EP3041623B1

EP3041623B1 - Verfahren zum entformen eines aus leichtmetallschmelze gegossenen gussteils aus einer giessform

Info

Publication number: EP3041623B1
Application number: EP13756497.7A
Authority: EP
Inventors: Valentin DIEL; Heiko Weber; Detlef Kube; Marcus Speicher
Original assignee: Nemak SAB de CV
Current assignee: Nemak SAB de CV
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: CN105705274B; KR101759268B1; ES2634319T3; JP6126746B2; US20160193655A1; CN105705274A; WO2015032427A1; MX2016002776A; BR112016004221B1; MX370862B; RU2635598C2; RU2016112524A; US9895745B2; JP2016530101A; EP3041623A1; KR20160047514A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entformen eines aus einer Leichtmetallschmelze gegossenen Gussteils aus einer Gießform. Die Gießform umfasst dabei mindestens einen Gießkern, der im Gussteil eine zwei Außenseiten des Gussteils verbindende Durchgangsöffnung abbildet und aus einem Formstoff hergestellt ist, der mittels eines unter Temperatureinwirkung zerfallenden Binders gebunden ist. Zum Entformen wird die Gießform in einem Ofen einer Wärmebehandlung unterzogen, bei der sie auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der der Binder des Gießkerns seine Bindewirkung verliert. Ein Verfahren dieser Art wird in der WO 2004/014581 A2 beschrieben.
Solche in der Fachwelt auch als "thermisches Entsanden" bekannte Verfahren werden in der Praxis insbesondere beim Guss von Motorblöcken oder Zylinderköpfen für Verbrennungsmotoren aus Leichtmetall in großem Umfang eingesetzt. Gussteile dieser Art werden wegen ihrer in der Regel komplex filigranen Formgebung häufig in Gießformen gegossen, die als so genanntes "Kernpaket" aus einer Vielzahl von jeweils aus Formstoff vorgefertigten Einzelkernen zusammengesetzt sind. Aus Formstoff hergestellte Gießkerne werden jedoch auch beim Kokillenguss eingesetzt, um im inneren Bereich des jeweiligen Gussteils vorgesehene Kanäle und Durchgangsöffnungen abzuformen.
Die Formstoffe, aus denen die Gießkerne der hier in Rede stehenden Art geformt sind, bestehen üblicherweise aus einer Mischung aus einem geeigneten Formsand und dem Binder, der beim fertigen Gießkern die einzelnen Partikel des Formsands aneinander bindet und so die erforderliche Formstabilität des aus dem Formstoff geformten Kerns gewährleistet. Zusätzlich kann der Formstoff bestimmte Additive enthalten, die das Zusammenspiel von Binder und Formsand oder das Verhalten des jeweiligen Gießkerns beim Abguss der Schmelze verbessern.
Bei dem Binder kann es sich um einen durch Wärmezufuhr verfestigbaren anorganischen oder einen durch Begasung mit einem Reaktionsgas verfestigbaren organischen Binder handeln. Gemeinsam ist diesen Bindern, dass sie ihre Wirkung verlieren, wenn eine bestimmte obere Grenztemperatur überschritten wird und der Binder zumindest teilweise verbrennt. Sobald dieser Punkt erreicht ist, zerfallen die unter Verwendung solcher Binder hergestellten Gießkerne in Bruchstücke oder einzelne Sandpartikel, die von dem Gussteil abfallen. Ziel ist es dabei, den Zerfall der Gießkerne so zu steuern, dass möglichst geringe Mengen an Formstoff in oder an dem Gussteil zurückbleiben.
In der Praxis wird die Temperatur, bei der die für die thermische Entsandung durchgeführte Wärmebehandlung stattfindet, so hoch eingestellt, dass der Binder im Ofen weitestgehend vollständig verbrennt. Der zurückbleibende Formsand kann dann mit geringem Aufwand für eine erneute Verwendung aufbereitet werden.
Besonders effektiv kann das thermische Entsanden genutzt werden, wenn, wie beispielsweise aus der DE 693 18 000 T3 ( EP 0 612 276 B1 ) bekannt, die Entsandung des Gussteil und die Aufbereitung des Formsands mit einer
Lösungsglühbehandlung des Gussteils gekoppelt werden und diese drei Arbeitsschritte im kontinuierlichen Durchlauf in einem Ofen absolviert werden. Um das Ergebnis der Aufbereitung des Formsands zu verbessern, werden die von den Gussteilen abfallenden Bruchstücke der Gießkerne im Ofen in einem Formsandbett aufgefangen, das durch Einblasen eines Fluidgasstroms so fluidisiert wird, dass die Bruchstücke des Formsands beständig in Bewegung sind und in Folge ihrer dadurch erzwungenen abrasiven Belastung schnell in ihre einzelnen Sandpartikel zerfallen.
Die Verkopplung von thermischem Entsanden, Aufbereitung des Formsands und Lösungsglühbehandlung des Gussteils bedingt eine vergleichbar lange Aufenthaltsdauer der Gussteile im jeweiligen Ofen. Wenn für eine betriebsgerecht großtechnische Umsetzung bei Verfahren der hier in Rede stehenden Art die Gießformen und Gussteile im kontinuierlichen Durchlauf wärmebehandelt werden sollen, führt dies zu Durchlauföfen beträchtlicher Länge. Auch zeigt sich, dass die thermische Entsandung von Gießkernen, die im Gussteil Durchgangsöffnungen abbilden, selbst dann nur unvollkommen zuverlässig gelingt, wenn es sich bei diesen Durchgangsöffnungen um Zylinderöffnungen oder desgleichen handelt, die einen großen Durchmesser besitzen.
Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe zu Grunde, die Effektivität und das Entsandungsergebnis eines Verfahrens der eingangs angegebenen Art zu verbessern.
Die Erfindung schlägt zur Lösung dieser Aufgabe das in Anspruch 1 angegebene Verfahren vor.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
Wie beim thermischen Entsanden der voranstehend erläuterten Art wird gemäß der Erfindung beim Entformen eines aus einer Leichtmetallschmelze gegossenen Gussteils aus einer Gießform, die mindestens einen Gießkern umfasst, der in dem Gussteil eine zwei Außenseiten des Gussteils verbindende Durchgangsöffnung abbildet und aus einem Formstoff hergestellt ist, der mittels eines unter Temperatureinwirkung zerfallenden Binders gebunden ist, die Gießform zum Entformen in einem Ofen einer Wärmebehandlung unterzogen, bei der sie auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der der Binder des Gießkerns seine Bindewirkung verliert..
Erfindungsgemäß wird nun im Ofen ein Durchgang, der in dem die Durchgangsöffnung abbildenden Gießkern der Gießform ausgebildet ist von Heißgas durchströmt, dessen Temperatur mindestens der Temperatur entspricht, bei der der Binder des Formstoffs seine Bindewirkung verliert, so dass der die Durchgangsöffnung abbildende Gießkern in Folge der Einwirkung des Heißgases zu Bruchstücken oder einzelne Sandpartikel zerfällt. Der Durchgang der Gießform ist dabei in dem die Durchgangsöffnung abbildenden Gießkern so angelegt, dass er von einer ersten Außenseite zu einer anderen Außenseite der Gießform führt.
Wenn hier vom "Verlust der Bindewirkung" gesprochen wird, ist dabei jeweils gemeint, dass der Binder in Folge eines zumindest teilweisen Verbrennens oder einer anderen Art von chemischem Zerfall zumindest stellenweise nicht mehr in der Lage ist, den Formstoff des Gießkerns zusammenzuhalten.
Der erfindungsgemäß vorgesehene Durchgang der Gießform kann schon bei Eintritt in den Ofen vorhanden sein. Dabei kann zur Vermeidung eines zu frühen Unwirksamwerdens des Binders die Durchgangsöffnung zunächst durch ein Hilfsmittel, wie einen dünnen Deckel aus brennbarem Material, z.B. Pappe, Sand, brennbarem Flies oder desgleichen verschlossen werden. Auf diese Weise wird der Gefahr entgegengewirkt, dass es im Bereich des Durchgangs schon vor dem Eintritt in den Ofen aufgrund des Kamineffektes zu einer Durchströmung des Durchgangs mit Luft aus der Umgebung und damit einhergehend zu einer vorzeitigen Verbrennung des Binders des die Durchgangsöffnung des Gussteils abbildenden Gießkerns. Der Deckel verbrennt nach sehr kurzer Zeit im Ofen, sodass der erfindungsgemäß genutzte Effekt, nämlich die Durchströmung des Durchgangs mit Heißgas im Ofen entsteht.
Alternativ ist es auch möglich, den Durchgang erst im Ofen auszubilden, beispielsweise dadurch, dass die Gießform so ausgebildet ist, dass der Durchgang freigegeben wird, wenn in Folge der Zersetzung des Binders ein erstes Formteil von der Gießform abfällt, oder dadurch, dass der Durchgang im Eingangsbereich des Ofens durch mechanische Krafteinwirkung in die Gießform eingebracht wird.
Gemäß der Erfindung wird also eine Gießform eingesetzt, die so ausgebildet ist, dass die Intensität, mit der sie der bei der Wärmebehandlung herrschenden heißen Atmosphäre ausgesetzt ist, gegenüber der konventionellen Vorgehensweise deutlich erhöht ist. Hierzu ist an der Gießform mindestens ein Durchgang vorgesehen, über den aus der Ofenatmosphäre gebildetes Heißgas auch zu innen im Gussteile liegenden Gießkernen der Gießform gelangt. Auf diese Weise werden auch die im Inneren des Gussteils angeordneten Gießkerne schnell auf eine Temperatur erwärmt, bei der ihr Binder seine Wirkung verliert. Dies gilt zuerst für den Gießkern, der mit dem vom Heißgas durchströmten Durchgang versehen ist, jedoch auch, sofern vorhanden, für die an ihn angrenzenden Gießkerne, die weitere Kanäle, Kavitäten und desgleichen im Gussteil abbilden.
Bei üblichen Wärmebehandlungsöfen für Gießformen und Gussteile der hier in Rede stehenden Art enthält die Ofenatmosphäre Sauerstoff, so dass auch das durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Durchgang der Gießform geleitete Heißgas Sauerstoff enthalten kann. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäß vorgesehenen Durchströmung der Gießform mit Heißgas besteht dann darin, dass mit dem Heißgas auch in die innenliegenden Bereiche der Gießform gezielt größere Mengen an Sauerstoff gelangen, wodurch die Verbrennung des Formstoff-Binders gefördert und dementsprechend der Zerfall auch der innenliegenden Gießkerne beschleunigt und vervollständigt wird.
