EP1500446A2 - Reinforced foundry cores for metal casting, method and use - Google Patents

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EP1500446A2
EP1500446A2 EP04016388A EP04016388A EP1500446A2 EP 1500446 A2 EP1500446 A2 EP 1500446A2 EP 04016388 A EP04016388 A EP 04016388A EP 04016388 A EP04016388 A EP 04016388A EP 1500446 A2 EP1500446 A2 EP 1500446A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mandrel
ceramic
reinforcing element
destructible
mold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04016388A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1500446A3 (en
Inventor
Ralf Lebbing
Rolf Dipl.-Ing. Pfeifer
Jialin Dr.-Ing. Shen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1500446A2 publication Critical patent/EP1500446A2/en
Publication of EP1500446A3 publication Critical patent/EP1500446A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/06—Core boxes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C21/00—Flasks; Accessories therefor
    • B22C21/12—Accessories
    • B22C21/14—Accessories for reinforcing or securing moulding materials or cores, e.g. gaggers, chaplets, pins, bars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/106—Vented or reinforced cores

Definitions

  • the invention relates to the production of destructible Mold cores for metal casting, in particular destructible shaped cores of green or fired ceramic, the have metallic reinforcing elements and their Removal from the metallic Gusslingen, as well as archetypes for the production of the cores.
  • a destructible mold core having at least one metallic reinforcing element, the vast majority along one of the longitudinal axes of the Mold core is aligned, according to the features of the claim 1, a method for producing the mandrel according to the Features of claim 11, as well as an impression for This method suitable form according to the features of Claim 18.
  • Advantageous embodiments are the subject the dependent claims.
  • a destructible is lost Molded core provided for the metallic casting, by means of at least one metallic reinforcing element mechanically is reinforced.
  • At least one of the metallic ones Reinforcing elements has the form of a tension spring, the at least close to one of the surfaces of the mold core, or ranges close to the core brands.
  • the melting point of or Metallic reinforcing elements is at least at the of the casting metal.
  • a mold core here is one in a mold structure to be understood, for the most part is encircled by the cast metal.
  • the mold core can thereby be completely integrated into the mold, or in this even loosely inserted.
  • To the cores in the sense of The invention includes in particular the structures which are in Cast body to create cavities.
  • one or more metallic Reinforcement elements may be contained in the mandrel, wherein the mandrel itself from green or fired ceramic can exist.
  • the mandrel contains only one metallic reinforcing element, or more elements of the connected to each other. The reinforcing effect is in the Generally higher for green ceramics than for baked ceramics.
  • the mandrels can the same or a different material exist like the rest of the mold.
  • the metallic reinforcing element in this case according to the invention causes an increase in the structural strength in the fine or mechanically highly stressed areas of the mold, as well as extended cantilevered areas.
  • the reinforcing effect especially for the green ceramic is significant.
  • the strength of the metallic reinforcing member is generally well above that of the ceramic material because the casting mold is not fired into a solid and dense ceramic.
  • the increase in strength through the metallic reinforcing element is at least the measure necessary for the undamaged removal of the green ceramic of the mold core from the original mold or for undamaged casting. Since the metallic reinforcing element also remains in the mold core during the casting process, it is expedient to choose the melting temperature of the metallic reinforcing element so that it lies above the casting temperature. At least the melting temperature of the reinforcing element should be above the melting temperature of the cast metal.
  • reinforcing elements include Fe or Ni alloys and steels.
  • Other suitable metals are Ti, W, Nb or Ta alloys.
  • At least one reinforcing element is preferably along one of the longitudinal axes of the mold core, in particular in the area fine and partly self-supporting structures, aligned.
  • At least one reinforcing element according to the invention has the Shape of a tension spring. It is under a tension spring in According to the invention, a machine element with the property to understand themselves under the influence of external forces elastically deform and the work absorbed the discharge by spring back again. These The effect is on technical springs by the selection highly elastic materials and suitable design given. The best known material for such springs is Stole.
  • Tension springs also include coil springs, as well as disc springs, one in the axial direction loaded conical annular disc, the with other disc springs to spring packages (in the same direction Layering) or spring columns (in the case of a change-over arrangement) can be assembled.
  • a preferred embodiment of the tension springs is a, for example made of round wire, helically wound and usable as a tension or compression spring spring having a circular cross-section.
  • the mandrel surrounding the metallic reinforcing element consists of green ceramic.
  • the green ceramic is essentially formed of ceramic material and organic binders in an amount of 0.1 to 8% by weight.
  • the preferred ceramic materials include refractory oxides, in particular the oxides and / or mixed oxides of the elements Al, Zr, Si, Mg, Ca or Ti, or refractory carbides or nitrides of the elements Si and / or Ti. Particular preference is given to ZrSiO 4 , Al 2 O 3 , SiC and / or ZrO 2 .
  • Ceramic binders are those for a Freeze drying process suitable binder prefers. These include in particular gelatin, AgarAgar or agarose and glycerin.
  • the Reinforced cores made of green ceramic also according to the invention without ceramic fire in casting molds for metal casting can be used.
  • This procedure leaves the process step of the ceramic fire saves.
  • the ceramic fire induced shrinkage (Sintering shrinkage) is considerably reduced. It rather occurs only by the thermal decomposition of the organic Binder and the short holding time at the casting temperature caused shrinkage in the mandrel on.
  • the low Strength of the ceramic material produced thereby is characterized by the metallic according to the invention Reinforced reinforcing elements.
  • the low shrinkage of Form cores has a very positive effect on the dimensional accuracy of the Cast off.
  • the green mandrels can both Part of cast ceramic molds, as well be green ceramic.
  • the surrounding the metallic reinforcing element, mold core fired ceramic is the same as those for the green kernels.
  • the fired ceramic typically has a porosity above about 5%.
  • the preferred tension springs include those made of spiral wound round wire constructed springs and tension springs with high spring rate and steels.
  • Reinforcement elements lies in their design as tension springs founded. After casting, the tension spring can be removed from the casting or Gussling be pulled, causing the mandrel in his Inside is mechanically stressed. Usually that suffers ceramic material in this brittle fracture and breaks into little pieces. These small pieces are partly loose out of the casting, or can be easily done by particle beam technology, such. As sandblasting, or Remove water jet technique.
  • Invention is at least one of the metallic Reinforcement elements partly or wholly from the surrounding Mold core separated. In the case of ceramic mandrels finds the separation takes place through a gap.
  • Varaiante finds this Separation by a flexible and compressible hose instead, at least partially made of pyrolyzable material consists. Examples are silicone hoses, as well as with Polymer or wax interspersed glass fiber or Carbon fiber fabric hoses.
  • the gap may be formed in an advantageous manner as a ventilation or venting channel, or as a riser.
  • the venting channel causes an improved decomposition and degassing of the organic binder of the green ceramic during firing.
  • the gap width is typically below 2 cm and preferably in the range of 0.02 to 2 mm.
  • the columns formed around the mainspring, or the reinforcing element can still further improve the mechanical destruction of the ceramic when pulling out by providing a game for reciprocating the reinforcing element.
  • the destructible mandrels according to the invention are in particular for the production of castings with cavities, Recesses or cavities suitable.
  • preferred Field of application are components for internal combustion engines made of steels or light metal, in particular engine blocks.
  • Particularly preferred are ceramic molds with Form cores made of green ceramic used.
  • Another aspect of the invention relates to a method for Production of reinforced destructible mandrels for the Metal casting.
  • the original form can be made of almost any hard material consist for example of plastics, ceramics or Metal.
  • the original form is constructed of metal.
  • the original form is divisible from several segments (1) built up.
  • the original form are in this one or more flexible inner molds (2) included.
  • These inner molds are for example made of rubber or silicone built up. Particularly preferred are the inner molds with the Archetype about connection techniques, for example via knobs for fixation (Fixiernoppen (5)) connected.
  • the inner forms made of flexible material typically has undercuts (3) and / or complex geometries.
  • the parent form the may consist of several parts, corresponds to the rough shape of Urmodells, essentially without undercuts and complex Geometries.
  • For filling the original form can filler (7) be provided.
  • the flexible inner shape is after the Freeze the slurry from the frozen ceramic part withdrawn to dry the component in the freeze dryer.
  • One or more Reinforcement elements can also consist of several Be constructed individual elements. For example, that can Reinforcing element of a metal wire (12) and a to consist of this arranged tension spring (10).
  • Another Embodiments of the reinforcing element are, for example Corrugated sheets, spiral wires or disc springs.
  • At least one of the metallic is preferred Reinforcement elements along one of the longitudinal axes of Aligned core.
  • At least one of the metallic is preferred Reinforcement elements fitted so that at least one its ends reach close to the surface of the mold core or out of it.
  • the one end of the metallic one Reinforcement element is at least as close to the Surface that it becomes easily accessible after casting and stretch by external force and from the mold core pull out.
  • the reinforcing elements with pyrolyzable material coated, or with a hose, in particular a Degassing hose, surrounded.
  • the hose is also here at least partially pyrolyzable. Under pyrolysis is here the partial or complete thermal decomposition of the Understand material.
  • the coating or the (Degassing) hose can be used during drying of the slip, and in the sintering of the green ceramic as a buffer for the occurring shrinkage processes act as the corresponding Material of layer or tube is relatively soft.
  • the direct shrinking and tearing of the green or sintered ceramic on the metallic Reinforcement element prevents.
  • Another advantage is the coating or the Degassing hose for the removal of the Reinforcing element after casting from the casting.
  • the coating or the degassing hose at least partly before or at the casting temperature pyrolytic decomposes, a gap is formed during casting, which is called Can degassing channel act.
  • the gap makes it easier
  • the coating can be constructed for example of waxes or thermoplastics.
  • Another embodiment of the invention provides hollow Metallic reinforcing elements, such as pipes or Hollow spirals before.
  • the cavities show a similar Effect like the gaps between reinforcing element and Mold core mass.
  • the Slips typically include powders of refractory oxides or carbides, binders and solvents.
  • the most suitable slips include aqueous Schlicker.
  • binders include the binders which are well suited for freeze-drying processes, For example, gelatin, agaragar, glycerol or agarose.
  • the drying method is chosen such that a minimum of drying shrinkage of the slurry occurs.
  • the Freeze-drying This is only a minimum of shrinkage generated.
  • the ceramic slip is a green ceramic formed with the shape of the later mold core.
  • the mandrel is then released from the original form.
  • the reinforcing elements according to the invention have the mandrel even for complex geometries, high porosity of the green Ceramic and even at a low binder content one sufficient high strength. Also long and thin cores can be without the reinforcement according to the invention Remove problems. As a binder can already minimal Quantities in the range of a few percent by weight are sufficient.
  • preferred Slip compositions have a gelatin content below 3% by weight.
  • the flexible inner mold (2) may optionally be reused.
  • mandrel For the production of castings of the mandrel as complete molds or as part of a mold used.
  • the mandrel both in green form as also be used in burned form.
  • a preferred embodiment of the invention sees the Assembly of multi-part molds, such as in Fig. 4 executed before.
  • the mold core (13), as well like the mold (14) as a green ceramic or as a sintered one Ceramics are used. Should simultaneously green and sintered ceramics are used so is the mold (14) preferably made of sintered material and the mold core formed of green material.
  • the mold (14) can be in the same or similar way with reinforcing elements be provided, as the mold core according to the invention.
  • the ceramic cores are lost cores that are destroyed after the casting of the metal and are not reused.
  • the ceramic mandrel is broken by the extraction of at least one of the metallic reinforcing elements.
  • cracks and smaller fragments are formed substantially over the entire contact surface of the reinforcing element and the ceramic mandrel.
  • the thus destroyed ceramic can be removed with relatively little effort from the casting.
  • particle beam technology or water jet technology are used to remove the fragments and remnants of the ceramic from the casting.
  • the reinforcing elements according to the invention have the advantage that they amplified the large-scale destruction of Form cores can be used and thus the demolding of Simplify Gusslings considerably.
  • an initial model of the mandrel was made Made of plastic. This was done by a generative Rapid prototyping process. Then one became the geometry of the initial model roughly representing prototype of several Segments (1) molded from polyurethanes. The gaps between the original model and the stem form were with a poured out thin silicone compound, which after the Curing a flexible inner mold (2) with undercuts (3) trained.
  • the mold was preheated and the hot slip depressurized cast the mold.
  • the slurry was prepared in the following manner: At 60 ° C, a concentrated solution with 25 wt% gelatin was prepared to mix them later in the course at a temperature of about 50 ° C with the ceramic suspension.
  • To prepare the ceramic suspension ZrO 2 , ZrSiO 4 and SiO 2 powder were mixed in a plastic grinding container with Al 2 O 3 milling balls in a planetary ball mill at medium rotational speeds for about 1 hour with water and dispersant. Then the gelatin solution was added and mixed for another 30 minutes.
  • the slip prepared in this way had a gelatin content of 3.7% by weight and a solids content of 60% by weight.
  • the grinding balls were removed and the cooled to a temperature of about 40-45 ° C slip poured into the stem mold with a flexible inner mold. It was then cooled slowly below the gelling temperature of the gelatin (about 35 ° C) and the entire mold was frozen in a refrigerator at -30 ° C. This was followed by the demolding of the stem form, or the detachment of the flexible inner molds.
  • the molded core of frozen slurry was kept for handling at a temperature below about - 10 ° C. An intermediate storage of the mold core at about -2 ° C was possible without prejudice.
  • the molded core of frozen slurry was then at a Temperature of about -30 ° C and a pressure of the order of magnitude from 1-100 Pa freeze-dried.
  • the freeze-dried Component was then again at about 60 ° C in a drying oven dried.
  • the green mold core was turned into a ceramic mold fitted and used to cast a molten steel.
  • the structure of the casting mold corresponded to FIG. 4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

