Giesskern zur Erzeugung schwer zugänglicher Hohlräume in Gussstücken, sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Giesskern zur Erzeugung schwer zugänglicher Hohlräume in Gussstücken aus Aluminium oder aus einer seiner Legierungen aus einer körnigen Grundsubstanz und einem Zuckerderivat, die in Lösung vermischt, in Formen verpresst und bei erhöhter Temperatur ausgebacken sind (DE-ANr. 1783004), sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Giesskerne.

[0002] Giesskerne für die Herstellung komplizierter oder schwer zugänglicher Hohlräume mit engen Querschnitten in Metallgussteilen, die wasserlösliche Kerne darstellen, sind bereits bekannt. In der DE-C Nr. 1302940 werden gesinterte Salzkerne beschrieben. Nach einer Weiterentwicklung gemäss DE-A Nr. 1783004 wird das wasserlösliche Kernmaterial mit einem synthetischen Harz bzw. Kunstharz gebunden. Als synthetisches Harz bzw. Kunstharz der DE-A Nr. 1783004 dienen solche vom Harnstofformaldehydtyp, Phenolformaldehydtyp, Melaminformaldehydtyp, Harnstofffurfuryltyp, Phenolfurfuryltyp oder vom auf Zucker-oder Glykosebasis aufgebauten Typ bzw. verträgliche Zusammensetzungen solcher Harze.

[0003] DE-A Nr. 2746122 offenbart ein Kernmaterial für Giesskerne, welches neben einem wasserlöslichen Salz ein Granulat eines Metalls sowie ein Kunstharz enthält, die in an sich bekannter Weise in Lösung vermischt, in Formen verpresst und bei erhöhter Temperatur ausgebacken werden. Diese Druckschrift beschreibt ausserdem den Einsatz von Kernhalterungen mittels Röhrchen.

[0004] Die vorbekannten Giesskerne vermögen jedoch in ihren Eigenschaften noch nicht vollständig zu befriedigen, da sowohl die gesinterten Salzkerne wie auch solche mit Kunstharzbindung bei vielen Anwendungszwecken noch Nachteile aufweisen.

[0005] So ist die Herstellung gesinterter Salzkerne relativ aufwendig und diese sind auch für einige Anwendungszwecke zu spröde. Weiterhin lassen sie sich nach dem Umgiessen mit dem Metall nur relativ schwierig aus dem Gussstück herauslösen.

[0006] Kunstharzgebundene Salzkerne haben dagegen den Nachteil, dass bei ihrer Anwendung unter Einwirkung der Giesstemperatur grosse Gasmengen aus dem Bindemittel freigesetzt werden können. Zur Vermeidung einer Porosität im Gussstück müssen diese Gase schnell und vollständig abgeführt werden. Aufgrund der zumeist engen Querschnitte, die durch die Geometrie der Gussteile gegeben sind, kann es aber in den Abströmkanälen leicht zu Verstopfungen durch Kondensation harzartiger Produkte kommen. Als Folge ergibt sich dann ein unkontrolliertes Auftreten der Gase aus der gesamten Kernoberfläche mit den bekannten nachteiligen Folgen für das Gussstück.

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Giesskerne und Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, aus denen unter Einwirkung der Temperaturen beim Giessen von Aluminium und dessen Legierungen, nur geringe Gase sofern überhaupt, freigesetzt werden, wobei die Art der Reaktionsprodukte so sein soll, dass auch die Gasabführung durch dünne Kanäle möglich ist, ohne dass Kondensationsprodukte in diesen Kanälen zu Verstopfungen führen. Insbesondere soll sich das Kernmaterial leicht aus eventuell sehr engen Öffnungen aus dem Hohlraum, sei es durch Auflösung der Grundsubstanz, sei es durch Zerfall des Bindemittels, bei dem die Grundsubstanz wieder rieselfähig wird, entfernen lassen.

[0008] Diese Aufgabe wird durch die Schaffung eines Giesskerns der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das zur Bindung des wasserlöslichen Salzes eingesetzte Bindemittel Zuckercouleur in einer Konzentration von 0,3 bis 15 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Giesskerns, darstellt.

[0009] Im Rahmen der Erfindung ist überraschenderweise gefunden worden, dass durch den Einsatz von Zuckercouleur als Bindemittel die vorstehend erwähnten Nachteile vermieden werden können. Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, dass die erfindungsgemässen Giesskerne bei den Giesstemperaturen nur sehr geringe Mengen an Verbrennungsgasen aus dem Bindemittel freisetzen, wobei es nicht zur Bildung pastöser Kondensate kommt, durch die die Abströmkanäle eingeengt bzw. verstopft werden könnten.

