WO2020048717A1 - Method for metal diecasting with a lost core - Google Patents

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WO2020048717A1
WO2020048717A1 PCT/EP2019/071253 EP2019071253W WO2020048717A1 WO 2020048717 A1 WO2020048717 A1 WO 2020048717A1 EP 2019071253 W EP2019071253 W EP 2019071253W WO 2020048717 A1 WO2020048717 A1 WO 2020048717A1
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WO
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core
workpiece
core element
cavity
plastic
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PCT/EP2019/071253
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German (de)
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Andreas Dworog
Jürgen Efing
Gunter MATHY
Thomas PILGER
Mark VON LÜTZAU
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Hengst Se
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/105—Salt cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B22C9/24—Moulds for peculiarly-shaped castings for hollow articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor
    • B22D15/02—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor of cylinders, pistons, bearing shells or like thin-walled objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/02—Special casting characterised by the nature of the product by its peculiarity of shape; of works of art

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • a generic method is known from DE19635920A1. Cores made of thermoplastic material with an irregularly shaped wall are used, which is thicker than in other areas where they are exposed to higher temperature loads or mechanical loads during the casting process. The plastic core softens under the influence of the molten metal flowing into the mold during the die casting process, but maintains sufficient inherent stability so that it can be pulled out of the still warm workpiece.
  • the core is pulled out of the workpiece in one piece.
  • the core is deformed for the purpose of demolding and destroyed insofar as it is no longer suitable for a second, repeated use is.
  • the process of drawing also limits the design of the core cavity to geometries that do not impede the drawing of the core, e.g. For example, the geometry must be free of larger undercuts or of metallic structures that protrude into the core and are created in the workpiece.
  • the core can be pulled after the workpiece has cooled as soon as the workpiece has sufficient dimensional stability. In particular, the pulling of the core is not waited until the workpiece has completely cooled and has reached room temperature, for example, since then the core would also have regained strength that makes it impossible to pull the core.
  • salt cores are known from practice, which are based on salts such as. B. sodium chloride or sodium carbonate are formed and are referred to as salt cores. They have a higher temperature stability than the generic plastic cores, and they can be easily removed from the workpiece by opening or breaking them up. However, due to the strong shrinkage in their manufacture, their porosity and their brittleness, or their ceramic behavior, and the corresponding sensitivity to breakage, salt cores only permit limited shapes.
  • rod-shaped salt cores for example, which can run in a straight line or curved, can have a round or polygonal cross section, and which can serve to create a bore or a fluid channel in a workpiece, that their length should not exceed 7 times their diameter or a comparable cross-sectional dimension.
  • this length to cross-section ratio of 7: 1 has been found to be the limit up to which the salt core can be used in the die casting process without causing damage to the salt core due to the pulse-like loading during the casting process. Accordingly, no more complex geometries or particularly fine structures can be achieved with the salt cores, since the aforementioned ratio of 7: 1 would be exceeded at least in some areas and therefore the required stability of the core would not be guaranteed.
  • the salt cores are therefore usually produced in a casting process. This requires special casting machines or special casting processes that deviate from standardized machines and processes, such as those used for. B. can be used for the aforementioned plastic cores that can be produced by injection molding.
  • DE 10 2011 076 905 A1 discloses salt cores which are produced by a dry pressing process or by core shooting.
  • the core is made from a powder that can contain binders. Since the core is made from a powder and not from the melt, these methods are very limited in their geometric design, especially if cores are to be produced in three-dimensional space. The powder does not flow and therefore cannot be compressed in every direction, as is possible with cores from the melt. Furthermore, the cores are reinforced with an infiltrate so that they are suitable for use in die casting.
  • the invention has for its object to improve a generic method in such a way that workpieces with a highly complex internal structure can be manufactured as inexpensively as possible.
  • a core element which contains at least 5% by weight of plastic.
  • the core element can thus be produced using economically more advantageous methods, that is to say using a mechanical device and method as is known or known in many companies.
  • Possible manufacturing processes are casting processes, sintering processes, 3D printing, extrusion of extruded or plate profiles, such as also the processing of semi-finished products, e.g. B. machined or bent or deformed under the influence of heat pipes, rods or plates.
  • the core element is particularly preferably produced by injection molding, since it can also be used to produce complex structures in an economical manner. From a plastic content of 5% by weight in particular, the flowability of the core material required for injection molding is achieved. As a result, a complex shape of the core element can be produced in injection molding due to the homogeneous pressure distribution, particularly in three-dimensional space. No other core manufacturing method is known which could produce the core with the material described in a manner which is advantageous for the process and free of shaping in three-dimensional space.
  • Core manufacturing processes which manufacture the core from free-flowing material, are limited here by the shape due to the force distribution.
  • other core production processes such as, for example, the hot-chamber die-casting process, which produce cores from the liquid melt of the core material, as is known to the person skilled in the field of salt cores, or in known sintering processes
  • the resulting core is brittle and or knows one high shrinkage on and / or can be infiltrated through parts of the melt, so that these cores sometimes require a further processing step, such as sheathing with another material.
  • a core element has such a geometry with projections and indentations that it cannot be pulled out of the workpiece.
  • this gives considerable structural freedom for the location and design of the core cavities.
  • B. realized by flow channels within a workpiece can be.
  • flow channels can be optimized to the requirements of the respective component, so that flows z. B. can be guided with low pressure loss, turbulence can be avoided, the merging and splitting of flows can be improved, and the flow channel does not have to have any draft angles and thus unnecessary cross-sectional changes that obstruct the flow.
  • workpieces such as filters, mixers, catalysts or other applications which are obvious to the person skilled in the art, for example an optimization.
  • B. to be carried out by a surface structure that generates as much turbulence as possible. Since the removal of the core element in the proposed method does not depend on the geometry of the core in such a way that it can be pulled out, undercuts, changes in cross-section of a flow channel, for. For example, for an optimized inflow of functional components such as heat exchangers, but also small geometries for optimizing the flow, as is the case with a “golf ball surface” or for other advantages that are apparent to the person skilled in the art.
  • the core element mentioned can form a section of a core composed of two or more elements. These two or more elements can consist of the same or different materials. It is not necessary for every core element to be a core element according to the invention, it is sufficient if there is a core element according to the invention. For example, only a part of the core for which a filigree structure is provided can be formed by a core element according to the invention and the rest of the core can be formed in a conventional manner known from the prior art. However, a core element can also form the entire core in one piece.
  • the term core is often used as a representative, whereby the statements made also apply to a core element, which only forms a section of a nucleus, unless the context indicates otherwise.
  • the core can also itself contain elements made of a second material, which, for. B. can also be embedded in the core element. It is conceivable, for example, that metallic pins are provided in one or more core elements as assembly aids for assembling a core, or elements that serve as a core brand. The elements can also be removed when the core is removed later, or can remain in the workpiece. It is also possible for the core to be produced in that an arbitrarily shaped first semifinished product is partially injected or overmolded with the core composition according to the invention, i. H. by forming the core element according to the invention on it. The semi-finished product remains in the workpiece after the coring. In the sense of the application, the core element according to the invention is understood to be only the core mass according to the invention, irrespective of whether further (core) elements not according to the invention are provided thereon or therein.
  • the core is essentially hollow or has cavities in some areas. In this way, channels can also be formed in the core, which e.g. a coolant can flow through during a casting process.
  • a coolant In the case of a soluble core, a coolant must be selected in which the core is insoluble; so z. B. an oil in a water-soluble core.
  • the core as a whole or in some areas can also be provided with a functional layer which can remain on the workpiece or diffuse into the casting material during casting and / or can form an intermetallic phase on the workpiece wall in order, for. B. to implement corrosion protection.
  • a geometry in the core cavity of the workpiece also called the cavity, which is referred to in the context of the present proposal as a so-called “filigree structure”.
  • the structure of the metallic workpiece to be created is in the foreground, so that it can be a structure which is formed by the metallic material of the workpiece or which is a cavity or cavity of the metallic material of the workpiece is surrounded. Due to the interaction between the core and the workpiece, this means that a filigree structure of a cavity in the workpiece, surrounded by the metal, requires a correspondingly shaped core.
  • filigree structure is understood in the context of the present proposal as an embodiment of the workpiece in which either metallic areas of the workpiece with a thickness or a diameter of at most 5 mm protrude into the cavity, for example ribs, connections - webs, knobs or the like, or in which the cavity has a ratio of smallest cross-sectional dimension to length, which is smaller than 1: 7, at least in sections, so that the length of the cavity is at least in sections more than seven times as long is larger than its smallest cross-sectional dimension, e.g. B. with a round cross-section its diameter or z. B. with a rectangular cross-section the shorter side length or z. B.
  • the diameter of the flow channel denotes the cross-sectional dimension of the core cavity, ie. H. the cavity.
  • the smaller dimension of these cross-sectional dimensions determines the relevant dimension, which is related to the length of the core cavity in order to use the Ratio of 1: 7 to define a design as a filigree structure.
  • the ratio does not have to relate to the complete core cavity (envelope) and accordingly does not have to refer to the entire core;
  • the core is removed from the workpiece without deformation.
  • demolding means that the core is removed from the core cavity in one piece with a certain geometry, for example by moving corresponding elements of the casting mold in the manner of a slide or the like, or by removing the core a core cavity of the workpiece can be pulled out.
  • An unbound state is understood to mean that the plastic at least predominantly changes into another physical state, i.e. the originally solid plastic, or its components, are predominantly liquid or gaseous in the unbound state.
  • the plastic itself can change the state of matter through a temperature-induced phase transition from the solid phase in which the core is initially present to another, in particular liquid or gaseous phase.
  • the decomposition of the plastic into a liquid or gaseous mixture of substances i.e. e.g. B. in smoke, understood as a change in the state of aggregate.
  • the core alone is transferred to the unbound state and removed from the cavity.
  • provision can also be made to bring the core into the unbound state by combining it with other substances, for example by dissolving the plastic portion in a liquid or gaseous medium, and then the material of the core and the material of the other Remove the substance from the core cavity together.
  • Partial or complete dissolution of the core can be done by means of a chemical or physical solvent. be achieved.
  • a chemical or physical solvent for the purposes of the invention, it is also understood as a solution if chemical reactions occur between plastic and solvent, so that the reaction products form a mixture with the remaining solvent, which is predominantly in the unbound state, ie for example a solution or an emulsion, or else a suspension or an aerosol.
  • the plastic is therefore in an unbound state if the plastic itself is in a liquid or gaseous state or its components are in a predominantly liquid or gaseous mixture.
  • the core is consequently broken up into a multitude of small components - possibly down to the molecular level - in order to remove it from the core cavity.
  • This can be, for example, a mechanical breakup, for example when the core is exposed to a certain radiation, possibly in connection with vibrations.
  • the core is advantageously pyrolytic, i.e. can be removed by thermal decomposition, which can ensure reliable, residue-free removal of the core.
  • the melting can be used, for example, to deliberately leave a residue of the core material on the surface of the core cavity, so that a surface coating of the core cavity can be effected, for example to protect the metallic material used from the influence of aggressive fluids to protect that will flow through the core cavity when the workpiece is later used.
  • the core can also advantageously be removed from the workpiece without residues by means of a chemical or physical solvent. that can or can be rinsed out.
  • the complete core element does not necessarily have to be loosened here, since it can be sufficient to at least bring about an unbound state of the plastic.
  • the thermal stress on the workpiece, which acts on the workpiece when the core is pyrolytically or melted, can be avoided by dissolving or rinsing the core.
  • the plastic portion of the core is pyrolyzed first and then a salt portion of the core is dissolved in water.
  • a combination of different processes can be achieved by initially only “destroying” the plastic, eg. B. by a transition to a liquid or gaseous state, and then a filler of the core such. B. rinsed the salt or talc from the core cavity.
  • the filler itself does not have to be soluble, but can also form any mixture with the flushing medium.
  • the core has an outer cladding layer as the core element, which has the geometry causing the flinter cuts and which, as described above, is broken up into small components and removed from the core cavity.
  • the proposed method is therefore only applied to this outer core element. After removal of this outer covering layer, there is a rest of the core, which can now be removed in one piece, e.g. B. can be pulled, as known from the prior art.
  • This combination may reduce the time required that would otherwise be required for the complete breakdown of the entire core into small components.
  • an element is created by the injection molding process, which is referred to as the “core element”.
  • the use of injection molding is particularly advantageous because the core element is produced with a significantly lower shrinkage than is known from the melt in the case of salt core casting processes. It can be the complete core to be inserted into the die. However, it can also be just one of two or more elements that are initially connected to one another in order to create the core with its final geometry. It is not necessary for all parts of the core to be removable in the sense of the invention without demolding, it is sufficient if at least one core element is of such a nature.
  • a complex geometry of the core can be achieved without having to rework the core to an undesirably large extent, apart from the possible reworking typical of injection molding, such as the removal of sprues, burrs or the like.
  • core elements can be used which can be the same or different with regard to their geometry and / or their materials.
  • the adhesive itself can be removed without demolding, so that residue-free removal is easily possible.
  • a suitable plastic in the material of the core elements these can also be bonded to one another by heating the contact surfaces without the addition of a separate adhesive.
  • the core elements also do not necessarily have to be glued, in principle any type of non-positive, positive or material connection is also suitable.
  • the core element which is initially produced in the injection molding process, is subsequently post-processed, in particular, post-machined, in order to obtain the finally desired geometry of this core element.
  • post-processing can be carried out in particular in the contact area with the workpiece to be formed, ie structures can be created in the core element, for example by post-processing, which are later imaged in the workpiece.
  • the core elements which can be produced by injection molding, can consist partially or in particular entirely of a plastic, such as Bakelite, epoxies or thermosets, in particular made of a thermoplastic such as a polyamide, an acrylate, styrene, lactide, ethylene, propylene, acetate or an alcohol, in particular a polyvinyl alcohol or a mixture of these plastics.
  • a plastic such as Bakelite, epoxies or thermosets, in particular made of a thermoplastic such as a polyamide, an acrylate, styrene, lactide, ethylene, propylene, acetate or an alcohol, in particular a polyvinyl alcohol or a mixture of these plastics.
  • a plastic such as Bakelite, epoxies or thermosets, in particular made of a thermoplastic such as a polyamide, an acrylate, styrene, lactide, ethylene, propylene, acetate or an alcohol, in particular
  • High-pressure casting is understood to mean a pressure casting process in which the pressures greater than 30 bar, in particular greater than 100 bar, are used.
  • the person skilled in the art can see that the The process can also be used in low pressure casting at pressures below 30 bar.
  • the method is particularly advantageous in high-pressure casting at a casting pressure of more than 100 bar, since there is typically a high bending stress on the core and the proposed core element has a particularly good bending strength compared to a core element with a lower plastic content or a higher brittleness. Since the core element is cast around very quickly within a few milliseconds at a high casting pressure, the plastic cannot soften or lose strength during this time, as might be the case at a lower casting speed; This ensures good dimensional stability of the core element, especially at a high casting speed or a high casting pressure.
  • the method is particularly advantageous when the workpiece is produced using the aluminum high-pressure casting method, that is to say a molten aluminum alloy is introduced into the mold at a pressure of 250 bar or more.
  • the casting pressure can preferably be 500 bar or higher, particularly preferably 700 bar or higher.
  • the high pressure ensures that the metal flows completely into all areas of the mold cavity, so that the filigree structures mentioned can be reliably produced even with a series production with cycle times that are as short as possible.
  • the high pressure also means that the die can be filled completely within a few milliseconds, ie within fractions of a second and typically within less than 1/10 second, so that the temperature of the basically temperature-sensitive core, the yes contains plastic, can be limited to a very short time until the metal on the outer surfaces of the workpiece or at the interface of the workpiece and the core begins to solidify and there is sufficient dimensional stability having. If the core then softens and can no longer guarantee dimensional stability, the metallic workpiece has achieved sufficient dimensional stability to prevent undesired deformation of the workpiece.
  • the metal which can be any castable metal or alloy known to the person skilled in the art, in particular not ferrous metal such as copper, zinc, brass, magnesium or aluminum, which is advantageously introduced into the die-casting mold at a temperature of more than 380 ° C.
  • ferrous metal such as copper, zinc, brass, magnesium or aluminum
  • a flow behavior of the aluminum melt is guaranteed by a temperature of more than 500 ° C. Generation of the desired filigree structures enables.
  • the core element contains thermally stable but soluble fillers in addition to the plastic.
  • This can be a salt, for example.
  • the salt or a comparable filler can support the destruction of the core, namely the breaking up into a large number of small components.
  • the salt can be dissolved by water.
  • halogen-free salts such as, for example, B.
  • Sodium carbonate proven as salt: This is also water-soluble and prevents reactions with the plastic, which could occur in the case of, for example, sodium chloride and could lead to water-insoluble residues in the core cavity.
