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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Gusswerkzeug zur Verwendung in einer Gussmaschine
zum Zwecke der Herstellung von Gussprodukten mit einem unterem Formteil
mit einer nach oben offenen Formausnehmung, die zumindest einen
Teil einer Form des herzustellenden Gussproduktes definiert, und
mit einer gegenüber
dem ersten Formteil in Richtung einer vertikalen Z-Achse relativbeweglichen
Auswerfereinheit mit mindestens einem Auswerferstift, der durch
Verlagerung der Auswerfereinheit gegenüber dem unteren Formteil in
die Formausnehmung des unteren Formteils eingerückt werden kann. Dabei ist
bei einem gattungsgemäßen Gusswerkzeug
ein Basisteil der Auswerfereinheit, an dem der mindesten eine Auswerferstift
befestigt ist, in einem Auswerferbereich oder Auswerferraum unterhalb
des unteren Formteils angeordnet. Weiterhin sind mindestens zwei
in Richtung der Z-Achse erstreckte Kraftübertragungsglieder vorgesehen,
die dafür
ausgebildet sind, von oben in das Formteil eingeleitete Kräfte in ein
unter dem Gusswerkzeug angeordnetes Maschinenbett der Gussmaschine
einzuleiten, wobei mindestens ein äußeres Kraftübertragungsglied vorgesehen
ist, welches in horizontaler Richtung versetzt neben dem Basisteil
angeordnet ist und mindestens ein inneres Kraftübertragungsglied vorgesehen
ist, welches sich durch eine Durchbrechung im Basisteil hindurch
erstreckt.
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Gattungsgemäße Gusswerkzeuge
finden beispielsweise bei der Herstellung von Sandgussprodukten
Anwendung. Dabei wird in eine durch ein oberes und ein unteres Formteil
gebildete Ausnehmung Sand eingeschossen, der anschließend über zugeführtes Gas
in einen formstabilen Sandkörper überführt wird.
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Hierbei
sowie auch bei anderen Gussverfahren ist es erforderlich, dass die
beiden Formteile mit sehr großen
Kräften
aneinandergepresst werden, damit die durch die Formteile gebildete
Ausnehmung auch unter dem hohen Druck beim Einschießen des Sandes
ihre Formstabilität
bewahrt und damit der Sand und/oder das Gas nicht durch Spalten
zwischen den Formteilen entweichen kann.
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Die
hierfür
erforderlichen Kräfte
werden von der Gussmaschine in das Gusswerkzeug eingekoppelt. Problematisch
ist dabei der Kraftfluss im Bereich der unteren Werkzeughälfte vom
unteren Formteil bis zum Maschinenbett unterhalb des Werkzeugs,
da unterhalb des unteren Formteils das Basisteil der Auswerfereinheit
vorgesehen ist, welches vertikal gegenüber dem unter Formteil beweglich
sein muss, um den am Basisteil angebrachter Auswerferstift nach Verfestigung
des Sandkörpers
in die Formausnehmung einrücken
zu können
und um so das Gussprodukt von der Wandung der Formausnehmung zu trennen.
Dieses Basisteil der Auswerfereinheit verhindert, dass die von oben
in das untere Formteil eingeleiteten Kräfte über die gesamte Grundfläche des Formteils
in das Maschinenbett eingeleitet werden könnten. Stattdessen erfolgt
die Einleitung bei gattungsgemäßen Gusswerkzeugen
zumeist zu einem erheblichen Anteil oder ausschließlich über einen umlaufenden
Rahmen als äußerem Kraftübertragungsglied,
der das Basisteil der Auswerfereinheit vollständig umgibt. Eine Krafteinleitung
in das Maschinenbett, die ausschließlich über einen solchen Rahmen oder
anderweitige äußere Kraftübertragungsglieder
erfolgt, ist deshalb unvorteilhaft, da die erheblichen Kräfte zu einer
Durchbiegung oder Verwindung des unteren Formteils führen können, wenn dieses
nur in Randbereichen abgestützt wird.
Es ist daher aus dem Stand der Technik bekannt, an der Unterseite
des Formteils die genannten zusätzlichen inneren
Kraftübertragungsglieder
anzubringen, welche sich vom unteren Formteil nach unten erstrecken und
welche, wie auch die äußeren Kraftübertragungsglieder,
die von oben eingeleiteten Kräfte
direkt in das Maschinenbett einleiten.
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Dieser
beschriebene Aufbau gattungsgemäßer Gusswerkzeuge
hat einen erheblichen Nachteil. Das Maschinenbett solcher Gussmaschinen,
in denen ein gattungsgemäßes Gusswerkzeug
verwendet werden kann, ist üblicherweise
nur an bestimmten Belastungsbereichen dazu geeigneten die über die inneren
Kraftübertragungsglieder übertragenen
Kräfte
aufzunehmen. Die Anordnung der inneren Kraftübertragungsglieder ist daher
nicht frei wählbar,
sondern muss an die verwendete Gussmaschine angepasst werden, damit
die inneren Kraftübertragungsglieder
in Richtung der Z-Achse mit diesen Belastungsbereichen fluchten.