Molding core comprises a metallic reinforcing element partially or completely separated from the surrounding core by a gap or by a pyrolyzable organic material. An independent claim is also included for a process for the production of a molding core using a primary mold.

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von zerstörbaren Formkernen für den metallischen Guss, insbesondere zerstörbare Formkerne aus grüner oder gebrannter Keramik, die metallische Verstärkungselemente aufweisen und deren Entfernung aus den metallischen Gusslingen, sowie Urformen zur Herstellung der Formkerne.The invention relates to the production of destructible Mold cores for metal casting, in particular destructible shaped cores of green or fired ceramic, the have metallic reinforcing elements and their Removal from the metallic Gusslingen, as well as archetypes for the production of the cores.

Die Herstellung von Gussteilen mit Aussparungen Hinterschneidungen und Hohlstrukturen stellt hohe Anforderungen an die Herstellungsmethoden und die Materialien der entsprechenden Gussformen. Im Bereich des metallischen Gusses werden in der Regel auf Grund der hohen auftretenden Temperaturen keramische Gussformen eingesetzt.The production of castings with recesses Undercuts and hollow structures makes high Requirements for the manufacturing methods and the materials the corresponding molds. In the range of metallic Castings are usually due to high occurring Temperatures used ceramic molds.

Zur Herstellung der keramischen Gussformen bedient man sich häufig dem Schlickerguss, bei dem die Formgebung über das Abgießen von flüssigen Schlickern in eine Urform erfolgt. Ein weiteres häufig anzutreffendes Verfahren ist der keramische Spritzguss, bei dem formbare Keramikmassen in eine Urform unter Druck eingebracht werden. Die Schlicker oder Keramikmassen werden hierauf durch Trocknung bzw. Abkühlung verfestigt, wodurch eine grüne Keramik gebildet wird. Insbesondere im Falle komplex geformter Gussformen mit feinen, zum Teil freitragenden, Strukturen ergeben sich für die Entformung und für den späteren metallischen Guss Probleme, die aus der unzureichenden Strukturfestigkeit der gebrannten und insbesondere der grünen Gussform resultieren. For the production of ceramic molds one uses often the slip casting, in which the shaping of the Discharge of liquid slicks into a prototype. One Another frequently encountered method is the ceramic Injection molding, in which malleable ceramic materials in a prototype be introduced under pressure. The slip or Ceramic compositions are then dried or cooled solidified, whereby a green ceramic is formed. Especially in the case of complex shaped molds with fine, partly self-supporting, structures arise for the demolding and for the later metallic casting Problems resulting from the insufficient structural strength of the burned and in particular the green mold.