  • the salt element can be broken up into a large number of small particles by dissolving the salt, which can then be washed out of the core cavity.
  • the plastic material within a core element can form a kind of matrix in which the salt content is stored, so that the individual plastic areas are all connected to one another.
  • the mechanical stability - for example the vibration and shock resistance - of the core element can be considerably improved, so that mechanical damage to the core during the die casting process can be avoided if the melt is cast into the mold within a fraction of a second in the high pressure casting process flows in and acts on the core. Due to the high mechanical stability, the core can be manufactured with a particularly fine geometry and small cross-sections without fear of the core breaking during the casting process.
  • polyvinyl alcohol PVAL
  • the polyvinyl alcohol is water-soluble, so that a completely water-soluble core element can be created in conjunction with a water-soluble salt, such as the sodium carbonate mentioned.
  • a water-soluble salt such as the sodium carbonate mentioned.
  • the entire core can be rinsed out of the core cavity with the help of water.
  • fillers for the fillers already mentioned are, for. B. chalk and talc, as well as other salts and fillers apparent to those skilled in the art. Mixtures of different salts and / or fillers and / or plastics can also be used.
  • organic solvents in particular glycols, can also be used as solvents in order to remove a core element from the core cavity.
  • the solvents can be used at room temperature or at elevated temperatures, for example to B. optimize the solubility and improve the economy of the process.
  • the plastic in the core material in particular from the proposed proportion of 5% by weight, it may be sufficient to remove the core element if only the plastic changes to an unbound state thus removing the binding of the filler in the core element so that, for example, the filler can be rinsed out without having to be pyrolyzed or chemically or physically dissolved, rather it is sufficient to create a dispersion.
  • the method is particularly suitable for the production of machine parts with filigree structures, complex undercuts or, for example, also integrated cooling channels.
  • the method can be used, in particular, for the production of engine parts such as engine housings, gearbox housings or cylinder crankcases, turbine blades with fine structures or hollow structures, tools with integrated cooling channels, for example for near-contour cooling, or other complex components that are otherwise only particularly useful today
  • Many process steps or complex processes such as selective laser sintering can be used.
  • the proposed method can advantageously be used for producing a workpiece which has one or more flow channels optimized for the use of the workpiece. Optimization can relate, for example, to the flow resistance in the flow channel, ie the minimization of a pressure loss or the avoidance of turbulence.
  • sharp edges or deflections can be avoided (“sharp” is understood in particular if the radius of the edge or deflection is smaller than the cross-sectional diameter of the channel in the plane spanning the radius) or other known methods from fluid mechanics be applied.
  • an optimization can also relate, for example, to a cross-sectional configuration or surface structuring to improve the heat transport between the workpiece and a fluid, eg. B. by creating a large or specially structured wall surface.
  • the proposed method can be used particularly advantageously to produce a heat exchanger.
  • heat exchangers in which the cooling liquid and oil are conducted through two separate flow channels of the heat exchanger.
  • heat exchangers are often designed as plate heat exchangers, with a large number of plates each being arranged at a distance from one another and a flow channel for the oil and a flow channel for the cooling fluid running alternately between two adjacent plates.
  • the assembly of such a heat exchanger from a large number of individual plates is complex on the one hand and, on the other hand, due to the large number of separation points, represents a multitude of sources of error in the form of potential leaks.
  • such a plate heat exchanger can be produced as a single cast component, so that the two mentioned disadvantages of a heat exchanger with regard to assembly and tightness can be eliminated.
  • the heat exchanger is to be connected to other components of an engine periphery anyway, it can be provided according to the proposal that the heat exchanger is not an independent, for. B. design cuboid element, but rather to manufacture with other components in the form of a highly complex integrated component. In this way, potential leakage points can be reduced due to the further elimination of flange connections and the effort in the later assembly of the workpiece produced can be reduced.
  • the advantages with regard to the degrees of freedom in the geometric configuration can also be used, and an improved product can thereby be produced, in particular with regard to its use of installation space and with regard to a pressure loss when it flows through, for example, B. by means of a surface structuring which is particularly suitable for this.
  • Fig. 2 shows the manufacture of a metallic workpiece in the
  • FIG. 11 shows the ready-to-assemble plate heat exchanger made from this workpiece.
  • FIG. 12 shows a module for receiving a filter insert and with the heat exchanger from FIGS. 11 and 12 arranged in the module
  • a flowable core material 5 is present as a compound and in the present example consists of polyvinyl alcohol, as a plastic component and sodium carbonate (Na2COs) as a salt component.
  • the salt content is preferably more than 40% by weight.
  • the core material 5 has been injected into the injection mold 1 through a feed channel 7, so that the core material 5 now fills the flute space 4 and the feed channel 7.
  • the core material 5 now forms a core 18 formed from a single core element 8.
  • the injection mold 1 is opened by moving the nozzle side 2 and the ejector side 3 apart, so that the core element 8 can now be removed from the injection mold 1 after it has cooled sufficiently and solidified accordingly, so that it is dimensionally stable remains.
  • the core element 8 for fixing a ready-to-use core 18 has been separated from a sprue 9 on the one hand. That is, which is the core material 5, which has solidified in the feed channel 7. Furthermore, the core 18 has been provided with two recesses 10 by machining, namely in the form of bores which penetrate the core 18 completely and each have a diameter of 1 mm. Apart from these depressions 10, the core 18 also has a projection 11.
  • the depressions 10 mentioned can also be represented by injection molding themselves, which represent a filigree structure as described above, which depressions and / or elevations can have, the depressions going through the workpiece (holes) can, but does not have to.
  • a casting mold is designed here as a die casting mold 101 and has a nozzle side 102 and an ejector side 103 which enclose a cavity 104.
  • the core 18 is arranged in the cavity 104.
  • a flowable metallic material 105 in the example the melt of an aluminum alloy, is located directly outside the die casting mold 101.
  • the next step shows that the liquid metal 105 has been injected into the die 101 under high pressure by means of an injection unit 106 and fills the cavity 104 and the feed channel 107 and surrounds the core 18.
  • the metal has also flowed into the bores, that is to say into the depressions 10 in the core 18.
  • the die-casting mold 101 was separated by moving the nozzle side 102 and the ejector side 103 apart, so that a metallic workpiece 12 is now removed from the mold. can be taken.
  • the core 18 is still inside the workpiece 12. Because of its geometry, it cannot be removed from the workpiece 12.
  • a sprue 109 made of metal has been removed from the workpiece 12 and the core material 5 of the core 18 into many small, schematically indicated components has been broken up.
  • a filigree structure 14 is created within the workpiece 12 by creating pins 14 'with a diameter of 1 mm inside the workpiece 12, namely as a material made of the material 105 of the aluminum alloy, which is used in the depressions 10 of the core element 8 had flowed in.
  • the core 18 consisted of polyvinyl alcohol and sodium carbonate, it could be detached from the workpiece 12 by using only water and thereby completely dissolved.
  • the coring can take place pyrolytically or by dissolving the core material in a solvent.
  • a biodegradable plastic e.g. a starch-based plastic that is destroyed by a chemical or biological process (e.g. decomposition by bacteria).
  • Mechanical effects can also be used, such as: B. by spray lances or other processes damaging or damaging the core.
  • the core 18 can be removed from the core by dissolving it in a liquid, eg. B. in a water bath, and combined with a mechanical effect in the form of an ultrasonic bath.
  • a liquid eg. B. in a water bath
  • FIG. 3 shows a core element 8, which serves to create a cavity 108 in the form of a flow channel 21 in a workpiece, through which oil is to flow, so that this core element is identified by the designation 8ö.
  • the core element 8ö has the dimensions 10cm x 3cm, a thickness of 2mm and has a multiplicity of depressions 10 in the form of bores with a diameter of 1mm, and in the form of curved slots which penetrate the core element 8ö.
  • the core element 8o has two molded-on pipe sockets 15, each of which surrounds a through hole 16 passing through the core element 8o.
  • FIG. 4 shows a further core element 8, which is to create a flow channel 21 for water in the workpiece, so that this core element is referred to below as core element 8w.
  • the core element 8w has the dimensions 10cm x 3cm, a thickness of 2mm, and has a large number of depressions 10 which are designed in the form of curved slots with a width of 1mm.
  • Through holes 16 are provided on the one hand where the two pipe sockets 15 are arranged on the core element 8o, and on the other hand also within four pipe sockets 15 which are located on the outer edge of the core element 8w.
  • the different geometries of the core element 8o, which is also referred to as an oil core, and of the core element 8w, which is also referred to as a water core, are selected in such a way that, on the one hand, they enable intensive heat transfer for the respective flow medium and, on the other hand, pressure losses in the respective flow channel Keep it as low as possible; so are z.
  • Fig. 5 shows the alternating and still pulled apart arrangement of core elements 8ö and 8w one above the other.
  • FIG. 6 shows the arrangement of FIG. 5, the core elements 8o and 8w now being assembled into a package forming a core 18.
  • the core 18 is arranged over the lower part of a die casting tool. This is provided with six guide pins 17 which hold the pipe sockets 15 of the plate pack formed from the core elements 8o and 8w.
  • FIG. 7 shows the arrangement of this core 18, which is designed as a plate pack, in the die-casting tool.
  • An upper half of the tool, which can be seen in FIG. 7, can now be lowered onto the guide pins 17, and then a liquid aluminum alloy is brought into the tool under flap pressure and surrounds the core 18 formed as a plate pack of the core elements 8.
  • FIG. 9 shows the workpiece 12 in an embodiment that is not ready for use, in which, for illustration, the uppermost housing wall of the workpiece 12 has been removed and a view of a cavity 108 designed as a flow channel 21, namely an oil channel 21, is thus released.
  • the recesses 10 of the core element 8o have led to the configuration of a multiplicity of filigree structures 14 in the form of knobs 14 "and of two curved webs 14"", which on the one hand the flow of the oil through the oil channel 21o optimize and on the other hand maximize the heat exchanger surface.
  • Fig. 10 shows a perspective view of a further section through the workpiece 12 of FIG. 8 or FIG. 9, wherein in FIG.
  • FIG. 11 shows the workpiece 12 in a machined form, in which it now forms a ready-to-install heat exchanger 20: the four outer through bores 16 have been omitted, and only the two middle through bores 16 have remained, namely as the inlet and The outlet of the heat exchanger 20 can be connected to an oil line.
  • the two long sides of the workpiece 12 have been machined so far that not only the through bores 16 arranged there have been omitted, but also the two long side walls of the workpiece 12 have been removed. Accordingly, water channels 21 are exposed on the two opposite longitudinal sides of the heat exchanger 20, so that the water or cooling fluid of an internal combustion engine can flow through the heat exchanger 20 transversely to its longitudinal direction and the oil can flow through it in its longitudinal direction.
  • FIG. 12 shows a module 22 which has a filter cup 23 which serves to hold an exchangeable filter insert and which can be closed with a separate cover (not shown in FIG. 12).
  • the filter cup 23 connects to a housing 24 of the heat exchanger 20.
  • the heat exchanger 20 is inserted into this housing 24, the housing being closed in a liquid-tight manner by a cover, which is also not shown in FIG. 12, and water can then flow through it.
  • This housing cover of the housing 24 enables the connection of the oil line mentioned, so that both the water and the oil can flow through the heat exchanger 20 within the housing 24.
  • the heat exchanger 20 is formed by a single component, so that the assembly and sealing of a large number of individual plates is not necessary.
  • the production of filigree structures within the heat exchanger 20, as is made possible by the proposed manufacturing method can be used to enable an even higher integration of functions in the module 20.
  • a higher level of integration means that the same functions are made possible with even more compact dimensions of the module 22, or that with the same dimensions the module can have a higher performance, for example a higher heat exchanger performance.
  • module 22 which is designed as a cast part and which has filter cup 23 and housing 24 as a single integrated cast part, is further developed in that this one cast part also forms heat exchanger 20, so that the Heat exchanger 20 does not have to be installed as a separate component.
  • the ribs 25, which the module 22 has anyway, and / or the double-walled filter cup 23 and provided with flow channels on the inside so that the installation space shown in the module 22, which the heat exchanger 20 requires, is considerably reduced can be.
  • FIG. 13 shows the section through a further exemplary embodiment of a workpiece 12 with an inner core 18, which is formed from three core elements 8a, 8b, 8c and produces a cavity 108 in the workpiece 12 in the form of an optimized flow channel.
  • Only the core elements 8a and 8b are formed from a core material according to the invention, and that Core element 8c is designed as a steel pin, which can be easily pulled out of cavity 108 when core 18 is removed from workpiece 12. The core element 8c can thus be reused for the production of a further core 18.
  • the core element 8b has a diameter D which is less than 1/7 the length L of the core element 8b and thus forms a filigree structure 14 in the cavity 108 of the workpiece 12.
  • the core element 8a has inserts 19 which can be formed, for example, from a metal, preferably from the same metal as the workpiece 12.
  • the inserts 19 are inserted into the core element 8a during the production of the core 18 and remain after the core 18 has been removed from the workpiece 12 in the workpiece 12.
  • the inserts 19 can there, for example, increase the flow resistance in the upper section of the flow channel in FIG. 13 or can be provided as a filter for particles.
  • filigree structure / 14 ′′ pin, 14 ′′ studs, 14 ′′ bar tube socket

Abstract

In the case of a method for producing metal workpieces (12) by the diecasting process, with the following method steps: • a core (18), which has at least one core element (8) containing at least 5% plastic, is introduced into a diecasting mould (101) and held in the diecasting mould in a predetermined position, • a workpiece (12) is created by introducing metal into the diecasting mould in the diecasting process, thereby encapsulating the core, and cooling the metal, • the core is removed from the workpiece (12) and thereby destroyed, the invention proposes • that the core element has a geometry such that so-called filigree structures (14) are created in the workpiece (12), thereby creating metallic elements which, with a thickness or diameter of at most 5 mm, protrude into a cavity (108) created by the core element, or the length of the cavity (108) is more than 7 times greater than its smallest cross-sectional dimension, • and that the core element (8) is removed from the workpiece (12) without demoulding.

Description

"Verfahren zum Metall-Druckgießen mit verlorenem Kern"  "Process for metal die casting with lost core"
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
Aus der DE19635920A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren be- kannt. Dabei werden Kerne aus thermoplastischem Kunststoff mit einer unregelmäßig geformten Wandung verwendet, die nämlich dort, wo sie während des Gießvorgangs höheren Tem- peraturbelastungen oder mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, dicker ausgestaltet ist als in anderen Bereichen. Unter dem Einfluss des während des Druckgussvorgangs in die Form strö- menden schmelzflüssigen Metalls erweicht der Kunststoffkern, behält aber eine ausreichende Eigenstabilität bei, so dass er aus dem noch warmen Werkstück herausgezogen werden kann. Hierbei ist ein enges zeitliches Fenster zu beachten, in welchem der Kern ein bestimmtes Maß an Festigkeit aufweist, denn um eine Zugkraft übertragen zu können, muss der Kern einerseits herausgezogen werden, bevor er zu stark aufschmilzt und eine zu geringe Festigkeit aufweist, und er muss andererseits her- ausgezogen werden, bevor er zu stark abkühlt und wieder zu er- starren beginnt, da er dann eine zu große Festigkeit aufweist und aufgrund von Anhaftungen am metallischen Gussstück und / oder auch von kleinsten Hinterschneidungen das Ziehen nicht mehr möglich ist. A generic method is known from DE19635920A1. Cores made of thermoplastic material with an irregularly shaped wall are used, which is thicker than in other areas where they are exposed to higher temperature loads or mechanical loads during the casting process. The plastic core softens under the influence of the molten metal flowing into the mold during the die casting process, but maintains sufficient inherent stability so that it can be pulled out of the still warm workpiece. Here, a narrow time window must be observed in which the core has a certain degree of strength, because in order to be able to transmit a tensile force, the core must be pulled out before it melts too much and has too little strength, and it must on the other hand, be pulled out before it cools down too much and begins to solidify again, since it then has too great a strength and pulling is no longer possible due to buildup on the metallic casting and / or even the smallest undercuts.