Dieser Umstand ist insbesondere deshalb nachteilig, da in jenem
Bereich des Gusswerkzeugs, in dem die inneren Kraftübertragungsglieder
vorgesehen sind, keinerlei Auswerferstifte vorgesehen sein können, da
das Basisteil der Auswerfereinheit an jenen Stellen Durchbrechungen für die inneren
Kraftübertragungsglieder
aufweisen muss. Bei der Anordnung der Auswerferstifte müssen daher
störende
Kompromisse in Kauf genommen werden.
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Aus
der
EP 0290244 B1 ist
ein vertikales Spritzgussverfahren bekannt, bei dem eine Maschinenbasis
ringförmig
eine Auswerfereinheit umgibt.
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Aus
der
EP 0782893 A1 ist
ein Werkzeug zur Herstellung von Sandkernen mit einem rahmenförmigen Sockel
bekannt, der eine Auswerfereinheit mit an einer Auswerferplatte
angebrachten Auswerferstiften umgibt.
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Aufgabe und Lösung
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Gusswerkzeug dahingehend
weiterzubilden, dass die von oben auf das untere Formteil wirkenden
Kräfte
durch innere und äußere Kraftübertragungs glieder
in das Maschinenbett eingeleitet werden können, ohne dass hierdurch die
Flexibilität in
Hinblick auf die Anordnung der Auswerferstifte der Auswerfereinheit
eingeschränkt
wird.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass am Gusswerkzeug ein Werkzeugbett unterhalb des
Basisteils der Auswerfereinheit vorgesehen ist welches mit mindestens
einem der Kraftübertragungsglieder
fest verbunden ist, wobei dieses Werkzeugbett derart ausgebildet
ist, dass bei Kraftbeaufschlagung des unteren Formteils von oben
sowohl die von oben in das äußere Kraftübertragungsglied als
auch die von oben in das innere Kraftübertragungsglied eingeleiteten
Kräfte
in das Werkzeugbett eingeleitet werden.
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Die
erfindungsgemäße Gestaltung
sieht demnach vor, dass als Teil des Gusswerkzeugs eine das Gusswerkzeug
an seinem unterem Ende abschließendes
Einrichtung in Form des Werkzeugbettes vorgesehen ist, welche die über die
verschiedenen Kraftübertragungsglieder
eingeleiteten Kräfte aufnimmt
und in das Maschinenbett einkoppelt. Das Werkzeugbett ist hierzu
weitgehend starr ausgebildet. Aufgrund dieses Werkzeugbettes kommt
es nicht darauf an, wo das Maschinenbett, auf dem das Werkzeugbett
aufliegt, belastbar ist, da alle von oben in das untere Formteil
eingeleiteten Kräfte über die
inneren und die äußeren Kraftübertragungsglieder
in das gemeinsame Werkzeugbett eingeleitet werden, welches dann
seinerseits derart angepasst sein kann, dass es an den maschinenspezifischen
Stellen das Maschinenbett belastet. Die Anordnung der inneren Kraftübertragungsglieder
muss aufgrund des Werkzeugbettes nicht mehr an die belastbaren Belastungsbereiche
des Maschinenbettes angepasst sein, sondern kann in Hinblick auf
andere Parameter, insbesondere in Hinblick darauf, an welchen Stellen keine
Auswerferstifte benötigt
werden, angeordnet sein.
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Im
Zusammenhang mit dieser Erfindung beziehen sich alle relativen Ortsangaben
wie „unter”, „oben” und „neben”, sowie
alle Richtungs- und Ausrichtungsangaben, wie „nach unten”, „nach oben”, „horizontal” und „vertikal” auf eine übliche und
bevorzugte Ausrichtung des Gusswerkzeugs, bei der das Maschinenbett
horizontal ausgerichtet ist und die untere Auflagefläche für das Gusswerkzeug
darstellt. Dennoch umfasst die Erfindung selbstverständlich auch
Gusswerkzeuge und Gussmaschinen, die in anderer Ausrichtung verwendet
werden, wobei in diesem Fall von entsprechend angepassten Ortsangaben
und Richtungsangaben auszugehen ist.
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Das
untere Formteil im Sinne dieser Erfindung umfasst alle oberhalb
des Basisteils der Auswerfereinheit vorgesehenen Bauteile, die ortsfest
zur Formausnehmung des unteren Formteils angeordnet sind mit Ausnahme
der Kraftübertragungsglieder selbst.
So umfasst das untere Formteil insbesondere auch eine Trägerplatte,
an der sowohl die Kraftübertragungsglieder
als auch ein Formblock befestigt sein können, wobei die Formausnehmung
des unteren Formteils in die Oberseite dieses Formblocks eingebracht
ist.
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Die
Formausnehmung im unteren Formteil selbst bildet einen Teil der
Kontur des herzustellenden Gussproduktes. Üblicherweise ist zusätzlich ein oberes
Formteil vorgesehen, welches eine nach unten offene Formausnehmung
aufweist, die gemeinsam mit der nach oben offenen Formausnehmung die
Form des herzustellenden Gussproduktes vollständig definiert. Dieses obere
Formteil ist zum Öffnen
und Schließen
der Gussform relativ zum unteren Formteil verlagerbar.
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Das
Basisteil der Auswerfereinheit ist vorzugsweise als Basisplatte
ausgebildet, an der die vorzugsweise mehreren Auswerferstifte über Schraubverbindungen
zumindest hinsichtlich der Z-Achse festgelegt sind.