Bereits bei der Entformung der grünen Keramik aus der Urform kann die unzureichende Festigkeit des Materials zum Bruch der feinen Strukturen der Gussform führen. Durch die Entbinderung der Grünen Keramik tritt im Allgemeinen eine erhebliche mechanische Schwächung der Gussform auf. So kann bei ungünstiger Bauteilgeometrie während des Gusses eine Zerstörung der feinen Strukturen oder freitragende Formteile erfolgen.Already during the demoulding of the green ceramic from the original form the inadequate strength of the material can cause the material to break lead to fine structures of the mold. By the debinding The green ceramics generally occurs a significant mechanical weakening of the mold. So can at unfavorable component geometry during casting one Destruction of fine structures or self-supporting moldings respectively.

Eine weitere Fehlerquelle beim Guss ist im wesentlichen auf die unterschiedlichen Dichten der als Gussform verwendeten Keramik und den Gussmetallen, insbesondere den Fe-Legierungen oder Stählen, zurückzuführen. Da die Keramik im Allgemeinen eine wesentlich geringere spezifische Dichte aufweist als die Gussmetalle, neigen die feinen und zum Teil freitragenden Teile der keramischen Gussform zum Aufschwimmen in der metallischen Schmelze. Dies führt zu geometrischen Formfehlern des Gusslings in den entsprechenden Bereichen.Another source of error during casting is essentially up the different densities of the mold used Ceramics and the cast metals, in particular the Fe alloys or steels. As the ceramics in general has a much lower specific gravity than the Cast metals, the fine and partly cantilevered tend Parts of the ceramic mold for floating in the metallic melt. This leads to geometric Mold defects of the casting in the corresponding areas.

Dem Problem der unzureichenden Strukturfestigkeit kann im Prinzip mit einer Erhöhung der Festigkeit der Keramik begegnet werden, beispielsweise durch keramischen Brand (Sinterung). Dies hat jedoch den gravierenden Nachteil, dass sich die Gussform nach dem Guss nur noch sehr schwer aus dem Gussling entfernen lässt. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Hohlstrukturen der Fall, wo das verbleibende keramische Material nur noch sehr schwer zugänglich ist.The problem of insufficient structural strength can be found in the Principle with an increase in the strength of the ceramic be countered, for example, by ceramic fire (Sintering). However, this has the serious disadvantage that The mold after casting only very difficult from the Remove cast-iron. This is especially true of the Production of hollow structures of the case, where the remaining ceramic material is very difficult to access.

Im übrigen führt die Versinterung der Keramik im allgemeinen zu einer nicht akzeptablen Verringerung der Porosität.Incidentally, the sintering of ceramics in general to an unacceptable reduction in porosity.

Einen Ansatz das verbleibende keramische Material aus dem Innenraum von Gusslingen zu entfernen gibt die JP 55097844 A1. Aus dieser Schrift sind unter anderem polymergebundene Sandformen zum Gießen von Metall bekannt, die von einem spiralförmigen Metalldraht durchsetzt sind. Anfang und Ende des Metalldrahts ragen aus dem Formkern heraus. Nach dem Abguss des Metalls wird der Metalldraht aus dem Gussling herausgezogen wobei der Kern aus Gusssand aufgebrochen wird.One approach the remaining ceramic material from the To remove interior of Gusslingen gives the JP 55097844 A1. From this document are inter alia polymer bound Sand molds known for casting metal by one helical metal wire are interspersed. beginning and end of the metal wire protrude out of the mandrel. After this Casting of the metal becomes the metal wire from the casting pulled out with the core of cast sand is broken.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, geometrisch komplexe Gussformen aus grüner oder gesinterter Keramik für den Metallguss bereitzustellen, die eine genügend hohe Strukturfestigkeit aufweisen, um die Entformung aus der Urform, sowie den metallischen Guss unbeschadet zu überstehen, und sich hierauf in einfacher Weise aus dem Gussling herauslösen lassen.It is therefore an object of the invention to geometrically complex Castings of green or sintered ceramic for the To provide metal casting, which is a sufficiently high Have structural strength to the removal from the Prototype, as well as the metallic cast without prejudice to survive, and on this in a simple way from the Letting goose out.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen zerstörbaren Formkern, der mindestens ein metallisches Verstärkungselement aufweist, das zum überwiegenden Teil entlang einer der Längsachsen des Formkerns ausgerichtet ist, gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Verfahren zur Herstellung des Formkerns gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11, sowie einer zur Abformung nach diesem Verfahren geeigneten Urform gemäß den Merkmalen des Anspruchs 18. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The problem is solved by a destructible mold core, having at least one metallic reinforcing element, the vast majority along one of the longitudinal axes of the Mold core is aligned, according to the features of the claim 1, a method for producing the mandrel according to the Features of claim 11, as well as an impression for This method suitable form according to the features of Claim 18. Advantageous embodiments are the subject the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist somit ein zerstörbarer verlorener Formkern für den metallischen Guss vorgesehen, der mittels mindestens einem metallischen Verstärkungselement mechanisch verstärkt ist. Mindestens eines der metallischen Verstärkungselemente weist die Form einer Zugfeder auf, die zumindest nahe an eine der Oberflächen des Formkerns, bzw. nah an die Kernmarken reicht. Der Schmelzpunkt des oder der metallischen Verstärkungselemente liegt mindestens bei dem des Gussmetalls. Thus, according to the invention, a destructible is lost Molded core provided for the metallic casting, by means of at least one metallic reinforcing element mechanically is reinforced. At least one of the metallic ones Reinforcing elements has the form of a tension spring, the at least close to one of the surfaces of the mold core, or ranges close to the core brands. The melting point of or Metallic reinforcing elements is at least at the of the casting metal.

Unter einem Formkern ist hierbei eine in einer Gussform enthaltende Struktur zu verstehen, die zu ihrem größten Teil vom Gussmetall umflossen wird. Der Formkern kann dabei vollständig in die Gussform integriert sein, oder in diese auch nur lose eingelegt sein. Zu den Formkernen im Sinne der Erfindung gehören insbesondere die Strukturen, welche im Gusskörper Hohlräume erzeugen.Under a mold core here is one in a mold structure to be understood, for the most part is encircled by the cast metal. The mold core can thereby be completely integrated into the mold, or in this even loosely inserted. To the cores in the sense of The invention includes in particular the structures which are in Cast body to create cavities.

Erfindungsgemäß können eine oder mehrere metallische Verstärkungselemente in dem Formkern enthalten sein, wobei der Formkern selbst aus grüner oder gebrannter Keramik bestehen kann. Bevorzugt enthält der Formkern lediglich ein metallisches Verstärkungselement, oder mehrere Elemente die miteinander verbunden sind. Der Verstärkungseffekt ist in der Regel bei der grünen Keramik höher als bei der gebrannten.According to the invention, one or more metallic Reinforcement elements may be contained in the mandrel, wherein the mandrel itself from green or fired ceramic can exist. Preferably, the mandrel contains only one metallic reinforcing element, or more elements of the connected to each other. The reinforcing effect is in the Generally higher for green ceramics than for baked ceramics.

Hinsichtlich Ihrer Zusammensetzung können die Formkerne aus dem gleichen oder aus einem unterschiedlichen Material bestehen wie die restliche Gussform. So ist z. B. die Kombination Formkern aus grüner Keramik und Gussform aus ausgebrannter Keramik oder Formsand von besonderem Interesse.With regard to their composition, the mandrels can the same or a different material exist like the rest of the mold. So z. B. the Combination molded core of green ceramic and mold burnt out ceramics or foundry sand of particular interest.

