Kern für Druckgiessformen

Die Erfindung betrifft einen Kern für Druckgiessformen, insbesondere Salzkeme oder Sandkerne und deren Verwendung beim Druckgiessen.

Im Druckguss werden Dauerformen aus Stahl verwendet, um Schmelze von meist niedrig schmelzenden Legierungen in den Formholraum, der durch die Dauerform abgebildet wird, einzuspritzen. Dieser Formhohlraum bildet somit die dreidimensionale Geometrie des zu giessenden Bauteiles ab. Hierbei können Bauteilhohlräume und Hinterschnitte nur zum Teil und / oder mit Hilfe von Schiebern verwirklicht werden.

Der Einsatz von Schiebern vermindert zudem die Produktivität da zusätzliche Fahrbewegungen der Schieber erst beendet werden müssen, bevor das Gussteil aus der Form ausgestossen werden kann.

Mittels eines Schiebers können lediglich konzentrische Querschnitte in Kanälen oder Hohlräumen dargestellt werden. Um Schieber sicher ziehen zu können, müssen Kernpartien eine Ausformschräge aufweisen, so dass zylindrische oder parallele Kanäle noch eine, sich anschliessende mechanische Bearbeitung (z. B. durch Bohren oder Fräsen) erfordern.

Gewisse Bauteile, wie z.B. Pumpengehäuse, Rohrkörper und andere Geometrien mit stark ausgeprägten oder komplexen Hohlräumen, müssen in Schalenbauweise hergestellt werden. Hierbei werden zwei oder mehrere Komponenten (Schalen) des Bauteiles gegossen, die dann durch verschiedene Fügeverfahren wie Kleben, Pressen, Nieten oder Schweissen zu dem fertigen Bauteil zusammengefügt werden.

Zudem sind die Formstähle, aus denen Dauerformen hergestellt werden, einem Ver- schleiss durch Temperaturwechsel, Kavitation, Erosion und Korrosion ausgesetzt, Diese Verschleissteile müssen von Zeit zu Zeit kostenintensiv ersetzt werden.

Um die Temperatur über die Wärmeabfuhr von Schmelzen in Dauerformen aus Stahl zu kontrollieren, werden in die Form Kühl- und Heizkanäle (Temperierkanäle) eingebracht, durch die ein Medium zirkuliert. Hiermit soll erreicht werden, dass einerseits die Schmelze im Anschnittbereich so lange wie möglich in der flüssigen Phase bleibt um effektiv durch hohen Druck in einer Nachdruckphase das Gussteil nachspeisen zu können. Andererseits sollen, je nach Bedarf, gewisse Partien am Gussteil unterschiedlich schnell erstarren um Erstarrungslunker ganz zu vermeiden oder diese zumindest in Bereiche zu verlagern, in denen sie die Funktion des Gussteiles nicht negativ beeinflussen können.

Durch die relativ langsame Wärmeleitung durch den Stahl zu den Temperierkanälen hin ist dieses System allerdings zu träge, was eine effektive Beeinflussung der Wärmeableitung erschwert.

Bekannt sind daher auch verlorene Kerne, wie zum Beispiel Salzkeme um die vorgenannten Nachteile zu verringern. Gemäss DE-A-102004006600 werden derartige Kerne durch mischen eines körnigen Salzes mit einem phosphathaltigen Binder und nachfolgende Formgebung in einem Formwerkzeug hergestellt. Nach EP-A-1293276 ist der Kern mit einem Einlegeteil verbunden und in der USP 5165464 ist offenbart, einen metallischen Kern mit einem Salzmantel zu umgiessen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Kern für Druckgiessformen mit erweitertem Einsatzbereich zu schaffen, insbesondere ein Salz- oder Sandkem. Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch den Einsatz von Salzkernen im Druckguss wird das Erstarrungsverhalten der Schmelze beeinflusst, die Wärmeabfuhr aus der Schmelze wird verändert.

Durch Verwendung eines Salzkems wird durch die, im Vergleich zu Stahl geringere Wärmeleitfähigkeit des Salzes die Wärmeabfuhr reduziert. Dadurch lässt sich das Erstarrungsverhalten des Gussteiles positiv beeinflussen. Dieser Salzkern kann eine spe-

zifische resp. beliebige Kontur oder einen Teil der Kontur abbilden und/oder den Anschnitt des Gussteiles an den Giesskanal abbilden.

Bei Verwendung eines oder mehrerer Salzkeme kann zudem die Verwendung eines lokalen Nachverdichters (z. B. ein Squeeze-Pin) durch Veränderung des Abkühlverhaltens entfallen.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart.

Aufgrund όer Beschichtung eines Salz- oder Sandkemes mit einem überzug ähnlich einer Schlichte ist es möglich, Hohlräume in einem Gussteil besser abzubilden, Hinterschnitte ohne Schieber darzustellen und/oder Formpartien als Verschleissteile auszubilden.

Letzteres ermöglicht neue Formgebungen (zum Beispiel einteilig statt Halbschalen und dadurch entfallende Bearbeitung) und eine Verringerung des Fertigungs- und Montageaufwandes, bei erhöhter Qualität. Es ergibt sich zudem eine Kosteneinsparung gegenüber Stahl sowie eine Verwendung bei hochschmelzenden Legierungen mit kleinem Erstarrungsintervall als Formeinsatz.

Thermische Ausdehnungen und Spannungen sind besser beherrschbar, eine mechanische Oberflächenbearbeitung kann reduziert oder ganz vermieden werden, da zylindrische oder parallele Querschnitte in den Hohlräumen eines Gussteiles abgebildet werden.

Durch einen Verzicht auf Schieber verringern sich die Zykluszeiten beim Giessen, da zudem Schieberbewegungen entfallen.

