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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Gusskern für ein Gießverfahren, bei dem ein Gusskörper in einer Gießform seine Außenform erhält und innere Hohlräume, Kanäle odgl. des Gusskörpers durch den Gusskern bestimmt sind. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herauslösen bzw. Entfernen eines Gusskerns.
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Aus der
WO 2006/042350 A1 ist es bekannt, beispielsweise beim Gießen von Leichtmetallfelgen für ein Kraftfahrzeug, einen Gusskern aus verpresstem Vermiculite zu verwenden. Dieser Gusskern verbleibt dann in der Leichtmetallfelge bzw. dem Gusskörper. Dazu kann ein solcher Gusskern beispielsweise aus Vermiculite ähnlich wie sonst einer aus Formsand mit einem Bindemittel zusammen in eine feste, beständige Form gebracht werden.
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Ein weiteres entsprechendes Gießverfahren ist aus der
DE 201 07 462 U1 bekannt, wobei auch hier ein Gusskern aus Vermiculite und einem wasserglas-artigen Binder gepresst und getrocknet wird. Auch dieser Gusskern verbleibt dann in dem Gusskörper.
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Beim bekannten sogenannten Sandkerngießen besteht jedoch einerseits das Problem, dass das Bindeharz zur Herstellung des festen Gusskerns aus Formsand beim Erhitzen durch das Auftreffen des flüssigen Metalls Gase bildet. Diese Gase stören den Gießvorgang, da sich Lunker an der Grenzfläche zwischen Gusskörper und Gusskern bilden können oder aber, was noch schlimmer ist, im Gusskörper selbst, die dann bei einer groben optischen Überprüfung nicht bemerkt werden. Des Weiteren weist bekannter Formsand häufig den Nachteil auf, dass er zwar eine geringere Wärmekapazität hat als das Metall einer normalen Gießform, aber nicht so viel geringer. Auch im Bereich zu dem Gusskern kann das zu gießende Metall relativ schnell abkühlen und dann bei einem Gusskörper mit komplizierter Formgebung sowie geringen Wandstärken ein zu schnelles Erstarren des flüssigen Metalls bewirkt werden und somit können sich Probleme beim Gießvorgang bzw. beim fertigen Gusskörper ergeben.
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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Gusskern zu schaffen für ein Gießverfahren sowie ein Verfahren zum Entfernen eines Gusskerns aus einem fertigen Gusskörper, mit denen Probleme des Standes der Technik beseitigt werden können und insbesondere eine vorteilhafte Möglichkeit geschaffen werden kann, einen Gusskern aus einem Gusskörper wieder herauszulösen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Gusskern mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 4 oder 6 sowie durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 9. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Manche der nachfolgenden aufgezählten Merkmale werden nur für den Gusskern oder nur für das Verfahren genannt. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für einen solchen Gusskern als auch für ein solches Verfahren gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Es ist vorgesehen, dass bei dem Gießverfahren ein Gusskörper in einer Gussform einerseits seine Außenform erhält. Andererseits soll er innere Hohlräume, Kanäle odgl. aufweisen, die durch den Gusskern bestimmt sind. Der Gusskern besteht dabei, wie eingangs beschrieben, aus Tonmineral oder Silikatmaterial bzw. Schichtsilikat. Besonders vorteilhaft wird dabei Vermiculite verwendet, insbesondere ausschließlich geblähtes Vermiculite. Das Material des Gusskerns wird mit einem Bindemittel zusammen in eine feste Form gebracht, vorteilhaft verpresst.
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Erfindungsgemäß ist das Bindemittel in einer ersten grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung derart ausgewählt bzw. ausgebildet, dass es durch ein Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, lösbar ist. So kann nach dem Gießvorgang der Gusskern herausgelöst bzw. entfernt werden aus dem Gusskörper. Somit kann also einerseits durch die Verwendung eines anderen Materials als Formsand ein Vorteil erzielt werden beim Gießverfahren, beispielsweise durch die geringere Wärmekapazität der alternativen Materialien, vor allem des Vermiculite. Durch das spezielle Bindemittel kann nach dem Gießvorgang der Gusskern bzw. dessen Material wieder aus dem Gusskörper entfernt werden, was vor allem eine Gewichtsersparnis bei dem Gusskörper bringen kann. Des Weiteren kann so ein Hohlraum oder Kanal in dem Gusskörper funktional genutzt werden, was bei bekannten sogenannten verlorenen Kernen nicht möglich wäre. Indem ein Lösungsmittel auf den Gusskern gebracht wird, kann der mechanische Halt bzw. die Festigkeit des Bindemittels aufgelöst werden und so der Gusskern zerfallen und in einzelnen kleinen Teilen, unter Umständen sogar in einer Form wie als Ausgangsmaterial, vorteilhaft körnig, aus dem Gusskörper entfernt werden.