Bei dem gattungsgemäßen Verfahren wird der Kern in einem Stück aus dem Werkstück herausgezogen. Dabei wird der Kern zum Zwecke der Entformung verformt und insofern zerstört, als er für eine zweite, nochmalige Verwendung nicht mehr geeignet ist. Durch den Vorgang des Ziehens ist zudem die Ausgestaltung des Kernhohlraums auf Geometrien beschränkt, die das Ziehen des Kerns nicht behindern, z. B. muss die Geometrie frei sein von größeren Hinterschneidungen oder von in den Kern hinein- ragenden metallischen Strukturen, die im Werkstück geschaffen sind. Das Ziehen des Kerns kann nach einer Abkühlung des Werkstücks erfolgen, sobald das Werkstück eine ausreichende Formbeständigkeit aufweist. Insbesondere wird mit dem Ziehen des Kerns aber nicht gewartet, bis das Werkstück vollständig abgekühlt ist und beispielsweise Raumtemperatur erreicht hat, da dann auch der Kern eine Festigkeit zurückgewonnen hätte, die das Ziehen des Kerns unmöglich macht. In the generic method, the core is pulled out of the workpiece in one piece. The core is deformed for the purpose of demolding and destroyed insofar as it is no longer suitable for a second, repeated use is. The process of drawing also limits the design of the core cavity to geometries that do not impede the drawing of the core, e.g. For example, the geometry must be free of larger undercuts or of metallic structures that protrude into the core and are created in the workpiece. The core can be pulled after the workpiece has cooled as soon as the workpiece has sufficient dimensional stability. In particular, the pulling of the core is not waited until the workpiece has completely cooled and has reached room temperature, for example, since then the core would also have regained strength that makes it impossible to pull the core.
Weiterhin sind aus der Praxis Kerne bekannt, die auf der Basis von Salzen wie z. B. Natriumchlorid oder Natriumcarbonat gebil- det sind und als Salzkerne bezeichnet werden. Sie weisen eine höhere Temperaturstabilität auf als die gattungsgemäßen Kerne aus Kunststoff, und sie lassen sich problemlos aus dem Werk- stück entfernen, indem sie aufgelöst oder aufgebrochen werden. Aufgrund der starken Schwindung bei ihrer Herstellung, ihrer Po- rosität sowie ihrer Sprödigkeit, bzw. ihres keramischen Verhal- tens, und dementsprechenden Bruchempfindlichkeit, lassen Salzkerne allerdings nur eingeschränkte Formgebungen zu. Ins- besondere gilt für beispielsweise stabförmige Salzkerne, die ge- radlinig oder gebogen verlaufen können, einen runden oder mehreckigen Querschnitt aufweisen können, und die dazu die- nen können, in einem Werkstück eine Bohrung oder einen Fluid- kanal zu schaffen, dass ihre Länge das 7-fache ihres Durchmes- sers bzw. einer vergleichbaren Querschnittsabmessung nicht überschreiten sollte. Dieses Längen- zu Querschnittsverhältnis von 7 : 1 hat sich in der Praxis als Grenzwert herausgestellt, bis zu welchem eine Verwendung des Salzkerns im Druckgießver- fahren möglich ist, ohne durch die impulsartige Belastung beim Gießvorgang eine Beschädigung des Salzkerns zu verursachen. Dementsprechend lassen sich mit den Salzkernen keine kom- plexeren Geometrien oder besonders feine Strukturen verwirkli- chen, da zumindest bereichsweise das erwähnte Verhältnis von 7 : 1 überschritten würde und daher die erforderliche Stabilität des Kerns nicht gewährleistet wäre. Aufgrund ihrer Sprödigkeit ist eine spanabhebende Nachbearbeitung der Salzkerne - bei- spielsweise um definierte, feine Strukturen oder glatte Oberflä- chen zu schaffen - in der Praxis mit den an eine Serienfertigung zu stellenden Ansprüchen nicht möglich. Die Salzkerne werden daher üblicherweise in einem Gießverfahren hergestellt. Dazu sind spezielle Gießmaschinen bzw. spezielle Gießverfahren er- forderlich, die von standardisierten Maschinen und Verfahren abweichen, wie sie z. B. für die eingangs erwähnten, im Spritz- guss herstellbaren Kunststoffkerne verwendet werden können. Furthermore, cores are known from practice, which are based on salts such as. B. sodium chloride or sodium carbonate are formed and are referred to as salt cores. They have a higher temperature stability than the generic plastic cores, and they can be easily removed from the workpiece by opening or breaking them up. However, due to the strong shrinkage in their manufacture, their porosity and their brittleness, or their ceramic behavior, and the corresponding sensitivity to breakage, salt cores only permit limited shapes. In particular, for rod-shaped salt cores, for example, which can run in a straight line or curved, can have a round or polygonal cross section, and which can serve to create a bore or a fluid channel in a workpiece, that their length should not exceed 7 times their diameter or a comparable cross-sectional dimension. In practice, this length to cross-section ratio of 7: 1 has been found to be the limit up to which the salt core can be used in the die casting process without causing damage to the salt core due to the pulse-like loading during the casting process. Accordingly, no more complex geometries or particularly fine structures can be achieved with the salt cores, since the aforementioned ratio of 7: 1 would be exceeded at least in some areas and therefore the required stability of the core would not be guaranteed. Because of their brittleness, machining of the salt cores - for example to create defined, fine structures or smooth surfaces - is not possible in practice with the demands placed on series production. The salt cores are therefore usually produced in a casting process. This requires special casting machines or special casting processes that deviate from standardized machines and processes, such as those used for. B. can be used for the aforementioned plastic cores that can be produced by injection molding.
Aus der DE 10 2011 076 905 A1 sind Salzkerne bekannt, die durch ein Trockenpressverfahren oder durch Kernschießen her- gestellt werden. Hierbei wird der Kern aus einem Pulver herge- stellt, welches Binder enthalten kann. Da der Kern aus einem Pulver und nicht aus der Schmelze hergestellt wird, sind diese Verfahren in ihrer geometrischen Ausgestaltung stark limitiert, vor Allem, wenn Kerne im dreidimensionalen Raum hergestellt werden sollen. Das Pulver fließt nicht und kann aus diesem Grund nicht in jede Richtung entsprechend verdichtet werden, wie dies mit Kernen aus der Schmelze möglich ist. Weiterhin werden die Kerne hier mit einem Infiltrat verstärkt, damit sie für den Einsatz im Druckguss geeignet sind. DE 10 2011 076 905 A1 discloses salt cores which are produced by a dry pressing process or by core shooting. The core is made from a powder that can contain binders. Since the core is made from a powder and not from the melt, these methods are very limited in their geometric design, especially if cores are to be produced in three-dimensional space. The powder does not flow and therefore cannot be compressed in every direction, as is possible with cores from the melt. Furthermore, the cores are reinforced with an infiltrate so that they are suitable for use in die casting.
Aus der DE 10 2016 220 359 A1 ist zur Herstellung von Salzker- nen sowohl ein Werkzeug als auch ein Verfahren bekannt ge- worden. In dieser Druckschrift ist nicht angesprochen, dass der Salzkern einen Kunststoffanteil enthalten kann. Um trotz des dementsprechend spröden Werkstoffverhaltens der Salzkerne fi- ligrane bzw. komplexe und / oder eine Hinterschneidung aufwei- sende Salzkerne hersteilen zu können, und auch um die thermi- schen Spannungen kompensieren zu können, die während der Erstarrung und Schwindung der Salzkerne auftreten, wird in die ser Druckschrift vorgeschlagen, die Salzkerne in einem Werk- zeug herzustellen, welches eine Geometrie aufweist, die wäh- rend der Herstellung des Salzkerns verändert werden kann. Da- bei wird zwischen dem herzustellenden Salzkern und einem so- genannten Kern unterschieden, der ein Teil des Werkzeugs ist und ein hülsenförmiges Formteil aufweist. Der Kernaußen- durchmesser wird vor der Entformung des Salzkerns verringert. From DE 10 2016 220 359 A1, both a tool and a method have become known for producing salt cores. This publication does not mention that the salt core can contain a plastic part. In order to be able to manufacture filigree or complex salt cores and / or an undercut despite the correspondingly brittle material behavior of the salt cores, and also to be able to compensate for the thermal stresses which occur during the Solidification and shrinkage of the salt cores occur, it is proposed in this publication to produce the salt cores in a tool which has a geometry which can be changed during the production of the salt core. A distinction is made between the salt core to be produced and what is known as a core, which is part of the tool and has a sleeve-shaped molded part. The core outer diameter is reduced before the salt core is removed from the mold.
Aus der DE 10 2015 223 008 A1 ist eine Form bekannt, die zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Kunststoff dient. Die Verwendung von Metall als Bestandteil ei- ner solchen Form wird angesprochen, insbesondere von Metall, welches einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, der im Bereich von 50 °C bis 150 °C liegt. Die Eignung der in dieser Druckschrift vorgeschlagenen Form zur Erzeugung metallischer Werkstücke, insbesondere im Druckgussverfahren, ist nicht erwähnt. DE 10 2015 223 008 A1 discloses a mold which is used to produce fiber composite bodies or cast parts made of plastic. The use of metal as a constituent of such a form is addressed, in particular of metal which has a low melting point which is in the range from 50 ° C. to 150 ° C. The suitability of the form proposed in this publication for producing metallic workpieces, in particular in the die casting process, is not mentioned.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, dass Werkstücke mit ei- nem hoch komplexen inneren Aufbau möglichst preisgünstig hergestellt werden können. The invention has for its object to improve a generic method in such a way that workpieces with a highly complex internal structure can be manufactured as inexpensively as possible.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen be- schrieben. Ein nach diesem Verfahren hergestelltes Bauteil be- schreibt Anspruch 16. This object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous configurations are described in the subclaims. A component produced by this method is described in claim 16.
Der erfindungsgemäße Vorschlag sieht vor, dass ein Kernele- ment verwendet wird, welches wenigstens 5 Gew.-% Kunststoff enthält. Somit kann die Herstellung des Kernelements im Unter- schied zu Salzkernen mit wirtschaftlich vorteilhafteren Verfahren erfolgen, also mit einer maschinellen Einrichtung und Verfah- rensweise, wie sie in vielen Betrieben vorhanden bzw. bekannt ist. Mögliche Herstellverfahren sind Gussverfahren, Sinterverfah- ren, 3D-Druck, Extrusion von Strang- oder Plattenprofilen, wie auch die Verarbeitung von Halbzeugen, also z. B. spanend be- arbeitete oder unter Wärmeeinwirkung gebogene oder verformte Rohre, Stangen oder Platten. The proposal according to the invention provides that a core element is used which contains at least 5% by weight of plastic. In contrast to salt cores, the core element can thus be produced using economically more advantageous methods, that is to say using a mechanical device and method as is known or known in many companies. Possible manufacturing processes are casting processes, sintering processes, 3D printing, extrusion of extruded or plate profiles, such as also the processing of semi-finished products, e.g. B. machined or bent or deformed under the influence of heat pipes, rods or plates.
Besonders bevorzugt wird das Kernelement im Spritzguss her- gestellt, da sich damit in wirtschaftlicher Art und Weise auch komplexe Strukturen hersteilen lassen. Insbesondere ab einem Kunststoffgehalt von 5 Gew.-% wird eine für den Spritzguss er- forderliche Fließfähigkeit des Kernmaterials erreicht. Hierdurch kann beim Spritzguss aufgrund der homogenen Druckverteilung insbesondere im dreidimensionalen Raum eine komplexe Form des Kernelements hergestellt werden. Es ist kein anderes Kern- herstellungsverfahren bekannt, welches den Kern mit dem be- schriebenen Material in der Art und Weise vorteilhaft für den Prozess und frei von der Formgebung im dreidimensionalen Raum erzeugen könnte. The core element is particularly preferably produced by injection molding, since it can also be used to produce complex structures in an economical manner. From a plastic content of 5% by weight in particular, the flowability of the core material required for injection molding is achieved. As a result, a complex shape of the core element can be produced in injection molding due to the homogeneous pressure distribution, particularly in three-dimensional space. No other core manufacturing method is known which could produce the core with the material described in a manner which is advantageous for the process and free of shaping in three-dimensional space.
Kernherstellungsverfahren, welche den Kern aus rieselfähigem Material hersteilen, sind hier von der Formgebung aufgrund der Kraftverteilung limitiert. Bei anderen Kernherstellungsverfahren, wie beispielsweise dem Warmkammer Druckgussverfahren, wel- che Kerne aus der flüssigen Schmelze des Kernmaterials her- steilen, wie dem Fachmann aus dem Bereich der Salzkerne be- kannt, oder bei bekannten Sinterverfahren, ist der entstehende Kern spröde und oder weißt eine hohe Schwindung auf und/oder kann durch Teile der Schmelze infiltriert werden, so dass diese Kerne teilweise einen weiteren Bearbeitungsschritt, wie eine Ummantelung mit einem weiteren Material, benötigen. Core manufacturing processes, which manufacture the core from free-flowing material, are limited here by the shape due to the force distribution. In the case of other core production processes, such as, for example, the hot-chamber die-casting process, which produce cores from the liquid melt of the core material, as is known to the person skilled in the field of salt cores, or in known sintering processes, the resulting core is brittle and or knows one high shrinkage on and / or can be infiltrated through parts of the melt, so that these cores sometimes require a further processing step, such as sheathing with another material.
Weiterhin ist vorschlagsgemäß vorgesehen, dass ein Kernele- ment eine solche Geometrie mit Vorsprüngen und Einbuchtun- gen aufweist, dass es nicht aus dem Werkstück herausgezogen werden kann. Dies gibt bei der Konstruktion des Werkstücks er- hebliche konstruktive Freiheiten für die Lage und Ausgestaltung der Kernhohlräume, so dass hoch komplexe Geometrien z. B. von Strömungskanälen innerhalb eines Werkstücks verwirklicht werden können. Insbesondere können Strömungskanäle auf die Ansprüche des jeweiligen Bauteils optimiert werden, so dass Strömungen z. B. druckverlustarm geführt werden können, Tur- bulenzen vermieden werden können, das Zusammenführen und Aufteilen von Strömungen verbessert werden kann, und der Strömungskanal keine Entformungsschrägen und damit unnötige die Strömung behindernde Querschnittsänderungen aufweisen muss. Genauso ist es aber auch möglich für Werkstücke wie Fil- ter, Mischer, Katalysatoren oder andere, dem Fachmann ersicht- liche Anwendungen, eine Optimierung, z. B. durch eine Oberflä- chenstruktur auszuführen, die möglichst viele Turbulenzen er- zeugt. Da die Entfernung des Kernelements bei dem vor- schlagsgemäßen Verfahren nicht von der Geometrie des Kerns in der Weise abhängt, dass er herausgezogen werden kann, können Hinterschnitte, Querschnittsänderungen eines Strö- mungskanals z. B. für eine optimierte Anströmung von Funkti- onsbauteilen wie Wärmetauscher, aber auch kleine Geometrien zur Optimierung der Strömung, wie dies bei einer„Golfballober- fläche“ der Fall ist oder für andere dem Fachmann ersichtliche Vorteile genutzt werden. Furthermore, it is proposed according to the proposal that a core element has such a geometry with projections and indentations that it cannot be pulled out of the workpiece. When designing the workpiece, this gives considerable structural freedom for the location and design of the core cavities. B. realized by flow channels within a workpiece can be. In particular, flow channels can be optimized to the requirements of the respective component, so that flows z. B. can be guided with low pressure loss, turbulence can be avoided, the merging and splitting of flows can be improved, and the flow channel does not have to have any draft angles and thus unnecessary cross-sectional changes that obstruct the flow. In the same way, however, it is also possible for workpieces such as filters, mixers, catalysts or other applications which are obvious to the person skilled in the art, for example an optimization. B. to be carried out by a surface structure that generates as much turbulence as possible. Since the removal of the core element in the proposed method does not depend on the geometry of the core in such a way that it can be pulled out, undercuts, changes in cross-section of a flow channel, for. For example, for an optimized inflow of functional components such as heat exchangers, but also small geometries for optimizing the flow, as is the case with a “golf ball surface” or for other advantages that are apparent to the person skilled in the art.
Das erwähnte Kernelement kann einen Abschnitt eines aus zwei oder mehr Elementen zusammengesetzten Kerns bilden. Diese zwei oder mehr Elemente können aus dem gleichen oder auch aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Dabei muss es sich nicht bei jedem Kernelement um ein erfindungsgemäßes Kernelement handeln, es genügt, wenn im Kern ein erfindungs- gemäßes vorhanden ist. So kann beispielsweise nur ein Teil des Kerns, für den eine filigrane Struktur vorgesehen ist, durch ein erfindungsgemäßes Kernelement gebildet sein, und der Rest des Kernes in herkömmlicher, aus dem Stand der Technik be- kannter Art gebildet sein. Ein Kernelement kann jedoch auch ein- teilig den gesamten Kern bilden. Nachfolgend wird häufig der Begriff Kern stellvertretend gebraucht, wobei die dazu gemach- ten Aussagen auch für ein Kernelement gelten, welches lediglich einen Abschnitt eines Kerns bildet, sofern aus dem Zusammen- hang nichts Anderes hervorgeht. The core element mentioned can form a section of a core composed of two or more elements. These two or more elements can consist of the same or different materials. It is not necessary for every core element to be a core element according to the invention, it is sufficient if there is a core element according to the invention. For example, only a part of the core for which a filigree structure is provided can be formed by a core element according to the invention and the rest of the core can be formed in a conventional manner known from the prior art. However, a core element can also form the entire core in one piece. In the following, the term core is often used as a representative, whereby the statements made also apply to a core element, which only forms a section of a nucleus, unless the context indicates otherwise.
