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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gießkerns, insbesondere für den Metallguss, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie einen Gießkern, insbesondere für den Metallguss, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.
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In der Gießereitechnik hat sich gezeigt, dass hohle Druckgussteile, insbesondere hohle Aluminium-Druckgussteile, mit geringen Wandstärken mit Hilfe von verlorenen Kerneinlegern oftmals – insbesondere bedingt durch fehlende Kernlagerungs- und Handhabungskonzepte – nicht maßhaltig automatisiert hergestellt werden können. Derartige hohle Aluminiumbauteile sind jedoch vorteilhaft, da sie ein geringes Gewicht aufweisen und ihre Herstellung zeit- und kostengünstig zu bewerkstelligen ist.
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Es hat sich gezeigt, dass der Einsatz von Sandkernen nicht zielführend ist, da diese bezüglich Festigkeit, Oberflächengüte und Maßhaltigkeit nicht zur Herstellung von dünnwandigen, komplexen Bauteilen, insbesondere Strukturbauteilen für den Fahrzeugbau, geeignet sind. Darüber hinaus sind bei der Verwendung von Gießkernen im Druckgussverfahren die hohen Drücke zu beachten, mit denen der flüssige Gießwerkstoff in die Druckgussform, in der sich wenigstens ein Gießkern befindet, eingebracht wird. Diese hohen Drücke, die bis zu 800 bar betragen können, setzen den Gießkern beim Druckgießen hohen Belastungen aus, denen ein Sandkern nicht standhalten kann.
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Aus der
DE 10 2012 022 102 A1 sind ein Verfahren zum Herstellen eines Gießkerns, insbesondere für den Metallguss, sowie ein solcher Gießkern als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird eine Form bereitgestellt, welche wenigstens eine Kavität und wenigstens eine mit der Kavität fluidisch verbundene Einfüllöffnung aufweist. In die Kavität wird über die Einfüllöffnung ein flüssiger, aushärtbarer Salz-Formstoff eingebracht; bei dem Gießkern handelt es sich somit um einen gegossenen Salzkern. Der in die Kavität eingebrachte Salz-Formstoff wird zumindest teilweise ausgehärtet, so dass ein aus dem ausgehärteten Salz-Formstoff hergestellter Hohlkörper mit wenigstens einem von dem ausgehärteten Salz-Formstoff begrenzten Hohlraum des Gießkerns entsteht.
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Bei diesem bekannten Verfahren weist der Gießkern nach dem Aushärten des Salz-Formstoffes im Bereich der Einfüllöffnung noch eine Öffnung auf, die einerseits in den Hohlraum und andererseits in die Umgebung des Gießkerns mündet. In einem weiteren Schritt wird der Gießkern beziehungsweise sein Hohlraum mit einem Feststoff-Granulat oder einem Feststoff-Pulver befüllt, wodurch die Öffnung verschlossen wird. Alternativ wird der Hohlraum mit einem Fluid befüllt. Durch das Befüllen des Hohlraums mit dem Granulat beziehungsweise Fluid wird die Öffnung verschlossen, so dass beim Druckgussverfahren kein flüssiger Gießwerkstoff in den Hohlraum des Gießkerns eindringen kann. Das Befüllen des Hohlraums und das dadurch bewirkte Verschließen der Öffnung stellen jedoch einen zusätzlichen Prozessschritt dar, der üblicherweise jedoch erforderlich ist, um den Hohlraum abzudichten.
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Ein geeigneter Salz-Formstoff zur Herstellung eines verlorenen Gießkerns in einem Druckgussverfahren ist beispielsweise aus
EP 2 647 451 A1 bekannt.
