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Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeugelement zur Herstellung von Formteilen, insbesondere von anorganischen Formkernen, für die Gießereitechnik, wobei das Formwerkzeugelement einen Oberflächenbereich zur Formgebung zumindest eines Abschnitts des Formteils und einen Trägerbereich, an dem der Oberflächenbereich angeordnet ist, aufweist.
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Für die Serienproduktion von Zylinderköpfen und Kurbelgehäusen werden anorganische Kerne verwendet, die im sogenannten Hot-Box-Verfahren erzeugt werden. Im Prototypenbau, der der Serienproduktion vorausgeht, werden jedoch die Versuchsbaugruppen aus Kostengründen und aufgrund der einfacheren Werkzeugerstellung im Cold-Box-Verfahren hergestellt.
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Das Herstellen der späteren Gussteile lässt sich somit in zwei Verfahren unterteilen, nämlich den Abguss mit Cold-Box-Kernen oder mit anorganischen Hot-Box-Kernen. Diese Verfahren sind gießtechnisch sehr unterschiedlich, so dass die gewonnenen Erkenntnisse aus dem Prototypenbau nur begrenzt auf die Serienproduktion übertragen werden können. Um bereits in der Vorentwicklung seriennahe Ergebnisse zu bekommen, müssen Stahlwerkzeuge erzeugt werden, die über ein gebohrtes Leitungssystem im Werkzeug, das mit einem externen Heiz-Kühlaggregat verbunden ist, beheizbar sind. Die Herstellung solcher Werkzeuge ist jedoch sehr aufwändig und zeitintensiv. Ferner sind diese Werkzeuge, die auch als Kernkästen bezeichnet werden, nicht änderungsfreundlich, da auf das Leitungssystem sowie auf Entlüftungsdüsen und das Auswerfersystem geachtet werden muss. Durch ihr hohes Eigengewicht sind diese Werkzeuge auch nur erschwert zu handhaben. Folglich kann die Kernproduktion nur auf Serienkernschießmaschinen geschehen, die den hohen Anforderungen genügen und einen komplexen Aufbau mit einem externen Heiz-Kühl-Aggregat, einer Staudruckabfrage sowie Temperatursensoren versehen sind.
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Eine solche Kernschießmaschine für die Serienproduktion ist beispielsweise aus der
DE 20 2006 001 209 U1 bekannt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Formwerkzeugelement anzugeben, das die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile überwindet. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Werkzeugformelement anzugeben, das besonders änderungsfreundlich ist. Ferner liegt die Aufgabe darin, eine Vorrichtung anzugeben, mit der bereits im Prototypenbau Ergebnisse erzielbar sind, die auf eine spätere Serienfertigung mit großer Übereinstimmung übertragbar sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung ein Formwerkzeugelement zur Herstellung von Formteilen, insbesondere von anorganischen Formkernen, für die Gießereitechnik, wobei das Formwerkzeugelement einen Oberflächenbereich, zur Formgebung zumindest eines Abschnitts des Formteils und einen Trägerbereich, an dem der Oberflächenbereich angeordnet ist, aufweisen kann. Weiterhin kann im Oberflächenbereich das Formwerkzeugelement aus einem besonders leicht bearbeitbaren Material, insbesondere aus Kunststoff oder aus Leichtmetall, ausgebildet sein. Als Materialien sollen hier beispielhaft und nicht einschränkend modifiziertes Epoxidharz und Aluminium, insbesondere EN-AW5083 angegeben werden. Durch die werkstoffbedingte höhere Zerspanungsgeschwindigkeit aufgrund der einfachen Bearbeitbarkeit können Versuchswerkzeuge auf schnelle und kostengünstige Weise hergestellt werden. Nachträgliche Änderungen lassen sich ebenfalls werkstoffbedingt leichter und schneller einbringen, beispielsweise durch zusätzliches, weiteres Zerspanen oder Einkleben von neuen Teilen. Durch das geringere Gewicht wird auch die Handhabbarkeit des Werkzeugs vereinfacht.
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Darüber hinaus kann zumindest der Oberflächenbereich aus einem temperaturbeständigen Kunststoff hergestellt werden insbesondere aus Aluminium und/oder modifizierten Epoxidharz.
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Zudem kann der Oberflächenbereich zumindest abschnittsweise temperierbar sein, wobei der Oberflächenbereich zuerst auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt und anschließend auf dieser Temperatur gehalten wird.