Der Kern kann auch selbst noch Elemente aus einem zweiten Werkstoff enthalten, welche z. B. auch im Kernelement eingebet- tet sein können. So ist es bspw. denkbar, dass in einem oder mehreren Kernelementen metallische Stifte als Montagehilfe zum Zusammensetzen eines Kernes vorgesehen sind, oder Elemente, welche als Kernmarke dienen. Die Elemente können bei einer späteren Entfernung des Kerns ebenfalls entfernt wer- den, oder auch im Werkstück verbleiben. So ist es auch möglich, dass der Kern erzeugt wird, indem ein beliebig geformtes erstes Halbzeug mit der erfindungsgemäßen Kernmasse bereichsweise angespritzt oder umspritzt wird, d. h. indem das erfindungsge- mäße Kernelement daran ausgebildet wird. Das Halbzeug ver- bleibt nach der Entkernung im Werkstück. Im Sinne der Anmel- dung wird als erfindungsgemäßes Kernelement nur die erfin- dungsgemäße Kernmasse verstanden, unabhängig ob daran oder darin weitere nicht erfindungsgemäße (Kern-)Elemente vorgesehen sind. The core can also itself contain elements made of a second material, which, for. B. can also be embedded in the core element. It is conceivable, for example, that metallic pins are provided in one or more core elements as assembly aids for assembling a core, or elements that serve as a core brand. The elements can also be removed when the core is removed later, or can remain in the workpiece. It is also possible for the core to be produced in that an arbitrarily shaped first semifinished product is partially injected or overmolded with the core composition according to the invention, i. H. by forming the core element according to the invention on it. The semi-finished product remains in the workpiece after the coring. In the sense of the application, the core element according to the invention is understood to be only the core mass according to the invention, irrespective of whether further (core) elements not according to the invention are provided thereon or therein.
Es ist weiter denkbar, dass der Kern im Wesentlichen hohl ge- staltet ist oder bereichsweise über Hohlräume verfügt. So kön- nen zudem auch Kanäle im Kern gebildet sein, welche z.B. wäh- rend eines Gießvorgangs mit einem Kühlmittel durchströmbar sind. Bei einem löslichen Kern muss ein Kühlmittel gewählt wer- den, in welchem der Kern unlöslich ist; also z. B. bei einem Wasserlöslichen Kern ein Öl. It is also conceivable that the core is essentially hollow or has cavities in some areas. In this way, channels can also be formed in the core, which e.g. a coolant can flow through during a casting process. In the case of a soluble core, a coolant must be selected in which the core is insoluble; so z. B. an oil in a water-soluble core.
Der Kern kann darüber hinaus insgesamt oder bereichsweise auch mit einer funktionalen Schicht versehen sein, welche am Werkstück verbleiben kann oder während des Gießens in den Gusswerkstoff diffundiert und/oder eine intermetallische Phase an der Werkstückwandung bilden kann um z. B. einen Korrosi- onsschutz zu realisieren. Weiterhin ist vorschlagsgemäß vorgesehen, im Kernhohlraum des Werkstücks, auch Kavität genannt, eine Geometrie zu ver- wirklichen, die im Rahmen des vorliegenden Vorschlags als so genannte„filigrane Struktur“ bezeichnet wird. Dabei steht insbe- sondere die Struktur des zu schaffenden metallischen Werk- stücks im Vordergrund, so dass es sich um eine Struktur han- deln kann, die vom metallischen Material des Werkstücks gebil det ist, oder die als Kavität bzw. Hohlraum von dem metallischen Material des Werkstücks umgeben ist. Aufgrund der Wechsel- wirkung zwischen Kern und Werkstück bedeutet dies, dass eine filigrane Struktur einer im Werkstück vorhandenen, vom Metall umgebenen Kavität einen dementsprechend geformten Kern vo- raussetzt. In addition, the core as a whole or in some areas can also be provided with a functional layer which can remain on the workpiece or diffuse into the casting material during casting and / or can form an intermetallic phase on the workpiece wall in order, for. B. to implement corrosion protection. It is also proposed, according to the proposal, to achieve a geometry in the core cavity of the workpiece, also called the cavity, which is referred to in the context of the present proposal as a so-called “filigree structure”. In particular, the structure of the metallic workpiece to be created is in the foreground, so that it can be a structure which is formed by the metallic material of the workpiece or which is a cavity or cavity of the metallic material of the workpiece is surrounded. Due to the interaction between the core and the workpiece, this means that a filigree structure of a cavity in the workpiece, surrounded by the metal, requires a correspondingly shaped core.
Der Begriff der filigranen Struktur wird im Rahmen des vorlie- genden Vorschlags als eine Ausgestaltung des Werkstücks ver- standen, bei welcher entweder metallische Bereiche des Werk- stücks mit einer Dicke oder einem Durchmesser von höchstens 5 mm in die Kavität ragen, beispielsweise Rippen, Verbindungs- stege, Noppen o. dgl ., oder bei welcher die Kavität zumindest abschnittsweise ein Verhältnis von kleinster Querschnittsabmes- sung zu Länge aufweist, welches kleiner ist als 1 : 7, so dass al- so die Länge der Kavität zumindest abschnittsweise mehr als das Siebenfache größer ist als seine kleinste Querschnittsab- messung, z. B. bei rundem Querschnitt sein Durchmesser oder z. B. bei rechteckigem Querschnitt die kürzere Seitenlänge oder z. B. bei vieleckigem Querschnitt das kleinste Maß aus Höhe, Diagonale oder Seitenlänge. Somit lassen sich mit dem vor- schlagsgemäßen Verfahren Bauteilgeometrien im Werkstück verwirklichen, die mit einem Salzkern aufgrund der Problematik mechanischer Stabilität nicht möglich sind. Auch die Kunststoff- kerne, die aus dem gattungsgemäßen Verfahren bekannt sind, lassen typischerweise keine filigranen Strukturen zu, da bei Un- terschreitung eines Verhältnisses von kleinster Querschnittsab- messung zu Länge von 1 : 7 der Auszugswiderstand beim Zie- hen des Kerns so groß ist, dass ein Bruch des Kerns nicht aus- zuschließen ist und eine vollständige Entfernung des Kerns nicht prozesssicher in einer Serienfertigung gewährleistet werden kann. Im Ergebnis gilt daher bislang in der Fachwelt ein Verhält- nis von kleinster Querschnittsabmessung zu Länge von 1 : 7 als Grenze für die Geometrie von Kernen, die in der Serienfertigung - und im Bereich der Automobilherstellung insbesondere auch in der Großserienfertigung - hergestellt werden sollen. The term filigree structure is understood in the context of the present proposal as an embodiment of the workpiece in which either metallic areas of the workpiece with a thickness or a diameter of at most 5 mm protrude into the cavity, for example ribs, connections - webs, knobs or the like, or in which the cavity has a ratio of smallest cross-sectional dimension to length, which is smaller than 1: 7, at least in sections, so that the length of the cavity is at least in sections more than seven times as long is larger than its smallest cross-sectional dimension, e.g. B. with a round cross-section its diameter or z. B. with a rectangular cross-section the shorter side length or z. B. with a polygonal cross-section, the smallest dimension from height, diagonal or side length. Thus, with the proposed method, component geometries can be realized in the workpiece that are not possible with a salt core due to the problem of mechanical stability. The plastic cores, which are known from the generic method, typically do not permit any filigree structures, since if the ratio of the smallest cross-sectional dimension to length is 1: 7, the pull-out resistance when pulling the core is so great that a break in the core does not is to be closed and a complete removal of the core cannot be guaranteed in a series production. As a result, a ratio of the smallest cross-sectional dimension to length of 1: 7 has been the limit for the geometry of cores that are to be produced in series production - and in the area of automobile production, especially in large series production - in the professional world.
Bei einem Strömungskanal mit rundem Kanalquerschnitt be- zeichnet beispielsweise der Durchmesser des Strömungskanals die Querschnittsabmessung des Kernhohlraums, d. h. der Kavi- tät. Bei rechteckigen oder ansonsten vom Kreisrund abweichen- den Querschnitten des Kernhohlraums, bei denen beispielsweise eine Höhe und eine Breite festgestellt werden kann, bestimmt jeweils das kleinere Maß dieser Querschnittsabmessungen das relevante Maß, welches mit der Länge des Kernhohlraums in Relation gesetzt wird, um anhand des Verhältnisses von 1 : 7 ei- ne Ausgestaltung als filigrane Struktur zu definieren. Wie dem Fachmann leicht ersichtlich ist, muss sich das Verhältnis nicht auf den vollständigen Kernhohlraum (Einhüllende) und dement- sprechend nicht auf den gesamten Kern beziehen; es wird im Rahmen des vorliegenden Vorschlags auch als filigrane Struktur erachtet, wenn der Kernhohlraum mindestens einen Teilab- schnitt mit dem genannten Verhältnis kleiner 1 : 7 aufweist und der Kern dementsprechend ein Kernelement mit dieser Geomet- rie aufweist. In the case of a flow channel with a round channel cross section, for example, the diameter of the flow channel denotes the cross-sectional dimension of the core cavity, ie. H. the cavity. In the case of rectangular or otherwise deviating circular cross-sections of the core cavity, in which, for example, a height and a width can be determined, the smaller dimension of these cross-sectional dimensions determines the relevant dimension, which is related to the length of the core cavity in order to use the Ratio of 1: 7 to define a design as a filigree structure. As is readily apparent to the person skilled in the art, the ratio does not have to relate to the complete core cavity (envelope) and accordingly does not have to refer to the entire core; Within the scope of the present proposal, it is also considered to be a filigree structure if the core cavity has at least one partial section with the ratio mentioned less than 1: 7 and the core accordingly has a core element with this geometry.
Mit dem vorschlagsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, an- dere, nicht filigrane, Geometrien herzustellen, beispielsweise auch Geometrien mit einem Verhältnis von Querschnitt zu Länge im Bereich von 1. Diese Geometrien sind aufgrund der Schwin- dung vor allem bei größer dimensionierten Kernen schwer her- zustellen, was mit dem vorschlagsgemäßen Verfahren in dem Maße nicht der Fall ist, sodass das erfindungsgemäße Verfahren auch dafür in besonderer Weise geeignet ist. Schließlich ist vorschlagsgemäß vorgesehen, dass der Kern ent- formungsfrei aus dem Werkstück entfernt wird. Als Entformung wird dabei im Rahmen des vorliegenden Vorschlags bezeichnet, dass der Kern in einem Stück mit bestimmter Geometrie aus dem Kernhohlraum entfernt wird, beispielsweise indem entspre- chende Elemente der Gießform in Art eines Schiebers o. dgl. bewegt werden, oder indem der Kern aus einem Kernhohlraum des Werkstücks herausgezogen werden kann. With the proposed method it is also possible to produce other, non-filigree, geometries, for example also geometries with a ratio of cross-section to length in the range of 1. These geometries are difficult due to the shrinkage, especially with larger-sized cores - Deliver what is not the case with the proposed method to the extent that the method according to the invention is also particularly suitable for this. Finally, according to the proposal, the core is removed from the workpiece without deformation. In the context of the present proposal, demolding means that the core is removed from the core cavity in one piece with a certain geometry, for example by moving corresponding elements of the casting mold in the manner of a slide or the like, or by removing the core a core cavity of the workpiece can be pulled out.
Vielmehr ist vorschlagsgemäß vorgesehen, dass eine solche Entformung nicht stattfindet, sondern vielmehr der Kern unter Überführung zumindest des Kunststoffanteils in einen ungebun- denen Zustand aus dem Kernhohlraum entfernt wird. Als unge- bundener Zustand wird verstanden, dass der Kunststoff zumin- dest vorwiegend in einen anderen Aggregatzustand übergeht, d.h. der ursprünglich feste Kunststoff, oder dessen Komponen- ten liegen im ungebundenen Zustand vorwiegend flüssig oder gasförmig vor. So kann beispielsweise der Kunststoff selbst den Aggregatzustand durch einen temperaturinduzierten Phasen- übergang aus der festen Phase, in welcher der Kern zunächst vorliegt, in eine andere, insbesondere flüssige oder gasförmige Phase ändern. Dabei wird im Sinne der Erfindung auch der Zer- fall des Kunststoffs in ein flüssiges oder gasförmiges Stoffge- misch, d.h. z. B. in Rauch, als eine Änderung des Aggregatzu- standes verstanden. Dabei kann vorgesehen sein, allein den Kern in den ungebundenen Zustand zu überführen und aus der Kavität zu entfernen. Es kann aber auch vorgesehen sein, den Kern durch eine Zusammenführung mit anderen Stoffen in den ungebundenen Zustand zu überführen, beispielsweise durch die Lösung des Kunststoffanteils in einem flüssigen oder gasförmi- gen Medium, und dann das Materials des Kerns sowie das Mate- rial des anderen Stoffes gemeinsam aus dem Kernhohlraum zu entfernen. Rather, it is proposed that such demolding does not take place, but rather that the core is removed from the core cavity by converting at least the plastic portion into an unbound state. An unbound state is understood to mean that the plastic at least predominantly changes into another physical state, i.e. the originally solid plastic, or its components, are predominantly liquid or gaseous in the unbound state. For example, the plastic itself can change the state of matter through a temperature-induced phase transition from the solid phase in which the core is initially present to another, in particular liquid or gaseous phase. For the purposes of the invention, the decomposition of the plastic into a liquid or gaseous mixture of substances, i.e. e.g. B. in smoke, understood as a change in the state of aggregate. It can be provided that the core alone is transferred to the unbound state and removed from the cavity. However, provision can also be made to bring the core into the unbound state by combining it with other substances, for example by dissolving the plastic portion in a liquid or gaseous medium, and then the material of the core and the material of the other Remove the substance from the core cavity together.
Das teilweise An- oder vollständige Auflösen des Kerns kann mittels eines chemisch oder physikalisch wirkenden Lösungsmit- tels erreicht werden. Dabei wird im Sinne der Erfindung auch als Lösung verstanden, wenn zwischen Kunststoff und Lösungsmit- tel chemische Reaktionen auftreten, sodass die Reaktionspro- dukte mit dem restlichen Lösungsmittel ein Gemisch bilden, wel- ches vorwiegend im ungebundenen Zustand vorliegt, d. h. bei- spielsweise eine Lösung oder eine Emulsion, oder aber auch ei- ne Suspension oder ein Aerosol. Partial or complete dissolution of the core can be done by means of a chemical or physical solvent. be achieved. For the purposes of the invention, it is also understood as a solution if chemical reactions occur between plastic and solvent, so that the reaction products form a mixture with the remaining solvent, which is predominantly in the unbound state, ie for example a solution or an emulsion, or else a suspension or an aerosol.
Ein ungebundener Zustand des Kunststoffs liegt somit vor, wenn der Kunststoff selbst in einem flüssigen oder gasförmigen Zu- stand oder seine Komponenten in einem vorwiegend flüssigen oder gasförmigen Stoffgemisch vorliegen. The plastic is therefore in an unbound state if the plastic itself is in a liquid or gaseous state or its components are in a predominantly liquid or gaseous mixture.
Der Kern wird folglich in eine Vielzahl kleiner Bestandteile - ge- gebenenfalls bis in die molekulare Ebene - aufgebrochen, um ihn aus dem Kernhohlraum zu entfernen. Es kann sich dabei beispielsweise um ein mechanisches Aufbrechen handeln, bei- spielsweise wenn der Kern einer bestimmten Bestrahlung, ggf. in Verbindung mit Vibrationen, ausgesetzt wird. Insbesondere hat sich in ersten Versuchen herausgestellt, dass je nach verwende- tem Werkstoff der Kern vorteilhaft pyrolytisch, d.h. durch thermi- sche Zersetzung, entfernt werden kann, wodurch eine zuverläs- sige, rückstandsfreie Entfernung des Kerns gewährleistet wer- den kann. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Kern durch Aufschmelzen aus dem Werkstück entfernt wird. Das Auf- schmelzen kann beispielsweise genutzt werden, um bewusst ei- nen Rückstand des Kernwerkstoffs an der Oberfläche des Kern- hohlraums zu belassen, so dass eine Oberflächenbeschichtung des Kernhohlraums bewirkt werden kann, um beispielsweise den verwendeten metallischen Werkstoff vor dem Einfluss aggressi- ver Fluide zu schützen, die durch den Kernhohlraum beim späte- ren Einsatz des Werkstücks strömen werden. The core is consequently broken up into a multitude of small components - possibly down to the molecular level - in order to remove it from the core cavity. This can be, for example, a mechanical breakup, for example when the core is exposed to a certain radiation, possibly in connection with vibrations. In particular, it has been found in initial tests that, depending on the material used, the core is advantageously pyrolytic, i.e. can be removed by thermal decomposition, which can ensure reliable, residue-free removal of the core. Alternatively, it can be provided that the core is removed from the workpiece by melting. The melting can be used, for example, to deliberately leave a residue of the core material on the surface of the core cavity, so that a surface coating of the core cavity can be effected, for example to protect the metallic material used from the influence of aggressive fluids to protect that will flow through the core cavity when the workpiece is later used.