Neben dem beschleunigten Zerfall des Binders der Gießkerne führt die durch die erfindungsgemäße direkte Durchströmung von innen liegenden Gießkernen der Gießform mit Heißgas bewirkte beschleunigte Erwärmung zu erhöhten thermischen Spannungen in den Gießkerne, die ebenfalls zu einer erhöhten Effektivität und zu einem optimierten Ergebnis der erfindungsgemäß bewirkten thermischen Entsandung beitragen.
Grundsätzlich ist es denkbar, den erfindungsgemäß durch den in der Gießform vorgesehenen Durchgang strömenden Heißgasstrom durch ein Gebläse oder desgleichen zu erzwingen. Praktische Versuche haben jedoch gezeigt, dass auch die natürliche Konvektion ausreicht, um die erfindungsgemäß nutzbar gemachten Effekte zu erzielen. So tritt eine Kaminwirkung, durch die sich ein natürlicher Heißgasstrom durch den Durchgang bildet, in schon nahezu jeder beliebigen Ausrichtung des Durchgangs ein. Hierzu erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn der im Ofen von Heißgas durchströmte Durchgang des Gießkerns der Gießform im Ofen vertikal ausgerichtet ist. Dies lässt sich besonders leicht verwirklichen, wenn es sich bei den Leichtmetall-Gussteilen um Motorblöcke für Verbrennungsmotoren handelt, deren jeweils mindestens eine Zylinderöffnung und der angrenzende Kurbelraum durch mindestens einen in erfindungsgemäßer Weise mit einem Durchgang für das Heißgas versehenen Gießkern abgeformt wird.
Es versteht sich dabei von selbst, dass es entscheidend ist, dass der erfindungsgemäß vorgesehene Durchgang unabhängig davon vollständig durch die Gießform geführt ist, wie viele Gießkerne die jeweilige Durchgangsöffnung abformen. Dementsprechend kann bei einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Gießform die Durchgangsöffnung des Gussteils durch zwei oder mehr Gießkerne abgebildet sein, die jeweils einen Durchgang ausweisen, wobei die Durchgänge der Gießkerne miteinander verbunden und im Ofen gemeinsam von Heißgas durchströmt werden. Ein Beispiel für eine solche Ausgestaltung ist die oben bereits erwähnte Gießform für einen Motorblock für einen Verbrennungsmotor, bei dem die jeweilige Zylinderöffnung durch einen oder mehrere Gießkerne abgeformt wird, die auf einem weiteren Gießkern sitzen, der den Kurbelraum des Motorblocks abformt. Erfindungsgemäß sind sämtliche dieser Gießkerne mit einem Durchgang versehen, wobei diese Durchgänge optimaler Weise fluchtend ausgerichtet sind, so dass eine intensive ungehinderte Durchströmung mit Heißgas möglich ist.
Als besonders günstig hat sich die Erfindung bei solchen Gießformen herausgestellt, die als Kernpaket ausgebildet sind, das aus zwei oder mehr Gießkernen zusammengesetzt ist. Selbstverständlich kann dabei ein solches Kernpaket nicht nur Gießkerne, sondern in an sich bekannter Weise auch Kühlelemente aus Metall oder Cromerzsand, wie Kühleisen für die Lagergasse, die Zylinderbohrung oder andere hochbeanspruchte Bereiche des Verbrennungsmotors umfassen. Hierzu zählen auch Kühlkokillen, Kühleisenplatten, welche komplette Kerne ersetzen können, und alle vergleichbaren Funktionsteile. Ebenso können in dem Kernpaket zylinderförmige so genannte "Liner" sitzen, die aus einem höher belastbaren Material als das Gussmaterial, aus dem der Motor gegossen ist und die im fertigen Verbrennungsmotor die Zylinderräume umgrenzen, in denen sich im Gebrauch die Kolben des Motors bewegen.
Die durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Gießform bewirkte schnelle und intensive Durchwärmung führt gerade bei Kernpaket-Gießformen zu hohen thermischen Spannungen und einem intensiven Abbrand des Binders, wodurch der vollständige Zerfall der innen und außenliegenden Gießkerne begünstigt wird. So konnte gezeigt werden, dass bei einer erfindungsgemäß erfolgenden thermischen Entsandung von Motorblöcken der Sand der mit dem heißgasführenden Durchgang versehenen Gießkerne, die den Kurbelraum und die Zylinderöffnungen des Motorblocks abbilden, weitestgehend rückstandsfrei entfernt wurde und auch die außen liegenden Gießkerne zu einem deutlich größeren Teil entfernt werden konnten als dies bei konventioneller Vorgehensweise möglich ist.
Die Effektivität der Entsandung der außen liegenden Gießkerne eines Gießform-Kernpakets lässt sich dadurch noch verbessern, dass in die die äußeren Seitenteile der Gießform bildenden Gießkerne des Kernpakets Einsenkungen eingeformt sind. Durch diese Einsenkungen wird nicht nur in an sich bekannter Weise Formsand und damit einhergehend Gewicht der Gießform gespart, sondern auch die Angriffsfläche für das Heißgas vergrößert. Auf diese Weise gelangen große Mengen Sauerstoff tief in den das jeweilige Seitenteil bildenden Gießkern, so dass dessen Binder in verkürzter Zeit weitestgehend vollständig verbrennt.