Das metallische Verstärkungselement bewirkt hierbei erfindungsgemäß eine Erhöhung der Strukturfestigkeit in den feinen oder mechanisch hochbelasteten Bereichen der Gussform, ebenso wie über ausgedehnte freitragende Bereiche. Der Verstärkungseffekt insbesondere für die grüne Keramik ist erheblich. Aber auch im Falle der gesinterten Keramik liegt die Festigkeit des metallischen Verstärkungselements im allgemeinen deutlich oberhalb derjenigen des keramischen Materials, da die Gussform nicht zu einer festen und dichten Keramik gebrannt wird. Die Erhöhung der Festigkeit durch das metallische Verstärkungselement beträgt dabei mindestens das zur unbeschadeten Entfernung der grünen Keramik des Formkerns aus der Urform oder zum unbeschadeten Guss notwendige Maß.
Da das metallische Verstärkungselement auch während des Gussvorgangs im Formkern verbleibt, ist es zweckmäßig die Schmelztemperatur des metallischen Verstärkungselements so zu wählen, dass sie oberhalb der Gusstemperatur liegt. Zumindest sollte die Schmelztemperatur des Verstärkungselements oberhalb der Schmelztemperatur des Gussmetalls liegen.The metallic reinforcing element in this case according to the invention causes an increase in the structural strength in the fine or mechanically highly stressed areas of the mold, as well as extended cantilevered areas. The reinforcing effect especially for the green ceramic is significant. However, even in the case of the sintered ceramic, the strength of the metallic reinforcing member is generally well above that of the ceramic material because the casting mold is not fired into a solid and dense ceramic. The increase in strength through the metallic reinforcing element is at least the measure necessary for the undamaged removal of the green ceramic of the mold core from the original mold or for undamaged casting.
Since the metallic reinforcing element also remains in the mold core during the casting process, it is expedient to choose the melting temperature of the metallic reinforcing element so that it lies above the casting temperature. At least the melting temperature of the reinforcing element should be above the melting temperature of the cast metal.

Zu den bevorzugten Materialien des metallischen Verstärkungselements gehören aus diesem Grunde Fe- oder Ni-Legierungen und Stähle. Weitere geeignete Metalle sind Ti-, W-, Nb- oder Ta-Legierungen.Among the preferred materials of the metallic For this reason, reinforcing elements include Fe or Ni alloys and steels. Other suitable metals are Ti, W, Nb or Ta alloys.

Mindestens ein Verstärkungselement ist bevorzugt entlang einer der Längsachsen des Formkerns, insbesondere im Bereich der feinen und zum Teil freitragenden Strukturen, ausgerichtet.At least one reinforcing element is preferably along one of the longitudinal axes of the mold core, in particular in the area fine and partly self-supporting structures, aligned.

Mindestens ein Verstärkungselement weist erfindungsgemäß die Form einer Zugfeder auf. Dabei ist unter einer Zugfeder im Sinne der Erfindung ein Maschinenelement mit der Eigenschaft zu verstehen, sich unter der Einwirkung äußerer Kräfte elastisch zu verformen und die dabei aufgenommene Arbeit bei der Entlastung durch Rückfederung wieder abzugeben. Diese Wirkung wird bei technischen Federn durch die Auswahl hochelastischer Werkstoffe und durch geeignete Gestaltung gegeben. Der bekannteste Werkstoff für derartige Federn ist Stahl.At least one reinforcing element according to the invention has the Shape of a tension spring. It is under a tension spring in According to the invention, a machine element with the property to understand themselves under the influence of external forces elastically deform and the work absorbed the discharge by spring back again. These The effect is on technical springs by the selection highly elastic materials and suitable design given. The best known material for such springs is Stole.

Zu den erfindungsgemäßen Verstärkungselementen in Form einer Zugfedern gehören auch Spiralfedern, sowie Tellerfedern, eine in axialer Richtung belastete kegelförmige Ringscheibe, die mit weiteren Tellerfedern zu Federpaketen (bei gleichsinniger Schichtung) oder Federsäulen (bei wechselsinniger Anordnung) zusammengesetzt werden können.To the reinforcing elements according to the invention in the form of a Tension springs also include coil springs, as well as disc springs, one in the axial direction loaded conical annular disc, the with other disc springs to spring packages (in the same direction Layering) or spring columns (in the case of a change-over arrangement) can be assembled.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Zugfedern ist eine, beispielsweise aus Runddraht hergestellte, schraubenlinienförmig gewundene und als Zug- oder Druckfeder einsetzbare Feder, die einen Kreisquerschnitt aufweist.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung besteht der, das metallische Verstärkungselement umgebende, Formkern aus grüner Keramik. Die grüne Keramik wird im Wesentlichen aus keramischem Material und organischen Bindern in einer Menge von 0,1 bis 8 Gew% gebildet.A preferred embodiment of the tension springs is a, for example made of round wire, helically wound and usable as a tension or compression spring spring having a circular cross-section.
In a first embodiment of the invention, the mandrel surrounding the metallic reinforcing element consists of green ceramic. The green ceramic is essentially formed of ceramic material and organic binders in an amount of 0.1 to 8% by weight.

Zu den bevorzugten keramischen Materialien gehören refraktäre Oxide, insbesondere die Oxide und/oder Mischoxide der Elemente Al, Zr, Si, Mg, Ca oder Ti, oder refraktäre Carbide oder Nitride der Elemente Si und/oder Ti. Besonders bevorzugt sind ZrSiO4, Al2O3, SiC und/oder ZrO2.The preferred ceramic materials include refractory oxides, in particular the oxides and / or mixed oxides of the elements Al, Zr, Si, Mg, Ca or Ti, or refractory carbides or nitrides of the elements Si and / or Ti. Particular preference is given to ZrSiO 4 , Al 2 O 3 , SiC and / or ZrO 2 .

Unter den keramischen Bindern werden die für einen Gefriertrocknungsprozess (freeze drying) geeigneten Binder bevorzugt. Hierzu gehören insbesondere Gelatine, AgarAgar oder Agarose und Glycerin.Among the ceramic binders are those for a Freeze drying process suitable binder prefers. These include in particular gelatin, AgarAgar or agarose and glycerin.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäß verstärkten Formkerne aus grüner Keramik auch ohne keramischen Brand in Gussformen für den Metallguss eingesetzt werden können. Durch diese Vorgehensweise lässt sich der Verfahrensschritt des keramischen Brandes einsparen. Von besonderem Vorteil ist aber, dass die durch den keramischen Brand hervorgerufene Schwindung (Sinterschwindung) erheblich reduziert ist. Es tritt vielmehr nur die durch die thermische Zersetzung der organischen Bindemittel und die kurze Haltezeit bei der Gusstemperatur hervorgerufene Schwindung im Formkern auf. Die geringe Festigkeit des hierdurch erzeugten keramischen Materials, wird durch die erfindungsgemäßen metallischen Verstärkungselemente aufgewogen. Die geringe Schwindung der Formkerne wirkt sich sehr positiv auf die Maßgenauigkeit des Gusses aus. Die grünen Formkerne können dabei sowohl Bestandteil von Gussformen aus gebrannter Keramik, als auch grüner Keramik sein.Surprisingly, it has been shown that the Reinforced cores made of green ceramic also according to the invention without ceramic fire in casting molds for metal casting can be used. By this procedure leaves the process step of the ceramic fire saves. Of particular advantage is that by the ceramic fire induced shrinkage (Sintering shrinkage) is considerably reduced. It rather occurs only by the thermal decomposition of the organic Binder and the short holding time at the casting temperature caused shrinkage in the mandrel on. The low Strength of the ceramic material produced thereby, is characterized by the metallic according to the invention Reinforced reinforcing elements. The low shrinkage of Form cores has a very positive effect on the dimensional accuracy of the Cast off. The green mandrels can both Part of cast ceramic molds, as well be green ceramic.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht der, das metallische Verstärkungselement umgebende, Formkern aus gebrannter Keramik. Die bevorzugten keramischen Materialien sind die gleichen, wie für die grünen Kerne ausgeführt. Die gebrannte Keramik weist dabei typischerweise eine Porosität oberhalb ca. 5% auf.In a further embodiment of the invention, the surrounding the metallic reinforcing element, mold core fired ceramic. The preferred ceramic materials are the same as those for the green kernels. The fired ceramic typically has a porosity above about 5%.

