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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Formkörpers mit
den Schritten: Bereitstellen eines Hohlkörperkerns aus einer Metall-Legierung,
Umspritzen des Hohlkörperkerns
mit einem Formkörpermaterial
und Ausschmelzen des Hohlkörperkerns.
Darüber
hinaus betrifft die Erfindung einen Hohlkörperkern, der bei einem solchen Verfahren
eingesetzt werden kann.
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Ein
Verfahren der genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 195 15 974 A1 bekannt.
Dort wird ein Hohlkörperkern
aus einer SnBi-Legierung eingesetzt. Ein solches Verfahren wird
auch als Lost-Core-Verfahren bezeichnet, da der Hohlkörperkern
durch das Ausschmelzen verloren geht. Das heißt es muss für jeden
herzustellenden Formkörper ein
neuer Hohlkörperkern
bereitgestellt werden. Ein anderer verwendeter Begriff für derartige
Verfahren ist Schmelzkerntechnik.
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Als
Formkörpermaterial
wird beispielsweise Polyamid verwendet oder ein anderes aufgrund
seiner mechanischen Eigenschaften geeignetes Kunststoffmaterial.
Polyamid hat jedoch ein Elastizitätsmodul von ca. maximal 10.000
MPa, ist problematisch beim Einsatz über 180°C, ist nur begrenzt erhältlich und
bereitet darüber
hinaus Probleme im Recycling.
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Bei
einem alternativen Verfahren zur Herstellung hohler Formkörper, das
oft bei höherwertigen Produkte
eingesetzt wird, werden die herzustellenden Teile aus zwei Halbschalen
zusammengesetzt. Die Halbschalen können beispielsweise aus einem Magnesiumwerkstoff
hergestellt werden. Anschließend
werden die beiden Halbschalen zusammengefügt und durch ein Dichtmittel
abgedichtet. Bei derartig hergestellten Teilen ist jedoch ungünstig, dass
die Dichtmittel eine beschränkte
Lebensdauer aufweisen, die oft kürzer
als die angestrebte Lebenszeit des Produktes ist und daher erneuert
werden müssen. Ein
weiterer Nachteil der Herstellung von Teilen in Halbschalentechnik
besteht darin, dass nicht beliebige Konturen herstellbar sind.
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Darüber hinaus
ist es bekannt, hohle Aluminiumformteile in Sandgusstechnik herzustellen.
Diese Teile sind jedoch teuer und weisen darüber hinaus den Nachteil auf,
dass die Oberfläche
sehr rau ist. Insbesondere beim Einsatz solcher Teile im Automobilbereich
für Saugrohre,
Wasserpumpengehäuse usw.
müssen
die Teile jedoch auch strömungsgünstig sein.
Aluminiumformteile, die in Sandgusstechnik hergestellt wurden, sind
daher oftmals nicht geeignet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen
Formkörpers
anzugeben, durch das der Formkörper
einstückig
herstellbar ist, eine glatte Oberfläche aufweist und darüber hinaus
ein gutes Temperaturverhalten und gute Elastizitätseigenschaften besitzt. Zudem
soll ein Hohlkörperkern
angegeben werden, der zum Einsatz bei einem solchen Verfahren geeignet
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das
dadurch gekennzeichnet ist, dass als Formkörpermaterial eine thixotrope
Metall-Legierung verwendet wird, deren Schmelztemperatur höher als
die Schmelztemperatur der Metall-Legierung des Hohlkörperkerns
ist.
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Durch
das vorgeschlagene Verfahren lassen sich hohle Formkörper herstellen,
die gegenüber
Polyamid wesentlich bessere Eigenschaften im Hinblick auf das Temperaturverhalten,
die Recyclingmöglichkeiten
und die Verfügbarkeit
des Rohstoffs besitzen. Vorteilhaft ist, dass sich das Verfahren
in eventuell bereits vorhandenen Lost-Core-Anlagen anwenden lässt. Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
lassen sich auch komplizierte Geometrien realisieren, die in Halbschalentechnik
nicht machbar sind.