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Das
Werkzeugbett selbst ist vorzugsweise flächig ausgebildet. Es erstreckt
sich horizontal zumindest derart, dass alle inneren und äußeren Kraftübertragungsglieder
die jeweils von oben eingeleiteten Kräfte nach unten in das Werkzeugbett
einkoppeln können.
Das Werkzeugbett ist vorzugsweise als separate Baueinheit vorgesehen,
die an den inneren und/oder den äußeren Kraftübertragungsgliedern
befestigt ist, vorzugsweise mittels Schraubverbindungen.
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Im
einfachsten Falle kann das Werkzeugbett als einstückige Platte
ausgebildet sein. Es sind jedoch auch mehrteilige Gestaltungen des
Werkzeugbetts von der Erfindung umfasst.
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Vorzugsweise
ist das Werkzeugbett in einer horizontalen Ebene zumindest derart
erstreckt, dass es das Basisteil der Auswerfereinheit in horizontaler Richtung
allseitig überragt.
Es kann dadurch an beliebiger Stelle durch Durchbrechungen des Basisteils hindurch
geführte
innere Kraftübertragungsglieder stützen.
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Das
mindestens eine innere Kraftübertragungsglied
ist vorzugsweise als zumindest weitgehend zylindrische Säule ausgebildet,
die sich in Richtung der Z-Achse erstreckt. Das äußere Kraftübertragungsglied ist vorzugsweise
als umlaufender Rahmen ausgebildet, der das Basisteil in horizontaler Hinsicht
allseitig umgibt. Ein solcher umlaufender Rahmen, der auch aus mehreren
Teilen zusammengesetzt sein kann, ist in Hinblick auf die Kraftübertragung
gut geeignet. Darüber
hinaus ist ein solcher Rahmen gut geeignet, um den Auswerferbereich seitlich
gasdicht abzuschließen.
Dies ist bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Gusswerkzeugs zur Herstellung
von Sandkernen von Vorteil, da der Sand beim Sandguss nach dem Einschießen begast wird,
um die Verfestigung des Sandkerns zu erreichen. Der umlaufende Rahmen
verhindert wirksam, dass das durch die Auswerferbohrungen aus der
Form ausnehmung in den Auswerferbereich entweichende Gas seitlich
an die Umgebung abgegeben wird.
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Der
umlaufende Rahmen hat vorzugsweise vier Seiten, die in Form eines
Rechtecks angeordnet sind, wobei das Werkzeugbett sich bis unter
alle vier Seiten des Rahmens erstreckt. Dieser Aufbau ermöglicht zum
einen eine besonders vorteilhafte Krafteinleitung in das Werkzeugbett,
da dieses von allen vier Seiten des Rahmens als äußerem Kraftübertragungsglied kraftbeaufschlagt
werden kann. Zum anderen ist ein solcher Aufbau von Vorteil, da
er es ermöglicht,
das Werkzeugbett umlaufend gasdicht mit dem Rahmen zu verbinden.
Eine solche umlaufende gasdichte Verbindung ermöglicht es, mittels der Unterseite
des unteren Formteils, mittels des Rahmens und mittels des Werkzeugbettes
einen zumindest weitgehend gasdicht geschlossenen Aufnahmebereich
zu realisieren, aus dem heraus das Gas nur an dafür vorgesehenen
Stellen austreten kann. Gegebenenfalls erforderliche Zugangsöffnungen
im Auswerferbereich, die dem Zweck dienen, dass Basisteil der Auswerfereinheit
mit einer Kraft zu beaufschlagen, um die Auswerfereinheit anzuheben,
können
mit geringem Aufwand beispielsweise durch O-Ringe oder Dichtlippen
abgedichtet werden.
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In
Hinblick auf die Verlagerung der Auswerfereinheit relativ zum unteren
Formteil ist es von Vorteil, wenn an einer Unterseite des Basisteils
der Auswerfereinheit Betätigungsfortsätze angebracht
sind, die sich bis in in Richtung der Z-Achse erstreckte Durchbrechungen
im Werkzeugbett erstrecken, wobei Dichtmittel vorgesehen sind, die
zumindest in einer unteren Endlage der Auswerfereinheit die Durchbrechungen
gasdicht verschließen.
Diese Betätigungsfortsätze erlauben
es, dass von unten maschinenseitige Aktuatoren die Relativlage der
Auswerfereinheit relativ zum unteren Formteil steuern. Durch das werkzeugseitige
Vorsehen der Fortsätze,
die sich bis in die hierfür
vorgesehenen Durchbrechungen im Werkzeugbett erstrecken, kann eine
besonders vorteilhafte Abdichtung durch die Dichtmittel erreicht werden,
da diese Dichtmittel lediglich zwischen werkzeugseitig vorgesehenen
Komponenten wirken müssen
und nicht zwischen der Gussmaschine, insbesondere dem Maschinenbett,
einerseits und dem Gusswerkzeug andererseits. Die Dichtmittel sind
so ausgebildet, dass sie zumindest in der unteren Endlage der Auswerfereinheit,
die gegeben ist, wenn die Auswerfer in ihrer während des Sandeinschießens und
des Begasens vorgegebenen Position sind, die Durchbrechungen im
Werkzeugbett gasdicht abdichten. Durch diese Maßnahme sowie durch die oben beschriebene
horizontale Erstreckung des Werkzeugbetts und der Gestaltung des äußeren Kraftübertragungsglieds
als umlaufenden Rahmen kann eine im Betrieb vollständige gasdichte
Kapselung des Auswerferbereichs erzielt werden.