Zu den bevorzugten Zugfedern gehören die aus spiralförmig gewundenem Runddraht aufgebauten Federn und Zugfedern mit hoher Federkonstante und aus Stählen.The preferred tension springs include those made of spiral wound round wire constructed springs and tension springs with high spring rate and steels.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen metallischen Verstärkungselemente liegt in ihrer Gestaltung als Zugfedern begründet. Nach dem Guss kann die Zugfeder aus dem Gussteil oder Gussling gezogen werden, wodurch der Formkern in seinem Inneren mechanisch belastet wird. In der Regel erleidet das keramische Material hierbei spröden Bruch und zerbricht in kleine Stücke. Diese kleinen Stücke fallen zum Teil lose aus dem Gussling heraus, oder lassen sich in einfacher Weise mittels Partikelstrahltechnik, wie z. B. Sandstrahlen, oder Wasserstrahltechnik entfernen.A particular advantage of the metallic invention Reinforcement elements lies in their design as tension springs founded. After casting, the tension spring can be removed from the casting or Gussling be pulled, causing the mandrel in his Inside is mechanically stressed. Usually that suffers ceramic material in this brittle fracture and breaks into little pieces. These small pieces are partly loose out of the casting, or can be easily done by particle beam technology, such. As sandblasting, or Remove water jet technique.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eines der metallischen Verstärkungselemente zum Teil oder gänzlich vom umgebenden Formkern getrennt. Im Falle der keramischen Formkerne findet die Trennung durch einen Spalt statt.In a further embodiment of the invention Invention is at least one of the metallic Reinforcement elements partly or wholly from the surrounding Mold core separated. In the case of ceramic mandrels finds the separation takes place through a gap.

Im Falle des Formkerns aus grüner Keramik findet die teilweise oder gänzliche Trennung erfindungsgemäß durch pyrolysierbares organisches Material statt. Dabei ist zu bemerken dass sich durch einen keramischen Brand oder zumindest durch ein Vorheizen auf die Gusstemperatur das organische Material zumindest zum Teil zersetzt und sich im wesentlichen die gleiche Situation einstellt wie im Falle der keramischen Formkerne, die einen Spalt aufweisen. Als pyrolysierbares organisches Material sind beispielsweise Wachse, oder Thermoplasten gut geeignet.In the case of the mold core of green ceramic finds the partial or complete separation according to the invention pyrolysable organic material instead. It is too notice that by a ceramic fire or at least by preheating to the casting temperature the organic material is at least partially decomposed and in the essentially the same situation as in the case of ceramic mandrels which have a gap. When For example, pyrolysable organic material Waxes, or thermoplastics well suited.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Varaiante findet diese Trennung durch einen flexiblen und komprimierbaren Schlauch statt, der zumindest teilweise aus pyrolysierbarem Material besteht. Beispiele hierfür sind Silikonschläuche, sowie mit Polymer oder Wachs durchsetzte Glasfaser- oder Kohlenstofffaser-Gewebeschläuche.In a further invention Varaiante finds this Separation by a flexible and compressible hose instead, at least partially made of pyrolyzable material consists. Examples are silicone hoses, as well as with Polymer or wax interspersed glass fiber or Carbon fiber fabric hoses.

Der Spalt kann in vorteilhafter Weise als Be- oder Entlüftungskanal, oder als Steiger ausgebildet sein. Der Entlüftungskanal bewirkt dabei eine verbesserte Zersetzung und Entgasung der organischen Binder der grünen Keramik beim Brand. Die Spaltbreite liegt typischerweise unterhalb von 2 cm und bevorzugt im Bereich von 0,02 bis 2 mm.
Die um die Zugfeder, bzw. das Verstärkungselement gebildeten Spalten können dabei die mechanische Zerstörung der Keramik beim Herausziehen noch weiter verbessern, indem sie ein Spiel zum Hin- und Herfahren des Verstärkungselements bieten.The gap may be formed in an advantageous manner as a ventilation or venting channel, or as a riser. The venting channel causes an improved decomposition and degassing of the organic binder of the green ceramic during firing. The gap width is typically below 2 cm and preferably in the range of 0.02 to 2 mm.
The columns formed around the mainspring, or the reinforcing element can still further improve the mechanical destruction of the ceramic when pulling out by providing a game for reciprocating the reinforcing element.

Die erfindungsgemäßen zerstörbaren Formkerne sind insbesondere zur Herstellung von Gussteilen mit Hohlräumen, Aussparungen oder Kavitäten geeignet. Bevorzugtes Einsatzgebiet sind Bauteile für Verbrennungskraftmaschinen aus Stählen oder Leichtmetall, insbesondere Motorblöcke. Besonders bevorzugt werden dabei keramische Gussformen mit Formkernen aus grüner Keramik eingesetzt.The destructible mandrels according to the invention are in particular for the production of castings with cavities, Recesses or cavities suitable. preferred Field of application are components for internal combustion engines made of steels or light metal, in particular engine blocks. Particularly preferred are ceramic molds with Form cores made of green ceramic used.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verstärkter zerstörbarer Formkerne für den Metallguss.Another aspect of the invention relates to a method for Production of reinforced destructible mandrels for the Metal casting.

Dabei wird die Erfindung anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert. Die Abbildungen sind nur beispielhaft zu verstehen und nicht als Einschränkung des Erfindungsgegenstandes anzusehen.The invention is based on schematic illustrations explained in more detail. The illustrations are only examples understand and not as a limitation of To view the subject invention.

Dabei zeigen:

Fig. 1
Eine Urform (4) aus mehreren Segmenten (1), eine flexible Innenformen (2), die Hinterschnitte (3) aufweist, Fixiernoppen (5), eine Formkavität (6) und Füllstutzen (7)
Fig. 2
Eine mit Keramikschlicker (9) befüllte Urform (4), mit metallischen Verstärkungselementen (8) aus Zugfeder (10) und Metalldraht (12)
Fig. 3
Eine teilweise geöffnete Urform mit einem Formkern (17) aus gefrorenem Keramikschlicker (13) und eingelegten metallischen Verstärkungselementen (8)
Fig. 4
Eine zusammengesetzte Gussform (14) mit einem metallverstärkten gefrorenen Formkern (13), mit einer Zugfeder (10) und einer Gusskavität (15)
Showing:
Fig. 1
A prototype (4) of several segments (1), a flexible inner molds (2), the undercuts (3), Fixiernoppen (5), a mold cavity (6) and filler neck (7)
Fig. 2
A primary mold (4) filled with ceramic slip (9), with metallic reinforcing elements (8) made of tension spring (10) and metal wire (12)
Fig. 3
A partially opened prototype having a mold core (17) of frozen ceramic slip (13) and inserted metallic reinforcement elements (8)
Fig. 4
A composite mold (14) comprising a metal-reinforced frozen mandrel (13), a tension spring (10) and a casting cavity (15)

Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die folgenden Schritte

  • Bereitstellung einer Urform (4), wobei die Urform mehrere Segmente (1), sowie flexible Innenformen (2) umfassen kann
  • Einpassen von mindestens einem plastisch verformbaren metallischen Verstärkungselement (8), von denen mindestens eines dass die Form einer Zugfeder (10) aufweist, in die Urform (4)
  • Befüllen der Urform (4) mit keramischem Schlicker (9)
  • Trocknung unter Bildung eines getrockneten Keramikschlickers (13) bzw. einer grünen Keramik mit der Form des Formkerns (17)
  • Herauslösen des Formkerns (17) aus der Urform.
According to the invention, the method comprises the following steps
  • Provision of an archetype (4), wherein the archetype may comprise a plurality of segments (1), as well as flexible inner molds (2)
  • Fitting at least one plastically deformable metallic reinforcing element (8), of which at least one that has the shape of a tension spring (10), in the original form (4)
  • Filling the original mold (4) with ceramic slip (9)
  • Drying to form a dried ceramic slip (13) or a green ceramic with the shape of the mold core (17)
  • Removal of the mold core (17) from the original form.

Die Urform kann aus nahezu beliebigem hartem Material bestehen beispielsweise aus Kunststoffen, Keramik oder Metall. Bevorzugt wird die Urform aber aus Metall aufgebaut.The original form can be made of almost any hard material consist for example of plastics, ceramics or Metal. Preferably, the original form is constructed of metal.

