DE102005061196B3

DE102005061196B3 - Gießverfahren mit verlorenem Kern und eingegossener Komponente

Info

Publication number: DE102005061196B3
Application number: DE200510061196
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Ing.(FH) Dietrich; Klaus Dipl.-Ing. Levasier; Wolfgang Dr.-Ing. Pellkofer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-12-22

Abstract

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gießverfahren mit verlorenem Kern und eingegossener funktionaler Komponente anzugeben, welches die Verwendung von Schlichte und die Ausbildung eines Stoffschlusses zwischen Komponente und Gussbauteil erlaubt. DOLLAR A Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Komponente vor der Bedeckung des verlorenen Kerns mit der Schlichte zumindest abschnittsweise mit einem die Schlichte abweisenden Material bedeckt wird, welches sich beim Gießen zersetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gießverfahren mit verlorenem Kern und eingegossener Komponente nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein damit hergestelltes Gussteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5. Ein derartiges Gießverfahren ist bereits aus der DE 4442453 A1 sowie aus DE 10145876 A1 , DE 19807688 C2 , DE 2753104 C2 , DD 130634 A bekannt.

Bei Gussbauteilen mit bereichsweise sehr unterschiedlichen Betriebsbelastungen und Anforderungen ist es zur Reduzierung der Herstellkosten bekannt, in derartige Bereiche funktionale Komponenten ein- oder anzugießen. Weiter ist es bekannt, für die Herstellung von offenen oder geschlossenen Hohlräumen sog. Verlorene Kerne zu verwenden, die nach dem Guss entfernt werden. Derartige verlorene Kerne erhalten meist einen Überzug aus Schlichte, um die Oberflächenqualität des Hohlraums zu verbessern.

Soll nun die funktionale Komponente im Bereich des Hohlraums ein- oder angegossen werden, so wird sie der Einfachheit halber meist an dem verlorenen Kern befestigt und mit diesem in der Gussform positioniert. Wird der Kern in üblicher Weise mit Schlichte bedeckt, so bedeckt diese zumindest bereichsweise auch die funktionale Komponente, wodurch deren stoffschlüssige Verbindung mit dem Gussbauteil verhindert wird.

Dieser Problematik begegnet die DE 4442453 A1 durch die Verwendung von einem sog. Lost-Foam-Kern, welcher die funktionale Komponente zumindest abschnittsweise bedeckt und so deren Bedeckung mit Schlichte in diesem Abschnitt verhindert.

Ein solches Vorgehen ist bei Verwendung eines Lost-Foam-Kerns zielführend, da der Lost-Foam-Kern ein Positiv-Modell des Gussbauteils darstellt, welches beim Guss vollständig zersetzt und durch das Gussbauteil ersetzt wird. Daher ist die dem Lost-Foam-Kern zugewandte und durch diesen vor der Schlichte geschützte Oberfläche der funktionalen Komponente auch dem Gussbauteil zugewendet und kann sich während dem Gießen ohne trennende Schlichte mit diesem Verbinden.

Im Gegensatz dazu stellt ein verlorener Kern ein Negativ-Modell des Gussbauteils dar und die dem verlorenen Kern zugewandte Oberfläche der funktionalen Komponente ist dem späteren Gussbauteil abgewendet und kann somit nicht durch den verlorenen Kern vor einem Schlichteauftrag geschützt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Gießverfahren mit verlorenem Kern und eingegossener Komponente anzugeben, welches die Verwendung von Schlichte und die Ausbildung eines Stoffschlusses zwischen Komponente und Gussbauteil erlaubt.

Die Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche 2 bis 5 enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Gießverfahrens dadurch gelöst, dass ein verlorener Kern hergestellt wird,
dass eine Komponente des Bauteils hergestellt und zumindest abschnittsweise mit dem verlorenen Kern verbunden wird,
dass der verlorene Kern zumindest abschnittsweise mit Schlichte bedeckt wird,
dass der verlorene Kern und die Komponente in das Bauteil ein- oder angegossen werden,
wobei die Komponente vor der Bedeckung des verlorenen Kerns mit Schlichte zumindest abschnittsweise mit einem die Schlichte abweisenden Material bedeckt wird, welches sich beim Gießen zersetzt.

Entscheidend dabei ist, dass das die Schlichte abweisende Material sich zwar ähnlich wie der Lost-Foam-Kern gemäß der DE 4442453 A1 zersetzt, aber im genauen Gegensatz zur DE 4442453 A1 die Schlichte abweist, während der Lost-Foam-Kern die Schlichte annimmt und mit dieser bedeckt wird.

