DE102022116209A1

DE102022116209A1 - Einbettmasse, Verfahren zum Herstellen einer Gussform sowie Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Gießen

Info

Publication number: DE102022116209A1
Application number: DE102022116209.5A
Authority: DE
Inventors: Daniela Pille; Christian Soltmann; Hendrik Waecken
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-06-29
Filing date: 2022-06-29
Publication date: 2024-01-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einbettmasse (7) zum Herstellen einer Gussform (9) zum Gießen eines Bauteils (1), mit Quarzsand mit einem Masseanteil von 60% bis 80%; mit einem Binder mit einem Masseanteil von 10% bis 20%; und mit amorphem Siliziumdioxid als Füller mit einem Masseanteil von mindestens 11%.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einbettmasse zum Herstellen einer Gussform zum Gießen eines Bauteils. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Gussform. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Gießen.
Der WO 2019/137871 A2 ist ein Verfahren zur Erzeugung von für die Herstellung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Metall oder Kunststoff geeigneten Formen und Kernen aus einem partikulären Formgrundstoff und einem mehrkomponentigen Binder mittels 3D-Druck als bekannt zu entnehmen. Des Weiteren offenbart die DE 10 2020 119 013 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einbettmasse zum Herstellen einer Gussform zum Gießen eines Bauteils, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Gussform sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Gießen zu schaffen, sodass das Bauteil auch mit nur geringen Wanddicken des Bauteils besonders kostengünstig hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einbettmasse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Einbettmasse zum Herstellen einer Gussform zum Gießen eines Bauteils. Die Einbettmasse weist wenigstens oder genau drei Komponenten auf. Mit anderen Worten ist die Einbettmasse vorzugsweise aus wenigstens oder genau drei Komponenten gebildet. Eine erste der Komponenten ist Quarzsand mit einem Masseanteil von 60% bis 80%, insbesondere bezogen auf die Einbettmasse insgesamt beziehungsweise deren Gesamtmasse. Eine zweite der Komponenten ist ein Binder mit einem Masseanteil von 10% bis 20%, insbesondere bezogen auf die Einbettmasse beziehungsweise deren Gesamtmasse. Eine dritte der Komponenten ist amorphes Siliziumdioxid als Füller mit einem Masseanteil von mindestens 11 %, insbesondere bezogen auf die Einbettmasse beziehungsweise die Gesamtmasse. Mit anderen Worten, die Einbettmasse weist eine auch als Gesamtmasse bezeichnete, erste Masse auf. Der Quarzsand der Einbettmasse weist eine auch als Quarzsandmasse bezeichnete, zweite Masse auf, der Binder der Einbettmasse weist eine auch als Bindermasse bezeichnete, dritte Masse auf und der Füller der Einbettmasse weist eine auch als Füllermasse bezeichnete, vierte Masse auf. Die Quarzsandmasse macht dabei 60% bis 80% der Gesamtmasse aus, die Bindermasse macht 10% bis 20% der Gesamtmasse aus, und die Füllermasse macht mindestens 11% der Gesamtmasse aus. Mit anderen Worten liegt der Wert des Quotienten aus der Quarzsandmasse und der Gesamtmasse in einem Bereich von einschließlich 60% bis 80%, mithin in einem Bereich von einschließlich 0,6 bis einschließlich 0,8, wobei der Wert des Quotienten aus der Bindermasse und der Gesamtmasse in einem Bereich von einschließlich 10% bis einschließlich 20%, mithin in einem Bereich von einschließlich 0,1 bis einschließlich 0,2, liegt und wobei der Wert des Quotienten aus der Füllermasse und der Gesamtmasse mindestens 11%, mithin mindestens 0,11, beträgt. Vorzugsweise ergeben die Quarzsandmasse, die Bindermasse und die Füllermasse in Summe die Gesamtmasse, sodass vorzugsweise die Masseanteile der Komponenten in Summe vorzugsweise 100% beziehungsweise 1 ergeben.