Bevorzugt ist die Urform teilbar aus mehreren Segmenten (1) aufgebaut.Preferably, the original form is divisible from several segments (1) built up.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Urform sind in dieser eine oder mehrere flexible Innenformen (2) enthalten. Diese Innenformen sind beispielsweise aus Gummi oder Silikon aufgebaut. Besonders bevorzugt sind die Innenformen mit der Urform über Verbindungstechniken beispielsweise über Noppen zur Fixierung (Fixiernoppen (5)) verbunden. Die Innenformen aus flexiblen Material weist typischerweise Hinterschnitte (3) und/oder komplexe Geometrien auf. Die Stammform, die aus mehreren Teilen bestehen kann, entspricht der groben Form des Urmodells, im wesentlichen ohne Hinterschnitte und komplexe Geometrien. Zum Befüllen der Urform können Füllstutzen (7) vorgesehen werden. Die flexible Innenform wird nach dem Einfrieren des Schlickers von dem gefrorenen Keramikteil abgezogen, um das Bauteil im Gefriertrockner zu trocknen.In an advantageous embodiment of the original form are in this one or more flexible inner molds (2) included. These inner molds are for example made of rubber or silicone built up. Particularly preferred are the inner molds with the Archetype about connection techniques, for example via knobs for fixation (Fixiernoppen (5)) connected. The inner forms made of flexible material typically has undercuts (3) and / or complex geometries. The parent form, the may consist of several parts, corresponds to the rough shape of Urmodells, essentially without undercuts and complex Geometries. For filling the original form can filler (7) be provided. The flexible inner shape is after the Freeze the slurry from the frozen ceramic part withdrawn to dry the component in the freeze dryer.

In die Urform wird mindestens ein metallisches Verstärkungselement (8) eingepasst, wobei mindestens eines die Form einer Zugfeder (10) aufweist. Eines oder mehrere Verstärkungselemente können dabei auch aus mehreren Einzelelementen aufgebaut sein. Beispielsweise kann das Verstärkungselement aus einem Metalldraht (12) und einer um diesen angeordneten Zugfeder (10) bestehen. Weiterer Ausgestaltungen des Verstärkungselements sind beispielsweise Wellbleche, Spiraldrähte, oder Tellerfedern.In the original form is at least one metallic Reinforced element (8) fitted, wherein at least one has the shape of a tension spring (10). One or more Reinforcement elements can also consist of several Be constructed individual elements. For example, that can Reinforcing element of a metal wire (12) and a to consist of this arranged tension spring (10). Another Embodiments of the reinforcing element are, for example Corrugated sheets, spiral wires or disc springs.

Bevorzugt wird mindestens eines der metallischen Verstärkungselemente entlang einer der Längsachsen des Formkerns ausgerichtet.At least one of the metallic is preferred Reinforcement elements along one of the longitudinal axes of Aligned core.

Bevorzugt wird mindestens eines der metallischen Verstärkungselemente so eingepasst, dass mindestens eines seiner Enden nahe an die Oberfläche des Formkerns reicht oder aus ihr heraustritt. Das eine Ende des metallischen Verstärkungselements ist dabei zumindest so nah an der Oberfläche, dass es nach dem Guss einfach zugänglich wird und sich durch äußere Krafteinwirkung dehnen und aus dem Formkern herausziehen lässt.At least one of the metallic is preferred Reinforcement elements fitted so that at least one its ends reach close to the surface of the mold core or out of it. The one end of the metallic one Reinforcement element is at least as close to the Surface that it becomes easily accessible after casting and stretch by external force and from the mold core pull out.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eines der Verstärkungselemente mit pyrolysierbarem Material beschichtet, oder mit einem Schlauch, insbesondere einem Entgasungsschlauch, umgeben. Der Schlauch ist dabei ebenfalls zumindest zum Teil pyrolysierbar. Unter Pyrolyse ist hierbei die teilweise oder vollständige thermische Zersetzung des Materials zu verstehen. Die Beschichtung oder der (Entgasungs)Schlauch kann bei der Trocknung des Schlickers, sowie bei der Sinterung der grünen Keramik als Puffer für die auftretenden Schwindungsprozesse wirken, da das entsprechende Material von Schicht oder Schlauch relativ weich ist. Insbesondere wird das direkte Aufschrumpfen und Reißen der grünen oder gesinterten Keramik auf das metallische Verstärkungselement verhindert. In a further embodiment of the invention is at least one of the reinforcing elements with pyrolyzable material coated, or with a hose, in particular a Degassing hose, surrounded. The hose is also here at least partially pyrolyzable. Under pyrolysis is here the partial or complete thermal decomposition of the Understand material. The coating or the (Degassing) hose can be used during drying of the slip, and in the sintering of the green ceramic as a buffer for the occurring shrinkage processes act as the corresponding Material of layer or tube is relatively soft. In particular, the direct shrinking and tearing of the green or sintered ceramic on the metallic Reinforcement element prevents.

Einen weiteren Vorteil stellt die Beschichtung oder der Entgasungsschlauch für die Entfernung des Verstärkungselements nach dem Guss aus dem Gussling dar. Da sich die Beschichtung oder der Entgasungsschlauch zumindest zum Teil vor oder bei der Gusstemperatur pyrolytisch zersetzt, wird beim Guss ein Spalt gebildet, der als Entgasungskanal wirken kann. Der Spalt erleichtert darüber hinaus die Entfernung des Verstärkungselements und die Zerstörung des keramischen Formkerns. Die Beschichtung kann beispielsweise aus Wachsen oder Thermoplasten aufgebaut sein.Another advantage is the coating or the Degassing hose for the removal of the Reinforcing element after casting from the casting. Da the coating or the degassing hose at least partly before or at the casting temperature pyrolytic decomposes, a gap is formed during casting, which is called Can degassing channel act. The gap makes it easier In addition, the removal of the reinforcing element and the Destruction of the ceramic mold core. The coating can be constructed for example of waxes or thermoplastics.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht hohle metallische Verstärkungselemente, beispielsweise Rohre oder Hohlspiralen vor. Die Hohlräume zeigen dabei eine ähnliche Wirkung wie die Spalten zwischen Verstärkungselement und Formkernmasse.Another embodiment of the invention provides hollow Metallic reinforcing elements, such as pipes or Hollow spirals before. The cavities show a similar Effect like the gaps between reinforcing element and Mold core mass.

Nach der Einpassung des metallischen Verstärkungselements und gegebenenfalls weiterer metallischer Elemente, erfolgt die Befüllung der Urform mit einem keramischen Schlicker. Die Schlicker umfassen in der Regel Pulver von refraktären Oxiden oder Carbiden, Bindemittel und Lösungsmittel.After the fitting of the metallic reinforcing element and optionally further metallic elements, the Filling the original mold with a ceramic slip. The Slips typically include powders of refractory oxides or carbides, binders and solvents.

Zu den besonders geeigneten Schlickern gehören wässrige Schlicker. Zu den besonders bevorzugten Bindemitteln gehören die für Gefriertrocknungsprozesse gut geeigneten Bindemittel, beispielsweise Gelatine, Agaragar, Glycerin oder Agarose.The most suitable slips include aqueous Schlicker. Among the most preferred binders include the binders which are well suited for freeze-drying processes, For example, gelatin, agaragar, glycerol or agarose.

In einem nächsten Verfahrensschritt erfolgt die Trocknung bzw. die Verfestigung des Schlickers und die Entfernung der Lösungsmittel.In a next process step, the drying takes place or the solidification of the slip and the removal of the Solvent.

Erfindungsgemäß wird das Trocknungsverfahren so gewählt, dass ein Minimum an Trocknungsschwindung des Schlickers auftritt. According to the invention, the drying method is chosen such that a minimum of drying shrinkage of the slurry occurs.

Zu den besonders bevorzugten Verfahren gehört die Gefriertrocknung. Hierbei wird nur ein Minimum an Schwindung erzeugt. Durch die Trocknung des Keramikschlickers wird eine grüne Keramik mit der Form des späteren Formkerns gebildet.Among the particularly preferred methods is the Freeze-drying. This is only a minimum of shrinkage generated. By drying the ceramic slip is a green ceramic formed with the shape of the later mold core.

