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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Hybridkern zur Herstellung von Gussbauteilen.
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Gießen ist ein Fertigungsverfahren, bei dem ein flüssiges Material in der Regel in eine Form gegossen wird, die einen Hohlraum in der gewünschten Form enthält, und dann erstarren gelassen wird. Das erstarrte Teil wird auch als Gussteil bezeichnet, das aus der Form ausgestoßen oder herausgebrochen wird, um den Prozess abzuschließen. Das Gießen wird am häufigsten für die Herstellung komplexer Formen verwendet, deren Herstellung mit anderen Methoden schwierig oder unwirtschaftlich wäre. Sandguss, auch bekannt als Sandformguss, ist ein Metallgussverfahren, das durch die Verwendung von Sand als Formstoff gekennzeichnet ist. Der Begriff „Sandguss“ kann sich auch auf ein Objekt beziehen, das mit dem Sandgussverfahren hergestellt wurde.
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Bestimmte sperrige Ausrüstungen wie Werkzeugmaschinenbetten, Schiffspropeller, Komponenten von Verbrennungsmotoren (z. B. Zylinderköpfe, Motorblöcke und Auspuffkrümmer) usw. können leichter in der erforderlichen Größe gegossen werden, anstatt durch Zusammenfügen mehrerer kleiner Teile hergestellt zu werden. Der Formhohlraum und das Anschnittsystem werden in der Regel durch Verdichten des Sandes um Modelle, sogenannte Modelle, durch direktes Einritzen in den Sand oder durch 3D-Druck erstellt. Die Form enthält Angüsse und Steigrohre, die es dem geschmolzenen Metall ermöglichen, den Formhohlraum zu füllen, indem sie als Reservoir dienen, um die Schrumpfung des Gussteils beim Erstarren zu speisen. Während des Gießprozesses wird das Metall zunächst erhitzt, bis es flüssig wird, und wird dann nach einer bestimmten Schmelzebehandlung wie Entgasung, Zugabe von Kornfeinungsmittel und Anpassung des Gehalts an Legierungselementen in die Form gegossen. Die Form heizt sich allmählich auf, nachdem sie die Wärme des flüssigen Metalls aufgenommen hat. Folglich wird das geschmolzene Metall kontinuierlich abgekühlt, bis es erstarrt. Nachdem das erstarrte Teil (das Gussteil) aus der Form entnommen und ausgeschüttelt wurde, wird das überschüssige Material im Gussteil (wie z. B. die Angüsse und Speiser) entfernt.
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Kerne werden häufig für Sandgusskomponenten mit inneren Hohlräumen und einspringenden Winkeln, d.h. Innenwinkeln größer als 180 Grad, verwendet. Kerne werden zum Beispiel verwendet, um mehrere Durchgänge in Motorblöcken, Zylinderköpfen und Auspuffkrümmern zu definieren. Kerne sind in der Regel Einwegartikel, die aus Materialien wie Sand, Ton, Kohle und Harz hergestellt werden. Kernmaterialien haben in der Regel eine ausreichende Festigkeit für die Handhabung im grünen Zustand und insbesondere in komprimiertem Zustand, um den Kräften, z. B. dem Materialgewicht, beim Gießen standzuhalten, eine ausreichende Durchlässigkeit, um das Entweichen von Gasen zu ermöglichen, und eine gute Feuerfestigkeit, um den Gießtemperaturen standzuhalten. Da Kerne in der Regel bei der Entnahme aus dem erstarrten Gussteil zerstört werden, werden die Kernwerkstoffe in der Regel so ausgewählt, dass sie ein Aufbrechen des Kerns beim Ausschütteln ermöglichen. Das Kernmaterial wird üblicherweise recycelt.