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Bei bekannten Gussverfahren mit einem Gusskern aus Formsand vermischt mit Harz als Bindemittel sorgt zwar häufig schon die Temperatur des Gießvorgangs an sich für eine Auflösung des Bindemittels und ein anschließendes Entfernen des Formsands aus dem Gusskörper durch eine entsprechende Öffnung. Bei den vorgenannten Materialien für den Gusskern aus Tonmineral oder Silikatmaterial bzw. Schichtsilikat jedoch ist dies nicht so leicht möglich, da sie bislang anders verarbeitet worden sind.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das Bindemittel wasserlöslich, beispielsweise ein Salz. Unterschiedliche Salze können verwendet werden, beispielsweise KaCl oder NaCl. Solche Salze sind relativ wärmebeständig und weisen eine vorteilhafte Bindewirkung mit den vorgenannten Materialien für den Gusskern auf. In Kontakt mit Wasser als Lösungsmittel lösen sie sich jedoch sehr schnell auf, so dass dann das von ihnen vorher gebundene Tonmineral oder Schichtsilikat quasi zerfällt und, ähnlich wie ansonsten bekannter Formsand, aus einer Öffnung aus dem Hohlraum oder Kanal des Gusskörpers entfernt werden kann.
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In alternativer Ausbildung der Erfindung kann ein Bindemittel ein Kunstharz bzw. ein Kunststoff sein und so ausgebildet sein, dass ein Auflösen durch Alkohol bzw. Ethanol oder andere ähnliche Lösungsmittel möglich ist. In diesem Fall ist zwar die eingesetzte Chemie etwas aufwendiger bzw. auch mit mehr Umweltauflagen versehen als im vorgenannten Fall mit Wasser und Salz. Gleichzeitig kann hier aber auch eine erzielte Bindewirkung größer sein, um einen festeren Gusskern herzustellen, falls dies erforderlich sein sollte.
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In einer in einer zweiten grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung kann das Bindemittel so ausgewählt werden, dass es in Zusammenwirkung mit Wasser oder anderer Flüssigkeit aufbläht bzw. quillt. Dann geht natürlich auch die Bindewirkung verloren. So kann der Gusskern quasi aus sich heraus zerstört werden und das Material nach dem Gießvorgang aus dem Gusskörper herausgelöst bzw. entfernt werden.
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Ein vorteilhaftes Beispiel für ein solches Bindemittel ist ein Tonmineral, vorzugsweise Bentonit. Dieses Material hat die Eigenschaften, dass es eben schon bei Kontakt mit geringen Mengen Wassers dieses aufsaugt und dabei stark aufquillt. Durch diese Aufquellen wird die vorher feste Form des Gusskerns zerstört und der Gusskern kann ebenfalls, wie zuvor bereits beschrieben, leicht aus dem Gusskörper entfernt werden. Es liegt in diesem Fall also keine Auflösung des Bindemittels vor, wie für die erste grundsätzliche Ausgestaltung der Erfindung beschrieben, da das Bindemittel, insbesondere das Bentonit, in diesem Fall nach dem Auflösen noch als separater Bestandteil vorliegt. Vielmehr ist es eine durch Feuchtigkeit induzierte mechanische Zerstörung bzw. insbesondere Selbstzerstörung des Gusskerns.
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In nochmaliger weiterer dritter grundsätzlicher Ausgestaltung der Erfindung kann ein Bindemittel für ein Material für den Gusskern in Form von Tonmineral oder Schichtsilikat thermisch auflösbar sein bzw. durch thermische Einwirkung seine Bindewirkung verlieren. In diesem Fall kann dann, grundsätzlich ähnlich wie bekanntem Formsand, entweder beim Gießvorgang selbst der Gusskern aufgelöst werden und nach Erkalten des Gusskörpers das Material des Gusskerns entfernt werden. Alternativ kann das Bindemittel, falls seine thermische Beständigkeit entsprechend hoch ist, durch nachgeschaltetes Beheizen bzw. Erhitzen das Bindemittel aufgelöst werden bzw. das Material des Gusskerns herausgelöst werden. Hier bieten sich als Bindemittel Kunstharze an.