Der Formkern wird hierauf aus der Urform gelöst. Durch die erfindungsgemäßen Verstärkungselemente besitzt der Formkern auch für komplexe Geometrien, hohe Porosität der grünen Keramik und auch bei einem geringen Bindemittelgehalt eine genügende hohe Festigkeit. Auch lange und dünne Formkerne lassen sich mit der erfindungsgemäßen Verstärkung ohne Probleme entformen. Als Bindemittel können bereits minimale Mengen im Bereich von wenigen Gew% ausreichen. Bevorzugte Schlicker-Zusammensetzungen weisen einen Gelatine-Gehalt unterhalb 3 Gew% auf.The mandrel is then released from the original form. By the The reinforcing elements according to the invention have the mandrel even for complex geometries, high porosity of the green Ceramic and even at a low binder content one sufficient high strength. Also long and thin cores can be without the reinforcement according to the invention Remove problems. As a binder can already minimal Quantities in the range of a few percent by weight are sufficient. preferred Slip compositions have a gelatin content below 3% by weight.

Die flexible Innenform (2) kann gegebenenfalls wiederverwendet werden.The flexible inner mold (2) may optionally be reused.

Zur Herstellung von Gussteilen wird der Formkern als vollständige Gussformen oder als Teil einer Gussform eingesetzt. Dabei kann der Formkern sowohl in grüner Form als auch in gebrannter Form Verwendung finden.For the production of castings of the mandrel as complete molds or as part of a mold used. Here, the mandrel both in green form as also be used in burned form.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht den Zusammenbau mehrteiliger Gussformen, wie beispielsweise in Fig. 4 ausgeführt, vor. Dabei kann der Formkern (13), ebenso wie die Gussform (14) als grüne Keramik oder als gesinterte Keramik eingesetzt werden. Sollen gleichzeitig Grüne und gesinterte Keramik eingesetzt werden so ist die Gussform (14) bevorzugt aus gesintertem Material und der Formkern aus grünem Material gebildet. Die Gussform (14) kann dabei in gleicher oder ähnlicher Weise mit Verstärkungselementen versehen sein, wie der erfindungsgemäße Formkern. A preferred embodiment of the invention sees the Assembly of multi-part molds, such as in Fig. 4 executed before. In this case, the mold core (13), as well like the mold (14) as a green ceramic or as a sintered one Ceramics are used. Should simultaneously green and sintered ceramics are used so is the mold (14) preferably made of sintered material and the mold core formed of green material. The mold (14) can be in the same or similar way with reinforcing elements be provided, as the mold core according to the invention.

Bei den keramischen Formkernen handelt es sich um verlorene Kerne die nach dem Abguss des Metalls zerstört und nicht mehr wiederverwendet werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der keramische Formkern durch das Herausziehen von mindestens einem der metallischen Verstärkungselemente zerbrochen wird. Hierdurch werden im Wesentlichen über die gesamte Kontaktfläche von Verstärkungselement und keramischem Formkern Risse und kleinere Bruchstücke gebildet. Die hierdurch zerstörte Keramik lässt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand aus dem Gussling entfernen. Bevorzugt werden Partikelstrahltechnik oder Wasserstrahltechnik eingesetzt, um die Bruchstücke und Reste der Keramik aus dem Gussling zu entfernen.The ceramic cores are lost cores that are destroyed after the casting of the metal and are not reused.
According to the invention it is provided that the ceramic mandrel is broken by the extraction of at least one of the metallic reinforcing elements. As a result, cracks and smaller fragments are formed substantially over the entire contact surface of the reinforcing element and the ceramic mandrel. The thus destroyed ceramic can be removed with relatively little effort from the casting. Preferably, particle beam technology or water jet technology are used to remove the fragments and remnants of the ceramic from the casting.

Die erfindungsgemäßen Verstärkungselemente haben den Vorteil, dass sie zur großflächigen Zerstörung der verstärkten Formkerne genutzt werden können und damit die Entformung des Gusslings in erheblichem Maße vereinfachen.The reinforcing elements according to the invention have the advantage that they amplified the large-scale destruction of Form cores can be used and thus the demolding of Simplify Gusslings considerably.

Beispiel:Example:

Zunächst wurde ein Ausgangsmodell des Formkerns aus Kunststoff hergestellt. Dies erfolgte durch ein generatives RapidPrototyping-Verfahren. Darauf wurde eine die Geometrie des Ausgangsmodells grob abbildende Urform aus mehreren Segmenten (1) aus Polyurethanen abgeformt. Die Zwischenräume zwischen dem Urmodell und der Stammform wurden mit einer dünnflüssigen Silikonmasse ausgegossen, die nach dem Aushärten eine flexible Innenform (2) mit Hinterschnitten (3) ausbildete. First, an initial model of the mandrel was made Made of plastic. This was done by a generative Rapid prototyping process. Then one became the geometry of the initial model roughly representing prototype of several Segments (1) molded from polyurethanes. The gaps between the original model and the stem form were with a poured out thin silicone compound, which after the Curing a flexible inner mold (2) with undercuts (3) trained.

In diese Stammform wurde ein von einer Zugfeder umschlossener Metalldraht eingelegt. Zugfeder und Metalldraht bestanden aus Federstahl.In this stem form was one enclosed by a tension spring Metal wire inserted. Tension spring and metal wire passed out Spring steel.

Die Form wurde vorgewärmt und der heiße Schlicker drucklos in die Form eingegossen.The mold was preheated and the hot slip depressurized cast the mold.

Der Schlicker wurde in folgender Weise hergestellt: Bei 60°C wurde eine konzentrierte Lösung mit 25 Gew% Gelatine hergestellt, um sie im späteren Verlauf bei einer Temperatur von ca. 50°C mit der Keramiksuspension zu vermischen.
Zur Herstellung der Keramiksuspension wurden in einem Kunststoff-Mahlbehälter mit Al2O3-Mahlkugeln in einer Planetenkugelmühle ZrO2, ZrSiO4 und SiO2-Pulver bei mittleren Umdrehungszahlen für ca. 1 Stunde mit Wasser und Dispergiermittel gemischt. Darauf wurde die Gelatinelösung zugegeben und weitere 30 Minuten gemischt.
Der auf diese Weise hergestellte Schlicker wies einen Gelatinegehalt von 3,7 Gew% und einen Feststoffgehalt von 60 Gew% auf. Hierauf wurden die Mahlkugeln entfernt und der auf eine Temperatur von ca. 40-45°C abgekühlte Schlicker in die Stammform mit flexibler Innenform abgegossen. Daraufhin wurde langsam unter die Geliertemperatur der Gelatine (ca. 35°C ) abgekühlt und die gesamte Form in einem Kühlgerät bei - 30°C eingefroren. Hierauf erfolgte die Entformung der Stammform, bzw. das Ablösen der flexiblen Innenformen. Der Formkern aus gefrorenem Schlicker wurde zum Hantieren bei einer Temperatur unterhalb ca. - 10°C gehalten. Auch eine Zwischenlagerung des Formkerns bei etwa -2°C war unbeschadet möglich.The slurry was prepared in the following manner: At 60 ° C, a concentrated solution with 25 wt% gelatin was prepared to mix them later in the course at a temperature of about 50 ° C with the ceramic suspension.
To prepare the ceramic suspension, ZrO 2 , ZrSiO 4 and SiO 2 powder were mixed in a plastic grinding container with Al 2 O 3 milling balls in a planetary ball mill at medium rotational speeds for about 1 hour with water and dispersant. Then the gelatin solution was added and mixed for another 30 minutes.
The slip prepared in this way had a gelatin content of 3.7% by weight and a solids content of 60% by weight. Then the grinding balls were removed and the cooled to a temperature of about 40-45 ° C slip poured into the stem mold with a flexible inner mold. It was then cooled slowly below the gelling temperature of the gelatin (about 35 ° C) and the entire mold was frozen in a refrigerator at -30 ° C. This was followed by the demolding of the stem form, or the detachment of the flexible inner molds. The molded core of frozen slurry was kept for handling at a temperature below about - 10 ° C. An intermediate storage of the mold core at about -2 ° C was possible without prejudice.

Der Formkern aus gefrorenem Schlicker wurde hierauf bei einer Temperatur von ca. -30°C und einem Druck in der Größenordnung von 1-100 Pa gefriergetrocknet. Das gefriergetrocknete Bauteil wurde danach nochmals bei ca. 60°C im Trockenschrank nachgetrocknet.The molded core of frozen slurry was then at a Temperature of about -30 ° C and a pressure of the order of magnitude from 1-100 Pa freeze-dried. The freeze-dried Component was then again at about 60 ° C in a drying oven dried.