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Ein
erfindungsgemäßes Werkzeugbett
kann im einfachsten Falle Kontaktbereiche zum Kontakt mit dem darunterliegenden
Maschinenbett lediglich im Bereich eines äußeren umlaufenden Bereichs
aufweisen. In einem solchen Fall werden die über die inneren Kraftübertragungsglieder
in das Werkzeugbett eingeleiteten Kräfte nach außen weitergeleitet und in dem
genannten außenliegenden
und umlaufenden Kontaktbereich in das Maschinenbett eingekoppelt. Von
besonderem Vorteil ist es jedoch, wenn an einer Unterseite des Werkzeugbettes
ebene Kontaktbereiche zum unmittelbaren Kontakt mit dem Maschinenbett
der Gussmaschine vorgesehen sind, wobei zumindest ein innerer Kontaktbereich
direkt unterhalb des Basisteils angeordnet ist und zumindest ein äußerer Kontaktbereich
in horizontaler Richtung versetzt zum Basisteil angeordnet ist.
Durch den inneren Kontaktbereich ist es möglich, die Entstehung von Biegemomenten
innerhalb des Werkzeugbetts zu reduzieren, so dass das Werkzeugbett
nur in geringerem Maß zur
Aufnahme solcher Biegemomente ausgebildet sein muss. Der mindestens
eine innere Kontaktbereich ist direkt unterhalb des Basisteils der Auswerfereinheit
angeordnet, also gegenüber
dem Basisteil der Auswerfereinheit nicht versetzt. Der mindestens
eine äußere Kontaktbereich
ist dagegen außer halb
und somit versetzt zum Basisteil angeordnet. Die Kontaktbereiche
können
Teil einer einheitlichen planen Ebene sein. Sie können jedoch
auch als separate erhabene Bereiche ausgebildet sein, so dass hierdurch
gewährleistet
ist, dass nur an maschinenseitig dafür vorgesehenen Stellen eine
Krafteinkoppelung in das Maschinenbett erfolgt.
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Die
inneren Kraftübertragungsglieder
sind derart vorzusehen, dass die von oben in das untere Formteil
eingeleiteten Kräfte
derart in das Maschinenbett eingeleitet werden, dass es an dem unteren Formteil
nicht zu gravierenden Verwindungen oder Verbiegungen kommt. Hierzu
ist es vorzugsweise vorgesehen, dass mindestens drei innere Kraftübertragungsglieder
vorgesehen sind, die bezogen auf eine horizontale Ebene nichtlinear
angeordnet sind.
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Besonders
bevorzugt ist eine Gestaltung des Werkzeugbettes, bei der mindestens
zwei übereinander
angeordnete und miteinander fest verbundene Platten vorgesehen sind,
wobei die obere der Platten bei der Kraftbeaufschlagung des Gusswerkzeugs
in Berührkontakt
mit den mindestens zwei Kraftübertragungsgliedern
steht und die untere Platte in Berührkontakt mit dem Maschinenbett
steht, also den unteren Abschluss des Werkzeugbettes und damit auch des
Werkzeugs bildet. Eine solche Gestaltung des Werkzeugbettes mit
mindestens zwei Platten erlaubt es, die oberste der Platten an spezifische
Werkzeugparameter anzupassen, beispielsweise an die Anordnung der
inneren/oder äußeren Kraftübertragungsglieder,
und die unterste der Platten an die Gussmaschine anzupassen, insbesondere
an die mit Kraft beaufschlagbaren Belastungsbereiche des Maschinenbetts
der Gussmaschine. Ergebnis ist somit ein modulares Konzept, welches
durch festgelegte Anschlussmaße
der Platten zueinander gestattet, dass bei einem Wechsel des Werkzeugs
oder einem Wechsel der Gussmaschine jeweils nur die hierfür spezifische
Platte des Werkzeugbettes ausgetauscht bzw. angepasst werden muss.
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Besonders
von Vorteil ist es, wenn das Werkzeugbett mindestens drei in einem
Schichtverbund gestapelte Platten umfasst, wobei mindestens eine Zwischenplatte
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht und wobei vorzugsweise
eine unterhalb der Zwischenplatte angeordnete untere Abschlussplatte
aus einem Stahlwerkstoff besteht. Ein solcher Aufbau mit einer Zwischenplatte
aus Aluminium weist mehrere Vorteile auf. Die Zwischenplatte aus
Aluminium kann verwendet werden, um trotz der variablen Höhe der Formteile
eine vorgegebenen Höhe
des Gesamtwerkzeugs herzustellen. Aluminium eignet sich hierfür aufgrund
seiner vergleichsweise geringen Dichte in hohem Maße. Dadurch,
dass unterhalb der Zwischenplatte aus Aluminium die untere Abschlussplatte
aus Stahlwerkstoff angeordnet ist, kommt es beim Einbau oder Ausbau
des Werkzeugs zu keiner starken mechanischen Belastung der Zwischenplatte
selbst. Die Zwischenplatte kommt nicht in unmittelbaren Kontakt
mit dem Maschinenbett der Gussmaschine.