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BESCHREIBUNG
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Hybridkern zur Herstellung eines Gussbauteils, wobei der Hybridkern einen Sandkernabschnitt mit einer äußeren Form aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie ein inneres Merkmal des Gussbauteils definiert. Der Hybridkern umfasst auch ein metallisches Kühlelement, das in den Sandkernabschnitt eingebettet ist. Das metallische Kühlelement ist so konfiguriert, dass es während der Abkühlung und Verfestigung der Gusskomponente lokal Wärmeenergie von dieser absorbiert. Das metallische Kühlelement ist so konstruiert und angeordnet, dass es während des Ausschüttelns aus der Gusskomponente nach deren Erstarrung entfernt werden kann.
Das metallische Kühlelement kann einen massiven Querschnitt haben.
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Alternativ kann das metallische Kühlelement einen hohlen Querschnitt oder einen variierenden Querschnitt haben, bei dem ein Abschnitt hohl und ein anderer massiv ist.
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Das metallische Kühlelement kann eine einheitliche oder einteilige Konstruktion haben.
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Alternativ kann das metallische Kühlelement eine mehrteilige Konstruktion aufweisen, die so konfiguriert ist, dass das Entfernen des metallischen Kühlelements während des Ausschüttelns aus der Gusskomponente erleichtert wird.
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Das metallische Kühlelement mit mehrteiligem Aufbau kann ein erstes Stück des metallischen Kühlelements umfassen, das mit einem zweiten Stück des metallischen Kühlelements verbunden ist.
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Das metallische Kühlelement kann durch eine Außenfläche definiert sein. In einer solchen Ausführungsform kann das metallische Kühlelement eine Beschichtung auf der Außenfläche aufweisen, die so positioniert ist, dass sie das Gussbauteil berührt, und so konfiguriert ist, dass sie das Anhaften des metallischen Kühlelements am inneren Merkmal des Gussbauteils minimiert. Die Beschichtung soll die Wärmeübertragung von der Gusskomponente zum Metallelement nicht einschränken.
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Die Beschichtung kann mindestens eines der folgenden Elemente enthalten: Keramik, Nitrid, Silizium und Titan.
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Die Beschichtung kann eine Dicke in einem Bereich von 50 Nanometern bis 5 Mikrometern haben.
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Das metallische Kühlelement kann eine äußere Form haben, die so konfiguriert ist, dass sie einer Form oder Geometrie des inneren Merkmals der Gusskomponente folgt.
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Ein System und ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils unter Verwendung eines solchen Hybridkerns werden ebenfalls offenbart.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsform(en) und der besten Art(en) zur Ausführung der beschriebenen Offenbarung leicht ersichtlich sein, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen betrachtet werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Teilansicht einer Ausführungsform eines gegossenen Bauteils mit einem Innenmerkmal, das im Allgemeinen mit Hilfe eines Gießkerns gebildet wird, gemäß der Offenbarung.
- 2 ist eine schematische perspektivische Teilschnittansicht von oben einer Ausführungsform eines hybriden Gießkerns mit einem metallischen Kühlelement, das in einen Sandkernabschnitt eingebettet ist, der zur Herstellung des inneren Merkmals des in 1 gezeigten Gussteils verwendet wird, gemäß der Offenbarung.
- 3 ist eine schematische perspektivische Teilschnittansicht von oben einer anderen Ausführungsform des hybriden Gießkerns mit einem metallischen Kühlelement, das in einen Sandkernabschnitt eingebettet ist, gemäß der Offenbarung.
- 4 ist eine schematische perspektivische Teilansicht des in 2 dargestellten Hybridkerns von oben.
- 5 ist eine schematische Querschnittsansicht der Vorderseite einer Ausführungsform des metallischen Kühlelements mit einer Beschichtung, gemäß der Offenbarung.
- 6 ist eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform des metallischen Kühlelements gemäß der Offenbarung.
- 7 ist eine schematische Querschnitts-Längsansicht einer anderen Ausführungsform des metallischen Kühlelements gemäß der Offenbarung.
- 8 ist eine schematische Querschnitts-Längsansicht einer anderen Ausführungsform des metallischen Kühlelements gemäß der Offenbarung.