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Schließlich offenbart die
DE 10 2011 105 389 A1 ein Gießwerkzeug, insbesondere zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors. Das Gießwerkzeug umfasst ein erstes Teil einer Druckgussform des Gießwerkzeugs und einen am ersten Teil angeordneten Kern, der über ein Festlager am ersten Teil positioniert ist. Dabei ist es vorgesehen, dass der Kern zum Ausgleichen von Wärmedehnungen des Kernes über ein zusätzliches Loslager am ersten Teil positioniert ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und einen Gießkern der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen sich eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige Herstellung des Gießkerns realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Gießkern mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren zum Herstellen eines Gießkerns zu schaffen, mittels welchem sich eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige Herstellung des Gießkerns realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Hohlraum des Gießkerns allseitig mittels des in die Kavität eingebrachten Formstoffes verschlossen wird. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich, einen rundum geschlossenen Hohl-Gusskern mit definierter Wandstärke durch Gießen herzustellen, wobei der Hohl-Gusskern, das heißt der Gießkern, ohne gesonderte Abdichtmaßnahmen druckgussdicht produziert und beispielsweise in einem Druckgusswerkzeug, insbesondere in einem Aluminium-Druckgusswerkzeug, als verlorener Kern umgossen werden kann, ohne dass dabei ein flüssiger, in das Druckgusswerkzeug eingebrachter Gießwerkstoff in den Hohlraum des Gießkerns eindringt. Da der Hohlraum allseitig, das heißt rundum, mittels des Salz-Formstoffes verschlossen wird, muss der Hohlraum des Gießkerns auch nicht mit einem von dem Salz-Formstoff unterschiedlichen Material oder Fluid gefüllt werden. Dadurch können der Zeitaufwand und der Materialbedarf zum Herstellen des Gießkerns besonders gering gehalten werden. Da der Gießkern als gegossener Salzkern für Druckguss, insbesondere für Aluminium-Druckguss, großvolumig und hohl hergestellt wird, kann einerseits ein großer Hohlraum in einem Gussbauteil, insbesondere in einem Aluminium-Gussbauteil, mittels des Gießkerns realisiert werden. Andererseits weist der hohle, gegossene Salzkern den Vorteil auf, dass er mit einem nur geringen Formstoffbedarf hergestellt werden kann. Darüber hinaus muss im Vergleich zu einem massiven Gusskern eine nur geringe Menge an Salz aus dem Druckgussbauteil nach dem Gießen herausgewaschen werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Entkernung des gegossenen Druckgussbauteils auf besonders einfache Weise erfolgen kann, da der Gießkern infolge seiner Herstellung aus Salz wasserlöslich ist. Dadurch kann der Gießkern nach dem Herstellen des Druckgussbauteils auf einfache Weise aus dem Druckgussbauteil mittels Wasser herausgewaschen werden.
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Da der Hohlraum vollständig geschlossen ist, weist der Hohlkörper eine vollständig geschlossene Kruste mit einer definierten Wandstärke auf. Durch ein entsprechendes Einstellen der Wanddicke der Salzkruste kann eine hohe Druckfestigkeit des Kerns sichergestellt werden, so dass der Gießkern beispielsweise beim Druckgießen auch hohe Drücke schadfrei ertragen kann. Ein weiterer Vorteil der vollständig geschlossenen Kruste ist, dass der Gießkern direkt als Druckgusskern verwendet werden kann. Dies bedeutet, dass nach dem Herstellen des Gießkerns keine weiteren Bearbeitungsschritte notwendig sind, insbesondere um den Hohlraum zu schließen. Die einzige, etwaig erforderliche Nacharbeit besteht darin, unerwünschte beziehungsweise unnötige Gießläufe vom Hohlkörper abzutrennen. Im Übrigen kann der Gießkern endkonturnah, insbesondere mit einer Toleranz in einem Bereich von 0,1 bis 0,5 Millimeter, gegossen und aus der Form entnommen werden. Dieser Toleranzbereich von einschließlich 0,1 Millimeter bis einschließlich 0,5 Millimeter bezieht sich dabei auf die Abweichung der Endkontur des gegossenen Gießkerns von einer idealen Kontur beispielsweise gemäß der Konstruktionszeichnung des Gießkerns. Dies bedeutet, dass der Gießkern nach seiner Herstellung ohne daran anschließende Oberflächenbearbeitungen als Gießkern in einer Gießform, insbesondere einer Druckgussform, verwendet werden kann.