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Außerdem kann der Oberflächenbereich mit mindestens einem Heizelement, insbesondere einem elektrischen Heizstab oder einem Tauchheizstab, temperierbar sein.
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Ferner kann der Trägerbereich eine Kammer aufweisen, in der ein temperierbares Fluid, insbesondere Öl, und das Heizelement vorgesehen sind, wobei mit dem Heizelement das Fluid temperierbar ist und mit dem Fluid der Oberflächenbereich temperierbar ist. Das Beheizen der Werkzeuge durch Tauchheizstäbe bietet den Vorteil, dass ein externes Heiz-Kühl-Aggregat und damit verbundene Energiekosten eingespart werden können, da der Energieverbrauch eines Heiz-Kühl-Aggregates ca. 20 × höher ist als der Energiebedarf eines Tauchheizstabes.
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Außerdem kann die Kammer mit einem Fluid-Ausgleichsbehältnis leitend verbunden sein, wobei Fluid aus der Kammer in das Fluid-Ausgleichs-Behältnis und vice versa überführbar ist. Dies bietet den Vorteil, dass das temperierbare Fluid, das in der Kammer und somit im Formwerkzeugelementinneren vorgesehen ist, völlig drucklos gelagert ist, wodurch die Verletzungsgefahr bei Werkzeugbeschädigung minimiert wird. Sofern bei einer Werkzeugbeschädigung die Kammer ein Leck erleidet, tritt kein spritzendes, heißes Öl aus, da sich kein Überdruck in der Kammer bilden kann.
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Alternativ kann das Formwerkzeugelement eine Modulaufnahmevorrichtung aufweisen, mit der ein Heizmodul aufnehmbar ist, wobei in dem Heizmodul ein elektrisches Heizelement und eine Fluid-Kammer integriert sind. Dabei ist in der Fluidkammer ein Fluid, insbesondere Öl, vorgesehen. Hieraus ergibt sich der Vorteil eines baukastenartigen Systems, wobei bereits vorhandene Kernschießmaschinen mit geringem Aufwand nachrüstbar sind.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen, insbesondere zum Herstellen von anorganischen Formkernen für die Gießereitechnik, mit einer Kavität, in der das Formteil erstellt wird, wobei zumindest ein Abschnitt einer inneren Wandung der Kavität von dem Oberflächenbereich eines Formwerkzeugelements der oben beschriebenen Art gebildet wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.
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Es zeigt in schematischer Darstellung:
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1 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Formwerkzeugelement.
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Eine Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen, beispielsweise in Form von anorganischen Formkernen für die Gießereitechnik, ist beispielsweise eine Kernschießmaschine. Eine solche Kernschießmaschine (nicht dargestellt) weist einen Formkasten auf, der aus mindestens zwei Formhälften besteht. Dabei kann eine Formhälfte ortsfest fixiert sein und die zweite Formhälfte eine Relativbewegung zu der ersten Formhälfte durchführen oder beide Formhälften relativ zueinander bewegbar sein. In einer vorbestimmten, geschlossenen Position der Kernschießmaschine liegen die zwei Werkzeugformhälften aufeinander auf und schließen eine Kavität ein. In diese Kavität wird bei geschlossener Kernschießmaschine das Formteil, d. h. der Gusskern, eingeschossen. Anschließend werden die Formhälften durch eine Auseinanderbewegung entfernt und der fertige Gusskern kann aus dem Hohlraum entnommen werden.
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Bei der Kernschießmaschine kann die Trennebene in horizontaler wie auch in vertikaler Richtung verlaufen. Erfindungsgemäß kann die Kernschießmaschine aus zwei Formteilhälften ausgebildet sein oder aus einer Vielzahl von Formwerkzeugelementen 10 ausgebildet sein. Dabei bilden die Formwerkzeugelemente 10 zusammen einen inneren Hohlraum bzw. eine Kavität. Folglich kann ein solches Kernschießwerkzeug aus einem unteren Formwerkzeugelement, einem oberen Formwerkzeugelement sowie einer Vielzahl von seitlichen in Form von Schiebern ausgebildeten Formwerkzeugelementen bestehen.