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Es
wird als besonders bevorzugt angesehen, wenn die Zwischenplatte
mindestens eine Stärke
von 30 mm in Richtung der Z-Achse aufweist, um dem Werkzeugbett
ein hohes Maß an
Stabilität
zu geben. Weiterhin wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Zwischenplatte
aus einer hochfesten Aluminiumlegierung hergestellt ist, da hierdurch
ein besonders verwindungssteifer Aufbau des Werkzeugbettes realisiert
werden kann.
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Um
die Masse der Zwischenplatte gering zu halten, sind in der Zwischenplatte
vorzugsweise in Richtung der Z-Achse ausgerichtete Bohrungen vorgesehen,
wobei das Innenvolumen der Bohrungen vorzugsweise mindestens 25%,
vorzugsweise mindestens 50%, des Materialvolumens der verbleibenden
Zwischenplatte aufweist. Als besonders vorteilhaft wird es dabei
angesehen, wenn diese Bohrungen in Art einer Matrixstruktur oder
einer hexagonalen wabenartigen Struktur angeordnet sind. Die Bohrungen
führen
zu einer erheblichen Gewichtsersparnis, ohne dass die Stabilität der Zwischenplatte
hierdurch nennenswert beeinträchtigt
wird.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eines der Kraftübertragungsglieder
nur einseitig am unteren Formteil oder am Werkzeugbett befestigt,
während
mindestens ein anderes Kraftübertragungsglied
sowohl am unteren Formteil als auch am Werkzeugbett befestigt ist.
Durch jenes Kraftübertragungsglied,
welches am unteren Formteil und am Werkzeugbett befestigt ist, wird
die feste Anbindung des Werkzeugbettes am Werkzeug realisiert. Es
ist jedoch nicht erforderlich, dass alle Kraftübertragungsglieder beidseitig
befestigt sind. Es kann zu Montagzwecke eine erhebliche Erleichterung
darstellen, wenn die Kraftübertragungsglieder zumindest
zum Teil nur einseitig befestigt sind. Da die Kraftübertragungsglieder
stets nur auf Druck und nicht auf Zug beansprucht werden, stellt
die nur einseitige Anbindung der Kraftübertragungsglieder kein Problem
dar. Vorzugsweise ist das mindestens eine äußere Kraftübertragungsglied beidseitig
befestigt, während
das mindestens eine innere Kraftübertragungsglied
nur einseitig befestigt ist, vorzugsweise am unteren Formteil.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus auch eine Gussmaschine, die mit einem erfindungsgemäßen Gusswerkzeug
der oben beschriebenen Art ausgerüstet ist, wobei die Gussmaschine
dafür ausgebildet
ist, dass Gusswerkzeug von zwei gegenüberliegenden Seiten in Richtung
einer vertikalen Z-Achse mit einer Schließkraft zu beaufschlagen.
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Dabei
weist die Gussmaschine vorzugsweise ein Maschinenbett auf, welches
mindestens einen in Richtung der Z-Achse unterhalb des Basisteil
der Auswerfereinheit angeordneten zentralen Belastungsbereich aufweist,
wobei dieser Belastungsbereich bezogen auf die Z-Achse gegenüber dem
mindestens einen inneren Kraftübertragungsglied
des Gusswerkzeugs versetzt ist. Die durch das Werkzeugbett gegebene Möglichkeit
dieses Versatzes gestattet es, die inneren Kraftübertragungsglieder unabhängig von
der Gussmaschine und deren Belastungsbereichen ideal innerhalb des
Werkzeugs zu positionieren.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich außer aus
den Ansprüchen
auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung, welches nachfolgend anhand der Figuren erläutert wird.
Dabei zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Gusswerkzeug, welches auf
einem Maschinenbett einer Gussmaschine aufliegt, und
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2 das
Gusswerkzeug der 1 in einer Explosionsdarstellung.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die 1 und 2 zeigen
ein erfindungsgemäßes Gusswerkzeug.
Dieses Gusswerkzeug weist eine Reihe zueinander relativbewegliche
Baugruppen auf, welche im Zuge des bestimmungsgemäßen Betriebes
relativ zueinander bewegt werden.
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Nachfolgend
werden diese unterschiedlichen Baugruppen zunächst kurz dargestellt und die Funktionsweise
anhand dieser Baugruppen erläutert. Diese
Darstellung erfolgt insbesondere anhand der 1. 2 dient
zum besseren Verständnis.
Allerdings sind einige Komponenten des Werkzeugs aus Gründen der Übersichtlichkeit
in 2 nicht dargestellt, so zum Beispiel die Auswerferstifte 34 und
die korrespondierenden Bohrungen 22a sowie die Formblöcke 16, 26.
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Bezogen
auf 1 ist die oberste der dargestellten Baugruppen
das obere Formteil 10. Dieses weist eine horizontale obere
Trägerplatte 12 auf,
an der ein nach unten gerichteter umlaufender Rahmen 14 angebracht
ist. In dem durch die Trägerplatte 12 und
den Rahmen 14 begrenzten Freiraum ist ein oberer Formblock 16 angeordnet,
an dessen Unterseite eine Formausnehmung 18 vorgesehen
ist, die die Formgebung der Oberseite eines herzustellenden Gussteils 8 definiert.