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Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn während der Abkühlung und während des Aushärtens des Salz-Formstoffes im Hohlraum noch flüssiger Salz-Formstoff, das heißt eine flüssige Schmelze aus dem Salz-Formstoff, sowie ein hoher Druck gehalten werden. Hierdurch kann die Gefahr, dass bei der Herstellung des Gießkerns durch Schwindung bei der Abkühlung in der Kruste Risse entstehen, besonders gering gehalten werden. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Salze eine sehr hohe Wärmedehnung aufweisen. Die Wärmedehnung kann in etwa doppelt so hoch sein wie die Wärmedehnung von Aluminium. Bei der Abkühlung durch Schwindung entstehende, feine Haarrisse sind zunächst unkritisch. Beim Druckguss, insbesondere beim Aluminium-Druckguss, wirken auf den Gießkern jedoch Drücke von bis zu 800 bar, wobei die Haarrisse potentielle Versagensstellen darstellen. Durch das Halten von flüssiger Schmelze in dem Hohlraum und durch das Einstellen eines hohen Drucks in dem Hohlraum während des Aushärtens kann die Gefahr, dass Risse entstehen, jedoch gering gehalten werden.
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Im Rahmen des Verfahrens wird der Gießkern beispielsweise mittels eines Greifers eines Roboters bewegt, vorzugsweise dreidimensional bewegt, um eine zumindest im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke des Hohlkörpers zu realisieren. Hierzu kann beispielsweise die Form, mittels welcher der Gießkern hergestellt wird, bewegt werden. Alternativ ist es möglich, dass der Gießkern mittels eines Greifers aus der Form zu entnehmen und zu bewegen.
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Im Rahmen des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der flüssige Salz-Formstoff in die Form eingebracht und dort etwa 10 Sekunden, etwa bei 700 Grad Celsius und etwa 50 Grad oberhalb der Solidus-Temperatur des Salz-Formstoffes gehalten wird. Das anschließende Ausformen des Gießkerns dauert etwa 45 bis 120 Sekunden. Vorzugsweise dauert das Ausformen maximal 120 Sekunden. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei einer höheren Ausformdauer der Gießkern aufgrund von Schwindungsbehinderung reißen kann. Weist der Gießkern beziehungsweise dessen Hohlkörper eine hohe Wandstärke auf, das heißt ist der Hohlkörper als besonders dicke Schale ausgebildet, so weist der Gießkern eine besonders hohe Wärmeabschottung auf.
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Mittels des Gießkerns können hohle Aluminium-Druckgussbauteile hergestellt werden, wobei solche hohlen Aluminium-Druckgussbauteile ein besonders geringes Gewicht aufweisen. Die Herstellung von solchen Aluminium-Druckgussbauteilen ist dabei mittels des Gießkerns kostengünstig realisierbar.
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Zur Herstellung von Hohlräumen in Aluminium-Bauteilen werden üblicherweise Sandkerne eingesetzt. Diese halten jedoch den hohen Drücken beim Druckgießen nicht stand. Um jedoch besonders dünnwandige Bauteileherstellen zu können, die ein geringes Gewicht aufweisen und daher insbesondere als Strukturbauteile im Fahrzeugbau zum Einsatz kommen, muss Druckgießen eingesetzt werden. Als Gießkerne für den Einsatz beim Aluminium-Druckgießen eignen sich besonders vorteilhaft Salzkerne, da diese eine gute, das heißt glatte Oberfläche und eine hohe Stabilität aufweisen. An diese Salzkerne besteht jedoch die Anforderung, dass sie einfach aus dem hergestellten Aluminium-Druckgussbauteil zu entfernen sowie kostengünstig herstellbar sind.
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Dabei ist es bekannt, Salzkerne aus reinem Natriumchlorid (NaCl) herzustellen, wobei diese Salzkerne durch Pressen und Backen hergestellt werden. Diese Salzkerne weisen jedoch eine nur begrenzte Belastbarkeit auf, so dass die bei der Verwendung in einem Druckgussverfahren Beschädigungen davontragen können.
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Eine höhere Belastbarkeit lässt sich mit gegossenen Salzkernen erreichen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nun die besonders kostengünstige Herstellung eines gegossenen Salzkerns, da zusätzliche Abdichtmaßnahmen zum Verschließen des Hohlraums zumindest im Bereich der Einfüllöffnung vermieden werden können. Beispielsweise ist es möglich, einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gießkern zur Herstellung von Kurbelgehäusen, insbesondere von Zylindersteg-Kühlungen für Kurbelgehäuse, zu verwenden. Ferner ist es denkbar, Trägerelemente wie beispielsweise einen Querträger einer Personenkraftwagenkarosserie mittels eines solchen Hohlguss-Salzkerns herzustellen.