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Der
Vorteil bei der Verwendung einer thixotropen Metall-Legierung besteht
gegenüber
konventionellem Metall-Druckguss darin, dass thixotrope Metall-Legierungen
eine hohe Viskosität
besitzen und daher die Formfüllung
mit einer hohen Fließgeschwindigkeit
erfolgen kann. Aufgrund der Schnelligkeit der Formfüllung schmilzt
der Hohlkörperkern,
der eine niedrigere Schmelztemperatur besitzt als das Formkörpermaterial,
bei dem Formfüllvorgang
nicht auf. Dabei erweist sich als vorteilhaft, dass die Verarbeitungstemperatur
thixotroper Metall-Legierungen geringer
ist als die Verarbeitungstemperatur flüssigen Metalls bei einem normalen
Druckgussvorgang. Darüber
hinaus ist die aufzuwendende Kraft zum Einpressen der Metall-Legierung
in die Form geringer.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird vor dem Umspritzen des Hohlkörperkerns mit Formkörpermaterial
zunächst
eine wärmeisolierende
Schicht auf den Hohlkörperkern
aufgebracht. Auch dadurch wird sichergestellt, dass der Hohlkörperkern
nicht beim Füllvorgang
schmilzt. In vorteilhaften Verfahrensschritten zum Aufbringens einer
wärmeisolierenden
Schicht erfolgt dies durch Tauchen, Lackieren oder Umspritzen.
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Eine
weitere vorteilhafte Möglichkeit
zur Verhinderung des Schmelzens des Hohlkörperkerns besteht in dem Einsatz
eines innengekühlten
Kerns.
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Bezüglich eines
Hohlkörperkerns
wird die Aufgabe durch einen Hohlkörperkern zur Herstellung eines
hohlen Formkörpers
gelöst,
wobei der Hohlkörperkern
aus einer Metall-Legierung besteht, die einen geringeren Schmelzpunkt
als der auf dem Hohlkörperkern
zu bildende hohle Formkörper
hat, und der erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet ist, dass auf der Oberfläche des Hohlkörperkerns
eine wärmeisolierende
Schicht vorgesehen ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigt:
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1 einen Längsschnitt
durch ein Gießwerkzeug
mit aufgenommenem Hohlkörperkern,
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2 einen Querschnitt durch
ein Gießwerkzeug
mit aufgenommenem Hohlkörperkern,
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3 einen Schnitt durch ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Hohlkörpers und
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4 einen Schnitt durch ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Hohlkörpers.
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Die 1 zeigt eine Anordnung 1 zur
Herstellung eines hohlen Formkörpers
mit einem Gießwerkzeug 3,
in das ein Hohlkörperkern 2 aufgenommen
ist. Der verhältnismäßig weiche
Hohlkörperkern 2 stützt sich
auf einen Stahlkern 4 ab, der für die mechanische Stabilität während des
späteren
Füllvorgangs
erforderlich ist. Der Stahlkern 4 besitzt in einer vorteilhaften,
in den 4 und 5 gezeigten Ausgestaltung Fortsetzungen 14 im
Inneren des Hohlkörperkerns 2,
so dass eine exakte und stabile Positionierung des Hohlkörperkerns 2 in
dem Gießwerkzeug 3 gegeben
ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
soll ein langgezogenes Saugrohr für einen Verbrennungsmotor hergestellt
werden. In einem Luftansaugbereich 8 des späteren Formteils
wird Umgebungsluft angesaugt. Diese gelangt in einen Verteilerbereich 9,
von wo aus sie über
vier Rohrleitungsabschnitte 10 zu einem Luftaustrittsbereich 11 gelangt,
von wo aus die Luft in die einzelnen Zylinder eintritt. Im Luftansaugbereich 8 und
in dem Luftaustrittsbereich 11 sollen Flansche gebildet
werden.
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Zur
Bildung der beschriebenen Bereiche eines Saugrohrs sind der Hohlkörperkern 2 und
das Gießwerkzeug 3 so
aufeinander abgestimmt, dass Zwischenräume 7 gebildet sind,
die der Wandstärke des
späteren
Formkörpers
entsprechen.
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Der
Füllvorgang,
bei dem der Hohlkörperkern 2 mit
Formkörpermaterial
umspritzt wird, erfolgt nach Einlegen des Hohlkörperkerns 2 in das
Gießwerkzeug 3.
Dabei wird das Formkörpermaterial
in die Zwischenräume 7 gepresst.
Durch die Verwendung einer thixotropen Metall-Legierung als Formkörpermaterial
ist es möglich,
die Zwischenräume
zu füllen,
obwohl sich aufgrund der Form der Zwischenräume lange Fließwege bei
einer gleichzeitig sehr geringer Zwischenraumbreite ergeben.