Die obere Trägerplatte 12,
der umlaufende Rahmen 14 sowie der obere Formblock 16 sind
zueinander im Betrieb ortsfest.
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Unterhalb
des oberen Formteils 10 ist das untere Formteil 20 angeordnet.
Dieses weist eine untere Trägerplatte 22 auf,
auf deren Oberseite ein unterer Formblock 26 befestigt
ist, an dessen Oberseite eine untere Formausnehmung 28 vorgesehen
ist.
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Der
obere Formblock 16 sowie der untere Formblock 26 sind
zum Zusammenwirken derart ausgebildet, dass in dem geschlossenen
Zustand, der in 1 dargestellt ist, die Formausnehmungen 18, 28 eine
gemeinsame weitgehend geschlossene Kavität bilden. Die Form dieser Kavität entspricht
der Form des herzustellenden Gussteils 8.
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Unterhalb
des unteren Formteils 20 ist eine Auswerfereinheit 30 vorgesehen.
Diese Auswerfereinheit 30 verfügt über eine horizontal erstreckte
Basisplatte 32, an der einzelne Auswerferstifte 34 mittels
Schraubverbindungen angebracht sind, die sich nach oben in Richtung
des unteren Formteils 20 erstrecken. Diese Auswerferstifte 34 ragen
durch Auswerferbohrungen 22a, 26a in der unteren
Trägerplatte 22 des
unteren Formteils 20 und des unteren Formblocks 26 hindurch
bis an die Formausnehmung 28 heran. Diese Auswerfereinheit 30 erlaubt
es, das Gusswerkstück 8 nach
dessen Verfestigung durch Begasen aus der unteren Formausnehmung 28 anzuheben,
indem die Basisplatte 30 mit den Auswerferstiften 34 gemeinsam
in Richtung des unteren Formteils 20 angehoben wird. Die
Betätigung
der Auswerfereinheit 30 wird im Folgenden noch näher erläutert. Die
Auswerfereinheit 30 ist in nicht näher erläuterter Art und Weise über Führungsbolzen 36 und
Führungsbohrungen 22b in
der unteren Trägerplatte 22 geführt.
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Die
Funktionsweise der bis hier erläuterten Baugruppen
des Gusswerkzeugs ist die folgende: das Werkzeug wird verwendet,
um hiermit Sandkerne 8 herzustellen, die bei späteren Metallgussverfahren
Kavitäten
innerhalb des Werkstücks
definieren. Zur Herstellung eines solchen Sandkerns 8 werden zunächst das
obere Formteil 10 und das untere Formteil 20 relativ
zueinander aufeinander zu bewegt, bis die Formblöcke 16, 26 aneinander
anliegen. Die Höhe
der Formblöcke 16, 26 ist
dabei so bemessen, dass der obere Rahmen 14 in diesem geschlossenen
Zustand der Gussform 16, 26 nur mit einer an seiner
Unterseite vorgesehenen umlaufenden Dichtschnur 14a in
Kontakt mit der unteren Trägerplatte 20 gelangt.
Durch das Schließen
der Gussform 16, 26 werden gleichzeitig die Auswerferstifte 34 bis
in die in 1 dargestellte Position aus
der unteren Formausnehmung 28 herausgedrückt, da
beim Schließen
das distale Ende 36a der Führungsbolzen 36 der Auswerfereinheit 30 in
Anlage mit der oberen Trägerplatte 12 des
oberen Formteils 10 gelangen und von dieser niedergedrückt wird.
Im geschlossenen Zustand der Gussform 16, 26 wird
dann über
Einschusskanäle 16a und
mittels dafür
vorgesehener Düsen
Sand in die durch die Formausnehmungen 18, 28 gebildete
Kavität
eingeschossen. Anschließend wird
der Sand in den Formausnehmungen 18, 28 durch
Zuführen
eines hierfür
vorgesehenen Gases durch die Einschusskanäle 16a verfestigt,
so dass sich der formstabile Sandkörper 8 ergibt, der
nach dem Öffnen
der Gussform 16, 26 durch Anheben der Auswerfereinheit 30 und
damit durch Einfahren der Auswerferstifte 34 in die untere
Formausnehmung 28 von dieser gelöst werden kann.
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Sowohl
während
des Einschießen
des Sandes in die Formausnehmungen 18, 28 als
auch beim Begasen ist es erforderlich, dass die Formblöcke 16, 26 fest
aneinander gepresst werden, so dass kein Sand bzw. keine relevante
Menge des Gases im Bereich der Teilungsebene aus der durch die Formausnehmungen 18, 28 gebildeten
Kavität
entweichen kann. Um dies zu erreichen, wird das Werkzeug durch die
nur teilweise dargestellte Gussmaschine mit großen Kräften, im vorliegenden Fall
mit etwa 60 kN von oben und unten kraftbeaufschlagt. Um diese erheblichen
Kräfte
vom unteren Formteil 20 bis in ein unterhalb des Werkzeugs
angeordnetes Maschinenbett 6 leiten zu können, sind
auf Höhe
der Basisplatte 32 der Auswerfereinheit 30 mehrere
Kraftübertragungsglieder 40, 44 vorgesehen.
