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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gießen, insbesondere zum Druckgießen von Formhohlteilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Beim Gießen bzw. Druckgießen von Formhohlteilen, zum Beispiel aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung, wird zunächst der verlorene Kern als Sandkern oder Salzkern geformt und verfestigt, sodann in einer metallischen Dauerform eingelegt und justiert, wonach dann der zwischen der Dauerform und dem Kern befindliche Formhohlraum mit Metallschmelze befüllt wird. An der Dauerform ist in der Regel ein geodätisch tiefer liegender Angusskanal und ein höher liegender Entlüftungskanal (Überlauf) vorgesehen. Über den Entlüftungskanal sollen am Anfang des Gießvorganges Gase, Verunreinigungen, durch Verwirbelungen entstanden Oxide, etc. aus dem Formhohlraum abgeführt werden. Die Entlüftung des Formhohlraumes beim Gießen kann jedoch Probleme bereiten, insbesondere bei gießtechnisch exponierten Geometrien des Formhohlteiles. Nach dem Abkühlen der Metallschmelze wird der Kern durch Ausspülen, Rütteln, etc. entfernt. Ein vom Prinzip her ähnlicher Aufbau ist aus der
US 2007/0237827 A1 beispielhaft bekannt.
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Weiter ist aus der
DE 100 45 594 A1 eine Gießvorrichtung bekannt, die an ihrer Unterseite eine Eingießöffnung aufweist, die durch einen Anguss gefüllt ist. Dieser Anguss führt zu Formnestern, in denen Sandkerne unter Belassung eines Zwischenraumes angeordnet sind. Dieser Zwischenraum ist nach dem Gießen durch das Gussteil gefüllt. Die eine Hälfte der Kokille enthält zwei äußere Entlüftungskanäle, die aus einem Hohlraum vom Sandkern weg in Richtung auf eine obere Fläche der Kokillenhälfte führen und dort als Entlüftungsöffnungen ausmünden. Im mittleren Bereich ist ein weiterer Entlüftungskanal vorgesehen, der ebenfalls vom Sandkern weggeht und an der oberen Fläche ausmündet. Von den Formnestern weg führen Steiger ebenfalls zu der oberen Fläche. Im Bereich der oberen Fläche ist eine Unterdruckkammer vorgesehen, die mit einer Unterdruckquelle in Verbindung steht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Gießen von Formhohlteilen, insbesondere von metallischen Formhohlteilen vorzuschlagen, die bei geringem Bauaufwand eine verbesserte Entlüftung bei ungünstigen Bauteilgeometrien ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass in oder an dem verlorenen Kern zumindest eine Entlüftungskammer ausgebildet ist, die über zumindest einen Kern-Entlüftungskanal mit dem Formhohlraum verbunden ist. Damit wird quasi eine innere Entlüftung für den Formhohlraum geschaffen, die u. a. den Vorteil hat, dass sie an Stellen vorgesehen werden kann, die von außen an der Gieß- bzw. Dauerform für Entlüftungskanäle nicht zugänglich ist. Ferner kann an Stellen im Formhohlraum entlüftet werden, die strömungsdynamisch ungünstig liegen (zum Beispiel von Wandbereichen abragende Rippen oder Stege) und somit zu Gießfehlern wie Gaseinschlüssen oder dergleichen neigen.
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Fertigungstechnisch besonders günstig kann der verlorene Kern mehrgeteilt, insbesondere zweigeteilt mit einer oder mehreren inneren Kern-Trennebenen ausgeführt sein, wobei die zumindest eine Kern-Entlüftungskammer zu dieser Kern-Trennebene offen ausgeführt ist und mit dem Formhohlraum über einen in der Trennebene verlaufenden Entlüftungskanal verbunden ist. Die Kern-Entlüftungskammer und der Entlüftungskanal können somit bei der Formgebung des Kernes mit eingeformt oder nach Aushärtung des Kernes relativ einfach eingefräst oder anderweitig eingearbeitet werden. Die Entlüftungskammer kann aber auch durch einen Negativkörper gebildet sein, der in die noch lose Grundstoffmischung des Kernes eingebettet und später aus dem festen Kern herausgelöst wird.
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Besonders bevorzugt kann dabei die zumindest eine Entlüftungskammer unterteilt in zum Beispiel zwei in der Kern-Trennebene aneinander angrenzende Kernhälften eingearbeitet sein, die jeweils zu dieser Kern-Trennebene offen ausgeführt sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Formhohlteil in einem Wandbereich zumindest eine Aussparung aufweisen, an der der verlorene Kern und die Gieß- bzw. Dauerform in einer gemeinsamen Gießform/Kern-Trennebene unmittelbar aneinander anliegen, wobei die Kern-Entlüftungskammer zu dieser Gießform/Kern-Trennebene offen ausgeführt ist und der korrespondierende Entlüftungskanal entlang der Gießform/Kern-Trennebene verläuft.