Unter Zersetzen im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass das die Schlichte abweisende Material während des Gießens entweder ausgast oder von der Schmelze aufgenommen wird ohne diese negativ zu beeinträchtigen bzw. diese im Idealfall positiv zu beeinflussen, z.B. Ihr Kohlenstoff oder sonstige eigenschaftsfördernde Komponenten lokal zuzuführen.

Die Schlichte-abweisende Wirkung des Materials ist am leichtesten durch eine unterschiedliche Oberflächenspannung herbeizuführen. Dabei reicht meist ein Oberflächenspannungsunterschied zwischen der Schlichte und dem Schlichte-abweisenden Material von 30 mN/m aus, vorzugsweise 40mN/m oder noch mehr.

Häufig verwendete Schlichten sind auf Wasserbasis zusammengesetzt. Wasser weist (bei Raumtemperatur als üblicher Verarbeitungstemperatur der Schlichte) eine Oberflächenspannung von circa 72 mN/m auf. Die meisten organischen Beschichtungen (Kunststoffe, Harze, Lacke, Bitumen, etc.) weisen eine vergleichsweise niedrige Oberflächenspannung von 20 bis 40 mN/m auf (z.B. PTFE 22 mN/M, PE 36 mN/m), welche eine deutliche wasserabweisende Wirkung zeigt.

Aber auch beim Einsatz von Schlichten auf anderer Basis, insbesondere auf Basis organischer Losungsmittel, mit geringer Oberflächenspannung (z.B. auf Ethanol-Alkohol mit 22 mN/m) kann eine schlichte-abweisende Wirkung durch Verwendung von Materialien mit entsprechend erhöhter Oberflächenspannung erzielt werden. Geeignet sind hier beispielsweise Oxidschichten.

Die Schlichte-abweisende Wirkung der o.g. Oberflächenspannungsdifferenz kann durch eine raue Mikrostruktur der Oberfläche noch weiter verstärkt werden (sog. Lotus-Effekt). Derartig modifizierte Oberflächenbeschichtungen sind bereits kommerziell verfügbar, z.B. als Fassadenfarbe.

Das Verbundbauteil aus dem verlorenen Kern und der funktionalen Komponente muss üblicherweise zumindest vom Ort seiner Verbindung zu der Gießform transportiert werden. Für diesen Transport ist ein gewisses Mindestmaß an Stabilität der Verbindung zwischen der Komponente und dem abweisenden Material erforderlich. Besonders vorteilhaft ist daher eine stoffschlüssige Verbindung. Stoffschluss ist beispielsweise durch gängige Beschichtungsverfahren gemäß der DIN 8580 herstellbar. Als besonders einfach seien hier das Anstreichen, Spachteln oder thermische Spritzen genannt. Neben dem Stoffschluss ist aber auch der Formschluss (z.B. Pressfügen) anwendbar, in Spezialfällen auch der Kraftschluss.

Das gleiche gilt für die Verbindung zwischen Kern und funktionaler Komponente. Insofern ist auch hier Stoffschluss durch gängige Beschichtungsverfahren gemäß der DIN 8580 vorteilhaft, insbesondere sei hier das thermische Spritzen genannt. Neben dem Stoffschluss ist aber auch der Formschluss (z.B. Pressfügen, Schrumpfen, Klemmen) anwendbar. Vorteilhaft ist aber auch der Kraftschluss (z.B. Verstiften, Verschrauben), da er bei mitunter vorkommender Beschädigung des Kerns ein Lösen der funktionalen Komponente und deren anderweitige Verwendung erlaubt.