Als äußeres, die Basisplatte 32 umgebendes
Kraftübertragungsglied ist
ein Rahmen 40 an der unteren Trägerplatte 22 befestigt.
Da dieser als äußeres Kraftübertragungsglied wirkender
Rahmen 40 jedoch in horizontaler Richtung deutlich gegenüber dem
unteren Formblock 26 nach außen versetzt ist, sind zusätzliche
innere Kraftübertragungsglieder
in Form von Säulen 44 vorgesehen,
die ebenfalls an der unteren Trägerplatte 22 befestigt
sind. Damit diese Säulen 44 die
eingeleitete Kraft an der Basisplatte 32 der Auswerfereinheit 30 vorbeileiten
können,
sind in der Basisplatte 32 Durchbrechungen 32a vorgesehen,
durch die hindurch die Säulen 44 ragen.
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Die
Kraftübertragungsglieder
in Form des Rahmens 40 und der Säulen 44 wirken nicht
unmittelbar auf das Maschinenbett 6. Stattdessen ist zwischen
den Kraftübertragungsgliedern 40, 44 und dem
Maschinenbett 6 ein Werkzeugbett 50 vorgesehen,
welches Teil des beschriebenen Gusswerkzeugs ist. Dieses Werkzeugbett 50 weist
eine obere Abschlussplatte 52, eine untere Abschlussplatte 54 sowie
eine dazwischen liegende Zwischenplatte 56 auf. Die Platten 52, 54, 56 sind über Schrauben
fest miteinander verbunden. Bei den Platten 52 und 54 handelt
es sich um Platten aus einem Stahlwerkstoff, während die dazwischen liegende
Zwischenplatte 56 aus einer hochfesten Aluminiumlegie rung
besteht. Zum Zwecke der Gewichtsersparnis sind sowohl die untere
Abschlussplatte 54 als auch die Zwischenplatte 56 mit
vertikalen Bohrungen 54a, 56a versehen, die im
Falle der Zwischenplatte 56 zu einer Reduzierung der Masse
dieser Zwischenplatte 56 um fast 50% führen. Es wurde festgestellt,
dass die Stabilität des
Werkzeugsbetts 50 durch diese Bohrungen 54a, 56a nicht
in relevantem Maße
verringert wird.
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Das
Werkzeugbett 50 ist im Bereich der oberen Abschlussplatte 52 über Schraubverbindungen fest
mit dem Rahmen 40 verbunden, so dass das Werkzeugbett stets
ortsfest zum unteren Formteil 20 verbleibt. Die Säulen 44 als
innere Kraftübertragungsglieder
sind dagegen zum Zwecke einer erleichterten Montage lediglich an
der oberen Trägerplatte 22 festgelegt.
Sie erstrecken sich jedoch so weit nach unten, dass sie ständig oder
zumindest bei einer Kraftbeaufschlagung des Gusswerkzeugs durch
die Gussmaschine im Berührkontakt
zur oberen Abschlussplatte 52 stehen.
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Die
inneren Kraftübertragungsglieder
in Form der Säulen 44 sowie
das äußere Kraftübertragungsglied
in Form des Rahmens 40 dienen gemeinsam zur Einleitung
der von oben in das Werkzeug eingeleiteten Kräfte in das Maschinenbett 6.
Die Pfeile 90a, 90b verdeutlichen, wie die von
oben in das obere Formteil 10 eingebrachten Kräfte über die
Kontaktbereiche der Formblöcke 16, 26 sowie über den Sand
in den Formausnehmungen 18, 28 in den unteren
Formblock 26 eingeleitet werden. Von dort werden die Kräfte in die
untere Trägerplatte 22 eingeleitet,
wie die Pfeile 91 verdeutlichen. Die in die untere Trägerplatte 22 eingeleiteten
Kräfte
werden zum Teil in durch den Pfeil 92a verdeutlichter Weise
in den Rahmen 40 eingeleitet. Ein erheblicher Anteil der Kräfte, insbesondere
ein Anteil von mindestens 50% der Kräfte, wird jedoch stattdessen
entlang der Pfeile 92b in die Säulen 44 eingeleitet.
Sowohl die in den Rahmen 40 als auch die in die Säulen 44 eingeleiteten
Kräfte
werden an das Werkzeugbett 50 weitergegeben, wobei die
Kräfte
hierfür zunächst entlang
der Pfeile 93 in die obere Abschlussplatte 52 eingekoppelt
werden und von dort in die Zwischenplatte 56 und dann in
die untere Abschlussplatte 54 eingekoppelt werden. Diese
untere Abschlussplatte 54 kann an ihrer Unterseite plan
ausgebildet sein. Vorliegend weist die Unterseite der unteren Abschlussplatte 54 jedoch
einen erhabenen Randbereich 54b sowie in geringerem Maße erhabene
Zentralbereiche 54c auf. Diese erhabenen Bereiche sind
korrespondierend zu den belastbaren Belastungsbereichen 6b, 6c des Maschinenbettes 6 angeordnet,
so dass die in das Werkzeugbett 50 eingekoppelten Kräfte entlang
der Pfeile 94a, 94b ausschließlich in diesen Bereichen in das
Maschinenbett 6 eingekoppelt werden.