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Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sich ein solches Bindemittel bereits bei Temperaturen zwischen 100°C und 200°C auflöst bzw. seine Bindewirkung mit dem Material des Gusskerns verliert. Bei üblichen Gussvorgängen mit üblichen Temperaturbereichen wird dann bereits eine ausreichende Erwärmung des gesamten Gusskerns erreicht, so dass die Bindewirkung wegfällt und das Material des Gusskerns aus dem fertigen Gusskörper entfernt werden kann.
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Bei einem Verfahren zum Entfernen eines Gusskerns aus einem fertigen Gusskörper kann einerseits vorgesehen sein, dass, wie zuvor beschrieben worden ist, Wasser oder ein Lösungsmittel an den Gusskern gebracht wird zu dessen Auflösung und Herauslösung. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass durch eine beim Gießvorgang hergestellte Zugangsöffnung in den Gusskörper hinein, beispielsweise auch als ohnehin vorgesehener Kanal odgl., mittels Düsen bzw. Hochdruckdüsen ein Strahl auf den Gusskern gerichtet wird. Dabei löst eben nicht nur das mechanische Auftreffen des Flüssigkeitsstrahls auf den Gusskern diesen auf und spült ihn heraus, sondern es wird eben die Bindewirkung aufgelöst, wie zuvor beschrieben worden ist. Dann kann entweder durch das Ausspülen des aufgebrachten Wassers bzw. Lösungsmittels selbst oder durch Reinigen im Intervallbetrieb mit kurzen Unterbrechungen das aufgelöste Material des Gusskerns von alleine herausfallen oder aber abgesaugt werden.
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Im Falle eines thermisch auflösbaren Bindemittels kann als separate thermische Einwirkung entweder mit heißem Fluid, vorzugsweise heißem Gas, der Gusskern durch eine Zugangsöffnung aufgelöst werden. Alternativ kann dies unter Umständen durch eine direkte Flammeneinwirkung erfolgen, was allerdings relativ aufwendig ist.
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Die genannten Gusskerne können durch Verpressen des Tonminerals bzw. Schichtsilikats mit entsprechendem Bindemittel hergestellt werden.
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Das Ausgangsmaterial liegt dabei vorteilhaft in körniger Form vor, beispielsweise ähnlich wie Sand.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelnen Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine Gießform samt Gusskern zum Herstellen einer Sanitärarmatur,
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2 einen Schnitt A durch die Anordnung aus 1 mit nur der unteren Hälfte zur Verdeutlichung,
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3 einen Schnitt B durch die Anordnung aus 1 mit beiden Hälften der Gießform und
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4 eine Darstellung, wie bei der fertigen Sanitärarmatur mittels Spritzdüsen der Gusskern entfernt wird.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist eine Gießform 11 in Draufsicht dargestellt, welche in bekannter Weise eine Ausnehmung aufweist, in der ein Gusskörper gegossen werden kann. Wie die Schnittdarstellungen der 2 im Schnitt A und 3 im Schnitt B zeigen, besteht die Gießform auf ebenfalls bekannte Art und Weise aus einer oberen Hälfte 12 und einer unteren Hälfte 13. Diese sind hier aufgrund der Ausbildung des Gusskörpers spiegelsymmetrisch ausgebildet.
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In der Gießform 11 ist, beispielsweise in der unteren Hälfte 13 befestigt, ein Gusskern 15 angeordnet. Dieser Gusskern 15 besteht, wie zuvor beschrieben worden ist, aus geblähtem und verpresstem Vermiculite, dem ein Bindemittel zugesetzt ist. Das Bindemittel kann nach einem der vorgenannten Kriterien ausgewählt sein und wird nachfolgend noch näher erläutert.
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Somit ist in der Gießform 11 eine Sanitärarmatur 17 als Gusskörper gegossen worden. Die Sanitärarmatur 17 weist einen Grundkörper 17a und ein davon abragendes Auslaufrohr 17b auf. Der Grundkörper 17a hat unten eine große Öffnung 18a und oben eine etwas kleine Öffnung 18b. Das Auslaufrohr 17b weist am freien Ende eine Öffnung 18c auf. Die Herstellung des Gusskerns 15 durch Verpressen des geblähten Vermiculite samt dem zugesetzten Bindemittel kann, wie eingangs angesprochen und für den Fachmann leicht vorstellbar, in einer separaten Form erfolgen. Es kann erheblich leichter vorgenommen werden als bei üblichem Gießsand, der quasi mit einem Bindeharz und unter enorm hohem Druck in eine Form gespritzt wird. Da der Gusskern 15 lediglich im Innenraum der Sanitärarmatur 17 angeordnet ist und hier eine Oberflächengüte sowie das Abbilden möglicher Pressgrate keine nennenswerte Rolle spielt, kann ein solcher Gusskern für eine solche Anwendung sehr gut verwendet werden.