Nachfolgend wird anhand von Ausführungsbeispielen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert:
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel soll eine Wärmedämmschicht in einen Stahl-Zylinderkopf im Bereich des Auslasskanals eingegossen werden.
Dazu wird zunächst ein Negativ-Modell des Auslasskanals als verlorener Sandkern hergestellt. Der Sandkern wird in dem Bereich, welcher der vorgesehenen Wärmedämmschicht des Auslasskanals gegenüberliegt, mittels des thermischen Spritzverfahrens Lichtbogendrahtspritzen oder Plasmaspritzen mit der Wärmedämmschicht beschichtet. Danach wird über den mit der Wärmedämmschicht versehenen Bereich des Kerns eine Polystyrolschrumpf-Folie gestülpt und durch einen warmen Luftstrom aufgeschrumpft. Polystyrol weist neben der wasserabweisenden Wirkung den weiteren Vorteil auf, dass seine Verschwelungsgase ungiftig sind (vgl. www.wikipedia.de Stichwort Polystyrol). Anschließend wird das Verbundbauteil aus dem verlorenen Kern und der mittels Polystyrolfolie geschützten funktionalen Komponente Wärmedämmschicht in eine Schlichte auf Wasserbasis (dünnflüssige Tonsuspension) getaucht, um dem verlorenen Kern eine glatte Oberfläche zu geben und Fügestellen zu versiegeln. Dabei perlt die Schlichte ohne Rückstände von der Polystyrolfolie ab.
Anschließend wird das Verbundbauteil aus dem mit der Schlichte geglätteten verlorenen Kern und der mittels Polystyrolfolie geschützten Wärmedämmschicht in der Gussform positioniert und der Zylinderkopf gegossen. Dabei verdampft die Polystyrolfolie und die Wärmedämmschicht bildet im Bereich des Auslasskanals eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Zylinderkopf aus. Anschließend wird der Kern aus dem Auslasskanal entfernt.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel soll eine metallurgisch höherwertige Zylinderlaufbuchse in ein Leichtmetall-Zylinderkurbelgehäuse eingegossen werden.
Dazu wird zunächst ein Negativ-Modell des Zylinderkurbelgehäuses als verlorener Sandkern hergestellt. Die vorgefertigte Zylinderlaufbuchse wird mit einer Wachsschicht besprüht und an passender Stelle auf den Sandkern aufgepresst. Die deformierbare Wachsschicht gewährleistet einen ausreichenden Halt der Zylinderlaufbuchse auf dem Kern.
Anschließend wird das Verbundbauteil aus dem verlorenen Kern und der mittels Wachsschicht geschützten funktionalen Komponente Zylinderlaufbuchse in eine Schlichte auf Wasserbasis (dünnflüssige Tonsuspension) getaucht, um dem verlorenen Kern eine glatte Oberfläche zu geben und Füge stellen zu versiegeln. Dabei perlt die Schlichte ohne Rückstände von der Wachsschicht ab.
Anschließend wird das Verbundbauteil aus dem mit der Schlichte geglätteten verlorenen Kern und der mittels Wachsschicht geschützten Zylinderlaufbuchse in der Gussform positioniert und das Zylinderkurbelgehäuse gegossen. Dabei verdampft die Wachsschicht und die Zylinderlaufbuchse bildet eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Zylinderkurbelgehäuse aus. Anschließend wird der verlorene Kern durch Aufbrechen und Ausblasen des Sandes entfernt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich in den Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Beispiele als besonders geeignet für das Gießen mit verlorenem Kern und eingegossener funktionaler Komponente, wie es insbesondere in der Automobilindustrie häufig benötigt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern kann auf alle ein- oder anzugießenden Komponenten angewendet werden, bei denen zur sicheren Verbindung vorher die Bedeckung mit Schlichte vermieden werden muss.
Im Übrigen können der Kern und/oder die funktionale Komponente auch aus mehreren einzelnen gefügten Teilen bestehen.
Außerdem sind das Verfahren und das Bauteil nicht auf das Gießen von Metallen beschränkt, sondern auch für den Guss anderer Materialien, z.B. von Kunststoffen, geeignet.

Claims

Gießverfahren für ein Bauteil, bei dem ein verlorener Kern hergestellt wird, bei dem eine Komponente des Bauteils hergestellt und zumindest abschnittsweise mit dem verlorenen Kern verbunden wird, bei dem der verlorene Kern zumindest abschnittsweise mit Schlichte bedeckt wird, bei dem der verlorene Kern und die Komponente in das Bauteil ein- oder angegossen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente vor der Bedeckung des verlorenen Kerns mit Schlichte zumindest abschnittsweise mit einem die Schlichte abweisenden Material bedeckt wird, welches sich beim Gießen zersetzt.
Gießverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein die Schlichte abweisendes Material verwendet wird, welches organisches Material enthält.
Gießverfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das die Schlichte abweisende Material mit einem Beschichtungsverfahren aufgebracht wird oder aufgesteckt oder befestigt wird.
Gießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente mittels eines Beschichtungsverfahrens zumindest abschnittsweise auf den verlorenen Kern aufgebracht wird.
Gießverfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente mittels thermischen Spritzens zumindest abschnittsweise auf den verlorenen Kern aufgebracht wird.