DE102008023336A1

DE102008023336A1 - Gießkern zum Herstellen eines Gussbauteils

Info

Publication number: DE102008023336A1
Application number: DE200810023336
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. Ilzhöfer; Asmir Dipl.-Ing. Salkic
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2008-11-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gießkern zum Herstellen eines Gussbauteiles, wobei der Gießkern einen Kernkörper und eine Kernumhüllung umfasst, welche aus einem folienartigen Material gebildet ist und die Außenkontur des Kernkörpers zumindest teilweise umhüllt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Gießkerns.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gießkern zum Herstellen eines Gussbauteils nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Gießkerns.
Bei der Herstellung von Gussbauteilen, insbesondere Druckgussbauteilen mit komplex geformten inneren Hohlräumen werden in der Regel so genannte verlorene Kerne zur Darstellung der Hohlräume verwendet, welche aus mit einem Bindemittel, z. B. einem Harz, vermischtem Formsand bestehen. Ein solcher gattungsgemäßer Gießkern ist beispielsweise in der DE 30 36 436 C2 offenbart. Solche Kerne weisen jedoch eine relativ geringe mechanische Stabilität auf, was sie zum Herstellen von Druckgussbauteilen mit besonders filigran ausgeführten inneren Hohlräumen nur schlecht geeignet macht, da insbesondere die filigran ausgebildeten Bereiche des Gießkernes den hohen beim Druckguss auftretenden mechanischen Belastungen nicht in hinreichendem Maße Stand zu halten vermögen.
Die DE 10 2004 005 324 A1 offenbart weiterhin einen Gießkern, der zumindest teilweise von einer an die Kontur des Kernes angepassten Kernschale umhüllt ist, und so stabilisiert wird. Diese Kernschale ist dabei als metallisches Tiefziehteil ausgeführt, welches im Wesentlichen die halbe Oberfläche des Sandkernes bedeckt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Gießkern dahingehend zu verbessern, dass dessen mechanische Stabilität erhöht und die Gefahr von Kernbrüchen verringert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Gießkern mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Ein erfindungsgemäßer Gießkern umfasst dabei einen Kernkörper und eine Kernumhüllung, wobei die Kernumhüllung den Kernkörper zumindest teilweise umhüllt und an eine Außenkontur des Kernkörpers angepasst ist und wobei die Kernumhüllung ein folienartiges Material aufweist.
Durch das Aufbringen einer derartig verstärkenden Kernhülle auf die äußere Kontur des Kernkörpers wird so ein Sandwicheffekt erzeugt, der eine Steigerung der Festigkeit des Gießkernes zur Folge hat. Unter dem Begriff der Festigkeit wird in diesem Zusammenhang dabei insbesondere die Biegefestigkeit, die Druckfestigkeit, die Zugfestigkeit und die kombinierte Biege-Druck-Festigkeit eines solchen Gießkerns verstanden. Durch die, auf den Anwendungsfall abgestimmte, Erhöhung zumindest einer der zuvor genannten Festigkeiten ergibt sich in vorteilhafter Weise die gesteigerte mechanische Stabilität des Gießkerns. Als folienartiges Material werden dabei flächige Materialien verstanden, welche eine Dicke von weniger als 1 mm aufweisen, vorzugsweise von 0,01 mm bis 0,5 mm. Somit ist sicher gestellt, dass das folienartige Material an unterschiedlichste Kerngeometrien anpassbar ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kernhülle ein Material auf, welches einen höheren Elastizitätsmodul und/oder eine höhere Festigkeit als der Kernkörper aufweist, wodurch die mechanische Stabilität des Gießkerns weiter verbessert ist.
Je nach dem angestrebten Verwendungsgebiet für den Gießkern, insbesondere unter Berücksichtigung des zum Herstellen des Gussbauteils, für das der Kern benötigt wird, verwendeten Materials ist es dabei vorteilhaft, die Kernumhüllung aus einer metallischen, beispielsweise auf Basis von Aluminium oder Stahl, oder polymeren Folie, insbesondere auf Basis thermoplastischer Kunststoffe, herzustellen. Eine weitere Steigerung der mechanischen Stabilität eines solchen Gießkerns erfolgt, sofern die Kernumhüllung eine Faserverstärkung aufweist. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Festigkeit des Kerns und folglich auch zur beschriebenen Steigerung der mechanischen Stabilität. Vorteilhafterweise sind als Faserverstärkung so genannte Endlosfasern bzw. Langfasern zu verwenden. In Abhängigkeit vom konkreten Anwendungsfall sind insbesondere Fasern auf mineralischer Basis, beispielsweise Glasfasern oder Kohlefasern, auf metallischer Basis, beispielsweise Stahlwollfasern, oder auf Basis von Kunststoff, beispielsweise Polyethylen(PE)-Fasern oder Aramidfasern, vorteilhaft einsetzbar.
Um eine weitere Stabilisierung des Gießkernes zu erzielen weist die Kernumhüllung bevorzugterweise auf ihrer dem Kernkörper zugewandten Seite eine Haftschicht auf, welche die Kernumhüllung stoffschlüssig mit dem Kernkörper verbindet.
Der Kernkörper selbst ist dabei bevorzugt als Sandkern oder Salzkern ausgeführt.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gießkernes wird weiterhin ein Verfahren bereitgestellt, bei welchem in einen Kernkasten, der einen der Form des Gießkerns entsprechenden Hohlraum aufweist, eine an die Kontur des Hohlraums angepasste Kernumhüllung aus einem folienartigen Material eingelegt wird. Abhängig von der Materialstärke der Kernumhüllung kann diese dabei einfach durch Eindrücken in den Hohlraum an dessen Kontur angepasst werden, bei größeren Materialstärken kann es weiterhin vorteilhaft sein die Form der Kernumhüllung bereits vor dem Einlegen in den Kernkasten durch Tiefziehen zu erzeugen.