Aus der erfindungsgemäßen Einbettmasse kann die Gussform, mit deren Hilfe das Bauteil gegossen und somit durch Gießen hergestellt wird, besonders vorteilhaft und insbesondere besonders kostengünstig hergestellt werden, wobei mittels der Gussform das Bauteil besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Dabei können besonders vorteilhafte Eigenschaften des Bauteils realisiert werden, insbesondere im Hinblick auf eine auch als Wandstärke bezeichnete Wanddicke des Bauteils, dessen Wanddicke durch Verwendung der Gussform zum Herstellen, insbesondere zum Gießen, des Bauteils vorteilhaft gering gehalten werden kann. Somit ermöglicht die Erfindung die Realisierung eines Gießverfahrens, mittels welchem das Bauteil besonders kostengünstig und insbesondere auch mit geringen Wanddicken hergestellt werden kann, wobei das realisierbare Gießverfahren eine zeit- und kostengünstige Alternative zum herkömmlichen Schalen- und Küvettenfeinguss darstellen kann. Insbesondere können durch die erfindungsgemäße Einbettmasse im Vergleich zu herkömmlichen Gießverfahren wie beispielsweise im Vergleich zum herkömmlichen Schalen- und Küvettenfeinguss Prozessschritte und somit Kosten zum Herstellen des Bauteils eingespart werden. Der Quarzsand an sich, insbesondere für sich alleine betrachtet, ist eine granulare Materie, welche auch als partikuläre Materie, partikulärer Stoff oder partikulärer Grundstoff bezeichnet wird. Ferner ist denkbar, dass, insbesondere auch, der Füller eine granulare Materie, das heißt eine partikuläre Materie beziehungsweise ein partikulärer Stoff oder partikulärer Grundstoff ist. Der Binder wird auch als Bindersystem bezeichnet, welches beispielsweise durch ein Anmischen von Pulver mit Flüssigkeit reagiert. Werden somit beispielsweise die Komponenten miteinander vermischt, sodass der Binder mit dem Quarzsand und mit dem Füller und der Füller mit dem Quarzsand vermischt wird, insbesondere in zunächst flüssigem Zustand des Binders, so kann daraufhin beispielsweise der Binder und somit insbesondere die Einbettmasse insgesamt aushärten sodass die Einbettmasse in ihrem ausgehärteten Zustand vorzugsweise ein Festkörper, insbesondere ein eigensteifer Festkörper, ist. Hierdurch kann die beispielsweise als Küvette ausgebildete oder auch als Küvette bezeichnete Gussform innerhalb einer kurzen Zeit von beispielsweise 30 bis 60 Minuten hergestellt werden, und es kann eine sehr hohe Festigkeit der Gussform realisiert werden. Insbesondere bildet die Einbettmasse in ihrem ausgehärteten Zustand die Gussform, mittels welcher das Bauteil, das heißt ein zunächst flüssiger Gusswerkstoff, aus welchem das Bauteil durch das Gießen hergestellt wird, geformt werden kann. Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, dass ein aufwendiges Entfernen von beispielsweise aus Wachs gebildeten Modellen in einem Autoklaven, wie es beispielsweise bei dem herkömmlichen Küvettenfeinguss vorgesehen ist, entfallen kann.
Um unter Zuhilfenahme der Einbettmasse eine besonders kostengünstige Herstellung des Bauteils sowie besonders vorteilhafte Eigenschaften des Bauteils wie beispielsweise eine besonders geringe Wanddicke realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Binder wenigstens ein Phosphat aufweist und somit als ein Phosphatbinder ausgebildet ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gussform zum Gießen eines Bauteils. Bei dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung werden Quarzsand, ein Binder und amorphes Siliziumdioxid als Füller derart miteinander vermischt, dass aus dem Quarzsand, dem Binder und dem Füller eine Einbettmasse hergestellt wird, in oder an welcher der Quarzsand einen Masseanteil von 60% bis 80%, der Binder einen Masseanteil von 10% bis 11% und der Füller einen Masseanteil von mindestens 11% aufweist. Somit wird bei dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die Einbettmasse gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt. Bei dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird aus der hergestellten Einbettmasse die Gussform hergestellt, welche beispielsweise daraufhin verwendet wird, um das Bauteil durch Gießen herzustellen. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Gießen. Dies bedeutet, dass bei dem Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung das Bauteil gegossen und somit hergestellt wird. Bei dem Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung werden Quarzsand, ein Binder und amorphes Siliziumdioxid als Füller derart miteinander vermischt, dass aus dem Quarzsand, dem Binder und dem Füller eine Einbettmasse hergestellt wird, in oder an welcher der Quarzsand einen Masseanteil von 60% bis 80%, der Binder einen Masseanteil von 10% bis 20% und der Füller (amorphes Siliziumdioxid (SiO₂)) einen Masseanteil von mindestens 11% aufweist. Somit wird bei dem Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung durchgeführt, und, wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, bei dem dritten Aspekt der Erfindung wird die Einbettmasse gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung verwendet, um das Bauteil durch Gießen herzustellen. Bei dem Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird aus der hergestellten Einbettmasse eine Gussform hergestellt, beispielsweise dadurch, dass die Einbettmasse geformt wird. Beispielsweise wird aus der Einbettmasse die Gussform derart hergestellt, dass beispielsweise die Einbettmasse in flüssigem Zustand des Binders geformt wird. Insbesondere ist Folgendes denkbar: Der Binder ist beispielsweise eine Flüssigkeit. In einem Zustand, in welchem der Binder (noch) flüssig und mit dem Quarzsand und dem Füller vermischt ist, sind beispielsweise der Quarzsand und der Füller in dem Binder angeordnet oder aufgenommen, derart, dass beispielsweise in flüssigem Zustand des Binders die miteinander vermischten Komponenten der Einbettmasse ein heterogenes Gemisch bilden. In diesem Zustand wird beispielsweise die Einbettmasse geformt, woraufhin der Binder und somit die Einbettmasse insgesamt aushärtet. Hierdurch, das heißt durch das Aushärten der geformten Einbettmasse, wird aus der Einbettmasse die Gussform hergestellt, welche somit ein eigensteifer Festkörper ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt bildet somit die geformte und ausgehärtete Einbettmasse die Gussform.
Bei dem Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Gusswerkstoff, aus welchem das Bauteil hergestellt wird, in flüssigem Zustand des Gusswerkstoffs in die Gussform eingebracht. Hierdurch wird der Gusswerkstoff beziehungsweise das Bauteil mittels der Gussform geformt. Der Gusswerkstoff härtet aus, wodurch das Bauteil insbesondere als eigensteifer Festkörper hergestellt wird. Insbesondere ist der Gusswerkstoff in dem flüssigen Zustand des Gusswerkstoffes eine Schmelze, die in die Gussform eingebracht wird und daraufhin aushärtet, wodurch das Gussbauteil aus der Schmelze hergestellt wird. Daraufhin wird beispielsweise das auch als Gussbauteil oder Gussteil bezeichnete Bauteil aus der Gussform, welche einfach auch als Form bezeichnet wird, entnommen, mithin entformt. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Die Einbettmasse ermöglicht eine besonders zeit- und kostengünstige Herstellung der Gussform und somit des Bauteils insgesamt, da im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, bei welchen Gussformen hergestellt werden, Prozessschritte insbesondere zum Herstellen der Gussform und somit Zeit und Kosten eingespart werden können.
Beispielsweise wird als der Füller ein kommerziell erhältlicher (Fa. RW Silicium GmbH) Füller verwendet, wobei der Füller insbesondere in Pulverform verwendet wird beziehungsweise eine granulare beziehungsweise partikuläre Materie ist. Insbesondere ist der Füller durch in Pulverform vorliegende Silica Fume Partikel (CAS Nummer: 6901 2-64-2) aus der Si-Herstellung gebildet.
Um das Bauteil besonders kostengünstig herstellen und dabei besonders vorteilhafte Eigenschaften des Bauteils, insbesondere eine geringe Wanddicke des Bauteils, realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass als der Gusswerkstoff ein metallischer Werkstoff verwendet wird.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn als der metallische Werkstoff ein Stahl verwendet wird, sodass vorzugsweise das Bauteil als ein Stahlgussbauteil ausgebildet und somit durch Stahlguss hergestellt ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Bauteil mit einer Wanddicke von höchstens 4 Millimetern und wenigstens 2 Millimetern hergestellt wird. Es wurde gefunden, dass die Einbettmasse die Herstellung besonders geringer Wanddicken sowie besonders hoher Oberflächengüten auf besonders kostengünstige Weise ermöglicht, sodass das Bauteil besonders kostengünstig mit vorteilhaften Eigenschaften hergestellt werden kann.
Um das Verfahren besonders zeit- und kostengünstig durchführen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Binder, der Quarzsand und der Füller zunächst voneinander getrennt bereitgestellt und daraufhin in ein beispielsweise als Küvette ausgebildetes Behältnis eingebracht und während des Einbringens in das Behältnis in dem Behältnis miteinander vermischt werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Binder in flüssigem Zustand des Binders mit dem Füller und dem Quarzsand vermischt wird, wodurch die Einbettmasse besonders vorteilhaft hergestellt und insbesondere daraufhin geformt werden kann, um aus der Einbettmasse die Gussform herzustellen.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft bei dem zweiten und dritten Aspekt der Erfindung gezeigt, wenn der Binder wenigstens ein Phosphat aufweist, mithin wenn als der Binder ein Phosphatbinder verwendet wird.