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Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Darstellung eines hochproduktiven, vollautomatisierten Aluminium-Druckguss-Prozesses für komplexe Aluminium-Druckgussbauteile mit Hinterschnitten oder Hohlstrukturen, die bisher nur mittels Schwerkraftguss herstellbar waren. Dadurch, dass der Hohlraum zumindest im Bereich der Einfüllöffnung mittels des in die Kavität eingebrachten Salz-Formstoffes geschlossen wird, kann ein vollautomatisierter Herstellungsprozess zur Herstellung derartiger Gießkerne realisiert werden. Gleichzeitig bleiben die Vorteile von Aluminium-Druckguss gegenüber Aluminium-Schwerkraftguss, Sand- und Kokillenguss erhalten. Gegenüber Schwerkraft-, Sand- und Kokillenguss lassen sich Bauteile durch Aluminium-Druckguss wesentlich kostengünstiger und mit einer geringeren Wanddicke herstellen. Insbesondere ist es möglich, Wandstärken in einem Bereich von 1,5 bis 6 Millimeter, insbesondere 2 Millimeter, herzustellen. Ferner ist eine besonders hohe Maßhaltigkeit mit Toleranzen von etwa 0,1 Prozent realisierbar. Darüber hinaus sind Aluminium-Druckgussbauteile mit Hilfe von hohlen Salz-Gießkernen geometrisch in der Steifigkeit einstellbar durch ihre Hohlstruktur und geeignet für Vakuumdruckguss. Daher sind solche Bauteile wärmebehandelbar zur Duktilisierung für Crash-relevante Strukturteile. Darüber hinaus weist ein Salzkern den Vorteil auf, dass er wasserlöslich und rein organisch ist, so dass er emissionsfrei entkernbar und vollständig recyclebar ist.
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Im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ferner möglich, den Gießkern derart auszugestalten, dass der Hohlkörper beziehungsweise der Hohlraum rundum geschlossen, endkonturnah, reproduzierbar, maßhaltig und ausreichend fest ist, so dass beispielsweise ein Roboter den hergestellten Gießkern in ein entsprechend gestaltetes Aluminium-Druckgusswerkzeug automatisiert einlegen kann. Ferner sind Wandstärkenaufdickungen an Lagerungsdurchbrüchen, Rippen etc. im Aluminium-Druckgussbauteil durch eine entsprechende Gestaltung des Gießkerns auf einfache Weise realisierbar.
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Bei dem noch flüssigen Salz-Formstoff handelt es sich beispielsweise um eine Schmelze, die aus einer Mischung von NaCl mit Na2CO3 besteht. Der Anteil von NaCl an der Mischung liegt beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 30 bis einschließlich 70 Massenprozent. Insbesondere beträgt der Anteil von NaCl an der Mischung 40 Massenprozent. Mit anderen Worten liegt der Massenanteil von NaCl an der Mischung in einem Bereich von einschließlich 30 Prozent bis einschließlich 70 Prozent. Insbesondere beträgt der Massenanteil von NaCl an der Mischung 70 Prozent. Der Rest ist Na2CO3. Dies bedeutet, dass der Massenanteil von Na2CO3 in einem Bereich von einschließlich 30 bis einschließlich 70 Prozent liegt, insbesondere 60 Prozent beträgt.
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Zur Erfindung gehört auch ein Gießkern, insbesondere für den Metallguss, wobei es erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der Hohlraum allseitig durch den ausgehärteten Salz-Formstoff verschlossen ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gießkerns anzusehen und umgekehrt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gießkerns und/oder eines erfindungsgemäßen Gießkerns in einem Druckgussverfahren, insbesondere in einem Aluminium-Druckgussverfahren.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn im Rahmen des Verfahrens aus dem Salz-Formstoff und mittels der Form wenigstens eine von dem Hohlkörper abstehende Kernlagerung zur Lagerung des Gießkerns in einer Gussform hergestellt wird. Der Hohlkörper des Gießkerns bildet die eigentliche Salzkernkontur, die zum Herstellen von Hohlräumen von Gussbauteilen verwendet wird. Von dieser eigentlichen Salzkernkontur, das heißt von dem Hohlkörper, steht die Kernlagerung ab. Diese Kernlagerung wird beispielsweise im Rahmen eines Druckgussverfahrens, insbesondere im Rahmen eines Aluminium-Druckgussverfahrens, verwendet, um den Gießkern an beziehungsweise in einer Druckgussform zu lagern. Die auf die beschriebene Weise hergestellte Kernlagerung ermöglicht eine hochgenaue und automatisierte Positionierung des Gießkerns in einem Druckguss-Werkzeug, das heißt in der Druckgussform.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kernlagerung zumindest in einem Teilbereich massiv ausgebildet wird. Dabei ist es denkbar, dass die Kernlagerung vollständig massiv ausgebildet wird. Alternativ ist es möglich, dass die Kernlagerung hohl ist. Infolge der massiven oder zumindest teilweise massiven Ausgestaltung weist die Kernlagerung eine besonders hohe Robustheit auf.