Weiterhin haben erste Versuche gezeigt, dass der Kern auch vorteilhaft mittels eines chemisch oder physikalisch wirkenden Lösungsmittels rückstandsfrei aus dem Werkstück entfernt wer- den kann oder ausgespült werden kann. Dabei muss nicht not- wendigerweise das komplette Kernelement gelöst werden, denn es kann ausreichen, zumindest einen ungebundenen Zustand des Kunststoffs zu bewirken. Die thermische Belastung des Werkstücks, die bei einer pyrolytischen oder Schmelz- Entfernung des Kerns auf das Werkstück einwirkt, kann durch das Auflösen oder Ausspülen des Kerns vermieden werden. Furthermore, initial tests have shown that the core can also advantageously be removed from the workpiece without residues by means of a chemical or physical solvent. that can or can be rinsed out. The complete core element does not necessarily have to be loosened here, since it can be sufficient to at least bring about an unbound state of the plastic. The thermal stress on the workpiece, which acts on the workpiece when the core is pyrolytically or melted, can be avoided by dissolving or rinsing the core.
Eine Kombination von unterschiedlichen Verfahren zur Entfer- nung des Kerns ist möglich, wie anhand von drei Beispielen er- läutert wird: A combination of different methods for removing the core is possible, as will be explained using three examples:
Beispielsweise kann erstens vorgesehen sein, dass zuerst der Kunststoffanteil des Kerns pyrolysiert wird und anschließend ein Salzanteil des Kerns in Wasser aufgelöst wird. For example, it can first be provided that the plastic portion of the core is pyrolyzed first and then a salt portion of the core is dissolved in water.
Oder eine Kombination unterschiedlicher Verfahren kann zwei- tens dadurch erfolgen, dass zunächst nur der Kunststoff„zer- stört“ wird, z. B. durch einen Übergang in einen flüssigen oder gasförmigen Zustand, und anschließend wird ein Füllstoff des Kerns wie z. B. das erwähnte Salz oder auch Talkum aus dem Kernhohlraum ausgespült. Der Füllstoff selbst muss dabei nicht lösbar sein, sondern kann auch mit dem Spülmedium ein belie biges Gemisch bilden. Secondly, a combination of different processes can be achieved by initially only “destroying” the plastic, eg. B. by a transition to a liquid or gaseous state, and then a filler of the core such. B. rinsed the salt or talc from the core cavity. The filler itself does not have to be soluble, but can also form any mixture with the flushing medium.
Oder eine Kombination unterschiedlicher Verfahren kann drittens dadurch erfolgen, dass der Kern eine äußere Hüllschicht als Kernelement aufweist, welches eine die Flinterschneidungen bewirkende Geometrie aufweist und welches wie vorbeschrieben in kleine Bestandteile aufgebrochen und aus dem Kernhohlraum entfernt wird. Das vorschlagsgemäße Verfahren wird daher nur auf dieses äußere Kernelement angewendet. Nach Entfernung dieser äußeren Hüllschicht liegt ein Rest des Kerns vor, der nun an einem Stück entfernt werden kann, z. B. gezogen werden kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Durch diese Kombination kann möglicherweise die erforderliche Zeit reduziert werden, die ansonsten für das vollständige Aufbrechen des ge- samten Kerns in kleine Bestandteile erforderlich wäre. Or, a combination of different methods can be carried out thirdly in that the core has an outer cladding layer as the core element, which has the geometry causing the flinter cuts and which, as described above, is broken up into small components and removed from the core cavity. The proposed method is therefore only applied to this outer core element. After removal of this outer covering layer, there is a rest of the core, which can now be removed in one piece, e.g. B. can be pulled, as known from the prior art. This combination may reduce the time required that would otherwise be required for the complete breakdown of the entire core into small components.
Im Rahmen des vorliegenden Vorschlags ist vorgesehen, dass durch das Spritzgussverfahren ein Element geschaffen wird, welches als„Kernelement“ bezeichnet ist. Die Verwendung des Spritzgusses ist besonders vorteilhaft, da so bei der Fertigung des Kernelements eine deutlich geringere Schwindung auftritt, als sie bei Salzkerngießverfahren aus der Schmelze bekannt ist. Es kann sich dabei um den vollständigen Kern handeln, der in die Druckgussform eingesetzt werden soll. Es kann sich jedoch auch um lediglich eines von zwei oder mehreren Elementen handeln, die zunächst miteinander verbunden werden, um so den Kern mit seiner endgültigen Geometrie zu schaffen. Dabei müssen nicht alle Teile des Kerns entformungsfrei entfernbar im Sinne der Erfindung sein, es genügt, wenn wenigstens ein Kern- element so beschaffen ist. In the context of the present proposal, it is provided that an element is created by the injection molding process, which is referred to as the “core element”. The use of injection molding is particularly advantageous because the core element is produced with a significantly lower shrinkage than is known from the melt in the case of salt core casting processes. It can be the complete core to be inserted into the die. However, it can also be just one of two or more elements that are initially connected to one another in order to create the core with its final geometry. It is not necessary for all parts of the core to be removable in the sense of the invention without demolding, it is sufficient if at least one core element is of such a nature.
So kann beispielsweise durch eine Verklebung mehrerer Kern- elemente eine komplexe Geometrie des Kerns bewirkt werden, ohne den Kern spanabhebend in einem unerwünscht großen Ausmaß nachbearbeiten zu müssen, abgesehen von dem für Spritzguss typischen eventuellen Nachbearbeitungen wie dem Entfernen von Angüssen, Graten o. dgl. Bei der Verklebung mehrerer Kernelemente können Kernelemente verwendet wer- den, die hinsichtlich ihrer Geometrie und / oder ihrer Werkstoffe gleich oder unterschiedlich sein können. Idealerweise ist der Kleber selbst entformungsfrei entfernbar, damit eine rückstands- lose Entfernung in einfacher Weise möglich ist. Bei geeignetem Kunstsoff im Werkstoff der Kernelemente können diese auch un- ter Erwärmung der Kontaktflächen ohne Zusatz eines gesonder- ten Klebstoffs miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Die Kernelemente müssen auch nicht zwingend verklebt werden, es ist grundsätzlich auch jede Art von kraft-, form- oder stoffschlüs- siger Verbindung geeignet. Es kann jedoch vorgesehen sein, das Kernelement, welches zu nächst im Spritzgussverfahren hergestellt ist, anschließend nachzubearbeiten, insbesondere Span abhebend nachzubear- beiten, um die endgültig gewünschte Geometrie dieses Kern- elements zu erhalten. Insbesondere wenn lediglich ein einziges Kernelement später den Kern bilden soll, kann eine derartige Nachbearbeitung des Kerns wirtschaftlich vorteilhaft sein im Vergleich zur Herstellung eines Kerns aus mehreren einzelnen, miteinander zu verbindenden Kernelementen. Eine Nachbearbei- tung kann insbesondere im Kontaktbereich zum zu bildenden Werkstück erfolgen, d.h. es lassen sich z.B. durch die Nachbe- arbeitung Strukturen im Kernelement erzeugen, welche später im Werkstück abgebildet werden. For example, by gluing several core elements, a complex geometry of the core can be achieved without having to rework the core to an undesirably large extent, apart from the possible reworking typical of injection molding, such as the removal of sprues, burrs or the like. When several core elements are bonded, core elements can be used which can be the same or different with regard to their geometry and / or their materials. Ideally, the adhesive itself can be removed without demolding, so that residue-free removal is easily possible. With a suitable plastic in the material of the core elements, these can also be bonded to one another by heating the contact surfaces without the addition of a separate adhesive. The core elements also do not necessarily have to be glued, in principle any type of non-positive, positive or material connection is also suitable. However, it can be provided that the core element, which is initially produced in the injection molding process, is subsequently post-processed, in particular, post-machined, in order to obtain the finally desired geometry of this core element. In particular, if only a single core element is to form the core later, such a reworking of the core can be economically advantageous compared to the production of a core from a plurality of individual core elements to be connected to one another. Post-processing can be carried out in particular in the contact area with the workpiece to be formed, ie structures can be created in the core element, for example by post-processing, which are later imaged in the workpiece.
Die Kernelemente, welche im Spritzguss hergestellt werden können, können teilweise oder insbesondere auch vollständig aus einem Kunststoff bestehen wie z.B. Bakelit, Epoxiden oder Duroplasten, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunst- stoff wie einem Polyamid, einem Acrylat, Styrol, Lactide, Ethylen, Propylen, Acetat oder einem Alkohol, insbesondere einem Po- lyvinylalkohol oder einer Mischung dieser Kunststoffe. Abgese- hen von der guten Verarbeitbarkeit dieser Kunststoffe weisen diese auch Vorteile auf hinsichtlich ihrer späteren Entfernbarkeit aus dem Kernhohlraum, und beispielsweise die Thermoplaste können unter bestimmten Bedingungen auch wiederverwendet werden. Polyvinylalkohol ist zudem hinsichtlich der Umweltbelas- tung problemlos und insofern vorteilhaft, als er in das Abwasser abgegeben werden darf. The core elements, which can be produced by injection molding, can consist partially or in particular entirely of a plastic, such as Bakelite, epoxies or thermosets, in particular made of a thermoplastic such as a polyamide, an acrylate, styrene, lactide, ethylene, propylene, acetate or an alcohol, in particular a polyvinyl alcohol or a mixture of these plastics. Apart from the good processability of these plastics, they also have advantages with regard to their later removability from the core cavity, and for example the thermoplastics can also be reused under certain conditions. Polyvinyl alcohol is also problem-free in terms of environmental pollution and is advantageous in that it can be released into the waste water.
Das vorschlagsgemäße Verfahren kann vorteilhaft angewendet werden, wenn das Werkstück im in einem Kaltkammer- oder Warmkammerdruckgussverfahren, und insbesondere in einem Hochdruckgussverfahren erzeugt wird. Hierbei wird unter Hoch- druckgussverfahren ein Druckgussverfahren verstanden, bei dem die Drücke größer 30 bar, insbesondere größer 100 bar, angewendet werden. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass das Verfahren aber auch im Niederdruckguss bei Drücken kleiner 30 bar angewendet werden kann. The proposed method can advantageously be used if the workpiece is produced in a cold chamber or hot chamber die casting process, and in particular in a high pressure casting process. High-pressure casting is understood to mean a pressure casting process in which the pressures greater than 30 bar, in particular greater than 100 bar, are used. The person skilled in the art can see that the The process can also be used in low pressure casting at pressures below 30 bar.
Vorteilhaft ist das Verfahren besonders im Hochdruckguss bei einem Gießdruck von mehr als 100 bar, da dort typischerweise eine hohe Biegebeanspruchung des Kernes vorliegt und das vorgeschlagene Kernelement eine besonders gute Biegefestig- keit aufweist ggü. einem Kernelement mit einem geringeren Kunststoffanteil, bzw. einer höheren Sprödigkeit. Da bei einem hohen Gießdruck das Kernelement sehr schnell innerhalb weni- ger Millisekunden umgossen wird, kann der Kunststoff in dieser Zeit noch nicht erweichen oder an Festigkeit verlieren wie dies ggf. bei einer geringeren Gießgeschwindigkeit der Fall sein könnte; so ist besonders bei einer hohen Gießgeschwindigkeit, bzw. einem hohen Gießdruck, eine gute Formbeständigkeit des Kernelements gegeben. The method is particularly advantageous in high-pressure casting at a casting pressure of more than 100 bar, since there is typically a high bending stress on the core and the proposed core element has a particularly good bending strength compared to a core element with a lower plastic content or a higher brittleness. Since the core element is cast around very quickly within a few milliseconds at a high casting pressure, the plastic cannot soften or lose strength during this time, as might be the case at a lower casting speed; This ensures good dimensional stability of the core element, especially at a high casting speed or a high casting pressure.
Ganz besonders vorteilhaft eignet sich das Verfahren wenn das Werkstück im Aluminium-Hochdruckgießverfahren erzeugt wird, also eine schmelzflüssigen Aluminiumlegierung mit einem Druck von 250 bar oder mehr in die Form eingebracht wird. Dabei kann der Gießdruck bevorzugt bei 500 bar oder höher, besonders be- vorzugt bei 700 bar oder höher liegen. Durch den hohen Druck kann sichergestellt werden, dass das Metall in sämtliche Berei- che des Formhohlraums vollständig einströmt, so dass die er- wähnten filigranen Strukturen zuverlässig auch bei einer Serien- fertigung mit möglichst kurzen Taktzeiten erzeugt werden kön- nen. Der hohe Druck bewirkt weiterhin, dass die Druckgussform innerhalb von einigen Millisekunden, also innerhalb von Sekun- denbruchteilen und typisch innerhalb von weniger als 1/10 Se- kunde, vollständig gefüllt werden kann, so dass die Temperatur- beaufschlagung des grundsätzlich temperaturempfindlichen Kerns, der ja Kunststoff enthält, auf eine sehr kurze Zeit be- grenzt werden kann, bis das Metall an den äußeren Oberflächen des Werkstücks, bzw. an der Grenzfläche von Werkstück und Kern, zu erstarren beginnt und eine ausreichende Formstabilität aufweist. Wenn der Kern anschließend erweicht und keine Formbeständigkeit mehr garantieren kann, hat das metallische Werkstück eine ausreichende Formstabilität erreicht, um uner- wünschte Verformungen des Werkstücks auszuschließen. The method is particularly advantageous when the workpiece is produced using the aluminum high-pressure casting method, that is to say a molten aluminum alloy is introduced into the mold at a pressure of 250 bar or more. The casting pressure can preferably be 500 bar or higher, particularly preferably 700 bar or higher. The high pressure ensures that the metal flows completely into all areas of the mold cavity, so that the filigree structures mentioned can be reliably produced even with a series production with cycle times that are as short as possible. The high pressure also means that the die can be filled completely within a few milliseconds, ie within fractions of a second and typically within less than 1/10 second, so that the temperature of the basically temperature-sensitive core, the yes contains plastic, can be limited to a very short time until the metal on the outer surfaces of the workpiece or at the interface of the workpiece and the core begins to solidify and there is sufficient dimensional stability having. If the core then softens and can no longer guarantee dimensional stability, the metallic workpiece has achieved sufficient dimensional stability to prevent undesired deformation of the workpiece.
Das Metall, welches jedes, dem Fachmann bekannte, gießfähige Metall oder Legierung sein kann, insbesondere nicht Eisen- Metall wie Kupfer, Zink, Messing, Magnesium oder Aluminium, welches vorteilhaft mit einer Temperatur von mehr als 380° C in die Druckgussform eingebracht wird. Insbesondere wenn als Ma- terial eine Aluminiumlegierung verwendet wird und die Verarbei- tung des Metalls im Aluminium-Hochdruckguss mit Drücken von mehr als 250 bar erfolgt, wird durch eine Temperatur von mehr als 500° C ein Fließverhalten der Aluminiumschmelze gewähr- leistet, welches die Erzeugung der gewünschten filigranen Struk- turen ermöglicht. The metal, which can be any castable metal or alloy known to the person skilled in the art, in particular not ferrous metal such as copper, zinc, brass, magnesium or aluminum, which is advantageously introduced into the die-casting mold at a temperature of more than 380 ° C. In particular, if an aluminum alloy is used as the material and the metal is processed in high-pressure aluminum casting with pressures of more than 250 bar, a flow behavior of the aluminum melt is guaranteed by a temperature of more than 500 ° C. Generation of the desired filigree structures enables.