[0010] Zuckercouleur, das auch Karamel genannt wird, ist üblicherweise eine mehr oder weniger dunkel gefärbte Masse, die entsteht, wenn man Rohrzukker, Rübenzucker oder Traubenzucker - gegebenenfalls unter Zusatz von etwas Alkali - auf höhere Temperaturen erhitzt.

[0011] Nach einer Ausführungsform der Erfindung liegt das wasserlösliche Salz, welches mit Zuckercouleur gebunden wird, in körniger Form vor. Durch eine derartige Konfiguration wird die Auflösung bzw. Entfernung desselben im Regelfall erleichtert.

[0012] Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in die mitZuckercouleurgebundenen Kerne bei deren Herstellung Metallröhrchen, z.B. durch Verpressen, derart mit eingeführt, dass sie später sowohl zur Befestigung der Kerne in der Giessform als auch zur Abführung der Reaktionsgase während des Giessvorganges dienen können. Die derart eingesetzten Röhrchen können, einerseits um einen festen Sitz im Kernmaterial und andererseits um eine leichte Abführung der Gase zu erreichen, in der Art von Hohlnieten umgebördelt, seitlich geschlitzt oder perforiert sein.

[0013] Zur Befestigung der Kerne in der Giessform können ebenfalls Röhrchen, z.B. aus Metall, vorgesehen sein, die derart ausgebildet sind, dass sie ausserhalb der Giessform die Möglichkeit des Anschlusses an eine Saugleitung bieten.

[0014] Die Giesskerne werden nach einem Verfahren gemäss der Erfindung derart hergestellt, dass das wasserlösliche Salz mit 0,3 bis 15 Gew.% Zuckercouleur in wässeriger, organischer oder gemischt wässerig-organischer Lösung in bekannter Weise vermischt, in Formen verpresst und bei erhöhter Temperatur ausgebacken wird. Wenngleich der Anteil des eingesetzten Lösungsmittels in weite Grenzen schwanken kann, wurden doch besonders günstige Ergebnisse bei einem Gewichtsverhältnis von Lösungsmittel zu organischem Bindemittel von etwa 1 :1 bis 1 :10 erhalten.

[0015] Für die Herstellung von Giesskernen für bestimmte Anwendungszwecke kann es günstig sein, wenn die Grundsubstanz bei der Umhüllung mit dem Bindemittel auf einer gegenüber der Raumtemperatur etwas erhöhten Temperatur gehalten wird. So kann die Grundsubstanz bei der Umhüllung mit dem Bindemittel beispielsweise eine Temperatur zwischen 20 und 180° C aufweisen, wobei der für die Umhüllung erforderliche Mischvorgang dann so lange fortgesetzt wird, bis ein trockenes rieselfähiges Gemisch entstanden ist.

[0016] Der nachfolgende Verpressungsvorgang erfolgt vorteilhafterweise ebenfalls bei erhöhten Temperaturen. Hierbei sind Presstemperaturen im Bereich zwischen 50 und 200° C bevorzugt.

[0017] Das Ausbacken, das üblicherweise auf die Verpressung folgt, wird ebenfalls bei erhöhter Temperatur vorgenommen. Hierbei haben sich Temperaturen zwischen 150 und 300° C als günstig erwiesen. Die für das Ausbacken erforderliche Zeit richtet sich nach der Art der gewählten Zuckercouleur und der Ausbacktemperatur, wobei sie für die vorstehend angegebenen Ausbacktemperaturen üblicherweise Zeiträume von etwa 10 min bis etwa 2 h umfassen kann.

[0018] Bei der Herstellung des erfindungsgemässen Giesskerns kann die Trocknung bzw. die Entfernung des Lösungsmittels durch Temperaturerhöhung durch Einleiten warmer trockener Luft beschleunigt bzw. begünstigt werden.

[0019] Die erfindungsgemässen Giesskerne sind in der beigefügten Figur in einer bevorzugten Ausführungsform schematisch veranschaulicht. In der Figur ist bei dem Giesskern ein Kühlkanal-Ringkern 1, der zur Herstellung eines Kühlkanals im Kolben einer Brennkraftmaschine dient, gezeigt. Die eingeformten Röhrchen 2 dienen zur Befestigung in den Kernaufnahmen 3 der Giessform und zugleich zur Gasableitung.

