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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kernpaket, eine Gussform sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Gussteils.
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Bei den in Rede stehenden Gussteilen handelt es sich beispielsweise um Zylinderköpfe von Verbrennungskraftmaschinen. Derartige Bauteile werden beispielsweise im Schwerkraftguss hergestellt und erfordern aufwendig gestaltete Kernpakete, um die späteren Kühlräume bzw. Kühlleitungen im Gussteil, sei es für Wasser oder Öl etc., abzubilden. Um die Kerne beim Gießen zu fixieren und um ein Aufschwimmen zu verhindern, müssen die Kerne niedergehalten bzw. fixiert werden, wobei dieses Fixieren beispielsweise über die Kokillenschieber an entsprechend ausgebildeten Kernlagern der Kerne erfolgen kann. Dadurch entstehen allerdings im späteren Gussteil Öffnungen, welche aufwendig nachbearbeitet werden müssen. Derartige Öffnungen werden beispielsweise im fertigen Gussteil mit Verschlussschrauben oder Deckeln verschlossen. Dem geht allerdings eine aufwendige Bearbeitung voraus, umfassend beispielsweise Fräsen, Gewindeschneiden etc. Problematisch bleibt, dass bei der Verwendung von derartigen Verschlussschrauben oder Deckeln oftmals Undichtigkeiten auftreten.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kernpaket, eine Gussform sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Gussteils anzugeben, welche den Prozess insgesamt vereinfachen, bei einer Erhöhung der Qualität der Gussteile und gleichzeitiger Kostenreduzierung.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kernpaket gemäß Anspruch 1, durch eine Gussform gemäß Anspruch 12 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Kernpaket zumindest zwei Kerne, wobei die Kerne zueinander orientierte Halteabschnitte aufweisen, welche einen Anordnungsabschnitt formen, und wobei auf und/oder an dem Anordnungsabschnitt zumindest ein Halteelement angeordnet oder anordenbar ist, wodurch die Kerne zueinander fixiert werden können. Dabei ist der Ausdruck „Fixieren“ insbesondere als ein zueinander Halten oder auch Zusammendrücken zu verstehen. Zueinander orientiert bedeutet, dass die Halteabschnitte insbesondere aneinander anliegen bzw., zumindest bereichsweise, in Kontakt sind. Bevorzugt formen dabei immer zumindest zwei Halteabschnitte einen Anordnungsabschnitt. Der große Vorteil besteht darin, dass ein zusammenhängendes Kernpaket geformt/gebildet werden kann, wobei bereits durch das hierdurch entstehende Gesamtgewicht ein Aufschwimmen des Kernpakets beim Gießen in der Gussform verhindert werden kann. Zusätzlich oder alternativ entsteht dadurch außerdem die Möglichkeit, dass beispielsweise nur einer der Kerne des Kernpakets ein Kernlager ausbilden bzw. umfassen muss bzw. anderweitig fixiert werden muss. Zweckmäßigerweise genügen in Summe also weniger Niederhalter um z. B. dem Auftrieb entgegenzuwirken. Ggf. kann sogar vollständig auf den Einsatz von gesonderten Niederhaltern oder gesonderten Kernlagern verzichtet werden. Eine Haltekraft des Halteelements wirkt auf den Anordnungsabschnitt insbesondere als Druckkraft. Je nach Ausgestaltung des Anordnungsabschnitts, welcher beispielsweise im Querschnitt rund oder eckig sein kann, wirkt die Druckkraft insbesondere radial, je nach Ausgestaltung des Halteelements, insbesondere wenn das Halteelement den Anordnungsabschnitt vollumfänglich umfasst, vollumfänglich radial. Dadurch kann eine äußerst gleichmäßige und sanfte Krafteinleitung erreicht werden, welche insbesondere bei den an sich empfindlichen Sandkernen von Vorteil ist. Insbesondere handelt es sich bei den Kernen um Sandkerne, hergestellt beispielsweise im Hot-Box- oder Cold-Box-Verfahren.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Halteelement zur form- und/oder kraftschlüssigen Anordnung ausgelegt. Bevorzugt entspricht eine Innenkontur des Halteelements ganz bzw. im Wesentlichen einer Außenkontur des Anordnungsabschnitts, wodurch sich ein Formschluss ergibt. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Kraftschluss vorgesehen sein, wodurch ein aktives Zusammendrücken bzw. Fixieren der Kerne zueinander über das Halteelement erfolgen kann. Mit anderen Worten werden die Kerne zueinander quasi vorgespannt. Je nach Verwendung bzw. Verfahrensführung kann es auch ausreichend sein, dass die eigentliche Haltekraft letztendlich erst dann wirkt, wenn die Kerne beim Gießen „versuchen“ würden, sich zu verlagern. Das Halteelement kann also auch lediglich „lose“ aufgeschoben werden bzw. sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Halteelement elastisch. Die Elastizität kann durch die Form bzw. Ausgestaltung des Halteelements aber auch durch eine entsprechende Materialwahl bereitgestellt werden. Ein elastisch ausgebildetes Halteelement kann mit Vorteil an unterschiedlich großen Anordnungsabschnitten verwendet werden. Durch die Elastizität kann aber auch, wie vorher beschrieben, die Haltekraft aufgebaut werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Maß des Halteelements, insbesondere ein Durchmesser, einstellbar. Ermöglicht wird dies beispielsweise, wie bereits angedeutet, über die Elastizität oder eine Verformbarkeit bzw. über eine entsprechende geometrische Ausgestaltung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halteelement ringförmig. Insbesondere ist das Halteelement kreisringförmig. Hierbei kann es sich um einen geschlossenen oder offenen Ring handeln.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Halteelement ein Federring. Bei dem Federring handelt es sich insbesondere um einen Ring, welcher nicht geschlossen ist, wodurch eine Verformbarkeit bzw. Elastizität oder Beweglichkeit erreicht wird. Diese ermöglicht zum einen eine Anpassung an unterschiedlich dimensionierte Anordnungsbereiche. Überdies wird ein Halteelement bereitgestellt, welches eine Vorspannung auf den jeweiligen Anordnungsabschnitt aufbringen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform entspricht ein Material/Werkstoff des Halteelements einem Gusswerkstoff bzw. zumindest im Wesentlichen dem Gusswerkstoff. Bei dem Gussmaterial/Gusswerkstoff handelt es sich beispielsweise um einen Aluminiumwerkstoff, insbesondere um eine Aluminiumlegierung oder um eine Magnesiumlegierung. Mit Vorteil kann das Halteelement Bestandteil des späteren Gussteils werden. Zum besseren Umgießen bzw. Eingießen kann das Halteelement gemäß einer Ausführungsform mit einer entsprechenden Beschichtung versehen sein, wobei deren Zusammensetzung vom verwendeten Gusswerkstoff abhängt.
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Alternativ ist der Werkstoff des Halteelements dahingehend ausgewählt, gezielt die Bauteileigenschaften des späteren Gussteils zu beeinflussen. Eine Beeinflussung kann dahingehend gewählt sein, dass eine Steifigkeitserhöhung durch das Halteelement, insbesondere durch eine geeignete Materialauswahl, bereitgestellt wird oder eine gezielte und bereichsweise Gewichtsreduzierung etc.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Schmelze oder Verdampfungstemperatur des Werkstoffs des Halteelements unterhalb einer Schmelztemperatur des Gusswerkstoffs angelegt. Das Halteelement kann also z. B. aufschmelzen oder verdampfen, mit anderen Worten also während des eigentlichen Gießprozesses „verschwinden“ bzw. sich auflösen. Dieser Vorgang ist dabei zweckmäßigerweise so gestaltet, dass bereits Bereiche oder Abschnitte der Schmelze zumindest soweit erstarrt sind, dass ein Halten des oder der Kerne durch das Halteelement bzw. durch die Halteelemente nicht mehr benötigt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Halteabschnitte im Querschnitt kreissegmentförmig ausgebildet. Zwei derart zueinander orientierte Halteabschnitte formen mit Vorteil einen ovalen bzw. in etwa ovalen oder runden, insbesondere kreisrunden, Anordnungsabschnitt. Wie bereits angedeutet, kann der Anordnungsabschnitt im Querschnitt auch eckig, beispielsweise viereckig, wie quadratisch, oder rechteckig bzw. auch mehreckig ausgebildet sein. Die Vermeidung von Kanten ist dabei insbesondere deshalb von Vorteil, als dadurch durch die Halteelemente ein sehr schonendes Fixieren bzw. sogar Zusammendrücken erfolgen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Anordnungsabschnitt als Fortsatz ausgebildet. Insbesondere handelt es sich um einen Fortsatz, welcher sich von der eigentlichen Außenkontur des jeweiligen Kerns senkrecht bzw. im Wesentlichen senkrecht weg erstreckt.