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Des Weiteren kann von einem Wandbereich des Formhohlteiles ein Funktionsteil nach innen abragen, das als Negativ-Hohlraum in dem verlorenen Kern abgebildet ist, wobei der Negativ-Hohlraum für das Funktionsteil über zumindest einen Entlüftungskanal mit zumindest einer Kern-Entlüftungskammer verbunden ist. Derartig abragende Funktionsteile des Formhohlteiles liegen zumeist außerhalb des Fließweges der Metallschmelze und neigen in besonderem Maße zu Gießfehlern, die durch die vorgeschlagene, innere Entlüftung eliminierbar sind.
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Besonders zweckmäßig wird dazu vorgeschlagen, dass der verlorene Kern im Bereich des Hohlraumes mehr-, insbesondere zweigeteilt mit einer inneren Kern-Trennebene ausgeführt ist und die Entlüftungskammer zu dieser Kern-Trennebene offen gestaltet sowie mit dem Negativ-Hohlraum über den in der Kern-Trennebene verlaufenden Entlüftungskanal verbunden ist. Dazu können ferner bei einem relativ voluminösen Funktionsteil mehrere Kern-Entlüftungs-kammern über mehrere in der Kern-Trennebene verlaufende Entlüftungs-kanäle an den Negativ-Hohlraum für das Funktionsteil angeschlossen sein.
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In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann an dem zu gießenden Formhohlteil an zumindest einen Wandbereich eine nach außen und/oder nach innen abragende, relativ dünnwandige Rippe ausgebildet sein, die zumindest an einer Seitenfläche von einem verlorenen Kern umschlossen ist bzw. an diese angrenzt, während die Rippe, insbesondere eine Stirnseite der Rippe, über einen Entlüftungskanal mit einer zumindest teilweise in dem Kern ausgebildeten Kern-Entlüftungskammer verbunden ist. Dies ermöglicht neben einer problemlosen Ausformung des Formhohlteiles eine gießtechnisch einwandfreie Ausbildung der Rippe, ohne deren Duktilität beeinträchtigende Gießfehler.
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Schließlich kann die Rippe an einer Seitenfläche von dem verlorenen Kern und an der anderen Seitenfläche und an der Stirnseite von der Gieß- bzw. Dauerform umschlossen sein, wobei in der gemeinsamen Trennebene der Entlüftungskanal und die Kern-Entlüftungskammer vorgesehen sind.
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Ferner behält sich die Anmelderin die Abfassung von Ansprüchen auf ein Verfahren zum Gießen von Formhohlteilen mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 vor; ebenso wie die Formulierung von Patentansprüchen für ein Verfahren zum Herstellen einer Kern-Entlüftungskammer.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand einer einzigen Figur näher erläutert, die einen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit einer metallischen, zum Beispiel als Kokille ausgeführten, äußeren Dauerform und einem zum Beispiel inneren Salzkern zeigt, in dem mehrere Ausführungen zur inneren Entlüftung exponierter Bauteilgeometrien des zu gießenden Formhohlteiles verwirklicht sind.
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In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zum Druckgießen eines Formhohteiles 10 aus einer Aluminiumlegierung dargestellt, das sich im Wesentlichen aus einer Basiswand 12, einer daran anschließenden, etwa U-förmigen Umfangswand 14, einem von der Basiswand 12 nach innen ragendem Funktionsteil 16 und mehreren, an die Basiswand 12 und die Umfangswand 14 angeformten Rippen 18, 20 zusammensetzt. Das Formhohlteil 10 kann beispielsweise ein Knotenteil einer mit Blechen, zum Beispiel Stahlblechen oder Leichtmetallblechen kombinierten Karosseriestruktur für Kraftfahrzeuge sein.
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Zum Gießen des Formhohlteiles 10 ist zunächst ein verlorener Kern bzw. ein Salzkern 22 vorgesehen, der aus zwei in einer Trennebene 24 aneinander gefügten Kernhälften 22a, 22b hergestellt ist, die hier beispielhaft mittels mehrerer in Ausnehmungen der einen Kernhälfte 22b einragenden Zapfen 22c der anderen Kernhälfte 22a zueinander justiert sind.
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Der Salzkern 22 weist einen im Negativ der Konfiguration des Funktionsteiles 16 entsprechenden Hohlraum 22d auf. Die Fertigung des Salzkernes 22 erfolgt in an sich bekannter Weise durch Vorformen und Verpressen oder Sintern einer wasserlöslichen Salzkörnung mit Bindemitteln. Der Hohlraum 22d kann durch einen beim thermischen Aushärten des Salzkernes 22 sich auflösenden Kern aus einer organischen Substanz hergestellt werden.
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Anstelle eines Salzkernes 22 kann gegebenenfalls auch ein entsprechend druckgussfester Sandkern verwendet sein.
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Der Salzkern 22 ist in eine aus zwei Kokillenhälften 26a, 26b mit einer gemeinsamen Trennebene 28 bestehende Dauerform 26 eingelegt und in dieser durch nicht ersichtliche Justiermittel gehalten.