- 9 ist eine schematische Querschnittsansicht der Vorderseite einer miteinander verbundenen mehrteiligen Ausführungsform des metallischen Kühlelements gemäß der Offenbarung.
- 10 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des in 2-9 gezeigten Hybridkerns zur Erzeugung des Gussbauteils gemäß der Offenbarung.
- 11 ist eine schematische Darstellung eines Systems zur Herstellung des in 1 gezeigten Gussteils, wobei das System den in 2-9 gezeigten Hybridkern gemäß der Offenbarung enthält.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Begriffe wie „oben“, „unten“, „aufwärts“, „abwärts“, „oben“, „unten“ usw. werden in der vorliegenden Offenbarung beschreibend für die Figuren verwendet und stellen keine Einschränkungen des Umfangs der Offenbarung dar, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Gussbauteil 10 dargestellt. Bei dem Gussteil 10 handelt es sich um ein „Sandgussstück“, auch bekannt als Sandformguss. Im Allgemeinen ist ein Sandgussstück ein Metallgussstück, das unter Verwendung von Sand als Formmaterial hergestellt wird. Bei dem Gussteil 10 kann es sich um einen Zylinderkopf (in 1 dargestellt) mit integriertem Abgaskrümmer handeln, z. B. für einen Benzin- oder Dieselmotor (nicht dargestellt). Eine andere Ausführungsform der Gusskomponente 10 kann als ein anderes Teil für eine Maschine, Industrieanlage usw. konfiguriert sein.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst das Gussteil 10 ein Innenmerkmal 12, wie z. B. einen inneren Hohlraum, einen einspringenden Winkel (ein Innenwinkel größer als 180 Grad) oder einen Durchgang, der durch die Verwendung eines Kerns während des Gießvorgangs gebildet wird. In der besonderen Zylinderkopfausführung des Gussteils 10 ist das Innenmerkmal 12 konkret als Abgaskanäle oder -kanäle des integrierten Abgaskrümmers dargestellt, die in einen Abgassammler münden. Im Allgemeinen ist ein Kern ein Einwegartikel, der aus speziell ausgewählten Materialien besteht, damit der betreffende Kern nach seiner Erstarrung in der Form aus dem Gussbauteil 10 entfernt werden kann. Während des Gießvorgangs erstarrt das geschmolzene Metall im Allgemeinen mit einer Geschwindigkeit, die von der Konstruktion der Form und der Wärmeleitfähigkeit des Kerns abhängt.
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Generell gilt: Je schneller die Erstarrungsgeschwindigkeit, desto feiner das gegossene Materialgefüge und damit desto höher die mechanischen Eigenschaften des Gussteils. Typischerweise hat ein Sandkern eine geringe Wärmeleitfähigkeit und bewirkt ein grobes Materialgefüge und geringe Materialeigenschaften im fertigen Gussteil. Beispielsweise kann eine niedrige Abkühlungsrate während der Erstarrung des Gussbauteils 10 im Bereich einer Abgaskrümmerwand 14 bei Verwendung eines Sandkerns zu einem Riss 16 (in 1 dargestellt) führen, wenn das Gussbauteil wie der Zylinderkopf einem Motor-Dauerlauftest oder dem Straßeneinsatz unterzogen wird, da der betreffende Bereich hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Wie unten im Detail beschrieben, ist ein Hybridkern in verschiedenen Konfigurationen vorgesehen, um die lokale Erstarrungsrate des flüssigen Metalls zu erhöhen und die lokalen Materialeigenschaften des Gussbauteils 10 zu verbessern.