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Durch eine hohle oder teilmassive Kernlagerung kann eine einfache Zugänglichkeit in den Hohlraum, das heißt in das Innere des Gießkerns, ermöglicht werden, wodurch der Gießkern besonders einfach aus dem hergestellten Gussbauteil entfernet werden kann.
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Die Kernlagerung kann maßhaltig und gusstechnisch als Festlagerung ausgeführt werden, um eine hohe Maßhaltigkeit von mittels des Gießkerns herzustellenden Gussbauteilen, insbesondere Druckgussbauteilen, zu gewährleisten. Mit anderen Worten ist es möglich, mittels der Kernlagerung ein Festlager darzustellen, über das der Gießkern an der Gussform gelagert ist.
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Ferner ist es möglich, die Kernlagerung maßhaltig und gusstechnisch als Loslagerung auszuführen, um beispielsweise unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Gießkerns und des Gusswerkzeugs ausgleichen zu können. Mit anderen Worten ist es möglich, mittels der Kernlagerung eine Loslagerung darzustellen, über die der Gießkern an der Gussform gelagert ist. Die Gussform ist beispielsweise aus Aluminium gebildet. Wie bereits geschildert, weist der Salz-Formstoff eine wesentlich höhere Wärmedehnung als Aluminium auf. Dadurch kann es beim Gießen beziehungsweise Herstellen eines Gussbauteils mit Hilfe der Gussform und des Gießkerns zu unterschiedlichen Wärmedehnungen des Gießkerns und der Gussform kommen. Da der Gießkern über wenigstens eine Loslagerung an der Gussform gelagert ist, können diese unterschiedlichen Wärmedehnungen kompensiert werden, da sich der Gießkern relativ zum Gusswerkzeug in geringem Maße bewegen kann.
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Darüber hinaus ist es möglich, dass die Kernlagerung ohne mechanische Bearbeitung für die Aufnahme in metallischen Gusswerkzeugen, insbesondere Druckgusswerkzeugen und vorzugsweise Aluminium-Druckgusswerkzeugen, verwendet werden kann. Mit anderen Worten ist es möglich, nicht nur den Hohlkörper, sondern auch die Kernlagerung mit einer hohen Maßhaltigkeit und mit einer hohen Oberflächengüte herzustellen, so dass die Kernlagerung direkt dazu verwendet werden kann, um den Gießkern an einer Gussform zu lagern. Mechanische Bearbeitungen der Kernlagerung nach ihrer Herstellung sind nicht vorgesehen und nicht erforderlich.
