DE102009035446A1

DE102009035446A1 - Material für einen Gießkern sowie Verfahren zum Entfernen eines Gießkerns und Verfahren zum Entfernen von anhaftenden Rückständen eines Gießkerns

Info

Publication number: DE102009035446A1
Application number: DE200910035446
Authority: DE
Inventors: Josef Martin Hausberger; Manfred Kornylo
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Material für einen Gießkern, umfassend ein erstes partikelförmiges Füllmittel, ein Bindemittel sowie in zweites partikelförmiges Füllmittel, wobei die Partikel des zweiten Füllmittels im Mittel eine größere Masse aufweisen, als die Partikel des ersten Füllmittels, Verfahren zum Entfernen eines derartigen Gießkerns aus einem Hohlraum eines Gusswerkstücks, wobei das Gusswerkstück gerüttelt wird, wobei insbesondere die Partikel des zweiten Füllmittels trägheitsbedingt eine Zerstörung des Gießkerns bewirken und Verfahren zum Entfernen von anhaftenden Rückständen eines Gießkerns, umfassend ein partikelförmiges Füllmittel, aus einem Hohlraum eines Gusswerkstücks, insbesondere zum Entfernen von Rest-Sand aus einem stegbegrenzten Hohlraum eines Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen-Gehäuses, wobei der Hohlraum des Gusswerkstücks mit einem partikelförmigen Reinigungsmittel gefüllt und das Gusswerkstück nachfolgend gerüttelt wird und die Reinigungsmittel-Partikel eine Entfernung der anhaftenden Rückstände bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Material für einen Gießkern, umfassend ein erstes partikelförmiges Füllmittel sowie ein Bindemittel und ein Verfahren zum Entfernen eines derartigen Gießkerns aus einem Hohlraum eines Gusswerkstücks und ein Verfahren zum Entfernen von anhaftenden Rückständen eines Gießkerns, umfassend ein partikelförmiges Füllmittel, aus einem Hohlraum eines Gusswerkstücks, insbesondere zum Entfernen von Rest-Sand aus einem stegbegrenzten Hohlraum eines Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen-Gehäuses.
Kerne zur Herstellung von Hohlräumen in Gussteilen aus Metall bestehen üblicherweise im Wesentlichen aus Sandpartikeln annähernd gleicher Größe. Zur Bindung der Sandkörner, um einen stabilen Gießkern zu erhalten, wird ein Bindemittel verwendet.
Die Oberfläche derartiger Gießkerne ist uneben, zwischen einzelnen Sandpartikeln sind Hohlräume vorhanden. Beim Umgießen mit schmelzflüssigem Metall dringt dieses auch in diese Hohlräume ein und umschließt gegebenenfalls einzelne Sandpartikel teilweise oder sogar vollständig. Bei einer sich an den Gießvorgang anschließenden Entfernung des Gießkerns können diese Sandpartikel nicht vollständig prozesssicher entfernt werden. Nach der Entfernung des Gießkerns am Gusswerkstück verbleibende Sandpartikel können sich später bei Verwendung des Gusswerkstücks lösen und dann Schäden verursachen.
Bei einem in einem Gießverfahren hergestellten Gehäuse einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine beispielsweise können Sandpartikel, die sich erst beim Betrieb der Brennkraftmaschine lösen, in einem Fluidkreislauf der Brennkraftmaschine mitgetragen werden und an sensibler Stelle, wie Kühlerthermostat oder hydraulischem Ventilspielausgleich, Schäden verursachen, die sogar zum Ausfall der Brennkraftmaschine führen können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein eingangs genanntes Material für einen Gießkern derart weiter zu entwickeln, dass ein daraus hergestellter Gießkern besser entfern werden kann die Prozesssicherheit bei der Entfernung des Gießkerns verbessert ist und vermieden wird, dass nach der Entfernung des Gießkerns Sandpartikel am Gusswerkstück verbleiben. Außerdem soll ein Verfahren zum Entfernen eines derartigen Gießkerns aus einem Hohlraum eines Gusswerkstücks bereit gestellt werden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Material für einen Gießkern mit den Merkmalen des Anspruchs 1, indem das Gießkernmaterial ein zweites partikelförmiges Füllmittel umfasst, wobei die Partikel des zweiten Füllmittels im Mittel eine größere Masse aufweisen, als die Partikel des ersten Füllmittels. Damit ergeben sich unter Beschleunigungseinwirkung für Partikel des zweiten Füllmittels trägheitsbedingt deutlich größere Kräfte, als für Partikel des ersten Füllmittels, sodass ein aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellter Gießkern leichter entfernt werden kann und vermieden wird, dass nach der Entfernung des Gießkerns Sandpartikel am Gusswerkstück verbleiben, außerdem lässt sich die Entfernung eines derartigen Gießkerns prozesssicher durchführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen eines derartigen Gießkerns aus einem Hohlraum eines Gusswerkstücks zeichnet sich dadurch aus, dass das Gusswerkstück gerüttelt wird, wobei insbesondere die Partikel des zweiten Füllmittels trägheitsbedingt eine Zerstörung des Gießkerns bewirken.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen von anhaftenden Rückständen eines Gießkerns, zeichnet sich dadurch aus, dass der Hohlraum des Gusswerkstücks mit einem partikelförmigen Reinigungsmittel gefüllt und das Gusswerkstück nachfolgend gerüttelt wird, wobei die Reinigungsmittel-Partikel eine Entfernung der anhaftenden Rückstände bewirken.
Besonders zu bevorzugende Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorzugsweise weist die Masse der Partikel des zweiten Füllmittels im Mittel das ca. 1,5- bis 50-fache der Masse der Partikel des ersten Füllmittels auf. Damit übersteigt die mittlere Masse der Partikel des zweiten Füllmittels die mittlere Masse der Partikel des ersten Füllmittels ausreichend, um den oben beschriebenen gewünschten Effekt zu erzielen.
Als sehr günstig wird es angesehen, wenn mindestens 1% des Füllmittel-Gesamtvolumens zweites Füllmittel sind. Damit ist eine ausreichende Wirkung der Partikel des zweiten Füllmittels gewährleistet.