[0020] Die erfindungsgemässen Giesskerne weisen besondere Vorteile auf. So lassen sich die Kerne aus den fertigen Gussteilen ohne jegliche Mühe, beispielsweise durch Wasserzufuhr, auswaschen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Giesskerne aber auch des Verfahrens zu deren Herstellung besteht darin, dass weder bei der Herstellung der Kerne noch während des Giessvorganges oder beim späteren Auswaschen der Kernreste aus dem Gussstück Gase, Dämpfe oder Abfallstoffe entstehen bzw. freigesetzt werden, die in irgendeiner Weise umweltschädlich wären. Abgesehen davon ist, wie bereits vorstehend ausgeführt wurde, die Menge an freigesetztem Gas relativ gering.

[0021] Schliesslich ist zu erwähnen, dass das Bindemittel auf der Basis von Zuckercouleur ausgezeichnete Zerfallseigenschaften aufweist, da seine Bindekraft beim Giessen des Gussstückes weitgehend zerstört wird. Die Grundsubstanz, die nach dem Erkalten des Gussstückes in weitgehend rieselförmiger Form vorliegt, lässt sich dann durch einfaches Ausrütteln oder aber durch Spülen aus dem entstandenen Hohlraum leicht entfernen.

[0022] Die Herstellung des erfindungsgemässen Giesskernswird nachstehend in einem Ausführungsbeispiel erläutert, das nicht als Einschränkung aufzufassen ist.

Beispiel

[0023] Zur Herstellung von 100 kg Kernmaterial wurden 2,7 kg Zuckercouleur mit 0,3 kg Alkohol verdünnt und in dieser Form einer Menge von 97 kg NaCI bei einer Temperatur von 120° C zugegeben und einem schonend arbeitenden Mischer zugeführt. Bereits nach kurzer Zeit waren die Salzkörner vom Bindematerial umhüllt und konnten durch Einleiten warmer Luft getrocknet werden. Sobald die Mischung wieder rieselfähig war, wurde sie in ein Pressgesenk der gewünschten Form gebracht und dort verdichtet, wobei das Verdichtungsverhältnis 1,4:1 betrug. Das Pressgesenk selbst wurde dabei auf einer Temperatur von 140° C gehalten. Es enthielt in einer entsprechenden Halterung die seitlich geschlitzten und in Form einer Hohlniete ausgebildeten Röhrchen. Der so hergestellte Kern wurde dem Pressgesenk mit Hilfe einer entsprechenden Vorrichtung entnommen und anschliessend auf einer, der Kernform angepassten Unterlage während 60 min bei 220° C ausgebakken.

Ansprüche

1. Giesskern zur Erzeugung schwer zugänglicher Hohlräume in Gussstücken aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung aus einer körnigen Grundsubstanz und einem Zuckerderivat, die in Lösung vermischt, in Formen verpresst und bei erhöhter Temperatur ausgebacken sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundsubstanz wasserlösliches Salz mit 0,3 bis 15 Gew.% Zuckercouleur, bezogen auf das Gesamtgewicht des Giesskerns, vermischt ist.

2. Giesskern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kern mindestens ein eingepresstes Röhrchen enthalten ist.

3. Verfahren zur Herstellung eines Giesskerns gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundsubstanz mit 0,3 bis 15 Gew.% Zukkercouleur in wässeriger oder organischer Lösung vermischt wird.

Claims

1. A casting core for the creation of difficultly accessible cavities in castings of aluminium or of one of its alloys, comprising a granular base substance and a sugar derivative, being mixed in solution, pressed in a mold and baked at elevated temperature, characterized in that as base substance a water-soluble salt is mixed with 0.3-15% by weight of burnt sugar, referred to the total weight of the casting core.

2. A casting core according to claim 1, characterized in that the core includes at least one tubule pressed into the core.

3. A process for the production of a casting core according to claim 1, characterized in that the base substance is mixed with 0.3-15% by weight of burnt sugar in aqueous or organic solution.

Revendications

1. Noyau de fonderie pour la préparation de cavités difficilement accessibles dans des pièces moulées en aluminium ou en alliage d'aluminium, à partir d'une substance de base granuleuse et d'un dérivé du sucre, qui sont mélangés en solution, comprimés dans des moules et cuits à température élevée, caractérisé en ce que, comme substance de base, un sel soluble dans l'eau est mélangé avec 0,3-15% en poids de sucre caramélisé, rapporté au poids total du noyau de fonderie.

2. Noyau de fonderie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau contient au moins un petit tube enfoncé par compression.

3. Procédé de fabrication d'un noyau de fonderie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance de base est mélangée avec 0,3-15% en poids de sucre caramélisé en solution aqueuse ou organique.

Zeichnung