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Der
primäre
Zweck des Werkzeugbettes 50 liegt darin, die von oben in
das Werkzeugbett eingeleiteten Kräfte an beliebiger Stelle aufnehmen
zu können
und in hierfür
vorgesehene Bereiche des Werkzeugbettes einzukoppeln. Es ist daher
nicht erforderlich, dass die inneren Kraftübertragungsglieder in Form
der Säulen 44 fluchtend
mit den Einkopplungsbereichen 6c des Maschinenbettes 6 ausgerichtet
sind. Die Säulen 44 können stattdessen
an solchen Stellen an der unteren Trägerplatte 22 vorgesehen
werden, an denen keinerlei Auswerferstifte 34 benötigt werden.
Sofern die sich daraus ergebende Anordnung der Säulen 44 an der unteren
Trägerplatte 22 gegenüber den
Auflagebereichen 6c versetzt ist, wird dies durch das Werkzeugbett 50 kompensiert.
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Ein
darüber
hinausgehender Vorteil des Werkzeugbettes 50 liegt darin,
dass der von der unteren Trägerplatte 22 sowie
dem Rahmen 40 umgebene Bereich 70, in dem die
Auswerfereinheit zum überwiegenden
Teil angeordnet ist, an der Unterseite durch die obere Abschlussplatte 52 des
Werkzeugbetts 50 weitgehend verschlossen ist. Der Bereich 70 ist
somit bis auf nachfolgend erläuterte
besondere Zugänge
gegenüber
der Umgebung gasdicht verschlossen, so dass beim Begasen des Sandkerns 8 das
durch die Auswerferbohrungen 26a, 22a entlang der
Pfeile 80 ausströmende
Gas nur bis in diesen Bereich 70, jedoch nicht an eine
Umgebung abgegeben werden kann. Aus dem Bereich 70 kann
das Gas in nicht dargestellter Art und Weise mittels Absaugeinrichtungen
wieder entfernt werden. Das Verhindern des Austretens dieses Gases
ist von Belang, da gesundheitsschädliche Gase zum Verfestigen
des Sandkerns 8 Verwendung finden. Bei aus dem Stand der
Technik bekannten Vorrichtungen, bei denen der Rahmen und/oder die
Säulen
unmittelbar in Kontakt mit dem Maschinenbett 6 gelangen,
ist es schwer, eine vollständige
Abdichtung zu erzielen, da diese Abdichtung zwischen dem Gusswerkzeug
einerseits und der Gussmaschinen andererseits bewirkt werden muss.
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Um
die Auswerfereinheit 30 gegenüber dem unteren Formteil 20 anheben
zu können,
sind an der Basisplatte 32 der Auswerfereinheit 30 nach
unten erstreckte Fortsätze 38 angebracht,
die sich durch korrespondierende Zugangsbohrungen in den Platten 52, 54, 56 hindurch
erstrecken und die durch Kraftbeaufschlagung mittels im Maschinenbett
vorgesehenen Aktuatoren 7 angehoben werden können, so
dass dadurch die gesamte Auswerfereinheit 30 gegenüber dem
unteren Formteil 20 angehoben wird. Um dennoch eine gasdichte
Abdichtung des Bereichs 70 gegenüber der Umgebung zu schaffen, sind
an der Unterseite von ringförmigen
Flanschen 38a an den Fortsätzen 38 Dichtringe 39 vorgesehen, die
in dem in 1 dargestellten Zustand an der
oberen Abschlussplatte 52 des Werkzeugbettes 50 anliegen
und dadurch den Austritt von Gas durch die Bohrungen im Werkzeugbett 50 verhindern.
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Wie
oben bereits erwähnt
wurde, bestehen die obere und die untere Abschlussplatte 52, 54 aus einem
Stahlwerkstoff, während
die Zwischenplatte 56 aus einem deutlich leichteren hochfesten
Aluminium gefertigt ist. Dabei ist die obere Abschlussplatte insbesondere
werkzeugspezifisch angepasst. Je nachdem, ob größere oder kleinere Rahmen 40 Anwendung
finden, können
hier verschiedene Typen von oberen Ab schlussplatten 52 vorgehalten
werden. Die untere Abschlussplatte 54 dagegen ist vor allen
Dingen maschinenspezifisch angepasst, da die erhabenen Bereiche 54b, 54c in
Abhängigkeit
der belastbaren Bereiche 6b, 6c des Maschinenbetts 6 angeordnet
sind. Die Zwischenplatte 56 stellt neben ihrer Kraft leitenden
und Kraft verteilenden Funktion insbesondere auch einen Höhenausgleich
dar. So können Gussmaschinen
verwendet werden, die für
höhere Werkzeuge
konzipiert wurden, indem eine entsprechend dickere Zwischenplatte 56 Verwendung
findet.
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Dieser
modulare Aufbau des Werkzeugbettes 50 gestattet es, ein
solches Werkzeug aus verschiedenen vorgehaltenen Varianten der oberen
und der unteren Abschlussplatte 52, 54 und der
Zwischenplatte 56 in kurzer Zeit herzustellen. Eine darüber hinausgehende
Anpassung des unteren Formteils 20 oder der Kraftübertragungsglieder 40, 44 sowie
der Auswerfereinheit 30 an die konkret genutzte Gussmaschine
ist nicht erforderlich.