Insbesondere hat sich in ersten Versuchen herausgestellt, dass angesichts von Drücken in Höhe von mehr als 500 bar und an- gesichts von Temperaturen, die im Bereich von 550 bis 650° C liegen, wenn die Aluminiumlegierung in die Druckgussform ein- strömt der Kern eine ausreichende mechanische und thermische Stabilität aufweist, um den Gießvorgang unbeschadet zu über- stehen und so die gewünschte spätere Geometrie des Werk- stücks nicht aufgrund von Defekten des Kerns zu gefährden. In particular, it has been found in initial tests that, given pressures of more than 500 bar and temperatures in the range from 550 to 650 ° C., when the aluminum alloy flows into the die casting mold, the core flows sufficiently has mechanical and thermal stability to survive the casting process undamaged and thus not endanger the desired later geometry of the workpiece due to defects in the core.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das Kernelement neben dem Kunststoff thermisch stabile aber lösliche Füllstoffe enthält. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Salz handeln. Hier- durch wird einerseits die Temperaturbeständigkeit des Kerns verbessert, und andererseits kann das Salz oder ein vergleich- bar geeigneter Füllstoff die Zerstörung des Kerns, nämlich das Aufbrechen in eine Vielzahl kleiner Bestandteile unterstützen. Wenn es sich beispielsweise um ein wasserlösliches Salz wie Natriumchlorid handelt (NaCI) kann das Salz durch Wasser ge- löst werden. Besonders vorteilhaft hat sich in ersten Versuchen die Verwen- dung von halogenfreien Salzen, wie z. B. Natriumkarbonat als Salz bewährt: Dieses ist ebenfalls wasserlöslich und verhindert Reaktionen mit dem Kunststoff, die im Falle beispielsweise von Natriumchlorid auftreten könnten und zu nicht wasserlöslichen Rückständen im Kernhohlraum führen könnten. It can advantageously be provided that the core element contains thermally stable but soluble fillers in addition to the plastic. This can be a salt, for example. On the one hand, this improves the temperature resistance of the core, and on the other hand, the salt or a comparable filler can support the destruction of the core, namely the breaking up into a large number of small components. For example, if it is a water-soluble salt such as sodium chloride (NaCl), the salt can be dissolved by water. In initial experiments, the use of halogen-free salts, such as, for example, B. Sodium carbonate proven as salt: This is also water-soluble and prevents reactions with the plastic, which could occur in the case of, for example, sodium chloride and could lead to water-insoluble residues in the core cavity.
Wenn die Salzanteile im Kernelement eine Verbindung der ein- zelnen Kunststoffbereiche in Kernelemente verhindern, so kann durch Auflösung des Salzes das Kernelement in eine Vielzahl kleiner Partikel aufgebrochen werden, die anschließend aus dem Kernhohlraum herausgeschwemmt werden können. Vorzugs- weise jedoch kann das Kunststoffmaterial innerhalb eines Kern- elements eine Art Matrix bilden, in welche der Salzanteil einge- lagert ist, so dass die einzelnen Kunststoffbereiche sämtlich mit- einander in Verbindung stehen. Auf diese Weise kann die me- chanische Stabilität - beispielsweise die Schwingungs- und Stoßfestigkeit - des Kernelements erheblich verbessert werden, so dass mechanische Schäden des Kerns beim Druckgießvor- gang vermieden werden können, wenn im Hochdruckgießverfah- ren die Schmelze innerhalb von Sekundenbruchteilen in die Form einströmt und auf den Kern einwirkt. Durch die hohe me- chanische Stabilität kann der Kern mit einer besonders feinen Geometrie und geringen Querschnitten hergestellt werden, ohne beim Gießvorgang ein Zerbrechen des Kerns befürchten zu müssen. If the salt components in the core element prevent the individual plastic areas from being connected to core elements, the salt element can be broken up into a large number of small particles by dissolving the salt, which can then be washed out of the core cavity. Preferably, however, the plastic material within a core element can form a kind of matrix in which the salt content is stored, so that the individual plastic areas are all connected to one another. In this way, the mechanical stability - for example the vibration and shock resistance - of the core element can be considerably improved, so that mechanical damage to the core during the die casting process can be avoided if the melt is cast into the mold within a fraction of a second in the high pressure casting process flows in and acts on the core. Due to the high mechanical stability, the core can be manufactured with a particularly fine geometry and small cross-sections without fear of the core breaking during the casting process.
In ersten Versuchen hat sich insbesondere die Verwendung von Polyvinylalkohol (PVAL) für das Kunststoffmaterial eines Kern- elements bewährt. Der Polyvinylalkohol ist wasserlöslich, so dass in Verbindung mit einem wasserlöslichen Salz, wie bei spielsweise dem erwähnten Natriumkarbonat, ein vollständig wasserlösliches Kernelement geschaffen werden kann. Insbe- sondere wenn mehrere Kernelemente zu einem Kern miteinan- der verbunden werden und dabei ein wasserlöslicher Kleber verwendet wird, kann der gesamte Kern rückstandsfrei mit Hilfe von Wasser aus dem Kernhohlraum ausgespült werden. In the first attempts, the use of polyvinyl alcohol (PVAL) for the plastic material of a core element has proven itself. The polyvinyl alcohol is water-soluble, so that a completely water-soluble core element can be created in conjunction with a water-soluble salt, such as the sodium carbonate mentioned. Especially if several core elements are connected to one core and thereby a water-soluble adhesive is used, the entire core can be rinsed out of the core cavity with the help of water.
Als weitere mögliche Füllstoffe zu den schon erwähnten Füllstof- fen sind z. B. Kreide und auch Talkum zu nennen, sowie weitere dem Fachmann ersichtliche Salze und Füllstoffe. Des Weiteren können auch Mischungen aus verschiedenen Salzen und /oder Füllstoffen und / oder Kunststoffen zum Einsatz kommen. Other possible fillers for the fillers already mentioned are, for. B. chalk and talc, as well as other salts and fillers apparent to those skilled in the art. Mixtures of different salts and / or fillers and / or plastics can also be used.
Als Lösungsmittel können neben Wasser auch organische Lö- sungsmittel, insbesondere Glykole, eingesetzt werden, um ein Kernelement aus dem Kernhohlraum zu entfernen. Die Lö- sungsmittel können bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Tem- peratur eingesetzt werden, um z. B. die Löslichkeit zu optimieren und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu verbessern.  In addition to water, organic solvents, in particular glycols, can also be used as solvents in order to remove a core element from the core cavity. The solvents can be used at room temperature or at elevated temperatures, for example to B. optimize the solubility and improve the economy of the process.
Bei einem ausreichend hohen Anteil des Kunststoffs im Kern- werkstoff, insbesondere ab dem vorschlagsgemäß vorgesehe- nen Anteil von 5 Gew.-%, kann es zur Entfernung des Kernele- ments ausreichen, wenn lediglich der Kunststoff in einen unge- bundenen Zustand wechselt, um so die Bindung des Füllstoffs im Kernelement aufzuheben, so dass der Füllstoff beispielsweise ausgespült werden kann, ohne selbst pyrolysiert oder chemisch bzw. physikalisch gelöst werden zu müssen, es reicht vielmehr aus, eine Dispersion zu schaffen. With a sufficiently high proportion of the plastic in the core material, in particular from the proposed proportion of 5% by weight, it may be sufficient to remove the core element if only the plastic changes to an unbound state thus removing the binding of the filler in the core element so that, for example, the filler can be rinsed out without having to be pyrolyzed or chemically or physically dissolved, rather it is sufficient to create a dispersion.
Das Verfahren ist besonders geeignet zur Herstellung von Ma- schinenteilen mit filigranen Strukturen, komplexen Hinterschnei- dungen oder beispielsweise auch integrierten Kühlkanälen. So kann das Verfahren z.B. besonders für die Herstellung von Mo- torenteilen wie Motorengehäuse, Getriebegehäuse oder Zylin- derkurbelgehäuse, Turbinenschaufeln mit feinen Strukturen oder Hohlstrukturen, Werkzeuge mit integrierten Kühlkanälen bspw. zur konturnahen Kühlung, oder anderen komplexen Bauteilen, welche heutzutage sonst nur mit besonders vielen Prozessschrit- ten oder aufwändigen Verfahren wie dem Selektiven Laser Sin- tern herstellbar sind, angewendet werden. Vorteilhaft kann das vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks angewendet werden, welches einen oder mehrere auf die Verwendung des Werkstücks optimierte Strö- mungskanäle aufweist. Eine Optimierung kann bspw. den Strö- mungswiderstand im Strömungskanal betreffen, d. h. die Mini- mierung eines Druckverlusts oder die Vermeidung von Turbulen- zen. Dazu können bspw. scharfe Kanten oder Umlenkungen vermieden werden (als„scharf“ wird insbesondere verstanden, wenn der Radius der Kante oder Umlenkung kleiner ist als der Querschnittsdurchmesser des Kanals in der mit dem Radius auf- spannenden Ebene) oder weitere bekannte Methoden aus der Strömungslehre angewandt werden. Eine Optimierung kann bspw. aber auch eine Querschnittsausgestaltung oder Oberflä- chenstrukturierung zur Verbesserung des Wärmetransports zwi- schen dem Werkstück und einem Fluid betreffen, z. B. durch Schaffung einer großen oder besonders strukturierten Wan- dungsoberfläche. The method is particularly suitable for the production of machine parts with filigree structures, complex undercuts or, for example, also integrated cooling channels. For example, the method can be used, in particular, for the production of engine parts such as engine housings, gearbox housings or cylinder crankcases, turbine blades with fine structures or hollow structures, tools with integrated cooling channels, for example for near-contour cooling, or other complex components that are otherwise only particularly useful today Many process steps or complex processes such as selective laser sintering can be used. The proposed method can advantageously be used for producing a workpiece which has one or more flow channels optimized for the use of the workpiece. Optimization can relate, for example, to the flow resistance in the flow channel, ie the minimization of a pressure loss or the avoidance of turbulence. For this purpose, for example, sharp edges or deflections can be avoided (“sharp” is understood in particular if the radius of the edge or deflection is smaller than the cross-sectional diameter of the channel in the plane spanning the radius) or other known methods from fluid mechanics be applied. However, an optimization can also relate, for example, to a cross-sectional configuration or surface structuring to improve the heat transport between the workpiece and a fluid, eg. B. by creating a large or specially structured wall surface.
Besonders vorteilhaft kann das vorgeschlagene Verfahren an- gewendet werden, um einen Wärmetauscher herzustellen. Bei- spielsweise ist es aus dem Bereich der Brennkraftmaschinen bekannt, Wärmetauscher zu verwenden, bei denen Kühlflüssig- keit und Öl durch zwei voneinander getrennte Strömungskanäle des Wärmetauschers geführt werden. Insbesondere werden derartige Wärmetauscher häufig als Plattenwärmetauscher aus- gestaltet, wobei eine Vielzahl von Platten jeweils voneinander beanstandet angeordnet sind und abwechselnd zwischen jeweils zwei benachbarten Platten ein Strömungskanal für das Öl und ein Strömungskanal für das Kühlfluid verläuft. Die Montage eines derartigen Wärmetauschers aus einer Vielzahl einzelner Platten ist einerseits aufwendig und stellt andererseits durch die Vielzahl von Trennstellen eine Vielzahl von Fehlerquellen in Form von potenziellen Undichtigkeiten dar. Nach dem vorgeschlagenen Verfahren kann ein solcher Plattenwärmetauscher als ein einzi- ges Gussbauteil hergestellt werden, so dass die beiden ange- sprochenen Nachteile eines Wärmetauschers hinsichtlich Mon- tage und hinsichtlich Dichtheit entfallen können. The proposed method can be used particularly advantageously to produce a heat exchanger. For example, it is known from the field of internal combustion engines to use heat exchangers in which the cooling liquid and oil are conducted through two separate flow channels of the heat exchanger. In particular, such heat exchangers are often designed as plate heat exchangers, with a large number of plates each being arranged at a distance from one another and a flow channel for the oil and a flow channel for the cooling fluid running alternately between two adjacent plates. The assembly of such a heat exchanger from a large number of individual plates is complex on the one hand and, on the other hand, due to the large number of separation points, represents a multitude of sources of error in the form of potential leaks. According to the proposed method, such a plate heat exchanger can be produced as a single cast component, so that the two mentioned disadvantages of a heat exchanger with regard to assembly and tightness can be eliminated.
Insbesondere wenn der Wärmetauscher ohnehin mit anderen Komponenten einer Motorenperipherie verbunden werden soll, kann vorschlagsgemäß vorgesehen sein, den Wärmetauscher nicht als eigenständiges, z. B. quaderförmiges Element auszu- gestalten, sondern vielmehr mit anderen Komponenten in Form eines hoch komplexen integrierten Bauteils zu fertigen. Hier durch können aufgrund des weiteren Entfalls von Flanschverbin- dungen potentielle Leckagestellen reduziert werden und der Aufwand in der späteren Montage des hergestellten Werkstücks verringert werden. Auch können die Vorteile bzgl. der Freiheits- grade in der geometrischen Ausgestaltung genutzt werden und dadurch ein verbessertes Produkt insbesondere bezüglich seiner Bauraumausnutzung und hinsichtlich eines Druckverlustes bei seiner Durchströmung hergestellt werden, z. B. mittels einer hier- für besonders geeigneten Oberflächenstrukturierung. In particular, if the heat exchanger is to be connected to other components of an engine periphery anyway, it can be provided according to the proposal that the heat exchanger is not an independent, for. B. design cuboid element, but rather to manufacture with other components in the form of a highly complex integrated component. In this way, potential leakage points can be reduced due to the further elimination of flange connections and the effort in the later assembly of the workpiece produced can be reduced. The advantages with regard to the degrees of freedom in the geometric configuration can also be used, and an improved product can thereby be produced, in particular with regard to its use of installation space and with regard to a pressure loss when it flows through, for example, B. by means of a surface structuring which is particularly suitable for this.
Der vorliegende Vorschlag wird anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt The present proposal is explained in more detail below on the basis of the purely schematic representations. It shows
Fig. 1 schematisch die Herstellung eines Kernelements in mehreren Schritten, 1 schematically shows the production of a core element in several steps,
Fig. 2 die Herstellung eines metallischen Werkstücks im Fig. 2 shows the manufacture of a metallic workpiece in the
Aluminium-Hochdruckgussverfahren unter Verwen- dung des Kerns von Fig. 1 ,  Aluminum high pressure casting process using the core of Fig. 1,
Fig. 3 + 4 Kernelemente zur Herstellung eines Plattenwärme- tauschers,  3 + 4 core elements for the manufacture of a plate heat exchanger,
Fig. 5 - 7 die Anordnung einer Mehrzahl der Kernelemente zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers, Fig. 8 - 10 Ansichten auf das Werkstück zur Herstellung eines 5 - 7 the arrangement of a plurality of the core elements for producing a plate heat exchanger, Fig. 8 - 10 views of the workpiece for producing a
Plattenwärmetauschers,  Plate heat exchanger,
Fig. 11 den aus diesem Werkstück hergestellten montage- fertigen Plattenwärmetauscher. Fig. 12 zeigt ein Modul zur Aufnahme eines Filtereinsatzes sowie mit dem in dem Modul angeordneten Wär- metauscher von Fig. 11 , und 11 shows the ready-to-assemble plate heat exchanger made from this workpiece. FIG. 12 shows a module for receiving a filter insert and with the heat exchanger from FIGS. 11 and 12 arranged in the module
Fig. 13 ein Werkstück mit einem aus drei Kernelementen gebildeten Kern mit Einlegern. 13 a workpiece with a core formed from three core elements with inserts.
In Fig. 1 ist eine Spritzgussform 1 dargestellt, die eine als obere Formhälfte dargestellte Düsenseite 2 und eine als untere Form- hälfte dargestellte Auswerferseite 3 aufweist, wobei die Düsen- seite 2 und die Auswerferseite 3 einen Flohlraum 4 umschließen. Ein fließfähiges Kernmaterial 5 liegt als Compound vor und be- steht im vorliegenden Beispiel aus Polyvinylalkohol, als Kunst- stoffkom ponente sowie aus Natriumkarbonat (Na2COs) als Salz- komponente. Der Salzanteil liegt bevorzugt bei einem Anteil von mehr als 40 Gew.-%. Diese Ausgangssituation zur Fierstellung eines Kerns 18 ist in Fig. 1 ganz links als erster Verfahrensschritt dargestellt. 1 shows an injection mold 1 which has a nozzle side 2 shown as the upper mold half and an ejector side 3 shown as the lower mold half, the nozzle side 2 and the ejector side 3 enclosing a hollow space 4. A flowable core material 5 is present as a compound and in the present example consists of polyvinyl alcohol, as a plastic component and sodium carbonate (Na2COs) as a salt component. The salt content is preferably more than 40% by weight. This initial situation for the positioning of a core 18 is shown in the far left in FIG. 1 as the first method step.
