Kernpakete neu gefasst



Die Formgebung aus der ersten Hitze beschreibt das Gießen wohl am prägnantesten und ist der signifikante Vorteil gegenüber allen Fertigungsalternativen. Die erste Hitze ist auch Grundlage der Prozessidee des Heißauspackens mit gezielter anschließender Abkühlung. Ist die Erhöhung der Maßhaltigkeit und eine Kostensenkung aus der ersten Hitze durch wirtschaftliches Regenerieren und Reduzierung des Rohstoffeinsatzes eine Utopie oder die konsequente Verkettung einzelner Prozesse?

Die zunehmende Komplexität von Teilen führt vermehrt zum Einsatz von Kernpaketen in Grünsand Anlagen und Anwendungen in denen die Kernpakete so dimensioniert sind, dass die auftretenden Kräfte ohne Trägerform aufgenommen werden können. Beide Varianten sind suboptimal und weisen unterschiedliche Nachteile auf.

Das in die Grünsandform eingelegte Kernpaket kann aufgrund von Fertigungstoleranzen nur spielbehaftet (oder mit variierender Vorspannung) eingelegt werden und in der Folge kommt es nur zu einer Übertragung der Gießkräfte in die Trägerform, wenn das Spiel durch Verformung des Kernes eliminiert wird (oder die Vorspannung durch Verformung auf das notwendige Maß ansteigt). Mit unterschiedlichem Spiel ergeben sich zwangsläufig vermeidbare Variationen von Dimensionen und Gewichten. Die Mischung der Sandsysteme ist eine weitere Herausforderung.

Gießfertige Kernpakete übernehmen zusätzlich die Aufgabe der vollständigen Kraftaufnahme durch Substitution der günstigen Grünsandform. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht vorrangig in den Kosten der zusätzlichen chemischen Binder und den mengenbedingt erhöhten Kosten in den nachgeschalteten Prozessen der Regenerierung.

Bei Anwendungen in denen nicht die gesamte Produktion in Kernpaketen erfolgt, ist die Nutzung der Grünsandanlage und deren Infrastruktur sinnvoll und kann durch eine Prozessergänzung deutlich verbessert werden. Dabei wird ein Hohlraum zwischen der Grünsandform und dem gewichtsreduzierten Kernpaket mit trockenem und binderfreiem Sand gefüllt. Durch kontrollierte leichte Vibration erhält diese Füllung in eine homogene Dichteverteilung und es entsteht dabei eine ideale Abstützung des Kernpaketes. Die auftretenden Kräfte während der Formfüllung werden ohne Deformation der äußeren Kernpartien unmittelbar durch die schon anliegende Sandfüllung in Richtung der Grünsandform abgeleitet. Da auch die Auftriebssicherung durch diese Art der Kraftaufnahme erfolgt, kann die Entlüftung durch den binderfreien Sand geführt werden. Es entsteht eine vollständige Trennung zwischen Flüssigeisen und Grünsandform, wenn der Gießtrichter mit Abstieg im Kernpaket integriert ist. Bild 1 zeigt eine Gegenüberstellung der gängigen Praxis und der beschriebenen Prozessergänzung.

Nach ausreichender Abkühlung wird der binderfreie Sand durch einfaches Drehen der Formkästen dem Füllsandkreislauf zurückgeführt. Die gegenseitige Kontamination der beiden anderen Sandsysteme wird durch Abnehmen des Oberkastens und Auswenden des Gussteils und des Kernsandes erreicht.

Die Prozessalternative zu den gießfertigen Kernpaketen nach Bild 2 besteht wieder aus einer Füllung mit binderfreiem Sand, einem Transportrahmen und einem Gewicht für den Gießvorgang. Die Übertragung der Gießkräfte in Richtung Rahmen und aufliegendem Gewicht erfolgt durch die homogene Sandfüllung und das Kernpaket kann dadurch gewichtsoptimiert ausgeführt werden.

Auch bei dieser Variante wird der binderfreie Sand frühzeitig von dem gegossenen Kernpaket getrennt.

Bei beiden Verfahrensvarianten wird durch die Einführung eines Füllsandkreislaufes eine Gewichtsminimierung der Kernpakete möglich und bei anschließender thermischer Isolation der gegossenen Kernpakete stellt sich ein Temperaturausgleich zwischen Guss und Kernsand ein, der in der Grafik 1 über dem Kernsand-Eisenverhältnis aufgetragen ist.

Auch wenn sich unter Anwendungsbedingungen der Sand des Kernpaketes in Abhängigkeit der Lage zum Gussteil und dessen Ausbildung inhomogen erwärmt, so ist es bei kleinen Kernsand/Eisen-Verhältnissen möglich, den Kernsand bereits auf ein Temperaturniveau zu heben, das die Anforderungen der vollständigen Regenerierung erfüllt.

Verminderter Bindereinsatz durch gewichtsreduzierte Kernpakete, mengen- und temperaturbedingte Senkung der Regenerierungskosten, Schonung der Ressourcen und Entlastung der Umwelt sind wesentlich beschreibende Charakteristika der vorgestellten Prozessvarianten, für die zum Teil Patente bestehen oder entsprechende Anmeldungen vorliegen.

Dipl.-Ing. Frank Iburg
Dipl.-Ing Gelson Montero