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Sandkerne werden typischerweise durch Einbringen von Kernsand in speziell konfigurierte Kernkästen, z. B. Halbkern-, Haldenkern-, Spaltkern- und Mehrfachkernkästen, hergestellt. Den Kernsanden können Bindemittel zugesetzt werden, um die Festigkeit des Kerns zu erhöhen. Trockensandkerne werden häufig in Schüttkernkästen hergestellt, in denen der Sand in den Kasten gefüllt und bis zur Oberkante des Kastens abgeschabt wird. Eine Platte, typischerweise aus Holz oder Metall, wird über den Kasten gelegt, und dann wird der Kasten mit der Platte umgedreht, so dass das geformte Kernsegment aus dem Kernkasten fallen kann. Das geformte Kernsegment wird dann gebacken oder anderweitig gehärtet. Bei komplex geformten Kernen können mehrere Kernsegmente heiß zusammengeklebt oder mit anderen Befestigungsmethoden verbunden werden.
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Einfach geformte einteilige Sandkerne können auch in geteilten Kernkästen hergestellt werden. Ein typischer geteilter Kernkasten besteht aus zwei Hälften und hat mindestens ein Loch zum Einbringen von Sand für den Kern. Kerne mit konstanten Querschnitten können mit speziell konfigurierten kernproduzierenden Extrudern hergestellt werden. Die resultierenden Strangpressprofile werden dann auf die richtige Länge geschnitten und gehärtet. Einteilige Kerne mit komplexeren Formen können in ähnlicher Weise wie Spritz- und Druckgussteile hergestellt werden. Nach dem Herausziehen und ggf. Zusammensetzen der Kernsegmente können raue Stellen auf der Oberfläche des entstandenen Kerns abgefeilt oder abgeschliffen werden. Abschließend wird der Kern leicht mit Graphit, Siliziumdioxid oder Glimmer beschichtet, um dem Kern eine glattere Oberfläche und eine höhere Hitzebeständigkeit zu verleihen.
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Ein Hybridkern 20, der in den FIGEN 2-4 in verschiedenen Konfigurationen dargestellt ist, ist so konfiguriert, dass er die durch thermische Spannungen bedingte Rissbildung 16 des Gussbauteils 10, z. B. in der Nähe der Wand 14, behebt. Insbesondere ist der Hybridkern 20 dazu gedacht, die lokale Erstarrungsrate zu erhöhen und die lokalen Materialeigenschaften des fertigen Gussbauteils 10 zu verbessern, je nach Bedarf. Der Hybridkern 20 ist insbesondere für die Herstellung des Gussbauteils 10 und insbesondere für die Ausbildung des Innenraums 12 vorgesehen. Der Hybridkern 20 umfasst einen Sandkernabschnitt 22. Der Sandkernabschnitt 22 weist eine äußere Form 24 auf, die so gestaltet ist, dass sie das Innenmerkmal 12 des Gussbauteils 10 definiert. Der Hybridkern 20 umfasst auch ein metallisches Kühlelement 26, das in den Sandkernabschnitt 22 eingebettet ist. Das metallische Kühlelement 26 ist so konfiguriert, dass es während des Abkühlens der Gusskomponente 10 und deren Verfestigung lokal Wärmeenergie aus dem geschmolzenen Metall absorbiert. Der Hybridkern 20 kann dadurch erzeugt werden, dass der Sandkernabschnitt 22 in einem Kernkasten um eine der Ausführungsformen des metallischen Kühlelements 26 herum geformt wird, die im Folgenden offenbart werden.
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Im Allgemeinen sollte das Material des metallischen Kühlelements 26 eine höhere Schmelztemperatur haben als das Material, das für den eigentlichen Guss verwendet wird. Bei Gussteilen, die aus Aluminium hergestellt werden, kann das Material für das metallische Kühlelement 26 z. B. Kupfer, Bronze, Gusseisen oder Werkzeugstahl (Edelstahl) sein. Solche metallischen Kühlelement-Materialien können vor allem wegen ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit und Haltbarkeit verwendet werden. Bei Aluminiumguss kann jedoch auch Aluminium (dessen Schmelzpunkt bei ca. 660 Grad C liegt) in Verbindung mit einer keramischen Beschichtung als Material für das metallische Kühlelement verwendet werden. Eine weitere Option für die Beschichtung ist eine aufgesprühte Graphitbeschichtung auf Alkoholbasis. Eine solche aufgesprühte Beschichtung kann Graphitflocken/-teilchen (60-70%), organisches Bentonit (2-3%), organisches Bindemittel (1-2%), anorganisches Bindemittel (1,5-2,5%), Polyvinylbutyral (PVB, 0,2-0,5%), Additive (2-5%) und die restliche Mischung auf Basis von wasserfreiem Ethanol mit anderen alkoholischen Lösungsmitteln enthalten.