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Im Folgenden soll mit Bezug zu 1 der Aufbau eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugelements 10 erläutert werden. Das Formwerkzeugelement weist einen Oberflächenbereich 11 und einen Trägerbereich 12 auf. Der Oberflächenbereich 11 ist an einer Oberfläche des Formwerkzeugelements 10 ausgebildet, welche eine innere Wandung der Kavität bildet in der Kernschießvorrichtung bzw. Kernschießmaschine. Der Oberflächenbereich 11 hat somit die Aufgabe, beim Kernschießen die äußere Gestalt des Gusskerns zu formen.
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Im Trägerbereich 12 ist eine Kammer 14 vorgesehen, in der ein Fluid sowie ein Heizelement 13 angeordnet sind. Bei dem Heizelement 13 handelt es sich bevorzugt um ein Tauchheizelement, das elektrisch betrieben werden kann. Solche elektrischen Tauchheizelemente bzw. Tauchheizstäbe sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Zur Temperierung des Formwerkzeugelements 10 bzw. des Oberflächenbereichs 11 wird mit Hilfe von elektrischer Energie das Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt. Ein erster Wärmestrom geht aus dem Heizelement 13 in das Fluid 15 über und erwärmt somit das Fluid auf eine vorbestimmte Temperatur. Diese vorbestimmte Temperatur kann im Bereich von 170°C bis 230°C liegen. Ein zweiter Wärmestrom sorgt dafür, dass die Wärme aus dem Fluid in das Formwerkzeugelement 10 übergeht und dabei den Oberflächenbereich 11 auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur erwärmt. In diesem Zustand können folglich Gusskerne geschossen werden. Ein Fluid-Ausgleichsbehältnis 16 ist über eine Leitung 17 mit der Kammer 14 verbunden. Als Fluid wird erfindungsgemäß Öl verwendet. Dieses Öl kann über die Leitung 17 in das Fluid-Ausgleichsbehältnis 16 und umgekehrt fließen. Dadurch kann erreicht werden, dass auch bei Anstieg der Temperatur des Öls 15 in der Kammer 14 kein Überdruck erzeugt wird. Mit anderen Worten, das Öl 15 in der Kammer 14 bleibt kontinuierlich drucklos und stellt somit zu keinem Zeitpunkt eine Verletzungsgefahr für das Bedienpersonal dar.
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In 1 ist der Oberflächenbereich 11 integral, d. h. einstückig mit dem Trägerbereich 12 verbunden. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann der Oberflächenbereich 11 als Ein- oder Auflage ausgebildet sein, die mit dem Trägerbereich 12 verbindbar ist. Dadurch kann auf besonders einfache Weise die Form des Formwerkzeugelements 10, d. h. der Kontur des Oberflächenbereichs 11 ausgetauscht werden.
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In beiden Ausführungsformen ist zumindest der Oberflächenbereich oder aber auch das gesamte Formwerkzeugelement 10 aus einem besonders leicht zerspanbaren Material ausgebildet. Somit kann die Geometrie des Formwerkzeugelements 10 besonders schnell und einfach geändert werden, was im Prototypenbau große Vorteile mit sich bringt, da hier die Formvarianten besonders zahlreich sind.
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In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Formwerkzeugelement 10 eine Ausnehmung aufweisen, in der eine Modulaufnahmevorrichtung vorgesehen ist. Diese ist dafür geeignet, ein Heizmodul aufzunehmen, mit dem zumindest der Oberflächenbereich 11 auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt werden kann. Das Heizmodul umfasst dabei ein Fluidbad, wobei insbesondere Öl in einer internen Kammer angeordnet ist. Ferner ist in dem Heizmodul ein Heizelement vorgesehen, mit dem das Öl erwärmt werden kann. Das Heizmodul kann somit besonders einfach in das Formwerkzeugelement eingeschoben werden. Dies bietet den Vorteil, dass zur Anpassung des Oberflächenbereichs, beispielsweise in einem spanabhebenden Verfahren, die Heizeinrichtung vorübergehend aus dem Formwerkzeugelement 10 entfernbar ist. Nach der Anpassung des Formwerkzeugelements 10 kann dann das Heizmodul wieder eingeführt werden.
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Alternativ kann das Formwerkzeugelement 10 ersetzt werden, wenn dessen Oberflächenbereich 11 nicht mehr an neue Gusskernformen anpassbar ist. Das Heizmodul kann dabei jedoch wiederverwendet werden. Wahlweise kann das Fluidausgleichsbehältnis 16 in dem Heizmodul vorgesehen oder alternativ mit dem Heizmodul über eine Leitung 17 verbunden sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006001209 U1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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