 sind eine Querform 13 sowie eine erste Halbform 14 und eine zweite Halbform 15 vorhanden. Die erste Halbform 14 und die zweite Halbform 15 weisen jeweils eine Passform 16 auf, die in die stumpfartige Form 12 eingreifen. Dadurch sind die Halbformen 14, 15 befestigbar. Die Querform 13 weist Stufen 17 auf, so dass eine Verbindung mit der stumpfartigen Form 12 bzw. der ersten Form 2 erfolgt. Hierzu kann zusätzlich ein Verbindungsmittel 18 dienen, das beispielsweise zwischen der Querform 13 und der ersten Form 2 angeordnet ist. Das Verbindungsmittel 18 kann ein Harz, ein Kleber oder sonstiges sein.
  • 4 zeigt einen Ausschnitt einer formschlüssigen Verbindung 19 zwischen der ersten Form 2 und der zweiten Form 4. Die formschlüssige Verbindung 19 kann beispielsweise durch einen hammerartigen Kopf oder durch sonstige geometrische Gestalt erzielt werden, die ihren Gegenpart in der ersten Form 2 wiederfindet.
  • 5 zeigt einen schematische Ansicht einer Herstellung eines Automobilgussteiles unter Einsatz eines verlorenen Kernes 20, der aus Formen 21.1, 21.2, 21.3 unterschiedlicher Sandqualität aufgebaut ist. In einem Unterkasten 22 und einem Oberkasten 23 sind jeweils die notwendigen Konturen für eine Außengeometrie des Automobilgussteiles gebildet. Der mehrteilige Kern 20 wird zwischen Ober- und Unterkasten 22, 23 angeordnet, so dass die in der zweiten Form 21.2, 21.3 verwirklichten filigranen Elemente im späteren Gussteil wiederzufinden sind.
  • Erfindungsgemäß können Öldecks, Flammdecks, Zylinderköpfe, Kurbelgehäuse, Getriebekästen, Schalttunnel, Abgasrückführungs-Ventilgehäuse, Abgasleitungsgehäuse oder andere Strukturen für ein Fahrzeug unter Nutzung eines oben beschriebenen verlorenen Kerns hergestellt werden.

Claims (16)

  1. Verlorener Kern (1; 9; 11) für ein Automobilgussteil mit zumindest einer ersten Form (2) aus einem ersten Material (3) und mit zumindest einer, zur ersten Form (2) paßgenauen zweiten Form (4) aus einem zweiten Material (5), wobei das zweite Material (5) eine feinere Konturbildung als das erste Material (3) erlaubt, und die zweite Form (4) mit der ersten Form (2) verbunden ist.
  2. Kern (1; 9; 11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Form (2) mit der zweiten Form (4) kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist.
  3. Kern (1; 9; 11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Form (2) die zweite Form (4) stabilisiert und/oder umgekehrt.
  4. Kern (1; 9; 11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Form (2) einen Rahmen bildet, in die die zweite Form (4) einsetzbar ist.
  5. Kern (1; 9; 11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Form (2) stumpfartig ist, an den die zweite Form (4) sich anschließt.
  6. Kern (1; 9; 11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und die zweite Form (4) miteinander verbacken und/oder verklebt sind.
  7. Kern (1; 9; 11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material (3) einen Kernsand anderer Qualität als ein Kernsand des zweiten Materials (5) aufweist.
  8. Kern (1; 9; 11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Material Kernsand aufweist und das andere Material keinen Kernsand.
  9. Kern (1; 9; 11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Form (2) mit einem anderen Herstellungsverfahren hergestellt ist als die zweite Form (4).
  10. Kern (1; 9; 11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusammengesetzte Kern (1; 9; 11) in einen geteilten Formkasten eingesetzt ist, dessen Formkastenmaterial dem von zumindest der ersten und/oder der zweiten Form entspricht.
  11. Kern (1; 9; 11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mit einem Formkastenmaterial zusammen regenerierbar ist.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Automobilgussteiles unter Verwendung von zumindest einem verlorenen Kern (1; 9; 11) nach Anspruch 1, wobei der verlorene Kern zumindest zweiteilig aufgebaut wird und eine erste Form (2) einen anderen Formsand aufweist als eine zweite Form (4), wobei die zweite Form (4) Strukturen bildet, die beim Gießen zu zumindest einer Geometrie im Automobilgussteil mit einem Durchmesser von weniger als 8 cm, insbesondere 6 cm führt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Form (4) mit einem Zirkonsand gebildet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Automobilgussteil aus einem Eisengussmaterial oder aus einem magnesiumhaltigen Gussmaterial hergestellt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Betrieb unter wechselnden Druckbedingungen stehendes Automobilgussteil hergestellt wird, wobei mittels der zweiten Form (4) Kanäle im Automobilgussteil gebildet werden.
  16. Automobilgussteil hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 12 mit einem verlorenen Kern (1; 9; 11) nach Anspruch 1.
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