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Das metallische Kühlelement 26 ist so geformt, dass es entweder vollständig in den Sandkernbereich 22 eingebettet und dadurch abgedeckt ist oder teilweise in den Sandkernbereich eingebettet und dadurch teilweise freigelegt ist. Das metallische Kühlelement 26 ist innerhalb der Form als Teil des Hybridkerns 20 angeordnet, um das geschmolzene Metall zu kühlen und so die Erstarrungsgeschwindigkeit des Gussbauteils 10 in der Nähe des inneren Merkmals 12 während des Gießvorgangs zu steuern. Durch die Absorption von Wärmeenergie aus der Metallschmelze soll das metallische Kühlelement 26 ein verfeinertes Gefüge des Gussmaterials und verbesserte mechanische Eigenschaften des Gussbauteils 10 im Betrieb bewirken. Solche verbesserten mechanischen Eigenschaften minimieren wiederum die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung im Gussteil 10. Bei der Herstellung von Aluminiumgussteilen soll das metallische Kühlelement 26 beispielsweise die örtliche Abkühlung des Gussteils verbessern und dadurch den Dendritenarmabstand (DAS) des Aluminiumgussmaterials verringern, was die Festigkeit des Gussteils 10 im Bereich um das innere Merkmal 12 verbessern würde.
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Das metallische Kühlelement 26 ist zusätzlich so geformt, dass es beim Ausschütteln aus dem Gussbauteil 10 nach dessen Erstarrung entfernt werden kann. Von besonderer Bedeutung ist das Entfernen des Hybridkerns 20 ohne Beschädigung oder sonstige Störung der Struktur des geformten Gussbauteils 10, was durch die Anordnung des metallischen Kühlelements 26 innerhalb des Sandkernabschnitts 22 erleichtert wird. Insbesondere kann der Sandkernabschnitt 22 zunächst innerhalb der erstarrten Gusskomponente 10 aufgebrochen werden, was wiederum das Herausziehen des metallischen Kühlelements 26 aus der Gusskomponente während des Ausschüttelns ermöglicht.
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Wie in 5 in einer Querschnittsansicht 5-5 gezeigt, kann das metallische Kühlelement 26 einen massiven Querschnitt 28A aufweisen. Alternativ kann das metallische Kühlelement 26, wie in einer Querschnittsansicht 6-6 in 6 gezeigt, einen hohlen Querschnitt 28B aufweisen. Der hohle Querschnitt 28B kann eine variierende Dicke entlang einer Achse X des metallischen Kühlelements 26 haben (wie in einer Querschnittsansicht 7-7 in 7 gezeigt). Zusätzlich kann das metallische Kühlelement 26 eine kombinierte oder gemischte Konfiguration aufweisen, bei der der Querschnitt eines Abschnitts 28A massiv und der Querschnitt eines anderen Abschnitts 28B hohl ist (wie in einer Querschnittsansicht 8-8 in 8 gezeigt). Wie in 2 und 4 gezeigt, kann das metallische Kühlelement 26 eine einheitliche oder einteilige Konstruktion aufweisen. Die in 4 gezeigte Konfiguration des metallischen Kühlelements 26 kann z. B. durch Gießen oder maschinelle Bearbeitung aus dem Vollen erzeugt werden. Generell kann das metallische Kühlelement 26 durch maschinelle Bearbeitung, durch Gießen, durch einen speziell konfigurierten kernproduzierenden Extruder oder durch ein 3D-Druckverfahren erzeugt werden.