Sofern es sich bei der Gießform um ein Kernpaket handelt, decken in der Regel plattenförmige Seitenteile die Gießform an ihrem Boden, Seiten und an ihrer Deckelseite ab. Insbesondere bei einer solcherart ausgestalteten Gießform hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn der mindestens eine die Durchgangsöffnung des Gussteils abbildende Gießkern an das jeweilige den äußeren Abschluss der Gießform bildende Seitenteil stößt und der Durchgang des die Durchgangsöffnung abbildenden Gießkerns in dem äußeren Seitenteil bis zur Außenfläche der Gießform fortgesetzt ist. Das dann auch durch den Durchgang des jeweiligen Seitenteils strömende Heißgas bewirkt, dass die an den Durchgang angrenzenden Bereiche des Seitenteils schnell erwärmt werden mit der Folge, dass der dort vorhandene Binder beschleunigt verbrennt und Spannungen entstehen, die den Zerfall des Seitenteils beschleunigen.
Als besonders effektiv hat sich die erfindungsgemäße Vorgehensweise dann erwiesen, wenn die Wärmebehandlung, der die Gießform in dem Ofen unterzogen wird, als Lösungsglühbehandlung des Gussteils durchgeführt wird. Die erfindungsgemäß erfolgende Durchströmung eines innenliegenden Durchgangs der Gießform mit Heißgas bewirkt nicht nur eine schnelle Erwärmung des jeweils mit dem Durchgang für das Heißgas versehenen Gießkerns, sondern begünstig auch eine beschleunigte und gleichzeitig gleichmäßigere Erwärmung des Gussteilvolumens, da nun im Ofen die Wärme nicht mehr ausschließlich von der Außenseite bis zum Inneren des Gussteils vordringen muss, sondern auch Wärme direkt in einen innenliegenden Bereich geleitet wird.
Genauso wie die an sich bekannte Verkopplung mit einem Lösungsglühen lässt sich in Kombination mit einer erfindungsgemäßen thermischen Entsandung die an sich bekannte Aufbereitung des Formstoffs verwirklichen, bei der die durch den Zerfall des Binders sich bildenden und von dem Gussteil abfallenden Bruchstücke aufgefangen und im Ofen gehalten werden, bis auch der in den Bruchstücken noch enthaltene Binder verbrannt ist. Die Zerlegung der Bruchstücke in einzelne Formsandpartikel kann dabei in ebenfalls bekannter Weise dadurch unterstützt werden, dass die aufgefangenen Bruchstücke im Ofen durch Einblasen eines Gasstroms in das sich aus den Bruchstücken im Ofen bildende Formstoffbett in Bewegung gehalten werden.
Im Ergebnis gelingt es mit der Erfindung somit auf einfache Weise, Gussstücke schneller und effizienter thermisch zu entkernen als dies bei konventioneller Verfahrensweise möglich ist. In Folge des schnelleren Zerfalls und der schnellen Erwärmung auf die jeweilige Wärmebehandlungstemperatur kann die Aufenthalts- oder Durchlaufzeit, über die die jeweilige Gießform bei der zum Entsanden erforderlichen Wärmebehandlung im Wärmebehandlungsofen verweilt, deutlich reduziert werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die erfindungsgemäße Entsandung mit einer Lösungsglühbehandlung des Gussteils kombiniert wird. So konnte nachgewiesen werden, dass bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise die Lösungsglühzeit, d.h. die Zeit, über die das Gussteil auf Lösungsglühtemperatur gehalten werden musste, deutlich verkürzt werden kann. Praktische Tests haben hier ergeben, dass bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise die Durchlaufzeiten, die zum im Durchlauf erfolgenden Entsanden und Lösungsglühen von aus einer Aluminiumschmelze gegossenen Motorblöcken für Verbrennungsmotoren benötigt werden, bis zu 60 Minuten kürzer sein können als bei konventioneller Betriebsweise. Die praktischen Untersuchungen lassen erwarten, dass auch noch größere Verkürzungen möglich sind.
Nach der erfindungsgemäß durchgeführten thermischen Entsandung verbleibt am Gussstück deutlich weniger Restsand als bei konventioneller Vorgehensweise, da sich nicht nur im Bereich der jeweiligen Durchgangsöffnung ein bessere Entkernung einstellt, sondern in Folge der schnelleren Aufheizung des Gussteils andere innenliegende Kerne der Gießform ebenfalls schneller aufgewärmt werden, so dass auch bei ihnen ein intensiver Zerfall des Binders einsetzt und sich damit einhergehend die betreffenden Kerne in kleine Bruchstücke und Sandpartikel zerlegen, die leicht aus dem Gussteil ausrieseln können. Auf diese Weise erfüllen erfindungsgemäß entsandete Gussteile höchste Qualitätsanforderungen, ohne dass dazu aufwändige Maßnahmen für die Entfernung von Restschmutz und -sand aus den am Gussteil abzubildenden Kanälen betrieben werden muss.