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Bevorzugt umfasst das Kernpaket mehrere Anordnungsabschnitte, beispielswiese 2, 3, 4, 5 oder mehr. Die Anzahl und Lage ist abhängig von der Geometrie und den Maßen des jeweiligen Bauteils.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Länge-Durchmesser-Verhältnis des Fortsatzes kleiner als 1, insbesondere kleiner als 0,6. Gemäß verschiedener Ausführungsformen beträgt eine Länge des Fortsatzes beispielsweise 3-10 mm, bevorzugt etwa 5-8 mm, während ein Durchmesser bei etwa 10-40 mm, insbesondere bei etwa 15-30 mm, liegt. Die genannten Dimensionsangaben ermöglichen insbesondere durch die so entstehende Umfangsfläche des Anordnungsabschnitts eine sichere Fixierung der Kerne zueinander durch das Halteelement.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kernpaket ein Kernpaket, eines Zylinderkopfes einer Verbrennungskraftmaschine. Ein derartiges Kernpaket umfasst beispielsweise einen Wassermantelkern und einen Ölraumkern.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass das Kernpaket auch mehr als zwei Kerne, beispielsweise drei, vier, fünf oder mehr Kerne, umfassen kann, wobei diese untereinander über entsprechend angeordnete Halteabschnitte zueinander fixiert sein können.
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Die Erfindung betrifft auch eine Gussform, umfassend zumindest ein erfindungsgemäßes Kernpaket.
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Die Gussform als solche kann eine verlorene Form sein, wie eine Sandgussform, oder aber eine Dauerform, wie eine Kokille. Insbesondere handelt es sich um eine Gussform für das Niederdruck- oder Schwerkraftgießen bzw. für das reine Sandgießen oder für das Kokillengießen.
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Bevorzugt ist nur an einem der Kerne ein Niederhalter angeordnet bzw. vorgesehen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest einer der Kerne in Bezug auf die Gravitationsrichtung ein unterer Kern, und wobei zumindest einer der Kerne in Bezug auf die Gravitationsrichtung ein oberer Kern ist, und wobei nur am unteren Kern zumindest ein Niederhalter vorgesehen bzw. angeordnet ist. Mit Vorteil ermöglicht das Kernpaket, dass lediglich einer der Kerne, insbesondere beispielsweise der untere Kern, relativ zur Gussform als solcher fixiert ist. Das Kernpaket als solches ist zweckmäßigerweise in sich bzw. zueinander derart fixiert, dass kein weiteres Halten von beispielsweise oben notwendig ist.
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Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines Gussteils, insbesondere eines Zylinderkopfes einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen zumindest zweier Kerne, welche ausgelegt sind, Hohlräume in dem späteren Gussteil zu formen;
- - Fixieren der zumindest zwei Kerne zueinander über zumindest ein Halteelement;
- - Anordnen des Kernpakets in einer Gussform und Fixieren eines Kerns relativ zu der Gussform.
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Gemäß einer Ausführungsform ist nur einer der Kerne bzw. insbesondere z. B. der untere Kern bzw. einer der unteren Kerne relativ zur Gussform fixiert.
