Entkernen von Gussbauteilen

Die Formgebung für metallische Gussteile wird über Formen und Kerne aus gebundenem Sand bestimmt. Kerne dienen dazu, Innenstrukturen wie z. B. integrierte Rohre in Gussteilen erzeugen zu können. Nach dem Guss müssen die Sandkerne rückstandslos aus dem Gussteil entfernt werden. Diese Entkernung erfolgt typischerweise durch einen zweistufigen Prozess. Zuerst werden durch gezielte Hammerschläge auf das Leichtmetallbauteil Bruchstellen im Kern erzeugt und diese Bruchstücke dann mit Hilfe einer Rüttelanlage aus dem Bauteil entfernt. Die Auslegung des Entkernprozesses erfolgt bisher mangels Prognosemöglichkeiten rein erfahrungsbasiert.

In enger Zusammenarbeit mit der FILL GmbH aus Gurten (Österreich) konnten wir den Prozess erstmals virtuell modellieren und exakt beschreiben. Mit dem bei uns entwickelten phänomenologischen Materialmodell kann nun die Entstehung und Ausprägung des Kernbruchs in einem virtuellen Prüflabor prognostiziert werden.

Das Simulationsmodell beinhaltet Position, Intensität, Anzahl und Frequenz der Hammerschläge. Durch eine benutzerfreundliche graphische Oberfläche ist es möglich, bereits in der Bauteilkonstruktion die grundsätzliche Entkernbarkeit für filigrane Innenstrukturen abzusichern sowie den Entkernprozess auszulegen und im Hinblick auf Effizienz zu optimieren.

Mit unserem Ansatz wird ein zentraler Erkenntnisgewinn beim Einsatz von anorganischen Sand-Binder-Systemen sichergestellt. Die Validierung der entwickelten Methodik erfolgt anhand industrienaher Referenzbauteile. In zukünftigen Projekten soll das Modell weiterentwickelt und mit Serienbauteilen weiter validiert werden.

Ausgewählte Veröffentlichungen:

2020

• Ettemeyer, F.; Lechner, P.; Hofmann, T.; Andrä, H.; Schneider, M.; Grund, D.; ... & Günther, D. (2020). Digital sand core physics: Predicting physical properties of sand cores by simulations on digital microstructures. International Journal of Solids and Structures, 188, 155-168.
• Ettemeyer, F.; Schweinefuß, M.; Lustig, C.; Reinold, L. M; Lechner, P.; Volk, W. & Günther, D.: Charakterisierung des Entkernverhaltens von anorganischen Sand-Binder-Systemen für das Leichtmetallgießen. Formstoff-Forum, 2020
• Lechner, P.; Ettemeyer, F. & Volk, W.: Ein mechanisches Bruchmodell für wasserglasgebundene Formstoffe. Formstoff-Forum, 2020
• Ettemeyer, F.: Simulation und Optimierung des Entkernprozesses von anorganischen Sand-Binder-Systemen für das Leichtmetallgießen, Jahresbericht 2019/2020 Fraunhofer IGCV, 2020

2019

• Ettemeyer, F.; Sehrschön, H.; Lechner, P.; Volk, W. & Günther, D.: Simulation und Optimierung des Entkernprozesses von anorganischen Sand-Binder-Systemen für das Leichtmetallgießen, Leichtbau in Guss, Nürtingen, 2019
• Sehrschön, H.; Rathner, T.; Günther, D. & Ettemeyer, F. (2019): Simulation und Optimierung des Entkernprozesses von anorganischen Sand- Binder-Systemen für das Leichtmetallgießen, GIFA-Forum 2019, Düsseldorf
• Ettemeyer, F.: Erzeugung von Sollbruchstellen für das Entkernen von Gussbauteilen mit additiven Fertigungsmethoden, Jahresbericht 2018 Fraunhofer IGCV, 2019

2018

• Ettemeyer, F.; Steinlehner, F.; Lechner, P.; Volk, W. & Günther, D. (2018, November). Detection of Core Fracture in Inorganically Bound Cast-in Sand Cores by Acoustic Microphony. In Congress of the German Academic Association for Production Technology (pp. 34-43). Springer, Cham.
• Günther, D.; Ettemeyer, F.: Entkernung anorganisch gebundener Kerne beim Aluminiumgießen durch konsequentes Kerndrucken, GIESSEREI, 105, 06/2018
• Günther, D.; Ettemeyer, F.: Vergleich der Entkernung von 3D-gedruckten und geschossenen, anorganisch gebundenen Kernen im Aluminiumguss, Formstoff-Forum 2018
• Schneider, M.; Hofmann, T.; Andrä, H.; Lechner, P.; Ettemeyer, F.; Volk, W. & Steeb, H.: Modelling the microstructure and computing effective elastic properties of sand core materials. International Journal of Solids and Structures, 2018