DE102010038455A1

DE102010038455A1 - Verfahren zur Herstellung von wasserlöslichen Salzkernen zur Ausbildung von Hohlformen in Gießverfahren

Info

Publication number: DE102010038455A1
Application number: DE102010038455A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Cromme; Robert Willard; Roman Morgenstern
Original assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Current assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2012-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wasserlöslichen Salzkernen zur Ausbildung von Hohlformen in Gießverfahren. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass den Salzkernen ein Metallpulver zugesetzt wird, über welches der Salzkern mittels magnetischer Induktion erhitzt und getrocknet wird. Hierbei ist entscheidend, dass das Metallpulver in dem für die Trocknung gewünschten Temperaturbereich ferromagnetische Eigenschaften hat.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wasserlöslichen Salzkernen zur Ausbildung von Hohlformen in Gießverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Im Bereich der Metallverarbeitung kommt es beim Gießen komplizierter Werkstücke oft vor, dass das Verfahren der verlorenen Kerne eingesetzt werden muss. Hierbei wird ein Metall in eine Form mit darin vorgesehenen Kernen gegossen, welche nach dem Gießen zumindest teilweise zerstört werden müssen. Insbesondere ist dies beim Gießen von Werkstücken, wie z. B. Kolben nötig, die filigrane Kühlkanäle enthalten. Hierzu werden Formen benutzt, bei denen ein Teil wiederverwendbar ist, während die Kühlkanäle durch gepresste Kerne auf Kochsalzbasis definiert sind und nach dem Guss und dem Erstarren des Kolbens aufgelöst werden. Dadurch bleiben die Kühlkanäle als Negativformen innerhalb des Kolbens zurück.
Die Salzkerne, die in diesem Verfahren benutzt werden, werden derzeit hauptsächlich durch zwei Verfahren hergestellt, nämlich in einer Großserientechnologie über uniaxiales Pressen und außerdem über das Kernschießverfahren. In beiden Verfahren werden das Salz, gegebenenfalls ein Bindematerial und weitere Zusätze gemischt und anschließend in ihre endgültige Form gebracht, verdichtet und dann durch Aushärten und eine Wärmebehandlung getrocknet. Hierbei stellt sich aber heraus, dass der genaue Ablauf des Trocknungsverfahrens von entscheidender Bedeutung für die Qualität der entstehenden Salzkerne ist.
Stand der Technik
In verschiedenen Patenten werden Methoden zur Herstellung einer Hohlform oder allgemeiner einer Gießform offenbart, In DE 10 2005 018 614 A1 werden Bohrkerne aus Salz zur Verwendung in Gießformen offenbart.
In JP 2007-030027 (A) und JP 2007-030028 (A) werden Methoden zur Herstellung und Trocknung von Sandformen für das Gießen von Werkstücken vorgestellt. Hierbei wird der Sand mittels eines Gebläses getrocknet.
Außerdem offenbart JP 2005-059081 (A) eine Methode, einen wasserlöslichen Kern für den Guss von metallischen Werkstücken herzustellen. Auch dieses Dokument geht nicht auf die konkreten Details der Trocknung ein.
Es hat sich jedoch in vielen Bereichen der Industrie durchgesetzt, zum Zweck des Trocknens der Salzkerne diese auf Heizplatten oder in Umluftöfen zu lagern.
In vielen Varianten des Salzkerns werden diesem verschiedene Inhaltsstoffe, wie z. B. organische Bindematerialien, Trockenmittel, Ausdehnungsmodifiziermittel oder Mittel zur Glättung der Oberflächen zugesetzt. Diese Materialien werden ausführlich in DE 10 2006 031 532 B3 , WO 85/04605 und JP 60118350 A beschrieben.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das Salzkerne für Hohlformen schneller und mit einer höheren Prozesssicherheit herstellt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren.
Hierbei wird den Salzkernen ein Metallpulver zugesetzt, welches in einem bestimmten Temperaturbereich ferromagnetisch ist. Die Salzkerne werden mittels magnetischer Induktion erhitzt, und ihnen wird dadurch Feuchtigkeit entzogen und sie werden vor dem Guss vorgewärmt. Hierbei ist zu beachten, dass es bei der Auswahl des Metallpulvers wichtig ist, darauf zu achten, dass die ferromagnetischen Eigenschaften im für die Trocknung vorteilhaften Temperaturbereich vorhanden sind, und dieses fein verteilt und gleichmäßig im Salzkern vorliegt.
Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass das induktive Erwärmen der Salzkerne die Prozesszeiten und -kosten senken sollte und dass es auch das Handling vor dem Guss verbessert. Ferner werden die Salzkerne bei einer gleichmäßigen Verteilung der Metallpartikel gleichmäßiger erwärmt, als dies bei der Lagerung auf einer Heizplatte oder in einem Umluftofen der Fall war, da bei den genannten Verfahren die Salzkerne bevorzugt an der Oberfläche erwärmt werden. Dies führt zu einer erhöhten Qualität der Salzkerne.
Abgesehen von der Trocknung könnte das Aushärten, welches im Kernschießverfahren zur Anwendung kommt, oder eine gegebenenfalls notwendige Wärmebehandlung über das induktive Erwärmen erfolgen. Die Salzkerne können verdichtet oder nicht verdichtet, gesintert oder nicht gesintert bzw. gebunden oder nicht gebunden vorliegen.