Die Erfindung geht insbesondere von folgenden Überlegungen und Erkenntnissen aus: Das technische Problem beim konventionellen Schalenfeinguss ist die sehr zeit-, kosten- und energieaufwendige Schalenherstellung, wodurch der Schalenfeinguss kostenintensiv ist. Außerdem weist der herkömmliche Schalenfeinguss Grenzen hinsichtlich der Geometrie auf. Kleine Hohlräume können zum Beispiel nur durch den Einsatz von sehr kostenintensiven, auswaschbaren Kernen hergestellt werden. Beim Küvetten-Feinguss ist die Grenze meistens die Bauteilgröße sowie die Möglichkeit der Durchtrocknung der Gussform im Ofen. Zudem sind die Formstoffe sehr kostenintensiv, wodurch eine Großserienproduktion nicht wirtschaftlich sinnvoll ist und auch sehr große Gussteile nur sehr begrenzt hergestellt werden können. Bei der Trocknung dickwandiger und großer Küvettenformen treten Trocknungsrisse während des Wachsausschmelzens und dem Vorwärmen der Form auf, wodurch die Form unbrauchbar wird. Daher ist die Herstellung bisher auf kleine Bauteile begrenzt. Beim Stahlguss muss die hohe thermische Belastung durch die Schmelze (1650 Grad Celsius) gegeben sein. Es darf keine Reaktion zwischen Einbettmasse und Stahlschmelz zustande kommen (beispielsweise Zersetzung oder Vererzung), die das Gussergebnis negativ beeinflussen könnte.
Vor diesem Hintergrund ermöglicht die Einbettmasse eine einfache, schnelle und kostengünstige, auch als Formherstellung bezeichnete Herstellung der Gussform, wobei die Einbettmasse selbst durch kostengünstige Rohstoffe gebildet werden kann. Die Einbettmasse ermöglicht es insbesondere, wahlweise große Gussteile oder Gussbäume insbesondere in einem Küvettengussverfahren abzugießen. Ferner ermöglicht es die erfindungsgemäße Einbettmasse, das Bauteil aus einer hochschmelzenden Legierung herzustellen, mithin als dem Gusswerkstoff eine hochschmelzende Legierung zu verwenden. Besonders vorteilhaft eignet sich die Einbettmasse für den Stahlguss insbesondere mit Erzeugung von Gussteilen hoher Oberflächengüte. Durch die vorteilhaften Masseanteile der Komponenten kann eine besonders glatte Oberfläche des, insbesondere fertig hergestellten beziehungsweise gegossenen, Bauteils insbesondere direkt nach dem Gießen realisiert werden. Überraschenderweise zeigte sich ein Masseanteil von mindestens 11% des amorphen und vorzugsweise submikroskaligem Siliziumdioxid (SiO₂) als Füller als besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Oberflächenqualität des Bauteils und die thermische und mechanische Beständigkeit der Einbettmasse. Unter dem Merkmal, dass der Füller vorzugsweise submikroskalig ist, ist zu verstehen, dass der Füller, das heißt das Siliziumdioxid, partikuläre oder granulare Materie ist und somit Partikel aus dem Siliziumdioxid aufweist, wobei vorzugsweise die größte Außenabmessung der jeweiligen Partikel submikroskalig ist, mithin kleiner als 100 Nanometer ist. Durch die erfindungsgemäßen Masseanteile der Einbettmasse sind zumindest bereichsweise sehr dünne Formstoffwandstärken bis zu 3 Millimeter möglich, die den Anforderungen des Stahlschwerkraftgusses gerecht werden.