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Alternativ kann das metallische Kühlelement 26, wie in 3 gezeigt, eine mehrteilige Konstruktion umfassen, z. B. mit separaten, nicht verbundenen und nicht berührenden ersten und zweiten Segmenten 26-1, 26-2. Das in 3 dargestellte metallische Abschreckungselement 26 umfasst insbesondere berührungslose erste und zweite Segmente 26-1, 26-2, um das Entfernen des metallischen Abschreckungselements während des Ausschüttelns aus der Gusskomponente 10 zu erleichtern. Wie in einer Querschnittsansicht 9-9 in 9 gezeigt, kann das metallische Abschreckungselement 26 ein erstes Segment 26-1 aufweisen, das mit dem zweiten Segment 26-2 verbunden ist, d.h. die beiden Teile sind miteinander in Kontakt. Beispielsweise können das erste Segment 26-1 und das zweite Segment 26-2 miteinander verbunden oder verriegelt sein, indem sie über komplementäre Vorsprünge und Ausnehmungen zusammenpassen. Eine solche Konfiguration des metallischen Kühlelements 26 kann verwendet werden, um einen genauen Abstand zwischen den jeweiligen einzelnen ersten und zweiten Segmenten 26-1, 26-2 herzustellen und beizubehalten, wenn das Kühlelement innerhalb des Sandkernabschnitts 22 positioniert ist.
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Wie in 4 dargestellt, kann das metallische Kühlelement 26 durch eine Außenfläche 30 definiert sein. Die Außenfläche 30 des metallischen Kühlelements 26 kann im Allgemeinen so geformt sein, dass eine dadurch definierte Außenform 30A so konfiguriert ist, dass sie im Inneren einer Außenform 22A des Sandkernabschnitts 22 folgt, der zur Bildung einer Form 12A verwendet wird, die durch das Innenmerkmal 12 des Gussbauteils 10 definiert ist. Einige Abschnitte des metallischen Kühlelements 26 können jedoch über den Sandkernabschnitt 22 hinausragen. Während des Gießvorgangs können solche überstehenden Teile des metallischen Kühlelements 26 in direkten Kontakt mit dem Innenmerkmal 12 oder anderen Bereichen des Gussbauteils 10 kommen. Um diesem Umstand entgegenzuwirken, kann das metallische Kühlelement 26 eine Beschichtung 32 (wie in der Querschnittsansicht 5-5 in 5 gezeigt) aufweisen, die auf die Außenfläche 30 des Elements aufgebracht ist.
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Die Beschichtung 32 soll insbesondere ein mögliches Anhaften des metallischen Kühlelements 26 am Sandkernteil 22 minimieren und sein Anhaften am Gussbauteil 10 in Bereichen des direkten Kontakts zwischen dem metallischen Kühlelement und dem Innenleben 12 minimieren. Die Schlichte 32 wird zusätzlich so gewählt, dass sie die Übertragung von Wärmeenergie vom Gussbauteil 10 auf das metallische Kühlelement 26 möglichst wenig beeinflusst, d.h. nicht behindert. Die Beschichtung 32 kann als sprühbares Formwaschmittel aufgetragen werden. Spezifische Zusammensetzungen der Formwaschmittel können sein: ∼30% Wasser, ~10% lösliches Mineralöl, ~10% Kerosin, ∼40% Quarzmehl und ~10% Keramikpulver. Um die Wirkung der Beschichtung 32 auf die Wärmeübertragung zu begrenzen, kann die Zusammensetzung der Beschichtung mindestens eines von Keramik, Nitrid, Silizium und Titan enthalten, z. B., gemäß einer nicht einschränkenden Liste, Keramik-Aluminid, Nitrid-Aluminid und Titan-Aluminid, Silizium-Nitrid, Silizium-Karbid, eine diamantartige Beschichtung, Bornitrid und Ceroxid. Um die Wirkung auf die Wärmeübertragung weiter einzuschränken, kann die Beschichtung 32 eine Dicke im Bereich von 50 Nanometern (nm) bis 5 Mikrometern oder Mikron (µm) haben, abhängig von den Größen des Quarzmehls und der keramischen Pulver, die in der Waschanlage verwendet werden.