Durch den erfindungsgemäß bewirkten schnellen Zerfall der Gießkerne und die schnelle Aufheizung des Gussteils können die zum thermischen Entkernen und die für die gegebenenfalls damit kombinierte Lösungsglühbehandlung erforderlichen Wärmebehandlungszeiten reduziert werden. Dies wiederum erlaubt es, die für eine im Durchlauf erfolgende Durchführung des Verfahrens benötigten Öfen kürzer und damit preisgünstiger zu bauen und mit geringerem Energieaufwand zu betreiben. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Durchgang wird zudem Formstoff und Gewicht eingespart, was zusätzlich zu der durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise erzielte Kostenreduzierung beiträgt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

Fig. 1: eine Gießform in perspektivischer Ansicht;
Fig. 2.: die Gießform gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von oben;
Fig. 3: die Gießform gemäß Fig. 1 in einem Schnitt entlang der in Fig. 1 eingetragenen Schnittlinie X-X
Fig. 4: die Abfolge der bei der Herstellung eines Gussteils unter Einbindung des erfindungsgemäßen Verfahrens absolvierten Arbeitsschritte.
Fig. 5: die Temperaturentwicklung im Motorblock-Gussteils beim Durchlauf durch einen Durchlaufofen bis zum Erreichen der Lösungsglühtemperatur aufgetragen über die Zeit.

Die quaderförmige Gießform 1 dient zum Gießen eines Motorblocks M für einen hier weiter nicht gezeigten Verbrennungsmotor.
Die Gießform 1 ist als Kernpaket aus einer Vielzahl von Gießkernen zusammengesetzt. Die Gießkerne sind jeweils in an sich bekannter Weise aus einem Formstoff hergestellt, der als Mischung aus einem Formsand und einem organischen Binder sowie gegebenenfalls optional zugefügten Additiven in einer hier nicht dargestellten Kernschießmaschine zu den Gießkernen geformt worden ist, die anschließend durch Begasen mit einem Reaktionsgas verfestigt worden sind.
Die Kerne können alternativ mit allen im Stand der Technik bekannten organischen Kernherstellungsverfahren, wie beispielsweise Warmbox, Hotbox, Croning, Handformverfahren und selbstaushärtende Verfahren ohne Katalysatoren, hergestellt sein.
Zu den Gießkernen der Gießform 1 zählen ein Gießkern 2, der den Boden der Gießform 1 bildet und auf dem die anderen Gießkerne der Gießform 1 aufgebaut sind, zwei Gießkerne 3,4, von denen jeweils einer einer der Längsseiten der Gießform 1 zugeordnet ist und die die Gießform 1 an ihren Längsseiten abgrenzen, zwei Gießkerne 5,6, von denen jeweils einer einer der Stirnseiten der Gießform 1 zugeordnet ist und die die Gießform 1 an ihren Stirnseiten abgrenzen, sowie ein Deckkern 7, der die Gießform 1 an ihrer Oberseite abschließt.
In die den seitlichen Abschluss der Gießform 1 an deren Längsseiten bildenden Gießkerne 3,4 und die den seitlichen Abschluss der Gießform 1 an deren Stirnseiten bildenden Gießkerne 5,6 sind jeweils mehrere Einsenkungen 8,9 eingeformt. Die Einsenkungen 8,9 sind dabei so angeordnet und über eine solche Tiefe in den jeweiligen Gießkern 3 - 6 eingesenkt, dass einerseits im Bereich ihres Bodens eine Wandstärke verbleibt, die ausreicht, um den von der Gießform 1 umschlossenen Gießraum sicher zu umgrenzen, andererseits aber zwischen den Einsenkungen 8,9 jeweils nur Stege 10,11 mit einer Dicke verbleiben, die eine für die Formsteifigkeit des jeweiligen Gießkerns 3 - 6 ausreichende Festigkeit gewährleistet, gleichzeitig jedoch ein einfaches Zerbrechen der Stege 8,9 und damit einhergehend des jeweiligen Gießkerns 3 - 6 ermöglicht, wenn der Binder des Formstoffs, aus dem die Gießkerne 3 - 6 geformt sind, unwirksam wird.
In den Deckkern 7 sind vier senkrecht zur ebenen äußeren Deckfläche 12 des Deckkerns 7 ausgerichtete und in gleichmäßigen Abständen angeordnete Durchgangsöffnungen 13 - 16 eingeformt, die von der Deckfläche 12 in den von den Gießkernen 2 - 7 umschlossenen Raum führen.
In den an die Deckfläche 12 angrenzenden Randbereich der Durchgangsöffnungen 6 ist ein umlaufender Absatz eingeformt. Auf diesem Absatz sitzt jeweils ein aus dem Formstoff, aus dem auch der Deckkern 7 selbst geformt ist, aus Pappe oder brennbarem Filz hergestellter, etwa 1 cm starker Deckel E, der lose in die Öffnung 13 - 16 gelegt ist, um die Durchgangsöffnungen 13 - 16 nach dem Abgießen des Motorblock-Gussteils M geschlossen zu halten, bis die zum Entsanden und Lösungsglühen durchgeführte Wärmebehandlung beginnt. Alternativ zu einem separaten Deckel E können die Durchgangsöffnungen 13 - 16 auch mit einer membranartigen, einstückig mit dem umgebenden Kernmaterial des Deckkerns 7 verbundenen Deckschicht verschlossen sein, die, wenn sie der bei der Wärmebehandlung herrschenden Temperatur ausgesetzt ist, schnell zerbricht und die jeweilige Durchgangsöffnung 13 - 16 freigibt. In den Figuren 2 und 3 sind die Deckel E weggelassen, so dass die in der nachfolgend erläuterten Weise ausgebildeten, erfindungsgemäß vorgesehenen freien Durchgänge D1 - D4 durch die Gießform 1 erkennbar sind.