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Abhängig von der Belastung des Gießkerns beim Gießen des Gussbauteils und/oder abhängig von Fertigungsbedingungen des Gießkerns kann die Kernlagerung hohl oder massiv ausgestaltet sein. Eine solche Kernlagerung kann beispielsweise aus einem Überlaufspeiser bei der Formfüllung hergestellt sein. Bei dem Gießkern lassen sich mehrere solcher Kernlagerungen aus jeweiligen Überlaufspeisern bei der Formfüllung herstellen, wenn die Form mehrere Überläufe aufweist. Ferner ist es möglich, eine solche Kernlagerung am Einguss der Form herzustellen. Ferner ist es möglich, durch entsprechende Ausformungen der Form, insbesondere der Kavität, entsprechende Kernlagerungen herzustellen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine schematische Schnittansicht durch einen Gießkern gemäß einer ersten Ausführungsform, welcher einen aus einem Salz-Formstoff gebildeten Hohlkörper mit wenigstens einem von dem ausgehärteten Salz-Formstoff begrenzten Hohlraum aufweist, wobei der Hohlraum allseitig durch den ausgehärteten Salz-Formstoff verschlossen ist;
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2 eine schematische Schnittansicht durch den Gießkern gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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3 eine schematische und perspektivische Draufsicht auf den Gießkern gemäß einer dritten Ausführungsform;
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4 eine schematische und perspektivische Draufsicht auf den in zwei Teile geteilten Gießkern gemäß 3;
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5 eine schematische und perspektivische Draufsicht auf ein Aluminium-Druckgussbauteil, welches mit Hilfe des Gießkerns gemäß einer vierten Ausführungsform hergestellt ist;
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6 eine schematische und perspektivische Vorderansicht auf den Gießkern gemäß der vierten Ausführungsform; und
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7 eine schematische und perspektivische Rückansicht auf den Gießkern gemäß der vierten Ausführungsform.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen Gießkern 10 für den Metallguss, welcher als verlorener Salzkern in einem Aluminium-Druckgussverfahren verwendet werden kann. Der Gießkern 10 umfasst einen Hohlkörper 12, welcher durch eine ausgehärtete Salzkruste (Kruste 14) gebildet wird. Die Salzkruste 14 besteht aus einem ausgehärteten Salz-Formstoff, aus dem der Gießkern 10 hergestellt wird.
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Aus 1 ist erkennbar, dass der Gießkern 10 beziehungsweise der Hohlkörper 12 einen Hohlraum 16 aufweist, welcher rundum, das heißt allseitig geschlossen, ausgebildet ist. Darüber hinaus weist der Gießkern 10 zwei Kernlagerungen 18, 20 auf. Die Kernlagerungen 18, 20 stehen vorliegend seitlich von dem Hohlkörper 12 ab und dienen zum Lagern des Gießkerns 10 im Aluminium-Druckgusswerkzeug an der Druckgussform. Aus 1 und 2 ist auch ein optionaler, beweglicher Schieber 22 erkennbar, welcher beispielsweise im Rahmen der Herstellung des Gießkerns 10 verwendet wird.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Gießkerns 10 wird zunächst der Salz-Formstoff in Form einer flüssigen Salzschmelze bereitgestellt. Die Salzschmelze weist beispielsweise eine Temperatur von 30 bis 80 Grad, insbesondere von 50 bis 80 Grad, über der Solidus-Temperatur auf. Die Salzschmelze besteht beispielsweise aus einer Mischung aus NaCl und Na2Co3. Die Salzschmelze wird in eine vorzugsweise beheizte Form, das heißt in eine Gussform gefüllt. Die Form ist beispielsweise aus einem Stahl gebildet. Die Form ist beispielsweise als Stahlkokille ausgebildet. Die Temperatur der Form liegt vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 250 Grad Celsius bis einschließlich 350 Grad Celsius. Insbesondere beträgt die Temperatur der Form 300 Grad Celsius. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Gießkern 10 durch Schwerkraftguss, Niederdruck-Guss oder Druckguss hergestellt wird.
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Die Form umfasst beispielsweise zwei Formhälften. Weitere Unterteilungen davon können als Schieber ausgeführt sein, wobei beispielsweise die zur Formfüllung vorgesehenen Speiser und Gießläufe in einer Trennebene des als Salzgussteil ausgebildeten Gießkerns 10 liegen, ohne Hinterschnitte beim Ausformen des Gießkerns 10 zu bilden.
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Die Form wird lufteinschlussfrei, gegebenenfalls vakuumunterstützt und vollständig inklusive Speiser und Überläufe mit der Salzschmelze gefüllt. Die Form zur Herstellung des Gießkerns 10 weist eine Kavität auf, welche über eine in die Kavität mündende Einfüllöffnung mit der Salzschmelze gefüllt wird. Die thermophysikalischen Eigenschaften der Salzschmelze ermöglichen ein krustenartiges, homogenes Erstarren der Salzschmelze entlang der gesamten Oberfläche der Kavität beziehungsweise der Form ausgehend von der Form in Richtung des Hohlraums 16, wodurch eine gleichmäßige, höherfeste Erstarrungsschicht in Form der Kruste 14 entsteht. Mit anderen Worten wird die in die Kavität beziehungsweise die Form eingebrachte Salzschmelze über beispielsweise 30 bis 180 Sekunden abgekühlt, wodurch der zunächst noch flüssige Salz-Formstoff (Salzschmelze) vom Rand her, das heißt ausgehend von der Form nach innen aushärtet. Hierdurch wird durch Randschalenbildung der feste Hohlkörper 12 gebildet. Im späteren, im Aluminium-Druckgusswerkzeug angeordneten Zustand wird der Gießkern 10, insbesondere der Hohlkörper 12, mit dem zunächst flüssigen Gießwerkstoff umgossen, so dass ein Hohlraum eines Aluminium-Druckgussbauteils hergestellt wird.