Einer bevorzugten Ausführung zufolge weisen die Partikel des zweiten Füllmittels eine abrasiv wirkende Form auf. Bei der Entfernung des Gießkerns tragen die derart geformten Partikel des zweiten Füllmittels zur Entfernung von Partikeln des ersten Füllmittels bei.
Ebenso ist es bevorzugt, wenn die Partikel des zweiten Füllmittels eine abgerundete Form aufweisen. Damit wird bei der Entfernung des Gießkerns ein Loslösen der Partikel des zweiten Füllmittels aus dem festen Gießkern unterstützt, sodass die Initiierung der Zerstörung des Gießkerns unterstützt wird.
Zweckmäßigerweise beträgt bei einem Material, das für einen Gießkern zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen-Gehäuses mit stegbegrenzten Hohlräumen verwendet wird, die mittlere Größe der Partikel des zweiten Füllmittels maximal 60% des minimalen Stegabstandes. Damit wird ein Verklemmen von Füllmittel-Partikeln in Hohlräumen zwischen Stegen vermieden.
Als besonders brauchbare Materialien für das zweite Füllmittel haben sich insbesondere Sand, partikelförmiges Metall oder partikelförmiges Glas erwiesen.
Zur Entfernung des Gießkerns wird vorzugsweise das Gusswerkstück mindestens 8 s bei wechselnder Frequenz und/oder Bewegungsrichtung gerüttelt, um die Partikel des zweiten Füllmittels derart zu beschleunigen, dass der Gießkern zerstört wird.
Zur Entfernung von anhaftenden Rückständen eines Gießkerns wird vorzugsweise das Gusswerkstück mindestens 8 s bei wechselnder Frequenz und/oder Bewegungsrichtung gerüttelt wird, um die Partikel des Reinigungsmittels derart zu beschleunigen, dass anhaftende Rückstände des Gießkerns entfernt werden.
Nachfolgend ist ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Einem Material für einen Gießkern, das körnigen Sand sowie ein Bindemittel umfasst, werden größere Partikel als Reinigungspartikel beigemischt. Diese Reinigungspartikel sind größere Sandkörner, ein Metallgranulat oder Partikel aus anderen Materialien, wie Glas. „Größer” bezieht sich dabei auf die Größe der Sandkörner des Gießkerns.
Aus diesem Kernmaterial wird ein Gießkern hergestellt, der nachfolgend in einem Metall-Gießprozess zur Herstellung wenigstens eines Hohlraumes in dem Gussbauteil verwendet wird. Beispielsweise ist das Gussbauteil ein Gehäuse einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, wie Kurbelgehäuse oder Zylinderkopf, und der wenigsten eine Hohlraum ist ein Fluidkanal, wie Kühlkanal oder Gaskanal.
Beim Gießprozess kann schmelzflüssiges Metall an der Oberfläche des Gießkerns Hohlräume zwischen einzelnen Sandpartikeln des Gießkerns eindringen und diese teilweise oder sogar vollständig umschließen.
Nach Verfestigung des Gussbauteil-Materials wird der Gießkern entfernt, indem optional zunächst eine Grobentfernung durchgeführt wird, wobei durch Schlagen größere Teile des Gießkerns entfernt werden. Danach wird das Gussbauteil mittels einer geeigneten Vorrichtung gerüttelt, um eine vollständige Entfernung des Gießkern-Materials zu erreichen. Gegebenenfalls wird das Gussbauteil beim Rütteln gewendet, sodass gelöstes Gießkern-Material aus dem wenigstens einen Hohlraum abfließen kann.
Unter Beschleunigungseinwirkung beim Rütteln des Gussbauteils sind die Reinigungspartikel trägheitsbedingt deutlich größeren Kräften ausgesetzt, als die Sandkörner des Gießkerns. Damit wird das Gießkern-Material insgesamt besser, vollständiger und prozesssicher entfernt. Aufgrund des Wendens des Gussbauteils beim Rütteln werden die Reinigungspartikel unterschiedlich gerichteten Beschleunigungen ausgesetzt, was eine verbesserte Entfernung des Gießkern-Materials unterstützt. Zusätzlich erzeugen die Reinigungspartikel einen gewissen Abrieb, sodass kleinere Konturfehler des Gussbauteils verringert werden.
Das Rütteln erfolgt mindestens 8 s lang, vorzugsweise 10 s oder länger, bei möglichst verschiedenen Frequenzen, um einen Wechsel von Überschreitungen zu Unterschreitungen der Gravitationskraft zur Erzeugung von Richtungswechseln der Reinigungspartikel in dem wenigstens einen Hohlraum zu erreichen. Auf die Reinigungspartikel wirken dabei wechselnde Beschleunigungskräfte, Giermomente und Taumelbewegungen.
Nach dem Rütteln zur Kernentfernung erfolgt gegebenenfalls ein weiteres Rütteln, Wenden und/oder Ausblasen des wenigstens einen Hohlraums, um das gelöste Kernmaterial auszuschütten.
Das Kernmaterial enthält wenigstens 2% bis maximal 50% Reinigungspartikel, damit auch bei eventueller Entmischung im Kernherstellungsprozess eine Beaufschlagung aller Kernbereiche mit wenigstens 1% Reinigungspartikel. gewährleistet ist.
Die Reinigungspartikel können unförmig, naturförmig und/oder abgerundet sein. Die Größe der Reinigungspartikel ist abhängig vom Abstand der den wenigsten einen Hohlraum des Gussbauteils begrenzenden Stege zu wählen und beträgt höchstens ca. 60% des minimalen Stegabstands. Dichte und Festigkeit der Reinigungspartikel sind abhängig vom angewendeten Kernherstellungsverfahren und der Gießparameter zu wählen. Eine Entmischung beim automatischen Kernschießen soll dabei vermieden werden und es soll eine hohe Stabilität beim Gießvorgang gegenüber Temperaturen und Strömungen gewährleistet werden. Vorzugsweise sind die Reinigungspartikel Quarzsand oder ein Granulat aus Metall.
Gegebenenfalls werden besonders große und/oder schwere Reinigungspartikel verwendet, um den wenigsten einen Hohlraum von anhaftenden Sandrückständen zu befreien.
Einem anderen Ausführungsbeispiel zufolge wird ein herkömmliches Kernmaterial verwendet und nach dessen grober Entfernung der wenigstens eine Hohlraum des Gussbauteils mit Reinigungspartikeln gefüllt und verschlossen. Anschließend erfolgt ein Rütteln wie oben beschrieben. Dabei wird Rest-Kernmaterial entfernt und/oder kleinere Konturfehler des Gussbauteils werden verringert. Nachfolgend wird der wenigstens eine Hohlraum des Gussbauteils wieder geöffnet und der Hohlraum entleert.