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Aus 2 ist zu erkennen, dass
die thixotrope Metall-Legierung
in Form eines sogenannten Pellets 5 im Bereich der Luftaustrittsöffnungen
des Saugrohrs zugeführt
wird. Dieser Bereich liegt nahe an dem Abstützpunkt auf dem Stahlkern 4,
so dass die Zuführung
des Pellets 5 in Einpressrichtung 6 auch unter
hohem Druck nicht zu einer Verformung oder einer Verschiebung des
Hohlkörperkerns 2 in dem
Gießwerkzeug 3 führt. Von
dem Luftaustrittsbereich 11 aus verteilt sich das thixotrope
Formkörpermaterial
in den Zwischenräumen 7.
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Aufgrund
der guten Fließeigenschaften
kann der Füllvorgang
unter einem geringeren Druck ablaufen als bei konventionellen Druckgießvorgängen. Trotzdem
kann der Vorgang so schnell ablaufen, dass es nicht zu einer Aufschmelzung
des Hohlkörperkernmaterials
kommt.
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Die 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Hohlkörper 2.
Dieser ist im Innern mit Kühlkanälen 13 versehen
zur Kühlung
des Hohlkörperkerns 2 vor und/oder
während
des Umspritzens. Zusätzlich
kann, wie in 3 dargestellt
ist, eine wärmeisolierende Schicht 12 auf
den Hohlkörperkern 2 aufgebracht werden.
Dadurch wird der Wärmeübergang
von dem heißen
Formkör permaterial
auf den Hohlkörperkern 2 verschlechtert,
so dass eine längere
Zeit für
den Füllvorgang
zur Verfügung
steht, bis der Hohlkörperkern
die kritische Temperatur erreicht, bei der er zu schmelzen beginnt.
Die wärmeisolierende
Schicht 12 besteht beispielsweise aus Polyurethan und ist
durch Tauchen, Lackieren oder Umspritzen aufgebracht worden. Vorzugsweise
kommt eine Spritzlackierung mit einem Kunstharz oder Polyurethan
in Betracht. Eine Beschichtung mit PTFE, dem sogenannten Teflon,
ist ebenfalls möglich.
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Zusätzlich oder
statt dessen kann der Hohlkörperkern 2 von
innen gekühlt
werden, wie in den 3 und 4 dargestellt ist. Dazu sind
Kühlkanäle 13 vorgesehen,
die von einem Kühlmittel
durchströmt werden.
Das Bereitstellen der Kühlkanäle 13 sowie der
erforderlichen, nicht dargestellten Kühlvorrichtungen ist jedoch
verhältnismäßig aufwendig
und nur in solchen Fällen
erforderlich, wenn die für
den Füllvorgang
benötigte
Zeit so lang ist, dass ein Aufschmelzen des Hohlkörperkernmaterials
zu befürchten
ist. Durch die Kühlung
des Hohlkörperkerns 2 kann
einerseits vor Beginn des Füllvorgangs
die Temperatur des Hohlkörperkerns 2 verringert
und andererseits die beim Füllvorgang
von dem Hohlkörperkern 2 aufgenommene
Wärme abgeführt werden.
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Wie
oben erwähnt,
ist es aus mechanischen Gründen
vorteilhaft, wenn sich der Stahlkern 4 weiter in die Rohrleitungsabschnitte 10 hinein
erstreckt. Eine solche Ausführung
ist bei dem Beispiel der 4 gezeigt.
Neben Kühlkanälen 13 sind
in der 4 auch Fortsetzungen 14 des
Stahlkerns 4 vorgesehen. Dabei sind die Kühlkanäle 13 in
die Fortsetzungen 14 des Stahlkern 4 integriert.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird eine thixotrope Magnesiumlegierung verwendet. Statt dessen
können
auch andere Legierungen eingesetzt werden, beispielsweise sind auch
thixotrope Aluminiumlegierungen verfügbar.
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Nach
dem Abschluss des Füllvorgangs
und dem Aushärten
der thixotropen Metall-Legierung kann die Anordnung mit dem Hohlkörperkern 2 und dem
nun hergestellten Formkörper,
der die form des Zwischenraums 7 besitzt, aus dem Gießwerkzeug 3 entnommen
werden. Durch anschließende
Erwärmung
beginnt das Material des Hohlkörperkerns 2 zu schmelzen,
so dass der Stahlkern 4 von dem Hohlkörperkern 2 bzw. dem
Formkörper
getrennt werden kann und anschließend der restliche Hohlkörperkern 2 ausgeschmolzen
wird.