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Die Salzmischung weist eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, welche mit zunehmender Dicke der Kruste 14 die Wärmeableitung aus der sich im Hohlraum 16 befindenden noch flüssigen Salzschmelze in die demgegenüber kältere Gussform reduziert, wodurch die, Salzschmelze im Inneren des Gießkerns 10, das heißt im Hohlraum 16, noch lange flüssig gehalten werden kann. Die Dicke der Kruste 14, das heißt die Wandstärke des Hohlkörpers 12, wird durch die Verweildauer der Salzschmelze in der Gussform bestimmt.
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Um beim späteren Aluminium-Druckgussverfahren hochbelastete Kernlagerungsstellen des Gießkerns 10 bereits bei der Herstellung des Gießkerns 10 einfach, hoch maßhaltig, reproduzierbar und kostengünstig herzustellen, wird das Gießsystem der Form außerhalb des die eigentliche Salzkernkontur darstellenden Hohlkörpers 12 als Kernlagerung 18 beziehungsweise 20 verwendet. Die Kernlagerungen 18, 20 können dabei zumindest nahezu massiv ausgefüllt werden, so dass diese eine besonders hohe Belastbarkeit aufweisen, insbesondere im Vergleich zur übrigen Kontur des Gießkerns 10, da die übrige Kontur nur durch die Kruste 14 gebildet wird.
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Die Kernlagerung 18 wird beispielsweise am Auslaufspeiser der Gussform gebildet und so dimensioniert, dass der Anschnitt am Gießkern 10 nach Abschluss der Krustenbildung vollständig massiv erstarrt ist. Die Isolationswirkung der Kruste 14 hält die Salzschmelze im Innern des durch die Kruste 14 gebildeten Gießkerns 10 flüssig. Die Krustenbildung verlangsamt sich logarithmisch über die Verweildauer der Salzschmelze im Gießkern 10.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Speiserquerschnitt am Auslauf der Gussform so dimensioniert ist, dass durch die Randschalenbildung der Anschnitt vollständig einfriert und den Gießkern 10 abdichtet und die Kernlagerung 18 bildet.
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Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Speiserquerschnitt am Einlauf, das heißt an der Einlauföffnung, größer als das Zweifache der Dicke der Kruste 14 ist, so dass überschüssige, noch flüssige Salzschmelze aus dem Hohlraum 16 über die Einfüllöffnung abgeführt, beispielsweise ausgekippt werden kann, wobei danach die Anschnittfläche einfriert, so dass der Hohlraum 16 druckgussfest abgedichtet wird unter Bildung der Kernlagerung 20. Weitere Kernlagerungen können optional nach Festigkeits- und Maßhaltigkeitsanforderungen, beispielsweise wie die Kernlagerung 18, in Ausformrichtung des Aluminium-Druckgussteils hergestellt werden. Das Entnehmen des Gießkerns 10 aus der Form und das Einlegen des Gießkerns 10 in das Aluminium-Druckgusswerkzeug erfolgt beispielsweise mittels eines Roboters, wobei der Roboter den Gießkern 10 beispielsweise an den Kernlagerungen 18, 20 greifen kann. Schließlich erfolgt ein Einschieben oder Stecken des Gießkerns 10 in das Aluminium-Druckgusswerkzeug.
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Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass ein noch flüssiger erster Teil des in die Kavität der Form eingebrachten Salz-Formstoffs über die Einfüllöffnung aus dem Hohlraum 16 abgeführt wird und mittels eines noch flüssigen zweiten Teils des in die Kavität eingebrachten und sich im Hohlraum 16 befindenden Salz-Formstoffs durch Aushärten dieses zweiten Teils der Hohlraum 16 zumindest im Bereich der Einfüllöffnung verschlossen wird. Die überschüssige Salzschmelze kann dabei entweder vor oder zeitgesteuert nach der Entformung des Salzkerns aus der Form durch eine zunächst noch verbleibende Öffnung ausgegossen werden.