Die erfindungsgemäßen Salzkerne können zur Herstellung von Hohlraumplatzhaltern oder Funktionskörpern im Metall- oder Kunststoffguss verwendet werden. Dabei kommen eine Vielzahl von Funktionsteilen im Automobil- bzw. Maschinen-/Motorenbau in Betracht. Diese Salzkerne können vor allem für die Herstellung von Antriebselementen (wie z. B. Kolben), Getrieben, Pumpen, Kanälen, Ventilen, Klappen und Rohr- oder Steuersystemen eingesetzt werden. Die Erfindung kann für alle üblichen Metallgießverfahren (Druckguss, Niederdruckkokillenguss, Kokillenguss, Squeeze Cast, Thixo Casting und Thixo Moulding) und alle metallischen Werkstoffe, insbesondere Aluminium, Magnesium, Zink und deren Legierungen, verwendet werden. Für Kunststoffe (Polystyrol, Polyamide, Polyurethane, Celluloseether, Polyethylen, Polypropylen, Polymethacrylsäureester und Thermoplaste) sollten diese Salzkerne besonders für den Kunststoffspritzguss geeignet sein. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die ständige Dokumentation und Kontrolle der Temperatur am Salzkern die Prozesssicherheit erhöht werden kann. Ferner kann das Metallpulver nach dem Auswaschen über einen Magnetfilter aufgefangen und kostengünstig wiederverwendet werden.
Bevorzugte Ausführungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben.
Vorzugsweise wird das Magnetfeld mittels einer geregelten Induktionsspule erzeugt. Induktionsspulen sind leicht erhältlich und in Bezug auf ihre magnetischen Eigenschaften gut charakterisiert. Ferner lässt sich das Magnetfeld gut über die angelegte Spannung und Stromstärke steuern. In diesem Zusammenhang werden ferner bevorzugt ein Regler und ein Generator vorgesehen.
Ferner wird bevorzugt, dass auf der Oberfläche der zu trocknenden Salzkerne eine schwarze Schlichte aufgebracht wird und die Temperatur des zu trocknenden Salzkerns mittels Infrarotmessung oder einer anderen passenden Methode gemessen wird. Das Magnetfeld, das durch eine Spule – wie bereits vorher erwähnt – erzeugt wird, wird so geregelt, dass der Salzkern im zeitlichen Verlauf das gewünschte Temperaturprofil aufweist. Ein entscheidender Vorteil ist hierbei, dass es diese Methode ermöglicht, die Salzkerne sehr kontrolliert zu trocknen und dadurch ihre Qualität zu erhöhen. Die Schlichte könnte außerdem zur Vermeidung des Auflegierens des Bauteils während des Gießens verwendet werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführung des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass das Metallpulver aus Eisen, Kobalt, Nickel, Legierungen dieser Bestandteile oder aus einer Mischung von mindestens zweien dieser Substanzen besteht. Hierbei ist darauf zu achten, dass die ferromagnetischen Eigenschaften dieser Mischung im gewünschten Temperaturbereich vorhanden sind. Die Metalle und Metalllegierungen sind leicht erhältlich und kostengünstig und erlauben dadurch eine kostengünstige und aufgrund ihrer geringen Toxizität umweltfreundliche Ausführung des genannten Verfahrens. Nickel und dessen Legierungen werden aufgrund ihrer Schmelzpunkte für Erwärmungen unter 358°C bevorzugt. Bei ca. 358°C liegt die Curietemperatur von Nickel. Oberhalb dieser Temperatur verliert Nickel seine magnetischen Eigenschaften.
Eine weitere bevorzugte Ausführung des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass der Salzkern im Kernschießverfahren hergestellt wird und durch die induktive Erwärmung nicht nur getrocknet, sondern auch ausgehärtet wird. Ein Vorteil, der sich hierdurch ergibt, liegt darin, dass es möglich ist, die Prozesse des Aushärtens und des Trocknens zu kombinieren, und dass ferner aufgrund der guten Kontrollierbarkeit der Temperatur im Induktionsverfahren auch für eine hohe Qualität des dadurch erzeugten Salzkerns gesorgt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005018614 A1 [0004]
JP 2007-030027 A [0005]
JP 2007-030028 A [0005]
JP 2005-059081 A [0006]
DE 102006031532 B3 [0008]
WO 85/04605 [0008]
JP 60118350 A [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung von wasserlöslichen Salzkernen zur Ausbildung von Hohlformen in Gießverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass den Salzkernen ein Metallpulver zugesetzt wird, welches in mindestens einem Temperaturbereich ferromagnetisch ist, und dass die Salzkerne mittels magnetischer Induktion erhitzt werden und ihnen dadurch Feuchtigkeit entzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung mittels magnetischer Induktion durch das Magnetfeld einer geregelten Induktionsspule erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine schwarze Schlichte auf der Oberfläche des Salzkerns aufgebracht wird und die Temperatur beim Erhitzen mittels Infrarotmessung oder einer anderen passenden Methode gemessen und über die Induktionsspule geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver aus Eisen, Kobalt, Nickel, einer Eisenlegierung, einer Kobaltlegierung, einer Nickellegierung oder einer Mischung aus mindestens zweien dieser Bestandteile besteht, und die Mischung so gewählt ist, dass das Metallpulver seine Ferromagnetizität im für die Trocknung des Salzkerns benötigten Temperaturbereich behält.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Salzkern im Kernschießverfahren hergestellt wird und durch die induktive Erwärmung ausgehärtet wird.