Bevorzugt wird hierzu eine Kernumhüllung mit einer Haftbeschichtung verwendet, wobei die Kernumhüllung so in den Hohlraum des Kernkastens eingelegt wird, dass die Haftbeschichtung zu einem Innenraum des Hohlraums hin gerichtet ist.
In diesen Innenraum wird in der Folge ein Ausgangsmaterial des Kernkörpers eingefüllt, welches anschließend zusammen mit der Kernhülle zu einem erfindungsgemäßen Gießkern verfestigt wird.
Eine verbesserte Anpassung der Kontur der Kernumhüllung an den Kernkörper kann in einem weiteren Verfahrensschritt gewährleistet werden, indem während des oder nach dem Verfestigen des Ausgangsmaterials des Kernkörpers ein Vakuum an den Kernkasten angelegt wird, oder der Gießkern entnommen und einem Vakuum ausgesetzt wird.
Im Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert werden, wobei die einzige Figur eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Gießkernes zeigt.
Ein im Ganzem mit 10 bezeichneter Gießkern besteht aus einem Kernkörper 12 und einer im gezeigten Ausführungsbeispiel mehrschichtig ausgeführten Kernumhüllung 14. Die äußere Schicht 16 der Kernumhüllung besteht dabei aus einer metallischen Folie, welche einen höheren Elastizitätsmodul und eine höhere Festigkeit als das Material des Kernkörpers 12 aufweist. Über eine Haftschicht 18 ist die äußere Schicht 16 der Kernumhüllung 14 mit dem Kernkörper 12 verbunden.
Der Kernkörper 12 besteht im gezeigten Beispiel aus einem Kernsand, welcher durch ein polymeres Bindemittel gebunden und verfestigt wird. Um einen solchen Sandkern zu stabilisieren wird für die äußere Schicht 16 der Kernumhüllung 14 bevorzugt eine metallische Folie gewählt. Die genaue Materialauswahl orientiert sich hierbei auch am spezifischen Gießverfahren, für den der Gießkern 10 Verwendung finden soll. Es kann beispielsweise für den Aluminiumdruckguss sinnvoll sein, die äußere Schicht 16 als Aluminiumfolie auszuführen, so dass sich während des Gießprozesses die äußere Schicht 16 über ihre nach außen weisende Oberfläche 20 stoffschlüssig mit der Gussmasse verbindet. Dies eröffnet auch die Möglichkeit, die innere Oberfläche 22 der äußeren Schicht 16 der Kernumhüllung 14 spezifisch auszugestalten, so dass diese nach Entfernen des Kernkörpers 12 und der Haftschicht 18 der durch sie gestalteten inneren Oberfläche des in dem Gussbauteil entstehenden Hohlraums gewünschte Eigenschaften verleiht. Insbesondere sind darunter Eigenschaften zu verstehen, welche ein vereinfachtes Entfernen von Kernsand aus dem Hohlraum im Gussbauteil ermöglicht. Dies wird beispielsweise erreicht durch eine entsprechend glatte Oberfläche der Kernumhüllung 14 im Kontaktbereich mit dem Kernkörper 12, so dass der Kernsand weniger stark am fertigen Gussbauteil haften kann. Gleichfalls können die gewünschten Eigenschaften aber auch strömungsverbessernde Eigenschaften durch beispielsweise entsprechende Ausgestaltung von filigranen Geometrieelementen auf der Oberfläche der Kernumhüllung 14 im Kontaktbereich mit dem Kernkörper 12 sein, z. B. in Form der Rillenstruktur einer Haihaut, wodurch die Strömung eines Mediums, z. B. einer Flüssigkeit, wie Öl oder Wasser, oder eines Gases oder eines Gasgemisches, im Hohlraum des Gussbauteils verbessert wird.
Die Haftschicht 18 kann weiterhin so gestaltet sein, dass sie eine gewisse Anpassungsfähigkeit aufweist, und so Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche 24 des Kernkörpers 12 ausgleicht. Dadurch kann eine präzisiere Kerngeometrie mit geringeren Toleranzen dargestellt werden.
Die Kernhülle 14 muss sich nicht gleichmäßig über den gesamten Kernkörper 12 erstrecken. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Kernkörper 12 einen verstärkten Bereich 26, sowie einen verjüngten Bereich 28 auf. Um dem verjüngten Bereich 28 eine besondere Stabilität zu verleihen kann beispielsweise die Kernumhüllung 14 im Bereich der Oberfläche 30 des verjüngten Bereichs 28 des Kernkörpers 12 eine höhere Wandstärke aufweisen, oder auch mehrlagig aufgebracht werden. Relativ dünne Kernumhüllungen 14 können dabei direkt beim Einlegen in den Kernkasten geformt und der Kernkontur angepasst werden. Bei Verwendung von stärkeren Kernumhüllungen 14 ist es dagegen unter Umständen nötig, die Kernumhüllung 14 durch Tiefziehen vorzuformen. Zur Verbesserung der Tiefziehfähigkeit der Kernumhüllung 14 kann dabei auf die äußere Oberfläche 20 der Kernumhüllung eine das Tiefziehen unterstützende polymere Beschichtung aufgebracht werden. Eine weitere Beschichtung der äußeren Oberfläche 20 der äußeren Schicht 16 der Kernumhüllung 14 kann zu dem Ziel aufgebracht werden, die Führung der Gussmasse um den Kern herum zu verbessern und so die Gussgüte im Bereich der Hohlraumwandung zu verbessern.
Alternativ ist auch eine Ausbildung der äußeren Schicht 16 der Kernumhüllung 14 als Zinnfolie, Folie aus einem Eisenwerkstoff oder Kunststofffolie möglich.
Von einer Kernumhüllung 14 umgebene Gießkerne 10 können nicht nur beim Aluminiumdruckguss Anwendung finden, vorteilhaft ist auch eine Verwendung beim Spritzguss von Kunststoffen oder Metallen, sowie als Kern für die Darstellung einer Hohlkontur in faserverstärkten Kunststoffen. Ausgangsmaterialien für das faserverstärkte Kunststoffbauteil, wie z. B. Prepregs oder matriximprägnierte Rovings können dabei um einen Gießkern 10 gewickelt bzw. gelegt werden und daraufhin im Autoklaven ausgehärtet werden. Durch die Kernumhüllung 14 wird die Wiederstandsfähigkeit des Gießkerns 10 gegenüber den Druck- und Temperaturbedingungen im Autoklaven auch in diesem Fall verbessert, die äußere Schicht 16 der Kernumhüllung 14 kann auch hier zusätzliche Beschichtungen aufweisen, welche beispielsweise das Ablösen des ausgehärteten faserverstärkten Kunststoffbauteils vom Kern erleichtern.