Rechts daneben ist ersichtlich, dass mittels eines Einspritzag- gregats 6, welches hier als Druckkolben angedeutet ist, das Kernmaterial 5 durch einen Zufuhrkanal 7 in die Spritzgussform 1 eingespritzt worden ist, so dass das Kernmaterial 5 nun den Flohlraum 4 und den Zufuhrkanal 7 ausfüllt. Im Flohlraum 4 bildet das Kernmaterial 5 nun ein aus einem einzigen Kernelement 8 gebildeten Kern 18. On the right, it can be seen that by means of an injection unit 6, which is indicated here as a pressure piston, the core material 5 has been injected into the injection mold 1 through a feed channel 7, so that the core material 5 now fills the flute space 4 and the feed channel 7. In the hollow space 4, the core material 5 now forms a core 18 formed from a single core element 8.
Im benachbart rechts dargestellten dritten Verfahrensschritt wird die Spritzgussform 1 geöffnet, indem die Düsenseite 2 und die Auswerferseite 3 auseinandergefahren werden, so dass nun das Kernelement 8 aus der Spritzgussform 1 entnommen werden kann, nachdem es ausreichend abgekühlt und dementsprechend erstarrt ist, so dass es formstabil bleibt. In the third method step shown on the right, the injection mold 1 is opened by moving the nozzle side 2 and the ejector side 3 apart, so that the core element 8 can now be removed from the injection mold 1 after it has cooled sufficiently and solidified accordingly, so that it is dimensionally stable remains.
Im ganz rechts dargestellten Verfahrensschritt der Fig. 1 ist er- sichtlich, dass das Kernelement 8 zur Fierstellung eines einsatz- bereiten Kerns 18 einerseits von einem Anguss 9 getrennt wor- den ist, bei dem es sich um das Kernmaterial 5 handelt, welches im Zufuhrkanal 7 erstarrt ist. Weiterhin ist durch spanabhebende Bearbeitung der Kern 18 mit zwei Vertiefungen 10 versehen worden, nämlich in Form von Bohrungen, die den Kern 18 voll- ständig durchsetzen und einen Durchmesser von jeweils 1 mm aufweisen. Abgesehen von diesen Vertiefungen 10 weist der Kern 18 auch einen Vorsprung 11 auf. In the method step of FIG. 1 shown on the far right, it can be seen that the core element 8 for fixing a ready-to-use core 18 has been separated from a sprue 9 on the one hand. that is, which is the core material 5, which has solidified in the feed channel 7. Furthermore, the core 18 has been provided with two recesses 10 by machining, namely in the form of bores which penetrate the core 18 completely and each have a diameter of 1 mm. Apart from these depressions 10, the core 18 also has a projection 11.
Je nach Ausprägung und Form können die erwähnten Vertiefun- gen 10 auch im Spritzguss selbst dargestellt werden, wobei die- se eine wie bereits beschriebene filigrane Struktur darstellen, die Vertiefungen und / oder Erhebungen aufweisen können, wobei die Vertiefungen durch das Werkstück (Löcher) gehen können, aber nicht müssen. Depending on the design and shape, the depressions 10 mentioned can also be represented by injection molding themselves, which represent a filigree structure as described above, which depressions and / or elevations can have, the depressions going through the workpiece (holes) can, but does not have to.
Fig. 2 zeigt die Verwendung dieses so hergestellten Kernele- ments 8 als Kern 18 bei der Herstellung eines Werkstücks 12, ebenfalls wieder in mehreren Schritten von links nach rechts. Ei- ne Gießform ist hier als Druckgussform 101 ausgestaltet und weist eine Düsenseite 102 und eine Auswerferseite 103 auf, die einen Hohlraum 104 umschließen. Im Hohlraum 104 ist der Kern 18 angeordnet. Ein fließfähiger metallischer Werkstoff 105, im Beispiel die Schmelze einer Aluminiumlegierung, befindet sich unmittelbar außerhalb der Druckgussform 101. 2 shows the use of this core element 8 produced in this way as the core 18 in the production of a workpiece 12, again in several steps from left to right. A casting mold is designed here as a die casting mold 101 and has a nozzle side 102 and an ejector side 103 which enclose a cavity 104. The core 18 is arranged in the cavity 104. A flowable metallic material 105, in the example the melt of an aluminum alloy, is located directly outside the die casting mold 101.
Im nächsten Schritt ist dargestellt, dass das flüssige Metall 105 mittels eines Einspritzaggregats 106 unter hohem Druck in die Druckgussform 101 eingespritzt worden ist und den Hohlraum 104 sowie den Zufuhrkanal 107 ausfüllt und den Kern 18 umgibt. Dabei ist das Metall auch in die Bohrungen, also in die Vertie- fungen 10 des Kerns 18 eingeströmt. The next step shows that the liquid metal 105 has been injected into the die 101 under high pressure by means of an injection unit 106 and fills the cavity 104 and the feed channel 107 and surrounds the core 18. The metal has also flowed into the bores, that is to say into the depressions 10 in the core 18.
Im benachbart daneben rechts dargestellten Arbeitsschritt ist die Druckgussform 101 getrennt worden, indem die Düsenseite 102 und die Auswerferseite 103 auseinandergefahren worden sind, so dass nun ein metallisches Werkstück 12 aus der Form ent- nommen werden kann. Der Kern 18 befindet sich dabei noch in- nerhalb des Werkstücks 12. Aufgrund seiner Geometrie kann er nicht aus dem Werkstück 12 entformt werden. In the work step shown next to it on the right, the die-casting mold 101 was separated by moving the nozzle side 102 and the ejector side 103 apart, so that a metallic workpiece 12 is now removed from the mold. can be taken. The core 18 is still inside the workpiece 12. Because of its geometry, it cannot be removed from the workpiece 12.
Als letzter Herstellungsschritt bei der Herstellung des fertigen Werkstücks 12 ist ganz rechts in Fig. 2 dargestellt, dass ein An- guss 109 aus Metall von dem Werkstück 12 entfernt worden ist und das Kernmaterial 5 des Kerns 18 in viele kleine, schema- tisch angedeutete Bestandteile aufgebrochen worden ist. Inner- halb des Werkstücks 12 bleibt nun eine Kavität 108 zurück, die zuvor der Kern 18 ausgefüllt hatte. Insbesondere wird dabei eine filigrane Struktur 14 innerhalb des Werkstücks 12 dadurch ge- schaffen, dass Stifte 14‘ mit einem Durchmesser von 1 mm in- nerhalb des Werkstücks 12 geschaffen worden sind, nämlich als Material aus dem Werkstoff 105 der Aluminiumlegierung, wel- ches in die Vertiefungen 10 des Kernelements 8 eingeströmt war. As the last manufacturing step in the manufacture of the finished workpiece 12, it is shown on the far right in FIG. 2 that a sprue 109 made of metal has been removed from the workpiece 12 and the core material 5 of the core 18 into many small, schematically indicated components has been broken up. A cavity 108 now remains within the workpiece 12, which the core 18 had previously filled. In particular, a filigree structure 14 is created within the workpiece 12 by creating pins 14 'with a diameter of 1 mm inside the workpiece 12, namely as a material made of the material 105 of the aluminum alloy, which is used in the depressions 10 of the core element 8 had flowed in.
Dadurch, dass der Kern 18 aus Polyvinylalkohol und Natrium- karbonat bestand, konnte er durch Verwendung von lediglich Wasser aus dem Werkstück 12 herausgelöst und dabei vollstän- dig aufgelöst werden. Because the core 18 consisted of polyvinyl alcohol and sodium carbonate, it could be detached from the workpiece 12 by using only water and thereby completely dissolved.
Abhängig vom eingesetzten Kernmaterial kann die Entkernung pyrolytisch oder durch Lösen des Kernmaterials in einem Lö- sungsmittel stattfinden. Es ist auch denkbar, dass ein biologisch abbaubarer Kunststoff, wie z.B. ein stärkebasierter Kunststoff, durch einen chemischen oder biologischen Prozess (z.B. Zerset- zung durch Bakterien) zerstört wird. Weiterhin können mechani- sche Effekte genutzt werden, wie z. B. mittels Sprühlanzen oder anderer den Kern schädigender oder zerstörender Verfahren.Depending on the core material used, the coring can take place pyrolytically or by dissolving the core material in a solvent. It is also conceivable that a biodegradable plastic, e.g. a starch-based plastic that is destroyed by a chemical or biological process (e.g. decomposition by bacteria). Mechanical effects can also be used, such as: B. by spray lances or other processes damaging or damaging the core.
Die unterschiedlichen Möglichkeiten zur Entfernung des Kerns 18 können allein oder in Verbindung miteinander eingesetzt wer- den: beispielsweise kann eine Entkernung mittels Lösen des Kerns 18 in einer Flüssigkeit erfolgen, z. B. im Wasserbad, und in Form eines Ultraschallbads mit einer mechanischen Wirkung kombiniert werden. The different options for removing the core 18 can be used alone or in conjunction with one another: for example, the core 18 can be removed from the core by dissolving it in a liquid, eg. B. in a water bath, and combined with a mechanical effect in the form of an ultrasonic bath.
Fig. 3 zeigt ein Kernelement 8, welches dazu dient, in einem Werkstück eine Kavität 108 in Form eines Strömungskanals 21 zu schaffen, der von Öl durchströmt werden soll, so dass im Weiteren dieses Kernelement mit der Bezeichnung 8ö gekenn- zeichnet wird. Das Kernelement 8ö hat die Maße 10cm x 3cm, eine Dicke von 2mm und weist eine Vielzahl von Vertiefungen 10 in Form von Bohrungen mit einem Durchmesser von 1 mm auf, sowie in Form von gebogenen, das Kernelement 8ö durchset- zenden Schlitzen. Weiterhin weist das Kernelement 8ö zwei an- geformte Rohrstutzen 15 auf, die jeweils eine das Kernelement 8ö durchsetzende Durchgangsbohrung 16 umgeben. FIG. 3 shows a core element 8, which serves to create a cavity 108 in the form of a flow channel 21 in a workpiece, through which oil is to flow, so that this core element is identified by the designation 8ö. The core element 8ö has the dimensions 10cm x 3cm, a thickness of 2mm and has a multiplicity of depressions 10 in the form of bores with a diameter of 1mm, and in the form of curved slots which penetrate the core element 8ö. Furthermore, the core element 8o has two molded-on pipe sockets 15, each of which surrounds a through hole 16 passing through the core element 8o.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Kernelement 8, welches einen Strö- mungskanal 21 für Wasser im Werkstück schaffen soll, so dass im Weiteren dieses Kernelement als Kernelement 8w bezeichnet wird. Auch hier hat das Kernelement 8w die Maße 10cm x 3cm, eine Dicke von 2mm, und weist eine Vielzahl von Vertiefungen 10 auf, die in Form von gebogenen Schlitzen mit einer Breite von 1 mm ausgestaltet sind. Durchgangsbohrungen 16 sind einerseits dort vorgesehen, wo am Kernelement 8ö die beiden Rohrstutzen 15 angeordnet sind, und andererseits auch innerhalb von vier Rohrstutzen 15 die sich am äußeren Rand des Kernelements 8w befinden. FIG. 4 shows a further core element 8, which is to create a flow channel 21 for water in the workpiece, so that this core element is referred to below as core element 8w. Here, too, the core element 8w has the dimensions 10cm x 3cm, a thickness of 2mm, and has a large number of depressions 10 which are designed in the form of curved slots with a width of 1mm. Through holes 16 are provided on the one hand where the two pipe sockets 15 are arranged on the core element 8o, and on the other hand also within four pipe sockets 15 which are located on the outer edge of the core element 8w.
Die unterschiedlichen Geometrien des auch als Ölkern bezeich- neten Kernelements 8ö und des auch als Wasserkern bezeich- neten Kernelements 8w sind so gewählt, dass sie für das jeweili- ge Strömungsmedium einerseits eine intensive Wärmeübertra- gung ermöglichen und andererseits Druckverluste in dem jewei- ligen Strömungskanal 21 möglichst gering halten; so sind z. B. die Kanäle, die von Wasser durchströmt werden sollen, im dar- gestellten Ausführungsbeispiel breiter als die Kanäle, die von Öl durchströmt werden sollen. Fig. 5 zeigt die abwechselnde und noch auseinandergezogene Anordnung von Kernelementen 8ö und 8w übereinander. The different geometries of the core element 8o, which is also referred to as an oil core, and of the core element 8w, which is also referred to as a water core, are selected in such a way that, on the one hand, they enable intensive heat transfer for the respective flow medium and, on the other hand, pressure losses in the respective flow channel Keep it as low as possible; so are z. B. the channels through which water is to flow, wider in the illustrated embodiment than the channels through which oil is to flow. Fig. 5 shows the alternating and still pulled apart arrangement of core elements 8ö and 8w one above the other.
Fig. 6 zeigt die Anordnung von Fig. 5, wobei die Kernelemente 8ö und 8w nun zu einem einen Kern 18 bildenden Paket zu- sammengesetzt sind. Der Kern 18 ist über dem Unterteil eines Druckgusswerkzeugs angeordnet. Dieses ist mit sechs Füh- rungsstiften 17 versehen, welche die Rohrstutzen 15 des aus den Kernelementen 8ö und 8w gebildeten Plattenpakets auf- nehmen. FIG. 6 shows the arrangement of FIG. 5, the core elements 8o and 8w now being assembled into a package forming a core 18. The core 18 is arranged over the lower part of a die casting tool. This is provided with six guide pins 17 which hold the pipe sockets 15 of the plate pack formed from the core elements 8o and 8w.
In Fig. 7 ist die Anordnung dieses als Plattenpaket ausgebildeten Kerns 18 im Druckgusswerkzeug dargestellt. Eine obere Werk- zeughälfte, die in Fig. 7 ersichtlich ist, kann nun auf die Füh- rungsstifte 17 abgesenkt werden, und anschließend wird unter Flochdruck eine flüssige Aluminiumlegierung in das Werkzeug gebracht und umschließt den als Plattenpaket der Kernelemente 8 gebildeten Kern 18. FIG. 7 shows the arrangement of this core 18, which is designed as a plate pack, in the die-casting tool. An upper half of the tool, which can be seen in FIG. 7, can now be lowered onto the guide pins 17, and then a liquid aluminum alloy is brought into the tool under flap pressure and surrounds the core 18 formed as a plate pack of the core elements 8.
Fig. 8 zeigt das so hergestellte Werkstück 12. 8 shows the workpiece 12 produced in this way.
Fig. 9 zeigt das Werkstück 12 in einer nicht einsatzfertigen Aus- gestaltung, bei der zur Veranschaulichung die oberste Gehäu- sewand des Werkstücks 12 entfernt ist und so ein Blick auf eine als Strömungskanal 21 ausgebildete Kavität 108, nämlich einen Ölkanal 21 ö freigegeben ist, nachdem nämlich sämtliche Kern- elemente 8ö und 8w aus dem Werkstück 12 entfernt worden sind. Die Vertiefungen 10 des Kernelements 8ö haben zur Aus- gestaltung von einer Vielzahl von filigranen Strukturen 14 in Ge- stalt von Noppen 14“ und von zwei gebogen verlaufenden Ste- gen 14‘“ geführt, die einerseits die Strömung des Öls durch den Ölkanal 21 ö optimieren und andererseits die Wärmetauscher- Oberfläche maximieren. Fig. 10 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen weiteren Schnitt durch das Werkstück 12 der Fig. 8 bzw. der Fig. 9, wobei in Fig. 10 ein Ström ungskanal 21 , nämlich ein Wasserkanal 21 w des Werkstücks 12 freigelegt ist. Dabei ist erkennbar, dass die wellenförmig bzw. gebogen verlaufenden Vertiefungen 10 des Kernelements 8w zu entsprechenden filigranen Strukturen 14 in Form von gebogen verlaufenden Stegen 14‘“ im Wasserkanal 21w geführt haben. 9 shows the workpiece 12 in an embodiment that is not ready for use, in which, for illustration, the uppermost housing wall of the workpiece 12 has been removed and a view of a cavity 108 designed as a flow channel 21, namely an oil channel 21, is thus released. after all the core elements 8ö and 8w have been removed from the workpiece 12. The recesses 10 of the core element 8o have led to the configuration of a multiplicity of filigree structures 14 in the form of knobs 14 "and of two curved webs 14"", which on the one hand the flow of the oil through the oil channel 21o optimize and on the other hand maximize the heat exchanger surface. Fig. 10 shows a perspective view of a further section through the workpiece 12 of FIG. 8 or FIG. 9, wherein in FIG. 10 a flow channel 21, namely a water channel 21 w of the workpiece 12 is exposed. It can be seen that the wave-shaped or curved depressions 10 of the core element 8w have led to corresponding filigree structures 14 in the form of curved webs 14 '"in the water channel 21w.