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Ein Verfahren 100 zur Vorbereitung des Hybridkerns 20 für die Erzeugung des Gussbauteils 10 ist in 10 dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf den in 2-9 dargestellten Aufbau des Hybridkerns beschrieben. Das Verfahren 100 beginnt in Rahmen 102 mit der Erzeugung einer Ausführungsform des metallischen Kühlelements 26 durch einen der oben beschriebenen Ansätze. Nach Rahmen 102 kann das Verfahren zu Rahmen 104 übergehen. In Rahmen 104 umfasst das Verfahren das Aufbringen der Beschichtung 32 auf die Außenfläche 30 des metallischen Kühlelements 26. Nach Rahmen 102 oder Rahmen 104 geht das Verfahren weiter zu Rahmen 106. In Rahmen 106 umfasst das Verfahren das Anordnen des geformten metallischen Kühlelements 26 in einem Kernkasten. In Rahmen 106 kann das Verfahren insbesondere die Anordnung oder den Zusammenbau einzelner erster und zweiter Segmente 26-1, 26-2 des metallischen Kühlelements 26 umfassen, falls dies für die spezifische Ausführungsform des Hybridkerns 20 geeignet ist.
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Von Rahmen 106 geht das Verfahren weiter zu Rahmen 108, wo das Verfahren das Einbringen und Verdichten von Kernsand in den Kernkasten umfasst, bis der Kernkasten voll ist, z. B. der Sand mit der Oberseite des Kernkastens bündig ist. Im Anschluss an Rahmen 108 fährt das Verfahren mit Rahmen 110 fort. In Rahmen 110 umfasst das Verfahren die Entnahme des geformten Hybridkerns 20 aus dem Kernkasten. Nach dem Rahmen 110 kann das Verfahren mit dem Rahmen 112 fortfahren. In Rahmen 112 kann das Verfahren das Aushärten des geformten Hybridkerns 20 umfassen, z. B. durch Backen in einem Ofen bei Temperaturen im Bereich von 200 bis 250 Grad C. Alternativ kann bei Verwendung von selbsthärtendem Sand (bei dem typischerweise zwei oder mehr Bindemittelkomponenten mit Sand gemischt werden) der Sand bei Raumtemperatur aushärten und selbsthärten.
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Nach Rahmen 112 kann das Verfahren zu Rahmen 114 übergehen. In Rahmen 114 umfasst das Verfahren den Zusammenbau einzelner Segmente des Hybridkerns 20, falls für die spezifische Ausführungsform des Kerns geeignet, und das Glätten, z. B. Feilen oder Abschleifen, der Außenfläche des Hybridkerns. Zusätzlich kann das Verfahren in Rahmen 114 die Beschichtung der äußeren Oberfläche des Hybridkerns 20 mit einer geeigneten Verbindung, wie Graphit, Siliziumdioxid oder Glimmer, umfassen, um dem Hybridkern eine glattere Oberfläche und eine größere Hitzebeständigkeit zu verleihen. Das Verfahren kann in Rahmen 116, der auf einen der Rahmen 110-114 folgt, mit dem Verpacken oder Lagern des Hybridkerns 20 in Vorbereitung auf dessen Einlegen in eine Form zur anschließenden Erzeugung des Gussbauteils 10 abgeschlossen werden.