10: Gießkern
12: Kernkörper
14: Kernumhüllung
16: äußere Schicht
18: Haftschicht
20: Oberfläche
22: Oberfläche
24: Außenkontur
26: verstärkter Bereich
28: verjüngter Bereich
30: Oberfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3036436 C2 [0002]
- DE 102004005324 A1 [0003]

Claims

Gießkern (10) zum Herstellen eines Gießbauteils, wobei der Gießkern Kernkörper (12) und eine Kernumhüllung (14) umfasst, wobei die Kernumhüllung (14) den Kernkörper (12) zumindest teilweise umhüllt und an eine Außenkontur (24) des Kernkörpers angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernumhüllung (14) ein folienartiges Material aufweist.
Gießkern (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernumhüllung (14) aus einer metallischen oder polymeren Folie besteht.
Gießkern (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernumhüllung (14) eine Faserverstärkung aufweist.
Gießkern (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernumhüllung (14) einen höheren Elastizitätsmodul und/oder eine höhere Festigkeit als der Kernkörper (12) aufweist.
Gießkern (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernumhüllung (14) auf einer dem Kernkörper zugewandten Seite (22) eine Haftschicht (10) zur kraftschlüssigen Verbindung mit dem Kernkörper (12) aufweist.
Gießkern (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernkörper (12) als Sandkern oder Salzkern ausgeführt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Gießkerns (10) mit einem Kernkörper (12) und einer Kernumhüllung (14), bei welchem in einen Kernkasten, welcher eine dem Gießkern (10) entsprechende Ausnehmung zum Formen des Gießkerns (10) aufweist, eine an die Kontur der Ausnehmung angepasste Kernumhüllung (14) aus einem folienartigen Material eingelegt wird, die Ausnehmung mit einem Ausgangsmaterial des Kernkörpers (12) befüllt wird und das Ausgangsmaterial zusammen mit der Kernhülle (14) zu einem Gießkern (10) verfestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kernumhüllung (14) mit einer Haftbeschichtung (18) verwendet wird, welche so die Ausnehmung des Kernkastens eingelegt wird, dass die Haftbeschichtung zu einem Innenraum der Ausnehmung hin gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung der Kontur der Kernumhüllung (14) an den Kernkörper (12) während des oder nach dem Verfestigen des Ausgangsmaterials des Kernkörpers (12) der Kernkasten mit einem Vakuum beaufschlagt oder der Gießkern (10) einem Vakuum ausgesetzt wird.