Fig. 11 zeigt das Werkstück 12 in einer spanabhebend bearbei- teten Form, in der es nun einen einbaufertigen Wärmetauscher 20 bildet: Die vier äußeren Durchgangsbohrungen 16 sind entfal- len, und lediglich die beiden mittleren Durchgangsbohrungen 16 sind verblieben, die nämlich als Einlass und Auslass des Wär- metauschers 20 an eine Ölleitung angeschlossen werden. Die beiden Längsseiten des Werkstücks 12 sind dabei so weit span- abhebend bearbeitet worden, dass nicht nur die dort angeordne- ten Durchgangsbohrungen 16 weggefallen sind, sondern auch die beiden Längsseitenwände des Werkstücks 12 entfernt wor- den sind. Dementsprechend liegen an den beiden gegenüberlie- genden Längsseiten des Wärmetauschers 20 Wasserkanäle 21 frei, so dass der Wärmetauscher 20 quer zu seiner Längsrich- tung vom Wasser bzw. Kühlfluid eines Verbrennungsmotors durchströmt werden kann und in seiner Längsrichtung vom Öl durchströmt werden kann. 11 shows the workpiece 12 in a machined form, in which it now forms a ready-to-install heat exchanger 20: the four outer through bores 16 have been omitted, and only the two middle through bores 16 have remained, namely as the inlet and The outlet of the heat exchanger 20 can be connected to an oil line. The two long sides of the workpiece 12 have been machined so far that not only the through bores 16 arranged there have been omitted, but also the two long side walls of the workpiece 12 have been removed. Accordingly, water channels 21 are exposed on the two opposite longitudinal sides of the heat exchanger 20, so that the water or cooling fluid of an internal combustion engine can flow through the heat exchanger 20 transversely to its longitudinal direction and the oil can flow through it in its longitudinal direction.
Fig. 12 zeigt ein Modul 22, welches einen Filterbecher 23 auf- weist, der zur Aufnahme eines auswechselbaren Filtereinsatzes dient und der mit einem separaten, in Fig. 12 nicht dargestellten, Deckel verschlossen werden kann. Nach unten hin schließt der Filterbecher 23 an ein Gehäuse 24 des Wärmetauschers 20 an. Der Wärmetauscher 20 ist in dieses Gehäuse 24 eingesetzt, wo- bei das Gehäuse durch einen in Fig. 12 ebenfalls nicht darge- stellten Deckel flüssigkeitsdicht verschlossen wird und dann vom Wasser durchströmt werden kann. Dieser Gehäusedeckel des Gehäuses 24 ermöglicht den Anschluss der erwähnten Ölleitung, so dass innerhalb des Gehäuses 24 der Wärmetauscher 20 so- wohl vom Wasser als auch vom Öl durchströmt werden kann. FIG. 12 shows a module 22 which has a filter cup 23 which serves to hold an exchangeable filter insert and which can be closed with a separate cover (not shown in FIG. 12). At the bottom, the filter cup 23 connects to a housing 24 of the heat exchanger 20. The heat exchanger 20 is inserted into this housing 24, the housing being closed in a liquid-tight manner by a cover, which is also not shown in FIG. 12, and water can then flow through it. This housing cover of the housing 24 enables the connection of the oil line mentioned, so that both the water and the oil can flow through the heat exchanger 20 within the housing 24.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 12 ist der Wärmetauscher 20 durch ein einziges Bauteil gebildet, so dass die Montage und Abdichtung einer Vielzahl einzelner Platten nicht erforderlich ist. Die Erzeugung filigraner Strukturen inner- halb des Wärmetauschers 20, wie sie durch das vorgeschlagene Herstellungsverfahren ermöglicht ist, kann abweichend von dem in Fig. 12 dargestellten Ausführungsbeispiel dazu genutzt wer- den, eine noch höhere Integration von Funktionen in dem Modul 20 zu ermöglichen. Als höhere Integrationsstufe wird dabei be- zeichnet, dass die gleichen Funktionen bei noch kompakteren Abmessungen des Moduls 22 ermöglicht werden, oder dass bei gleichen Abmessungen das Modul eine höhere Leistungsfähig- keit aufweisen kann, beispielsweise eine höhere Wärmetau- scherleistung. In the exemplary embodiment shown in FIG. 12, the heat exchanger 20 is formed by a single component, so that the assembly and sealing of a large number of individual plates is not necessary. In contrast to the exemplary embodiment shown in FIG. 12, the production of filigree structures within the heat exchanger 20, as is made possible by the proposed manufacturing method, can be used to enable an even higher integration of functions in the module 20. A higher level of integration means that the same functions are made possible with even more compact dimensions of the module 22, or that with the same dimensions the module can have a higher performance, for example a higher heat exchanger performance.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, das als Gussteil aus- gestaltete Modul 22, welches den Filterbecher 23 und das Ge- häuse 24 als ein einziges integriertes Gussteil aufweist, dadurch weiterzubilden, dass dieses eine Gussteil auch den Wärmetau- scher 20 bildet, so dass der Wärmetauscher 20 nicht als separa- tes Bauelement montiert werden muss. Beispielsweise kann vorgesehen sein, Rippen 25, die das Modul 22 ohnehin aufweist, und/oder den Filterbecher 23 doppelwandig auszugestalten und mit Strömungskanälen im Inneren zu versehen, so dass der im Modul 22 dargestellte Bauraum, den der Wärmetauscher 20 er- fordert, erheblich reduziert werden kann. For example, it can be provided that module 22, which is designed as a cast part and which has filter cup 23 and housing 24 as a single integrated cast part, is further developed in that this one cast part also forms heat exchanger 20, so that the Heat exchanger 20 does not have to be installed as a separate component. For example, it can be provided that the ribs 25, which the module 22 has anyway, and / or the double-walled filter cup 23 and provided with flow channels on the inside, so that the installation space shown in the module 22, which the heat exchanger 20 requires, is considerably reduced can be.
Figur 13 zeigt den Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbei- spiel eines Werkstücks 12 mit einem innenliegenden Kern 18, der aus drei Kernelementen 8a, 8b, 8c gebildet ist und im Werk- stück 12 eine Kavität 108 in Form eines optimierten Strömungs- kanals erzeugt. Dabei sind lediglich die Kernelemente 8a und 8b aus einer erfindungsgemäßen Kernmasse gebildet und das Kernelement 8c ist als ein Stahlstift ausgeführt, welcher bei der Entfernung des Kerns 18 aus dem Werkstück 12 einfach aus der Kavität 108 herausgezogen werden kann. Das Kernelement 8c kann somit für die Herstellung eines weiteren Kerns 18 wieder- verwendet werden. FIG. 13 shows the section through a further exemplary embodiment of a workpiece 12 with an inner core 18, which is formed from three core elements 8a, 8b, 8c and produces a cavity 108 in the workpiece 12 in the form of an optimized flow channel. Only the core elements 8a and 8b are formed from a core material according to the invention, and that Core element 8c is designed as a steel pin, which can be easily pulled out of cavity 108 when core 18 is removed from workpiece 12. The core element 8c can thus be reused for the production of a further core 18.
Das Kernelement 8b verfügt über einen Durchmesser D, welcher weniger als 1/7 der Länge L des Kernelements 8b beträgt und somit in der Kavität 108 des Werkstücks 12 eine filigrane Struk- tur 14 ausbildet. The core element 8b has a diameter D which is less than 1/7 the length L of the core element 8b and thus forms a filigree structure 14 in the cavity 108 of the workpiece 12.
Das Kernelement 8a verfügt über Einleger 19, welche bspw. aus einem Metall gebildet sein können, bevorzugt aus demselben Metall wie das Werkstück 12. Die Einleger 19 werden bei der Herstellung des Kerns 18 in das Kernelement 8a eingelegt und verbleiben nach der Entfernung des Kerns 18 aus dem Werk- stück 12 im Werkstück 12. Die Einleger 19 können dort z.B. eine Erhöhung des Strömungswiderstands in dem in Figur 13 oberen Abschnitt des Strömungskanals bewirken oder als Filter für Par- tikel vorgesehen sein. The core element 8a has inserts 19 which can be formed, for example, from a metal, preferably from the same metal as the workpiece 12. The inserts 19 are inserted into the core element 8a during the production of the core 18 and remain after the core 18 has been removed from the workpiece 12 in the workpiece 12. The inserts 19 can there, for example, increase the flow resistance in the upper section of the flow channel in FIG. 13 or can be provided as a filter for particles.
Bezugszeichen: Spritzgussform Reference number: injection mold
Düsenseite der Spritzgussform  Nozzle side of the injection mold
Auswerferseite der Spritzgussform  Ejector side of the injection mold
Hohlraum der Spritzgussform  Injection mold cavity
Kernmaterial  Core material
Einspritzaggregat der Spritzgussform  Injection unit of the injection mold
Zufuhrkanal der Spritzgussform  Injection mold feed channel
Kernelement  Core element
(8a, 8b, 8c)  (8a, 8b, 8c)
8ö = für Öl,  8ö = for oil,
8w = für Wasser  8w = for water
Anguss Kernelement  Sprue core element
Vertiefung  deepening
Vorsprung  head Start
Werkstück  workpiece
filigrane Struktur / 14‘ Stift, 14“ Noppen, 14‘“ Steg Rohrstutzen  filigree structure / 14 ″ pin, 14 ″ studs, 14 ″ bar tube socket
Durchgangsbohrungen  Through holes
Führungsstifte  Guide pins
Kern  core
Einleger  Depositor
Wärmetauscher  Heat exchanger
Strömungskanal  Flow channel
Modul  module
Filterbecher  Filter cup
Gehäuse  casing
Rippen  Ribs
Druckgussform  Die casting mold
Düsenseite der Druckgussform  Nozzle side of the die casting mold
Auswerferseite der Druckgussform  Ejector side of the die
Hohlraum der Druckgussform  Die casting cavity
Metallischer Werkstoff  Metallic material
Einspritzaggregat der Druckgussform  Injection unit of the die casting mold
Zufuhrkanal der Druckgussform  Feed channel of the die casting mold
Kavität  cavity
Anguss des Werkstücks  Sprue of the workpiece
D Durchmesser D diameter
L Länge  L length

Claims

Ansprüche: Expectations:
1. Verfahren zum Herstellen metallischer Werkstücke (12) im1. A method for producing metallic workpieces (12) in
Druckgussverfahren, Die casting process,
mit den folgenden Verfahrensschritten:  with the following process steps:
• ein Kern (18), der wenigstens ein mindestens 5% Kunst- stoff enthaltendes Kernelement (8) aufweist, wird in eine Druckgussform (101 ) eingebracht und in einer vorbe- stimmten Position in der Druckgussform (101 ) gehalten, A core (18) which has at least one core element (8) containing at least 5% plastic is introduced into a die casting mold (101) and held in a predetermined position in the die casting die (101),
• ein Werkstück (12) wird erzeugt, indem Metall im Druck- gussverfahren in die Druckgussform (101 ) eingebracht, der Kern (18) dabei umgossen, und das Metall abgekühlt wird, A workpiece (12) is produced by introducing metal into the die-casting mold (101) using the die-casting process, casting around the core (18) and cooling the metal,
• der Kern (18) wird aus dem Werkstück (12) entfernt und das Kernelement (8) dabei zerstört,  The core (18) is removed from the workpiece (12) and the core element (8) is destroyed in the process,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
• dass das Kernelement (8) eine Geometrie aufweist, derart, dass in dem Werkstück (12) so genannte filigrane Strukturen (14) geschaffen werden,  • that the core element (8) has a geometry such that so-called filigree structures (14) are created in the workpiece (12),
wobei metallische Elemente geschaffen werden, die mit einer Dicke oder Durchmesser von höchstens 5 mm in eine durch das Kernelement (8) geschaffene Kavität (108) ragen,  wherein metallic elements are created which protrude with a thickness or diameter of at most 5 mm into a cavity (108) created by the core element (8),
oder die Länge der Kavität (108) mehr als 7-fach größer ist als ihre kleinste Querschnittsabmessung,  or the length of the cavity (108) is more than 7 times larger than its smallest cross-sectional dimension,
• und dass das Kernelement (8) entformungsfrei aus dem Werkstück (12) entfernt wird.  • and that the core element (8) is removed from the workpiece (12) without demolding.
2. Verfahren nach Anspruch 1 2. The method according to claim 1
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Kernelement (8) im Spritzgussverfahren herge- stellt wird.  that the core element (8) is manufactured by injection molding.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 3. The method according to claim 1 or 2
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zur Entfernung des Kernelements (8) der im Kernele- ment (8) enthaltene Kunstsoff in einen ungebundenen Zu stand versetzt wird. that in order to remove the core element (8) plastic (8) contained in an unbound state.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
dass der Kern (18) einen nach außen ragenden Vorsprung that the core (18) has an outwardly protruding projection
(11 ) und / oder eine in den Kern ragende Vertiefung (10) in der Art aufweist, dass beim Gießvorgang des Werkstücks(11) and / or a recess (10) projecting into the core in such a way that during the casting process of the workpiece
(12) eine das Herausziehen des Kerns (18) aus dem Werk- stück (12) verhindernde Hinterschneidung geschaffen wird. (12) an undercut preventing the extraction of the core (18) from the workpiece (12) is created.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
dass das Werkstück (12) im Hochdruckgießverfahren er- zeugt wird.  that the workpiece (12) is produced in the high-pressure casting process.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
dass das Kernelement (8) ein Salz enthält.  that the core element (8) contains a salt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, 7. The method according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Kernelement (8) ein halogenfreies Salz enthält.  that the core element (8) contains a halogen-free salt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
dass das Kernelement (8) Polyvinylalkohol als Kunststoff enthält.  that the core element (8) contains polyvinyl alcohol as a plastic.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
dass das Kernelement (8) zunächst im Spritzgussverfahren hergestellt wird,  that the core element (8) is initially produced by the injection molding process,
und anschließend im Kontaktbereich zum Werkstück nach- bearbeitet wird, um die endgültige Kernelementgeometrie zu schaffen. and then reworked in the contact area to the workpiece to the final core element geometry to accomplish.
10. Verfahren nach Anspruch 9, 10. The method according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass durch die Nachbearbeitung im Kontaktbereich zum Werkstück eine Hinterschneidung geschaffen wird.  that an undercut is created by the post-processing in the contact area to the workpiece.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
dass das Kernelement (8) mit einem oder mehreren weite- ren Kernelementen (8) verbunden wird, um den Kern (18) zu schaffen.  that the core element (8) is connected to one or more further core elements (8) in order to create the core (18).
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
dass der Kern (18) pyrolytisch aus dem Werkstück (12) ent- fernt wird.  that the core (18) is pyrolytically removed from the workpiece (12).
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , 13. The method according to any one of claims 1 to 11,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Kern (18) durch Aufschmelzen aus dem Werk- stück (12) entfernt wird.  that the core (18) is removed from the workpiece (12) by melting.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , 14. The method according to any one of claims 1 to 11,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Kern (18) durch Mischung mit einem Hilfsstoff aus dem Werkstück (12) entfernt wird.  that the core (18) is removed from the workpiece (12) by mixing with an auxiliary.
15. Verfahren nach Anspruch 14, 15. The method according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Kern (18) durch Mischung mit einem Lösungsmit- tel als Hilfsstoff aus dem Werkstück (12) entfernt wird.  that the core (18) is removed from the workpiece (12) by mixing with a solvent as auxiliary.
16. Werkstück (12), hergestellt in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (12) mindestens einen auf die Ver- wendung des Werkstücks optimierten Strömungskanal (21 ) aufweist. 16. workpiece (12), produced in a method according to one of the preceding claims, the workpiece (12) having at least one flow channel (21) optimized for the use of the workpiece.
17. Werkstück (12) nach Anspruch 16, 17. workpiece (12) according to claim 16,
wobei der mindestens eine Strömungskanal (21 ) optimiert ist, um eine Strömung druckverlustarm und / oder turbu- lenzarm zu führen.  the at least one flow channel (21) being optimized in order to guide a flow with little pressure loss and / or low turbulence.
18. Werkstück (12) nach Anspruch 17, 18. workpiece (12) according to claim 17,
wobei der Strömungskanal (21 ) frei von scharfen Kanten oder Umlenkungen ist.  the flow channel (21) being free from sharp edges or deflections.
19. Werkstück (12) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, 19. Workpiece (12) according to one of claims 16 to 18,
wobei das Werkstück (12) einen Wärmetauscher (20) bil- det,  the workpiece (12) forming a heat exchanger (20),
und wobei der Wärmetauscher (20) zwei voneinander ge- trennte Strömungskanäle (21 ö, 21 w) für zwei Wärmeträger- fluide aufweist,  and wherein the heat exchanger (20) has two separate flow channels (21 ö, 21 w) for two heat transfer fluids,
und wenigstens einer der beiden Strömungskanäle (21 ö, 21w) durch einen Kernhohlraum gebildet ist.  and at least one of the two flow channels (21 ö, 21w) is formed by a core cavity.
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