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Ein System 200 zur Herstellung des Gussbauteils 10 ist in 11 dargestellt und unter Bezugnahme auf das in 10 dargestellte Verfahren 100 und den in 2-9 dargestellten Aufbau des Hybridkerns 20 beschrieben. Wie beispielhaft dargestellt, kann das gegossene Bauteil 10 ein Aluminium-Zylinderkopf sein, der einen eingegossenen integrierten Abgaskrümmer definiert. Das System 200 umfasst insbesondere eine Form 202 mit einer ersten oder oberen Hälfte 202-1 und einer zweiten oder unteren Hälfte 202-2 sowie ein Anschnittsystem (nicht dargestellt). Die erste Hälfte 202-1 und die zweite Hälfte 202-2 der Form 202 definieren zusammen einen inneren Hohlraum 204. Der innere Hohlraum 204 ist so konfiguriert, dass er eine äußere Form 10A des Gussteils 10 bildet. Der innere Hohlraum 204 und das Anschnittsystem können durch Verdichten von Grünsand oder chemisch gebundenem Sand um ein Modell herum, durch direktes Schnitzen in den Sand oder durch 3D-Druck erzeugt werden.
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Das System 200 umfasst auch den Hybridkern 20, wie oben in Bezug auf die 2-9 beschrieben. Der Hybridkern 20 ist innerhalb des inneren Hohlraums 204 angeordnet und so konfiguriert, dass er das innere Merkmal 12 des Gussbauteils 10 definiert, wie z. B. Abgasdurchgänge eines integrierten Abgaskrümmers. Das System 200 verwendet ferner einen Mechanismus 206 zum Einführen eines geschmolzenen Metalls 208, wie z. B. Aluminium, in den Hohlraum 204, um dadurch das Gussbauteil 10 zu bilden. Der Mechanismus 206 kann ein Durchflussventil 210 und ein System von Kanälen und Steigrohren (nicht dargestellt) umfassen, wobei das Ventil betriebsmäßig mit der Form 202 zur Zuführung des geschmolzenen Metalls 208 verbunden ist. Der Betrieb des Durchflussventils 210 kann über eine elektronische Steuerung (nicht dargestellt) geregelt werden. Die elektronische Steuerung kann so programmiert sein, dass sie eine bestimmte Menge an geschmolzenem Metall 208 mit einer vorgegebenen Materialflussrate in die Form 202 abgibt, um eine angemessene Füllung des Hohlraums 204 zu gewährleisten.
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Wenn es über den Mechanismus 206 eingeführt wird, fließt das geschmolzene Metall 208 in den Hohlraum 204 und um den Hybridkern 20 herum, um die äußere Form 10A und das innere Merkmal 12 des Gussteils 10 zu bilden. Der Hybridkern 20 und insbesondere das metallische Kühlelement 26 steuert die Erstarrung des geschmolzenen Metalls 208 um das innere Merkmal 12 herum, um die mechanischen Eigenschaften des hergestellten Gussteils 10 im Bereich um das innere Merkmal herum zu verbessern. Das geschmolzene Metall 208 darf abkühlen und erstarren, woraufhin das Gussbauteil 10 aus der Form entfernt wird. Wie oben beschrieben, wird der Hybridkern 20 während des Kernausschüttelns aus dem erstarrten Gussbauteil 10 entfernt, wobei das Aufbrechen des Sandkernteils 22 das Herausziehen des metallischen Kühlelements 26 aus dem Gussteil erleichtert.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind unterstützend und beschreibend für die Offenbarung, aber der Umfang der Offenbarung wird ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zur Ausführung der beanspruchten Offenbarung im Detail beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Ausführungen und Ausführungsformen zum Ausführen der in den beigefügten Ansprüchen definierten Offenbarung. Darüber hinaus sind die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die in der vorliegenden Beschreibung erwähnten Merkmale verschiedener Ausführungsformen nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen zu verstehen. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale mit einem oder mehreren anderen gewünschten Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden kann, was zu anderen Ausführungsformen führt, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen solche anderen Ausführungsformen in den Rahmen des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche.