Claims

Material für einen Gießkern, umfassend ein erstes partikelförmiges Füllmittel sowie ein Bindemittel, gekennzeichnet durch ein zweites partikelförmiges Füllmittel, wobei die Partikel des zweiten Füllmittels im Mittel eine größere Masse aufweisen, als die Partikel des ersten Füllmittels.
Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Partikel des zweiten Füllmittels im Mittel das ca. 1,5- bis 50-fache der Masse der Partikel des ersten Füllmittels aufweisen.
Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 1% des Füllmittel-Gesamtvolumens zweites Füllmittel sind.
Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des zweiten Füllmittels eine abrasiv wirkende Form aufweisen.
Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des zweiten Füllmittels eine abgerundete Form aufweisen.
Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für einen Gießkern zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen-Gehäuses mit stegbegrenzten Hohlräumen, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Größe der Partikel des zweiten Füllmittels maximal 60% des minimalen Stegabstandes beträgt.
Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Füllmittel Sand, partikelförmiges Metall oder partikelförmiges Glas ist.
Verfahren zum Entfernen eines Gießkerns aus einem Material nach einem der Ansprüche 1–7 aus einem Hohlraum eines Gusswerkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass das Gusswerkstück gerüttelt wird, wobei insbesondere die Partikel des zweiten Füllmittels trägheitsbedingt eine Zerstörung des Gießkerns bewirken.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gusswerkstück mindestens 8 s bei wechselnder Frequenz und/oder Bewegungsrichtung gerüttelt wird, um die Partikel des zweiten Füllmittels derart zu beschleunigen, dass der Gießkern zerstört wird.
Verfahren zum Entfernen von anhaftenden Rückständen eines Gießkerns, umfassend ein partikelförmiges Füllmittel, aus einem Hohlraum eines Gusswerkstücks, insbesondere zum Entfernen von Rest-Sand aus einem stegbegrenzten Hohlraum eines Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen-Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum des Gusswerkstücks mit einem partikelförmigen Reinigungsmittel gefüllt und das Gusswerkstück nachfolgend gerüttelt wird, wobei die Reinigungsmittel-Partikel eine Entfernung der anhaftenden Rückstände bewirken.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gusswerkstück mindestens 8 s bei wechselnder Frequenz und/oder Bewegungsrichtung gerüttelt wird, um die Partikel des Reinigungsmittels derart zu beschleunigen, dass anhaftende Rückstände des Gießkerns entfernt werden.