Modellierung des Kernformstofffließens als nichtnewtonische Fluidströmung

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Um Hohlräume in Gussteilen zu ermöglichen, werden vor dem Gießen Kerne in der Gussform fixiert. Die Qualität der Kerne bestimmt daher wesentlich die Qualität des Gussteils. Ein häufig verwendetes Verfahren der Kernherstellung ist das Kernschießen. Dabei wird der Kernformstoff, ein Gemisch aus Sand und Bindemittel, mit Druckluft aus der Schießkammer in den Kernkasten transportiert und dort verdichtet. Die Vorgänge während des Kernschießens sind wissenschaftlich bisher nur in Ansätzen durchdrungen, insbesondere ist wenig bekannt über die Zusammenhänge der konstruktiven Ausführung der Verdichtungseinheit einerseits und den Schießparametern und dem Fließverhalten des Kernformstoffes andererseits. Das Ziel des beantragten Projektes ist daher die Erforschung dieser Zusammenhänge mit einem zu entwickelnden und zu validierenden mathematischen Modell des Kernschießprozesses unter Verwendung eines zu bestimmenden rheologischen Materialgesetzes für Kernformstoffe. Dieses mathematische Modell des Granulatstromes basiert auf einer kontinuumsmechanischen Beschreibung des Kernformstoffs. Die für das Modell benötigten Stoffparameter des granularen Mediums werden in entsprechenden rheologischen Untersuchungen bestimmt. Für die genannten Forschungsziele ist es entscheidend, sowohl den Bereich des schnellen Fließens als auch den der langsamen, quasistatischen Verformung des Kernformstoffes korrekt aufzulösen. Anmerkung: Bei der mathematischen Modellierung und Simulation der ablaufenden Vorgänge müssen die Gesamtheit der beteiligten Komponenten berücksichtigt werden: Kernschießmaschine, Kernformstoff und Kernherstellungsprozess. Da hierfür entsprechende Kompetenz an der TU Bergakademie Freiberg vorhanden ist, wird zur ganzheitlichen Lösung der gestellten Ziele der Forschungsantrag von drei Instituten (Gießereimaschinenbau: Prof. Bast, Kernformstoffe: Prof. Tilch, Fluiddynamik: Dr. Schwarze/Prof. Obermeier) gemeinsam gestellt.