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In der 4 ist dargestellt, wie bei einer aus der Gießform 11 herausgenommen fertigen Sanitärarmatur 17 als Gusskörper der Gusskern 15 wieder entfernt wird. Dazu sind zwei Spritzdüsen 22a und 22b an den Öffnungen 18c und 18a vorgesehen bzw. auf diese Öffnungen gerichtet. Je nach Art des Gusskerns 15 bzw. des mit dem Vermiculite oder dem hauptsächlichen Material des Gusskerns verwendeten Bindemittel kann unterschiedliches Lösungsmittel 23 mit den Spritzdüsen 22a und 22b ausgebracht werden.
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In einem ersten vorbeschriebenen Fall, bei dem das Bindemittel im Gusskern 15 wasserlöslich ist, beispielsweise ein Salz ist, kann als Lösungsmittel 23 Wasser mit den Spritzdüsen 22a und 22b ausgebracht werden. Durch das Wasser löst sich das Bindemittel bzw. Salz des Gusskerns 15 auf und das Material kann in kleinen Materialstücken 24 herausfallen bzw. vom Wasser 23 herausgespült werden. Der Gusskern 15 löst sich in diesem Fall dadurch auf, dass das Bindemittel selbst aufgelöst wird und somit die Festigkeit verloren geht.
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Alternativ zu Salz als Bindemittel kann, wie eingangs erläutert worden ist, ein Bindemittel auch ein Kunstharz oder Kunststoff sein. Dann wird als Lösungsmittel 23 beispielsweise ein genannter Alkohol bzw. Ethanol verwendet, der das Kunstharz oder den Kunststoff auflösen kann.
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Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel kann, wie eingangs ebenfalls erläutert worden ist, das Bindemittel für das Material des Gusskerns 15 so ausgebildet sein, dass es in Zusammenwirkung mit Wasser als Lösungsmittel 23 oder auch einer anderen Flüssigkeit aufquillt. Auch so kann es die Festigkeit des Gusskerns 15 zerstören und dieser dann, unterstützt durch die Spülwirkung des Lösungsmittels 23 entsprechend 4, in Form von Materialstücken 24 herausgespült werden. Dabei könnte es jedoch vorteilhaft sein, die Spritzdüse 221 nicht auf die eher kleine Öffnung 18c zu richten, sondern entweder nur auf die große konisch geöffnete Öffnung 18a oder noch auf die ebenfalls große Öffnung 18b. Je nach Aufquillverhalten des Bindemittels samt dem Material des Gusskerns, beispielsweise Vermiculite, könnte es ansonsten an den Öffnungen 18c zu Problemen wegen der Ausdehnung kommen. Ein mögliches Bindemittel für dieses Beispiel ist ein Tonmineral in Form von Bentonit.
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Als nochmals weiteres alternatives Ausführungsbeispiel kann das Bindemittel so ausgebildet sein, dass es durch thermische Einwirkung seine Bindewirkung verliert. Dann könnte dies entweder schon alleine durch den Gießvorgang der Sanitärarmatur 17 erfolgt sein, sodass sich dann mittels der Spitzdüsen 22a und 22b und einem Lösungsmittel 23, im einfachsten Fall Wasser, der Gusskern 15 in kleine Materialstücke 24 zerlegen lässt, um diese heraus zu spülen. Alternativ könnte für das Innere des Gusskerns 15 entweder sehr heißes Lösungsmittel 23 verwendet und darauf gespritzt werden oder aber die Sanitärarmatur 17 samt Gusskern 15 in einem Ofen erwärmt werden, um das Bindemittel aufzulösen. Dann kann entweder durch mechanisches Entfernen, beispielsweise auch Blasen mit Druckluft, oder durch die Spitzdüsen 22 mit Lösungsmittel 23 das Material entfernt bzw. herausgespült werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/042350 A1 [0002]
- DE 20107462 U1 [0003]