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Der im Wesentlichen zwischen der Innenkonfiguration der Dauerform 26 und der Außenkonfiguration des Salzkernes 22 gebildete Formhohlraum 30 mit einem zwischen den beiden Kokillenhälften 26a, 26b gebildeten Wandabschnitt 12a und den Rippen 18, 20 wird durch Zuführen einer Metallschmelze im Druckgussverfahren befüllt, wobei an einer geodätisch unteren Stelle der Dauerform 26 ein Angusskanal 32 und an einer geodätisch oberen Position ein Entlüftungskanal 34 mit einer Entlüftungskammer 36 vorgesehen ist.
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Der Fluss der Metallschmelze verläuft zum Beispiel in bekannter Weise nach dem Schwerkraftprinzip von unten nach oben, wobei im Formhohlraum 30 und im Hohlraum 22d befindliche Gase, Verunreinigungen, etc. über den Entlüftungskanal 34 und die zur Atmosphäre offene Entlüftungskammer 36 überwiegend ausgeschieden werden. Selbstverständlich kann alternativ auch Druckguss verwendet werden.
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Zur inneren Entlüftung exponierter, teilweise abseits des hauptsächlichen Schmelzflusses liegender Bereiche des Formhohlraumes 30 und des Hohlraumes 22d sind in den Salzkern 22 Entlüftungskammern 38, 40 eingeformt, die über einheitlich mit 42 bezeichnete Entlüftungskanäle mit dem Formhohlraum 30 bzw. dem Hohlraum 22d verbunden sind.
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So sind in der Trennebene 24 der Kernhälften 22a, 22b des Salzkernes 22 zwei in der Bildebene der 1 nach oben und unten verlaufende Entlüftungskanäle 42 vorgesehen, die mit beiderseits des Hohlraumes 22d angeordneten Entlüftungskammern 38 kommunizieren. Die Entlüftungskammern 38 sind dabei fertigungstechnisch günstig in beide Kernhälften 22a, 22b eingearbeitet und jeweils zur Trennebene 24 offen ausgeführt.
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Über die Entlüftungskanäle 42 und die beiden Entlüftungskammern 38 kann somit der relativ voluminöse und Hinterschnitte aufweisende Hohlraum 22d zur Vermeidung von Gießfehlern im Funktionsteil 16 wirksam entlüftet werden.
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Des Weiteren ist im Bereich einer Ausnehmung 14a in der Umfangswand 14 des Formhohlteiles 10 in die Kernhälfte 22b des Salzkernes 22 eine weitere Entlüftungskammer 40 eingeformt, die zu der gemeinsamen Trennebene 44 zwischen der Kokillenhälfte 26b der Dauerform 26 und der Kernhälfte 22b offen ausgeführt und über Entlüftungskanäle 42 mit dem Formhohlraum 30 strömungstechnisch verbunden ist.
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Über die Entlüftungskanäle 42 und die Entlüftungskammer 40 können durch Verwirbelungen im Schmelzfluss entstehende Gase, Oxide oder Verunreinigungen in die Entlüftungskammer 40 abgeleitet werden.
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Eine weitere Entlüftungskammer 46 ist zwischen einem leistenförmigen Salzkern 50 und der Kokillenhälfte 26b in einer gemeinsamen Trennebene 52 angeordnet.
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Die Entlüftungskammer 46 ist teils in den Salzkern 50 und teils in die Kokillenhälfte 26b eingearbeitet und jeweils zur Trennebene 52 offen ausgeführt. Der in der Trennebene 52 verlaufende Entlüftungskanal 42 verbindet dabei die Stirnseite 18a der Rippe 18 (bzw. den entsprechenden Hohlraum beim Gießen) mit der Entlüftungskammer 46, während die Seitenflächen 18b, 18c der Rippe 18 von dem Salzkern 50 einerseits und von der Kokillenhälfte 26b andererseits umschlossen sind.
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Der Salzkern 50 dient insbesondere dazu, das Ausformen des Formhohlteiles 10 mit der relativ langen Rippe 18 ohne Beschädigung der Rippe 18 zu ermöglichen.
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Mittels des Entlüftungskanales 42 und der Entlüftungskammer 46 können die Duktilität der Rippe 18 beeinträchtigende Gießfehler im Bereich der Rippe 18 vermieden werden, wobei Gase, Verunreinigungen, etc. über die Entlüftungskammer 46 abgebaut werden.
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Nach dem Gießprozess und dem Entfemen des Formhohlteiles 10 aus der Dauerform 26 wird zunächst der Salzkern 22 durch Herausspülen mit Wasser entfernt. Sodann werden die über die Entlüftungskanäle 42 anhaftenden, durch die innere Entlüftung angesammelten Metallreste bzw. Angüsse mittels eines geeigneten Stanz- oder Schneidwerkzeuges abgetrennt und entfernt, zumindest wenn sie das Aussehen und/oder die Funktion des Formhohlteiles 10 beeinträchtigen.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Abhängig jeweils von der Geometrie des zu gießenden Formhohlteiles und der Schmelzflussverhältnisse können nur Entlüftungskammern 38 und/oder 40 und/oder 46 vorgesehen sein. Die beschriebene innere Entlüftung im verlorenen Kern 22 kann auch in weiteren Ausgestaltungen bewerkstelligt sein.