In dem von den Gießkernen 2 - 7 umschlossenen Raum sitzen auf einem zentralen den oberen Teil des Kurbelraums K des Motorblock-Gussteils M abbildenden Gießkern 17 in einem dafür jeweils vorgesehenen Sitz vier Paare von jeweils zwei aufeinander gestapelten ringförmigen Gießkernen 18a,18b, 19a,19b, 20a,20b und 21a,21b. Die Gießkernpaare 18a,18b, 19a,19b, 20a,20b und 21a,21b grenzen mit ihren äußeren Umfangsflächen jeweils einen der vier Zylinderräume des Motorblock-Gussteils M ab, von denen in Fig. 4 der Übersichtlichkeit halber nur drei Zylinderräume Z1 - Z3 symbolisch dargestellt sind. Die Zylinderräume bilden jeweils eine Durchgangsöffnung des Motorblock-Gussteils M. Die von den Gießkernen 18a-21b umschlossenen Ringöffnungen sind gleichzeitig fluchtend zueinander und in Bezug auf die jeweils zugeordneten Durchgangsöffnungen 13 - 16 des dicht auf dem ihm zugeordneten Rand des jeweils oberen Gießkerns 18b,19b,20b,21b sitzenden Deckkerns 7 ausgerichtet, so dass sie die Fortsetzung der Durchgangsöffnungen 13 - 16 bilden.
In Verlängerung des Ringraums des jeweils unteren Gießkerns 18a,19a,20a,21a der Gießkerne 18a-21b ist in den plattenförmigen Gießkern 17 jeweils eine weitere Durchgangsöffnung 22 - 25 eingeformt, die ebenfalls fluchtend zu der zugeordneten Durchgangsöffnung 13 - 16 des Deckkerns 7 angeordnet ist.
An ihrem unteren dem Bodenkern 2 zugeordneten Ende gehen die Durchgangsöffnungen 22 - 25 jeweils in eine Durchgangsöffnung 26 - 29 über. Die Durchgangsöffnungen 26 - 29 sind sich trichterförmig in Richtung des Bodenkerns 2 erweiternd in einen weiteren Gießkern 30 eingeformt, der den unteren Teil des Kurbelraums K abformt und auf dem Bodenkern 2 sitzt.
In den Bodenkern 2 sind schließlich vier weitere Durchgangsöffnungen 31 - 34 eingeformt, von denen jeweils eine einer der Durchgangsöffnungen 26 - 29 zugeordnet ist.
Die zueinander fluchtend und koaxial zu einer gemeinsamen Längsachse L1 ausgerichteten Durchgangsöffnungen 13,22,26 und 31 bilden gemeinsam mit den von den Gießkernen 18a,18b umgrenzten Ringöffnungen einen ersten Durchgang D1, der von der ebenen Aufstandfläche 35, mit der der Bodenkern 2 im Gebrauch auf dem jeweiligen Untergrund steht zur ebenfalls ebenen Deckfläche 12 des Deckkerns 7 führt.
In entsprechender Weise bilden die zueinander fluchtend und koaxial zu einer gemeinsamen achsparallel zur Längsachse L1 angeordneten Längsachse L2 ausgerichteten Durchgangsöffnungen 14,23,27 und 32 gemeinsam mit den von den Gießkernen 19a,19b umgrenzten Ringöffnungen einen zweiten Durchgang D2, die zueinander fluchtend und koaxial zu einer gemeinsamen achsparallel zur Längsachse L1 angeordneten Längsachse L3 ausgerichteten Durchgangsöffnungen 15,24,28 und 33 gemeinsam mit den von den Gießkernen 20a,20b umgrenzten Ringöffnungen einen dritten Durchgang D3 und die zueinander fluchtend und koaxial zu einer gemeinsamen ebenfalls achsparallel zur Längsachse L1 angeordneten Längsachse L4 ausgerichteten Durchgangsöffnungen 16,25,29 und 34 gemeinsam mit den von den Gießkernen 21a,21b umgrenzten Ringöffnungen einen vierten Durchgang D4.
Zum Herstellen eines Motorblocks M wird in einer ersten Verarbeitungsstation aus den Gießkernen 2 - 7, 17, 18a - 21b und 30 sowie weiteren hier der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigten Gießkernen die Gießform 1 zusammengesetzt.
Anschließend wird die Gießform 1 mit Aluminiumschmelze gefüllt. Dabei ist die Gießform 1 um eine horizontal ausgerichtete Drehachse so ausgerichtet, dass sie oben und der Deckkern 2 in Schwerkraftrichtung unten angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine in den Figuren 1 - 3 nicht sichtbare Einfüllöffnung eines in den Figuren 1 - 3 ebenfalls nicht dargestellten Speisers, über den die Befüllung der Gießform 1 erfolgt, zum Befüllen oben angeordnet, während sich der Speiser in Schwerkraftrichtung unten befindet. Nach Abschluss des Befüllvorgangs wird die Gießform 1 erneut um die horizontal ausgerichtete Schwenkachse geschwenkt, so dass nun der Speiser und der Deckkern 7 oben liegen, währen die Einfüllöffnung des Speisers in Schwerkraftrichtung unten angeordnet ist. Durch diese auch als "Rotationsguss" bezeichnete Methode wird eine gleichmäßige Erstarrung des Gussteils in der Gießform 1 erzielt.