Der grüne Formkern wurde in eine keramische Gussform eingepasst und zum Abguss einer Stahlschmelze verwendet. Der prinzipielle Aufbau der Gussform entsprach dabei der Fig. 4.The green mold core was turned into a ceramic mold fitted and used to cast a molten steel. Of the In principle, the structure of the casting mold corresponded to FIG. 4.

Nach dem Guss wurde die keramische Gussform entfernt und die Zugfeder des Formkerns, der nahezu vollständig von Gussmetall umschlossen war, an zwei gegenüberliegenden Enden freigelegt. Durch Zug an den Enden der Zugfeder wurde der Formkern in kleine und lose Bruchstücke aufgebrochen und ließ sich durch einen Wasserstrahl vollständig entfernen.After casting, the ceramic mold was removed and the Tension spring of the mold core, which is almost completely made of cast metal was enclosed, at two opposite ends exposed. By train at the ends of the tension spring was the Mold core broken into small and loose fragments and left completely removed by a jet of water.

Claims (18)

Zerstörbarer verlorener Formkern für den metallischen Guss,
der mindestens ein metallisches Verstärkungselement in Form einer Zugfeder aufweist,
wobei mindestens eine Ende dieses Verstärkungselements zumindest nahe an eine der Oberflächen des Formkerns reicht oder durch diese hindurchtritt,
wobei der Schmelzpunkt aller metallischen Verstärkungselemente mindestens bei dem des Gussmetalls liegt,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein metallisches Verstärkungselement zum Teil oder gänzlich durch einen Spalt oder durch pyrolysierbares organisches Material vom umgebenden Formkern getrennt ist.Destructible lost mold core for the metallic casting,
which has at least one metallic reinforcing element in the form of a tension spring,
wherein at least one end of said reinforcing member extends at least near one of the surfaces of the mandrel or passes therethrough,
wherein the melting point of all metallic reinforcing elements is at least that of the cast metal,
characterized in that at least one metallic reinforcing element is partly or wholly separated from the surrounding mandrel by a gap or by pyrolyzable organic material. Zerstörbarer Formkern nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein metallisches Verstärkungselement die Form einer Spiralfeder, Tellerfeder oder Stahlfeder mit eng anliegenden Drähten oder Hohlfeder für die Belastung auf Zug in eine der Längsachsen des Formkerns besitzt.A destructible mandrel according to claim 1,
characterized in that at least one metallic reinforcing element has the shape of a spiral spring, plate spring or steel spring with tight-fitting wires or hollow spring for the load on train in one of the longitudinal axes of the mandrel. Zerstörbarer Formkern nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein metallisches Verstärkungselement entlang der Längsachse des Formkern ausgerichtet ist.A destructible mandrel according to claim 1 or 2
characterized in that at least one metallic reinforcing element is aligned along the longitudinal axis of the mandrel. Zerstörbarer Formkern nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern aus poröser gebrannter Keramik,
oder aus grüner Keramik, umfassend keramisches Material und organischen Binder in einer Menge von 0,5 bis 8 Gew% aufgebaut ist.A destructible mandrel according to claim 1
characterized in that the mandrel of porous fired ceramic,
or of green ceramic comprising ceramic material and organic binder in an amount of 0.5 to 8% by weight. Zerstörbarer Formkern nach Anspruch 4
dadurch gekennzeichnet, dass der organische Binder als Hauptkomponente Gelatine, Agaragar, Glycerin oder Agarose enthält.A destructible mold core according to claim 4
characterized in that the organic binder contains as main component gelatin, agar agar, glycerol or agarose. Zerstörbarer Formkern nach einem der Ansprüche 1 bis 5
dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt oder das pyrolysierbare organische Material bis an eine der Oberflächen des Formkerns reicht.A destructible mandrel according to any one of claims 1 to 5
characterized in that the gap or the pyrolyzable organic material extends to one of the surfaces of the mandrel. Zerstörbarer Formkern nach einem der Ansprüche 1 bis 6
dadurch gekennzeichnet, dass das pyrolysierbare organische Material aus Wachs oder thermoplastischem Kunststoff besteht.A destructible mandrel according to any one of claims 1 to 6
characterized in that the pyrolyzable organic material consists of wax or thermoplastic. Verwendung zerstörbarer Formkerne nach einem der vorangegangenen Ansprüche für den Guss von Bauteilen für Verbrennungskraftmaschinen aus Stählen oder Leichtmetall.Use of destructible mandrels according to one of previous claims for the casting of components for Internal combustion engines of steels or light metal. Verwendung zerstörbarer Formkerne nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von aus mehreren Teilen zusammengesetzten keramischen Gussformen.Use of destructible mandrels according to one of preceding claims 1 to 7 for the preparation of several parts of composite ceramic molds. Verfahren zur Herstellung verstärkter zerstörbarer Formkerne für den Metallguss,
das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellung einer Urform Einpassen von mindestens einem plastisch verformbaren metallischen Verstärkungselement in die Urform Befüllen der Urform zur Ausbildung des Formkerns Herauslösen des Formkerns aus der Urform,    dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen der Urform mit keramischem Schlicker, durch Eingießen oder Eintauchen, erfolgt, dass die Ausbildung des Formkerns durch Trocknung des Schlickers unter Bildung einer grünen Keramik erfolgt, dass das Verstärkungselement mit einem pyrolisierbaren Material beschichtet ist oder mit einem Schlauch umgeben ist. Method for producing reinforced destructible mandrels for casting metal,
which includes the following steps: Provision of a prototype Fitting at least one plastically deformable metallic reinforcing element in the original form Filling the original mold to form the mold core Removal of the mold core from the original form, characterized, that filling the original mold with ceramic slurry, by pouring or dipping, that the formation of the mold core by drying the slip takes place to form a ceramic green, that the reinforcing element is coated with a pyrolyzable material or is surrounded by a tube. Verfahren nach Anspruch 10
   dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung des Schlickers durch Gefriertrocknung erfolgt.Method according to claim 10
characterized in that the drying of the slurry is carried out by freeze-drying. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11
   dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein metallisches Verstärkungselement so eingepasst wird, dass mindestens ein Ende nahe oder ganz an die Oberfläche des Formkerns reicht oder aus ihr heraustritt.Method according to claim 10 or 11
characterized in that at least one metallic reinforcing element is fitted such that at least one end extends near or entirely to the surface of the mandrel or emerges therefrom. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12
   dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein metallisches Verstärkungselement so eingepasst wird, dass es entlang einer der Längsachsen des Formkerns ausgerichtet ist.Method according to one of claims 10 to 12
characterized in that at least one metallic reinforcing element is fitted so as to be aligned along one of the longitudinal axes of the mandrel. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13
   dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein metallisches Verstärkungselement die Form von einer Zugfeder aufweist.Method according to one of claims 10 to 13
characterized in that at least one metallic reinforcing element has the shape of a tension spring. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein metallisches Verstärkungselement zumindest teilweise von Kunststoff oder Wachs umgeben ist.Method according to one of claims 10 to 14
characterized in that at least one metallic reinforcing element is at least partially surrounded by plastic or wax. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15
dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des metallischen Verstärkungselements gebrannt wird.Method according to one of claims 10 to 15
characterized in that the mandrel is fired at a temperature below the melting temperature of the metallic reinforcing member. Urform zur Abformung eines keramischen Schlickers gemäß dem Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Urform (4) mehrteilig aus einzelnen Segmenten (1) flüssigkeitsdicht zusammengesetzt ist, und mit einer flexiblen Innenform (2) aus Elastomer, Gummi oder Silikongummi ausgekleidet ist.A master mold for molding a ceramic slurry according to the method of claim 10,
characterized in that the prototype (4) is composed in several parts of individual segments (1) liquid-tight, and is lined with a flexible inner mold (2) made of elastomer, rubber or silicone rubber. Urform nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Innenformen (2) mit der Urform (4) über Verbindungselemente, insbesondere Fixiernoppen (5), verbunden sind.Prototype according to claim 10,
characterized in that the inner molds (2) with the prototype (4) via connecting elements, in particular Fixiernoppen (5) are connected.
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