Für die Fertigung von dünnwandigem Stahlguss werden beispielsweise aufgrund von hohen Schmelztemperaturen von beispielsweise 1600 Grad Celsius verlorene Formen eingesetzt. Das Gießen von Bauteilen mit hoher Oberflächengüte und einer dünnen Wandstärke oder Wanddicke von beispielsweise 2 bis 4 Millimeter wird üblicherweise nur durch den Feinguss ermöglicht. Hier wird in vorgewärmte Formen gegossen, wodurch Fließwege bei dünner Wandstärke gegeben sind. Die keramische Form ermöglicht sehr glatte Bauteiloberflächen. Konkurrierend zum Schalenfeinguss wurde nun die erfindungsgemäße Einbettmasse entwickelt, die aus günstigen Rohstoffen, mithin dem beispielsweise als Quarzmehl ausgebildeten Quarzsand, dem Füller und dem beispielsweise als Phosphatbinder ausgebildeten Binder hergestellt wird, wobei sich beispielsweise die Komponenten beziehungsweise die Einbettmasse in, insbesondere genau, einem Arbeitsschritt zu einer Formschale gießen lassen beziehungsweise lässt. Dabei wurden für den Stahlguss die Anforderungen an die hohe Schmelztemperatur und die Anforderungen an die Oberflächengüte berücksichtigt. Des Weiteren wurden der Wachsausschmelzprozess und die Formerwärmung so angepasst, dass Formrisse vermieden werden. Durch eine trimodale Verteilung der Partikel beziehungsweise Körner innerhalb der Einbettmasse, bei der sich die kleineren Körner in die Zwischenräume der größeren Körner setzen, wird die Einbettmasse als sehr dichte Einbettmasse hergestellt, die sehr gute Gussteiloberflächen ermöglicht, was für den dünnwandigen Stahlguss insbesondere aufgrund einer anschließenden Oberflächenbehandlung beziehungsweise Beschichtung von großer Bedeutung sein kann.
Der Füller ist aus amorphem Silica, mithin aus dem zuvor genannten, amorphen Siliziumdioxid, gebildet. Durch den Einsatz beziehungsweise die Verwendung des Füllers (amorphes Siliziumdioxid), dessen Partikel eine Partikelgröße im Mikrobereich aufweisen, konnten auch sehr kleine, mithin kleinste Zwickel im Einbettmassensystem gefüllt und eine sehr gute Festigkeit der Einbettmasse erreicht werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit der zugehörigen Zeichnung. Dabei zeigt die einzige 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils durch Gießen, wobei das Bauteil mithilfe einer Einbettmasse durch Gießen hergestellt wird, derart, dass aus der Einbettmasse eine Gussform zum Gießen des Bauteils hergestellt wird.
Die einzige 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils 1. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird das Bauteil 1 durch Gießen hergestellt und somit gegossen. Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens werden, insbesondere aus einer ersten Schmelze 2, Modelle 3, insbesondere des Bauteils 1, hergestellt. Das jeweilige Modell 3 wird mithilfe einer Form 4 vorliegend durch Gießen hergestellt, derart, dass die Schmelze 2, insbesondere in flüssigem Zustand der Schmelze 2, in die Form 4 eingebracht wird. Mittels der Form 4 werden die Schmelze 2 und somit das jeweilige Modell 3 geformt. Insbesondere nach dem Einbringen der Schmelze 2 in die Form 4 härtet die Schmelze 2 aus, wodurch das jeweilige Modell 3 aus der Schmelze 2 hergestellt wird. Insbesondere ist das Modell 3 ein eigensteifer Festkörper. Insbesondere wird das jeweilige Modell 3 aus Wachs hergestellt, sodass die Schmelze 2 beispielsweise aus Wachs gebildet ist.
Bei einem sich insbesondere an den ersten Schritt S1 anschließenden, zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird eine auch als Modelltraube bezeichnete Traube 5 hergestellt, insbesondere montiert, insbesondere derart, dass die hergestellten Modelle 3 an einem gemeinsamen Träger 6 befestigt werden. Da die Modelle 3 vorliegend aus Wachs gebildet sind, wird die Traube 5 auch als Wachstraube bezeichnet.