Frühestens mit einsetzender und spätestens nach vollständiger Erstarrung der Aluminiumschmelze in der Gießform 1 läuft die Gießform 1 in einen Durchlaufofen O ein, in dem der Motorblock M entsandet, der Motorblock M eine Lösungsglühbehandlung durchläuft und der vom Motorblock M abfallende Formstoff der Gießkerne der Gießform 1 zur erneuten Verwendung aufbereitet wird.
Die in den Ofen 0 einlaufende Gießform 1 wird dazu auf die Lösungsglühtemperatur erwärmt, die abhängig von der jeweils verarbeiteten Al-Gusslegierung typischerweise im Bereich von 450 - 550 °C liegt. Diese Lösungsglühtemperatur ist höher als die Temperatur, ab der der Binder des Formstoffs der Gießkerne der Gießform 1 verbrennt.
In Folge der natürlichen Konvektion setzen dabei Heißgasströme H ein, die von unten durch die Durchgänge D1 - D4 der Gießform 1 strömen. Auf diese Weise beginnt der Zerfall der Gießform 1 nicht nur im Bereich der äußeren Gießkerne 2 - 7, sondern auch in den von den Heißgasströmen H1 - H4 erfassten Bereichen der Gießkerne 17, 18a - 21b und 30 im Inneren der Gießform 1. Gleichzeitig wird auch das Leichtmetall des Motorblocks M nicht nur von der Außenseite der Gießform 1 her, sondern auch von innen schnell auf die Lösungsglühtemperatur erwärmt.
Mit fortschreitender Erwärmung und damit einhergehender Verbrennung des Binders ihres Formstoffs wird der Binder zunehmend unwirksam und die seitlichen Gießkerne 2 - 7 und die inneren Gießkerne 2 - 7, 17, 18a - 21b und 30 beginnen zu zerbrechen. Die von dem Motorblock-Gussteil M abfallenden Bruchstücke und Sandpartikel B werden in einem unter dem Förderweg F der Gießform 1 im Ofen 0 vorgesehenen Sandbett SB aufgefangen.
Um die im Sandbett SB gesammelten Bruchstücke B in Bewegung zu halten, um ihre Zerkleinerung und Regenerierung zu fördern, wird über in den Boden des Ofens 0 eingelassene Düsen Heißgas HG in das Sandbett SB geblasen. Durch die so erzielte Fluidisierung und Temperierung des Sandbetts SB verbrennt der restliche in den Gießkern-Bruchstücken B noch enthaltene Binder und die Bruchstücke B werden in ihre einzelnen Sandpartikel zerlegt. Der durch diese Aufbereitung erhaltene Formsand S wird zur Wiederverwendung an die Kernschießmaschine zurückgeleitet, die die Gießkerne herstellt, aus der die jeweilige Gießform 1 zusammengesetzt wird.
Je weiter das Motorblock-Gussteil M in Richtung des Ausgangs des Ofens 0 gefördert wird, umso vollständiger wird die Entsandung des Motorblocks M, bis schließlich auch kleinste Bruchstücke B aus ihm herausgerieselt sind.
Mit Erreichen des Ausgangs des Ofens 0 ist dann auch die für die Lösungsglühbehandlung benötigte Zeit abgeschlossen, so dass das Motorblock-Gussteil M in einer unmittelbar anschließend durchlaufenen Station auf Raumtemperatur abgeschreckt werden kann. Daraufhin erfolgt eine mechanische Bearbeitung, bei der der Speiser abgetrennt und weitere spanabhebende Bearbeitungsoperationen an dem Motorblock M vorgenommen werden. Abschließend erfolgt dann optional noch eine Auslagerungsbehandlung.
In Fig. 5 ist der Temperaturverlauf des Motorblock-Gussteils M im Ofen O für ein in konventioneller Betriebsweise entsandetes und lösungsgeglühtes Motorblock-Gussteil (gestrichelte Linie) und ein gleichartiges in erfindungsgemäßer Weise entsandetes und lösungsgeglühtes Motorblock-Gussteil (durchgezogene Linie) dargestellt. Die das jeweilige Gussteil enthaltenden Gießformen sind nach Unterschreiten der Liquidustemperatur der Aluminiumschmelze, aus denen die Gussteile gegossen sind, jedoch bei noch nicht abgeschlossener Erstarrung des jeweiligen Motorblock-Gussteils, in den Ofen 0 eingetreten. Indem die Motorblock-Gussteile bereits im nur teilerstarrten Zustand in den Ofen 0 geleitet werden, kann die ihnen in diesem Zustand noch innewohnende Gießhitze genutzt werden.