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Der in die Kavität eingebrachte und noch flüssige Salz-Formstoff wird dazu verwendet, den Hohlraum 16 unter gleichzeitiger Bildung einer Kernlagerung zu verschließen. Dies bedeutet, dass keine sich an die Herstellung des Gießkerns 10 anschließende Prozesse erforderlich sind, um den Hohlraum 16 zu verschließen. Der Hohlraum 16 kann vielmehr zumindest im Bereich der Einfüllöffnung mit Hilfe des Salz-Formstoffes verschlossen werden, der bereits in die Kavität eingebracht wurde.
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Alternativ dazu ist es möglich, dass nur die für die Bildung der Kruste 14 und der Kernlagerungen 18, 20 erforderliche Menge an Salzschmelze in die Kavität eingefüllt wird und die Einfüllöffnung mit einer geeignet ausgeführten Verengung gestaltet ist, die das Einfüllen der heißen Salzschmelze ermöglicht, durch Einfrieren der Schmelze an der Engstelle ein Nachspeisen verhindert und die Einfüllöffnung verschließt. Durch Bewegen des Gießkerns 10, wobei sich der Gießkern 10 noch in der Form befinden oder bereits aus der Form entformt sein kann, kann beispielsweise im Bereich der Kernlagerungen 18, 20 zusätzlich zur Krustenbildung Wandstärke aufgebaut werden, ohne dass Salzschmelze aus dem Hohlraum 16 austreten kann.
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Mit anderen Worten ist es möglich, den Gießkern 10 um wenigstens eine Achse, insbesondere um wenigstens zwei senkrecht zueinander verlaufende Achsen oder um drei senkrecht zueinander verlaufende Achsen und somit dreidimensional zu bewegen, während sich noch flüssige Salzschmelze im Hohlraum 16 befindet, wodurch die noch flüssige, sich im Hohlraum 16 befindliche Salzschmelze entlang von den Hohlraum begrenzenden Wandungen des Gießkerns 10 bewegt wird.
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Die mechanisch feste Kruste 14 ermöglicht das Ausformen des Gießkerns 10 aus der Gussform, bevor die Schwindung des Salz-Formstoffes durch Abkühlung zur Beschädigung des Gießkerns 10 an schwindungskritischen Bereichen wie Rippen oder Wandstärkensprüngen führt. Mit Hilfe der sich noch im Kern befindlichen Restschmelze können durch geeignete, dreidimensionale Bewegungen des Gießkerns 10 außerhalb der Gussform neben den Kernlagerungen 18, 20 auch im anschließenden Aluminium-Druckgussprozess mechanisch höher belastete Bereiche oder Bereiche mit geringerer Krustenbildungsneigung wie beispielsweise Rippenspitzen lokal aufgedickt werden, so dass dadurch der Gießkern 10 ausgesteift werden kann.
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2 zeigt den Gießkern 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Aus 2 ist erkennbar, dass sich der Gießkern 10 gemäß der zweiten Ausführungsform insbesondere durch die Ausgestaltung der Kernlagerungen 18, 20 von dem Gießkern 10 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet.
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3 zeigt den Gießkern 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. Aus 3 ist erkennbar, dass der Gießkern 10 gemäß der dritten Ausführungsform Rippen 24 aufweist, die sich ins Innere des Gießkerns 10, das heißt in den Hohlraum 16 erstrecken. Dies ist besonders gut aus 4 erkennbar, in welcher der Gießkern 10 gemäß der dritten Ausführungsform zweigeteilt dargestellt ist. Die Kruste 14 weist beispielsweise eine Dicke von 8 Millimetern auf. Die linke Kernlagerung 20 ist durch einen geschlossenen Überlauf gebildet, während die rechte Kernlagerung 18 durch einen geschlossenen, teilweise hohlen Einguss gebildet ist.
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5 bis 7 zeigen den Gießkern 10 gemäß einer vierten Ausführungsform. Ferner ist aus 5 ein im Ganzen mit 26 bezeichnetes Aluminium-Druckgussbauteil dargestellt, welches mittels des Gießkerns 10 gemäß der vierten Ausführungsform hergestellt wird.