Bei dem in 1 gezeigten Verfahren werden außerdem Quarzsand, insbesondere Quarzmehl, ein, insbesondere flüssiger, Binder und ein Füller derart miteinander vermischt, dass aus dem Quarzsand, dem Binder und dem Füller eine Einbettmasse 7 hergestellt wird. Als der Füller wird amorphes, insbesondere submikroskaliges, Siliziumdioxid (SiO₂) verwendet, sodass der Füller aus amorphem, insbesondere submikroskaligem, Siliziumdioxid (SiO₂) gebildet ist. Insbesondere ist der Füller eine granulare oder partikuläre Materie, mithin ein granularer oder partikulärer Stoff, welcher somit Partikel umfasst. Vorzugsweise wird als der Quarzsand Quarzmehl verwendet, sodass vorzugsweise auch der Quarzsand partikuläre oder granulare Materie, insbesondere ein Pulver, ist. Der Quarzsand, der Füller und der Binder werden zusammenfassend auch als Komponenten bezeichnet. Beispielsweise werden die Komponenten in flüssigem Zustand des Binders miteinander vermischt. Beispielsweise werden die Komponenten zunächst getrennt, das heißt separiert voneinander, bereitgestellt und in ein beispielsweise als Küvette ausgebildetes Behältnis 8 eingebracht und während des Einbringens der Komponenten in das Behältnis 8 in dem Behältnis 8 miteinander vermischt.
Bei einem sich insbesondere an den zweiten Schritt S2 anschließenden, dritten Schritt S3 wird die Traube 5 in die in dem Behältnis 8 aufgenommene Einbettmasse 7 eingetaucht, insbesondere in einem Zustand, in welchem der Binder noch nicht ausgehärtet beziehungsweise noch flüssig ist. Insbesondere wird die Traube 5 genau einmal in die Einbettmasse 7 eingetaucht, insbesondere derart, dass die Modelle 3 der Traube 5 außenumfangsseitig mit der Einbettmasse 7 versehen beziehungsweise benetzt werden, insbesondere in zunächst noch flüssigem Zustand des Binders. Die mit der Einbettmasse 7 versehene Traube 5 wird aus dem Behältnis 8 entnommen, woraufhin beispielsweise der Binder der Einbettmasse 7, mit welcher die Modelle 3 versehen sind, aushärtet wodurch die Einbettmasse 7 insgesamt aushärtet. Hierdurch wird aus der Einbettmasse 7 eine Gussform 9 hergestellt. Bei einem sich insbesondere an den dritten Schritt S3 anschließenden, vierten Schritt S4 wird beispielsweise die Traube 5 aus der Gussform 9 entfernt. Beispielsweise ist auch der Träger 6 aus einem Wachs oder dem zuvor genannten Wachs gebildet. Um beispielsweise die Traube 5 aus der Gussform 9 zu entfernen, wird die Traube 5 beispielsweise erwärmt und dadurch geschmolzen, woraufhin die geschmolzene Traube 5 aus der Gussform 9 herausströmen kann. Bei einem sich insbesondere an den vierten Schritt S4 anschließenden, fünften Schritt S5 wird die Gussform 9 beispielsweise gebrannt, wodurch die Gussform 9 erhärtet oder aushärtet.
Bei einem sich insbesondere an den fünften Schritt S5 anschließenden, sechsten Schritt S6 wird eine zweite Schmelze 10, aus welcher das Bauteil 1 hergestellt wird, in die insbesondere hergestellte Gussform 9 eingebracht. Es ist erkennbar, dass die Gussform 9 Kavitäten 11 aufweist, in welche die Schmelze 10 eingebracht, insbesondere eingegossen, wird, wobei mittels der jeweiligen Kavität 11 die Schmelze 10 und somit das Bauteil 1 geformt wird. Die Schmelze 10 kann, insbesondere in der Gussform 9, aushärten, wodurch das Bauteil 1 hergestellt wird. Bei einem sich insbesondere an den sechsten Schritt S6 anschließenden, siebten Schritt S7 erfolgt ein Entformen, bei welchem die ausgehärteten Bauteile 1 aus der Gussform 9 entnommen, mithin entformt werden. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass die Gussform 9 zerstört wird. Insbesondere wird beispielsweise die Gussform 9 von den erhärteten Bauteilen 1 abgetragen. Insbesondere sind die Bauteile 1 zunächst noch über einen Kern 12 miteinander verbunden, wobei beispielsweise die über den Kern 12 miteinander verbundenen Bauteile 1 eine Einheit bilden, welche insbesondere hinsichtlich ihrer Form zumindest im Wesentlichen der Traube 5 entspricht. Bei einem sich insbesondere an den siebten Schritt S7 anschließenden, achten Schritt S8 des Verfahrens werden die Bauteile 1 von dem Kern 12 und voneinander getrennt, wodurch das jeweilige Bauteil 1 hergestellt wird. Bei einem beispielsweise auf den achten Schritt S8 folgenden, neunten Schritt S9 des Verfahrens wird das jeweilige Bauteil 1 gereinigt, insbesondere durch Sandstrahlen.