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Mit dem Kernpaket, der Gussform, sowie mit dem Verfahren können die Produktionskosten insgesamt deutlich reduziert werden, bei gleichzeitiger Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit. Die Rohteil- bzw. Fertigteilbearbeitung der Kernlageröffnungen kann weitgehend entfallen, gleiches gilt für die Montage etwaiger Verschlusselemente, wie Deckel, Schrauben, Expander etc. Überdies ist es möglich, Gussmaterial einzusparen, insbesondere als die Kerne keine bzw. weniger gesonderte Kernlager umfassen müssen. Die eingangs erwähnten Dichtigkeitsprobleme beim nachträglichen Verschließen der Kernlageröffnungen entfallen mit Vorteil prinzipbedingt vollständig.
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Die im Zusammenhang mit dem Kernpaket erwähnten Vorteile und Merkmale gelten analog und entsprechend für die Gussform sowie für das Verfahren bzw. umgekehrt und untereinander.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen von Kernpaketen bzw. Halteelementen. Unterschiedliche Merkmale können dabei im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden.
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Es zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht eines Kernpakets;
- 2: zwei Detailansichten von Anordnungsabschnitten;
- 3: zwei Ausführungsformen von Halteelementen.
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1 zeigt, perspektivisch dargestellt, eine schematische Ansicht eines Kernpakets, umfassend einen Kern 1 und einen Kern 2, wobei beide Kerne 1 und 2 jeweils zwei Halteabschnitte 11 bzw. 12 ausbilden. Diese sind derart zueinander orientiert und positioniert, dass Anordnungsabschnitte 20 gebildet werden. Diese dienen der Anordnung eines in der 1 nicht gezeigten Halteelements.
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2 zeigt in der linken Bildhälfte eine Frontalansicht eines Anordnungsabschnitts 20, welcher aus zwei Halteabschnitten 11, 12 gebildet wird. Um den Anordnungsabschnitt 20 herum ist ein ringförmiges, insbesondere kreisringförmiges, Halteelement 40 angeordnet. In der rechten Bildhälfte ist eine Seitenansicht gezeigt, wobei zu erkennen ist, wie das Halteelement 40 den Anordnungsabschnitt 20 umschließt und damit die beiden Kerne 1 und 2 gegeneinander fixiert bzw. zusammendrückt. Je nach Ausgestaltung des Halteelements 40 kann bereits in diesem Zustand eine Vorspannung auf die beiden Halteabschnitte 11 und 12 bzw. die sich anschließenden Kerne 1 und 2 aufgebracht werden. Alternativ kann das Halteelement 40 auch derart ausgebildet sein, dass es lediglich bündig auf den Anordnungsabschnitt 40 geschoben wird, wobei hierbei noch keine Kraft auf die beiden Halteabschnitte 11 und 12 wirkt.
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3 zeigt zwei mögliche Ausgestaltungen von Halteelementen 40, welche insbesondere als Federelemente bzw. als Federringe ausgebildet sind. Diese Halteelemente 40 sind beispielsweise aus Metall und, je nach Anwendungsfall, beispielsweise hinsichtlich des Werkstoffs an die Schmelze des Gussmaterials des späteren Bauteils angepasst. Bei dem Gussmaterial handelt es sich beispielsweise um einen Aluminiumwerkstoff, insbesondere um eine Aluminiumlegierung. Das Material des Halteelements 40 kann ein dazu unterschiedlicher Werkstoff sein oder auch der gleiche Werkstoff wie der des Gussbauteils selbst. Beide Halteelemente 40 ermöglichen über ihre Form und Geometrie eine insbesondere radiale Elastizität bzw. Verformbarkeit, welche sowohl die Anordnung an unterschiedlich groß dimensionierte Anordnungsbereiche ermöglicht als auch das Aufbringen einer zum Fixieren/Halten der Kerne geeigneten Vorspannkraft.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2
- Kerne
- 11, 12
- Halteabschnitte
- 20
- Anordnungsabschnitt
- 40
- Halteelement
