Max Schütze
Hochschule Aalen

Motivation
Der Einsatz von Sandkernen im Druckguss ist durch die auftretenden Prozesskräfte im Gießprozess eine Herausforderung. Hier werden Anschnittgeschwindigkeiten von 30 bis 60 m/s und spezifische Drücke von bis zu 1200 bar erreicht. Mit Erhöhung der eingesetzten Bindermenge und gesteigerter Festigkeit können Sandkerne prinzipiell im Druckguss eingesetzt werden. Dies geht jedoch auf Kosten der mechanischen Zer-fallseigenschaften. Hiermit besteht ein Zielkonflikt zwischen hoher Festigkeit im Gieß-prozess und den Zerfallseigenschaften nach dem Gießen. Im Rahmen eines DFG-geförderten Projekts (Fördernr.: 505145110) werden die Methoden und Ergebnisse der Gemeinschaftsforschung der TU München und der Hochschule Aalen vorgestellt.

Methodik
Die Herstellung mehrschichtiger Sandkerne im Kernschießverfahren wird vorgestellt, die sowohl die benötigte Kernfestigkeit während des Druckgießens sicherstellen als auch eine mechanische Entkernung ermöglichen soll. Genutzt wird eine Biegeriegel-geometrie.
Mit dem mehrschichtigen Aufbau der Sandkerne ergeben sich Freiheitsgrade hinsicht-lich der verwendeten Sand-Binder-Mischungen. Die äußere Schicht ist durch erhöhten Binderanteil hochfest, um der mechanischen Belastung im Gießprozess standzuhal-ten. Die innere Schicht wiederum besitzt durch niedrigen Binderzusatz eine geringere Festigkeit, was eine mechanische Entkernung ermöglicht.
Für die Herstellung der Sandkerne wird ein zweistufiger Kernschießprozess herange-zogen, wie Abbildung 1 zeigt. Zunächst wird das Vorprodukt - der Innenkern - geschos-sen. Dieser Innenkern wird in einem weiteren Schritt in einer zweiten Kavität umschos-sen. Dies bildet die zweite Schicht - den Außenkern. Zusätzlich werden die mehr-schichtigen Kerne geschlichtet, um Schmelzepenetration vorzubeugen.
Zur Erfassung der im Gießprozess auftretenden Verformungen werden die Kerne mit Sensoren ausgestattet. Der zweischichtige Aufbau des Kerns ermöglicht dieses Vor-haben. Dabei werden auf dem Innenkern Dehnungsmessstreifen sowie Faser-Bragg-Gitter appliziert. Nach diesem Schritt werden die Kerne in die zweite Kavität gelegt und umschossen. Die instrumentierten Sandkerne werden in einer Universalprüfma-schine kalibriert, wobei zusätzlich Materialkennwerte ermittelt werden.
Diese Kerne werden in einem Demonstratorversuchsstand der Hochschule Aalen un-ter Druckgussbedingungen umgossen, wie Abbildung 2 zeigt. Hierbei ersetzt Wasser die Aluminiumschmelze. Dabei wird eine Variation der Druckgießparameter, des ein-gesetzten Gießsystems und der Formentlüftung durchgeführt. Dies veranschaulicht zum einen die grundsätzliche Funktionstüchtigkeit der instrumentierten Kerne. Zum anderen werden die so gemessenen mechanischen Deformationen des Kernes mit Simulationsdaten verglichen. Zusätzlich werden mit einer Hochgeschwindigkeitska-mera Aufnahmen getätigt, die Einblick in den dynamischen Gießprozess gewähren.
Zur Validierung wurde ein Druckgießwerkzeug an der Hochschule Aalen entwickelt und aufgebaut, bei dem durch eine verstärkte Glasscheibe der Gießprozess aufge-nommen werden kann. Über das aufgenommene Bildmaterial sollen optische Rück-schlüsse auf die Deformation des Sandkerns gewonnen werden. Mit diesem Video-material wird bei etwaigem Kernversagen im realen Gießprozess eine Ursachenfor-schung ermöglicht.
Ergebnisse
Im Vortrag werden die ermittelten mechanischen Eigenschaften der Sandkerne prä-sentiert. Eingesetzte Sande und Bindergehalte werden variiert. Deren Auswirkungen auf die Eigenschaften der Sandkerne werden vorgestellt.
Weiterhin werden die Gießversuche vorgestellt. Dabei wird auf die gemessenen De-formationen unter Variation der Gießbedingungen eingegangen. Anschließend folgt der Abgleich der Sensordaten mit simulierten Ergebnissen.
Der Vortag liefert Daten zur Validierung numerischer Simulationen des Druckgießens mit mehrschichtigen Sandkernen. Eine Vorhersage der im Prozess auftretenden Kräfte und des mechanischen Verhaltens der Kerne wird ermöglicht.

Zusammenfassung
- Herstellung mehrschichtiger, anorganischer Kerne im Kernschießverfahren
- Bestückung der Sandkerne mit Sensoren
- Kalibrierung der instrumentierten Kerne mit Universalprüfmaschine
- Einsatz der instrumentierten Kerne im Gießprozess
- Validierung der simulierten mechanischen Belastung der Sandkerne