Der Quarzsand weist einen Masseanteil von 60% bis 80% in oder an der Einbettmasse 7 insgesamt auf, wobei der Binder einen Masseanteil von 10% bis 20% an oder in der Einbettmasse 7 insgesamt aufweist, und wobei der Füller einen Masseanteil von mindestens 11% an oder in der Einbettmasse 7 insgesamt aufweist. Hierdurch weist die Einbettmasse 7 eine solche, vorteilhafte Zusammensetzung auf, dass es ausreicht, die Traube 5 nur ein einziges Mal in die Einbettmasse 7 in dem Behältnis 8 einzutauchen, um hierdurch die Gussform 9 herzustellen. Im Vergleich zu herkömmlichen Gießverfahren können somit Prozessschritte und somit Zeit und Kosten eingespart werden. Außerdem ermöglicht die Einbettmasse 7 eine solch vorteilhafte Herstellung der Gussform 9, dass das Bauteil 1 besonders dünnwandig hergestellt werden kann, insbesondere derart, dass die größte Wanddicke des Bauteils 1 höchstens 4 Millimeter und wenigstens 2 Millimeter beträgt.
Vorzugsweise ist die Schmelze 10 aus einem Gusswerkstoff gebildet, welcher vorzugsweise ein metallischer Werkstoff, insbesondere ein Stahl, ist, sodass vorzugsweise das Bauteil 1 als Stahlgussbauteil ausgebildet ist oder hergestellt wird.
Bezugszeichenliste

1: Bauteil
2: Schmelze
3: Modell
4: Form
5: Traube
6: Träger
7: Einbettmasse
8: Behältnis
9: Gussform
10: Schmelze
11: Kavität
12: Kern
S1: erster Schritt
S2: zweiter Schritt
S3: dritter Schritt
S4: vierter Schritt
S5: fünfter Schritt
S6: sechster Schritt
S7: siebter Schritt
S8: achter Schritt
S9: neunter Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2019137871 A2 [0002]
DE 102020119013 A1 [0002]

Claims

Einbettmasse (7) zum Herstellen einer Gussform (9) zum Gießen eines Bauteils (1), mit: - Quarzsand mit einem Masseanteil von 60% bis 80%; - einem Binder mit einem Masseanteil von 10% bis 20%; und - amorphem Siliziumdioxid als Füller mit einem Masseanteil von mindestens 11%.
Einbettmasse (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder wenigstens ein Phosphat aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Gussform (9) zum Gießen eines Bauteils (1), bei welchem: - Quarzsand, ein Binder und amorphes Siliziumdioxid als Füller derart miteinander vermischt werden, dass aus dem Quarzsand, dem Binder und dem Füller eine Einbettmasse (7) hergestellt wird, in welcher: oder Quarzsand einen Masseanteil von 60% bis 80% aufweist; ◯ der Binder einen Masseanteil von 10% bis 20% aufweist; und ◯ der Füller einen Masseanteil von mindestens 11% aufweist; und - aus der hergestellten Einbettmasse (7) die Gussform (9) hergestellt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (1) durch Gießen, bei welchem: - Quarzsand, ein Binder und amorphes Siliziumdioxid als Füller derart miteinander vermischt werden, dass aus dem Quarzsand, dem Binder und dem Füller eine Einbettmasse (7) hergestellt wird, in welcher: oder Quarzsand einen Masseanteil von 60% bis 80% aufweist; ◯ der Binder einen Masseanteil von 10% bis 20% aufweist; und ◯ der Füller einen Masseanteil von mindestens 11% aufweist; - aus der hergestellten Einbettmasse (7) eine Gussform (9) hergestellt wird; - ein Gusswerkstoff (10), aus welchem das Bauteil (1) hergestellt wird, in flüssigem Zustand des Gusswerkstoffes (10) in die Gussform (9) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als der Gusswerkstoff (10) ein metallischer Werkstoff verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als der metallische Werkstoff ein Stahl verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) mit einer Wanddicke von höchstens vier Millimetern und wenigstens zwei Millimetern hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder, der Quarzsand und der Füller zunächst voneinander getrennt bereitgestellt und daraufhin in ein Behältnis (8) eingebracht und während des Einbringens in das Behältnis (8) in dem Behältnis (8) miteinander vermischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder in flüssigem Zustand des Binders mit dem Füller und dem Quarzsand vermischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder wenigstens ein Phosphat aufweist.