Die Temperatur des Gussteils betrug bei konventioneller und erfindungsgemäßer Betriebsweise bei Eintritt in den Ofen 0 jeweils ca. 430 °C. Das erfindungsgemäß von Heißgas durchströmte Gussteil hat die Lösungsglühtemperatur TLG von ca. 485 °C jedoch deutlich schneller erreicht als das konventionell ohne Durchströmung erwärmte Gussteil. Infolgedessen hat das erfindungsgemäß heißgasdurchströmte Gussteil im konventionellen Ofen 0 ca. 90 Minuten länger auf der Lösungsglühtemperatur TLG verweilt als das konventionell behandelte Gussteil. Da gleichzeitig die Entsandung bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise wesentlich effektiver ablief, ermöglicht es somit die erfindungsgemäße Vorgehensweise, den Entsandungs- und Lösungsglühprozess um etwa 30 % gegenüber der konventionellen Verfahrensweise zu verkürzen.

BEZUGSZEICHEN

1: Gießform
2: Boden-Gießkern
3, 4: die Längsseiten der Gießform 1 abgrenzende Gießkerne
5, 6: die Stirnseiten der Gießform 1 abgrenzende Gießkerne
7: Deckkern
8, 9: Einsenkungen
10, 11: Stege
12: Deckfläche des Deckkerns 7
13 - 16: Durchgangsöffnungen des Deckkerns 7
17: Gießkern
18a - 21b: ringförmige Gießkerne
22 - 25: Durchgangsöffnungen des Gießkerns 17
26 - 29: Durchgangsöffnungen des Gießkerns 30
30: Gießkern
31 - 34: Durchgangsöffnungen des Bodenkerns 2
35: Aufstandfläche des Boden-Gießkerns 2

B: Gießkern-Bruchstücke
D1 - D4: Durchgänge
E: Deckel
H: Heißgas
HG: Heißgas-Ströme
K: Kurbelraum des Motorblocks M
M: Motorblock-Gussteil
O: Durchlaufofen
S: aufbereiteter Formsand
SB: Sandbett
Z1 - Z3: Zylinderräume des Motorblocks M
F: Förderweg

Claims

Verfahren zum Entformen eines aus einer Leichtmetallschmelze gegossenen Gussteils (M) aus einer Gießform (1), die mindestens einen Gießkern (2-7,17, 18a-21b,30) umfasst, der in dem Gussteil (M) eine zwei Außenseiten des Gussteils verbindende Durchgangsöffnung (Z1 - Z3) abbildet und aus einem Formstoff hergestellt ist, der mittels eines unter Temperatureinwirkung zerfallenden Binders gebunden ist, wobei die Gießform (1) zum Entformen in einem Ofen (0) einer Wärmebehandlung unterzogen wird, bei der sie auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der der Binder seine Bindewirkung verliert, dadurch gekennzeichnet, dass im Ofen (0) ein Durchgang (D1-D4), der in dem die Durchgangsöffnung abbildenden Gießkern (18a - 21b) der Gießform (1) ausgebildet ist, von Heißgas (H) durchströmt wird, dessen Temperatur mindestens der Temperatur entspricht, bei der der Binder des Formstoffs seine Bindewirkung verliert, so dass der die Durchgangsöffnung (Z1 - Z3) abbildende Gießkern (18a-21b) in Folge der Einwirkung des Heißgases zu Bruchstücken (B) oder einzelne Sandpartikel zerfällt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (D1-D4) des Gießkerns (18a-21b) der Gießform (1) im Ofen (0) vertikal ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (Z1-Z3) des Gussteils (1) durch zwei oder mehr Gießkerne (18a-21b) abgebildet ist, die jeweils einen Durchgang (D1-D4) ausweisen und dass die Durchgänge (D1-D4) der einer Durchgangsöffnung (Z1-Z3) zugeordneten Gießkerne (18a-21b) miteinander verbunden und im Ofen (0) gemeinsam von Heißgas (H) durchströmt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (1) als aus zwei oder mehr Gießkernen (2-7,17,18a-21b,30) zusammengesetztes Kernpaket ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die die äußeren Seitenteile der Gießform (1) bildenden Gießkerne (3-6) Einsenkungen (8,9) eingeformt sind.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine die Durchgangsöffnung (Z1 - Z3) des Gussteils (M) abbildende Gießkern (18a-21b) an ein den äußeren Abschluss der Gießform (1) bildendes Seitenteil (7) stößt und der Durchgang (D1-D4) des die Durchgangsöffnung (Z1-Z3) abbildenden Gießkerns (18a-21b) in dem äußeren Seitenteil (7) bis zur Außenfläche (12) der Gießform (1) fortgesetzt ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung, der die Gießform (1) in dem Ofen (0) unterzogen wird, als Lösungsglühbehandlung des Gussteils (M) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Zerfall des Binders sich bildenden und von dem Gussteil (M) abfallenden Bruchstücke (B) mindestens des die Durchgangsöffnung abbildenden Gießkerns (2-7,17,18a-21b,30) aufgefangen werden und im Ofen (O) gehalten werden, bis auch der in den Bruchstücken (B) noch enthaltene Binder verbrannt ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil (M) ein Motorblock für einen Verbrennungsmotor ist und dass die von dem mindestens einen Gießkern (18a-21b) abgebildete Durchgangsöffnung eine Zylinderöffnung (Z1-Z3) dieses Gussteils (M) ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (1) und das Gussteil (M) den Ofen (0) im kontinuierlichen Durchlauf durchlaufen.