Weitere Vorteile sind eine Qualitätssteigerung, da keine Undichtigkeiten an den Verbindungen der Schalen auftreten können (keine Schalentrennung mehr notwendig) oder die Herstellung neuer Bauteile, welche bis anhin in Dauerformen nicht entformbar sind, die nun mit Dauerformen gefertigt und entformt werden können.

Der Grund ist darin zu sehen, dass bis anhin die Wärmeabfuhr über den Stahl bei Kühlung mit Wasser oder anderen Medien zu träge ist (Nadelöhr ist die Wärmeleitfähigkeit des Stahls). Neu ist, da die Wärmeabfuhr des Stahls nicht wirklich beeinflussbar ist, ein zusätzliches verlangsamen der Wärmeabfuhr in anderen Partien des Gussteiles und es wird wieder eine „gerichtete Erstarrung" erreicht, nur anders herum als bis anhin gewohnt.

Beispiele für den Anwendungsbereich sind:

A, Motorblock

Open deck-Blöcke

Bei Wassermantelkernen deutliche Erhöhung der Schusszahl, da Schieberverschleiss entfällt

Bei medienführenden Kanälen sind kleinere Durchmesser-Längen-Verhältnisse darstellbar, da die überhitzungs- und Aufschrumpfungsgefahr geringer ist

Closed deck-Blöcke

Beim Wassermantelkern sind Hinterschnitte mit verlorenem Kern darstellbar

Zylinderkopf

Hinterschnitte am Zylinderkopf und angrenzenden Bereichen sind mit verlorenem Kern darstellbar

B. Gehäuse

Bei medienführenden Kanälen an Getriebegehäusen sind mit verlorenen Kernen Temperatur, Aufschrumpfung und 0 / Länge Verhältnisse weniger begrenzt.

Hinterschnitte an Pumpen-, Vergaser- oder Lenkrohrgehäusen sowie Turboladern oder Turbinen mit verlorenem Kern darstellbar. Bei Lenkrohrgehäusen kann zudem auf Schieber verzichtet werden.

Ebenso können bei Ventilgehäusen u. a. sehr dünne Schieberkeme verwendet werden.

Komplexe Geometrien, wie bei Krümmern, Querlenkem oder Achsteilen sind ohne komplexe Schieber und ohne Schalenbauweise mit verlorenem Kern darstellbar.

C, komplexe Formen

Elektronikgeräte aller Art mit „öffnungen" (für Tasten, Antenne, Stecker), faserverstärkte Druckgussteile mit Hohlräumen und Hinterschnitten oder Aufhängungen / Konsolen (innen hohl) sind mit verlorenen Kernen bei geringerem Aufwand machbar resp. überhaupt erst im Druckguss herstellbar.

Die erfindungsgemässe Lösung ergibt sich somit nicht naheliegend aus dem Stand der Technik. Bekannt ist, dass z. B. verschiedene Schlichten (mit isolierender Eigenschaft oder im Gegensatz dazu eine mit hoher Wärmeleitfähigkeit) eingesetzt oder / und die Dicken der Kerne verändert werden (noch dicker führt zu noch langsamerer Wärmeabfuhr), wie dies schon beim Kokillenguss mit Stahlformen erfolgt. Erfindungsgemäss soll dies nun mit verlorenen Kernen erfolgen. Dadurch wird die Korngrösse "genauer" beeinflussbar als sie sich von selber ergeben würde. Nachgewiesen ist, dass die isolierende Wirkung sichtbaren Einfluss auf die Korngrösse nimmt.

Möglich ist die Verwendung eines oder mehrerer Salzkerne oder von Kernen aus alternativen Materialien wie z. B. Sand um den Anschnittbereich abzubilden. Zum einen um das Formnegativ darzustellen und zum anderen um die Abkühlgeschwindigkeit im An- schnittbereich so zu beeinflussen, dass die Nachdruckphase (3. Phase) in ihrer Dauer und/oder Effizienz verbessert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen die

Fig. 1 : eine Form mit Salzkern

Fig. 2: eine Form mit Formpartien als Verschleissteil

Fig. 3: eine Schalenbauweise

Fig. 4: Gefüge zum verlorenen Kern hin, 5mm Abstand zum Kern

Fig. 5: Gefüge zum Stahl der Form hin, Abstand zum Stahl 5 mm.

Fig. 1 zeigt vereinfacht die Anordnung eines Salzkernes 3 zu einem zu giessenden Teih mit Anschnitt 2. Ein Salzkern 3 kann unterschiedliche Formgebungen bei Anwendung von Schieberkemen (Schieberkörper) und Salzkemen 3 ohne Anzug in Giessfor- men aufweisen. Die abzubildende Form kann auch gekrümmt (Fig. 3) oder anderweitig geformt sein.

Fig. 2 zeigt einen Einsatz 4 (Verschleissteil) aus Salz anstelle eines bisher üblichen Einsatzes aus Stahl.

Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Schalenbauweise unter Verwendung eines Salzkernes.

Die Gegenüberstellung zweier Schliffe (Fig. 4 undδ) stellt die erreichbaren Gefüge / Korngrössen sehr anschaulich. Die metallografische Aufbereitung der Schliffe zeigt eindeutig, dass durch die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit des Kernmaterials und des Formstahls die Gefügeausbildung beeinflusst werden kann. Fig. 4 zeigt dabei das Gefüge zum verlorenen Kern hin, mit 5mm Abstand zum Kern. Sichtbar ist ein grobkörniges Gefüge. Ein feinkörniges Gefüge ergibt sich hingegen zum Stahl der Form hin. Dieser Effekt kann noch verstärkt oder vermindert werden durch die Verwendung von isolierenden oder wärmeleitenden Schlichten.