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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gussform für den Sandguss, wobei ein Modell in einem Formkasten positioniert und der Formkasten mit Formsand (Grün- oder Feuchtsand-Sand, Betonit und Wasser) befüllt wird und wobei der Formsand um das Modell herum zu einer stabilen, zum Gießen geeigneten Form oder Teil-Form verdichtet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung, insbesondere zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Das hier in Rede stehende Verfahren dient zur Herstellung einer Gussform für den Sandguss und ist unter den Begriff „Formverfahren“ zu subsumieren. Als Formverfahren bezeichnet man unterschiedliche Verfahren zur Herstellung einer Gussform für die Herstellung von Werkstücken aus vergießbaren Werkstoffen. Dabei gibt es unterschiedliche Verfahren, die sich beispielsweise darin unterscheiden, ob die Form von Hand oder maschinell hergestellt wird (Handformen, Maschinenformen), ob die Form beim Gießvorgang zerstört oder wiederverwendet werden kann (verlorene Formen, Dauerformen) und ob mit Einmalmodellen (verlorene Modelle, Feingießen und Vollformgießen), Dauermodellen (Handformen, Maschinenformen, Maskenformen, Vakuumformen) oder ohne Modelle (Stranggießen, Druckgießen, etc.) gearbeitet wird.
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Jedenfalls geht es hier um die Herstellung einer Gussform, der ein Modell des zu gießenden Werkstücks zugrunde liegt.
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Zum Herstellen einer solchen Form benötigt man einen Formkasten, der beispielsweise, wie das Modell, zweiteilig ausgeführt sein kann. Entsprechend können zwei Formkastenhälften vorgesehen sein. Die Formkästen sind regelmäßig oben und unten offen. Der verwendete Sand ist rieselfähig und hat einen bildsamen Zustand. Bei der klassischen Sandgießerei ist der Sand mit feinem Ton bzw. Betonit umhüllt oder vermischt. Das Sand-Ton-Gemisch wird mit Wasser vermengt. Man spricht hier von tongebundenem oder betonitgebundenem Sand. Dieser feuchte Sand wird häufig auch Grünsand bezeichnet (Mittelhochdeutsch: grün = feucht).
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Der Sand wird um das Modell herum geschüttet und verdichtet. Nach der Verdichtung haftet der Sand an der Innenwand des Formkastens und bildet die Modellkontur negativ ab.
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Je detailreicher das Modell ist, desto genauer bzw. sorgfältiger muss der Sand um das Modell herum geschüttet und verdichtet werden.
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In dem aus der Praxis bekannten Stand der Technik wird die Verdichtung ungeachtet des Modells und der Kontur über einen den Formkasten überdeckenden großen Kopf mit Verdichtungszylindern vorgenommen. Dies führt dazu, dass der Sand oberhalb des Modells stärker verdichtet wird als der Sand seitlich des Modells, nämlich aufgrund der größeren Verdichtungsstrecke auf den Seiten. Letztendlich ist nicht darauf geachtet worden, wie sich die Anwesenheit des Modells im Formkasten auf die Verdichtung des Formsands um das Modell herum auswirkt. Es wurde ohne Berücksichtigung der Kontur des Modell unidirektional verdichtet.
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Entsprechend den voranstehenden Ausführungen ist man bei großen Werkstücken, insbesondere bei Werkstücken mit komplexer Oberflächenstruktur, von dem zuvor erläuterten Grünsandverfahren abgegangen. An Stelle der Verwendung von Grünsand ist es möglich, dem Formsand ein chemisches Bindemittel beizumengen, welches unter Temperatureinwirkung reagiert bzw. aushärtet. So lassen sich bei nur geringen Drücken unter Temperatureinwirkung stabile Gussformen herstellen, wo (bei dieses Verfahren im engl. no-bake-molds) aufgrund der Verwendeten chemischen Bindemittel umweltbelastend ist, nämlich aufgrund der Vermischung von Sand und Bindemittel. Der Einsatz von Formsand mit Bindemittel wird regelmäßig dadurch gerechtfertigt, dass bei großen Formen und entsprechend großen Formkästen eine homogene Verdichtung des klassischen Grünsands zur Definition der Form nicht mehr zuverlässig möglich ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Gussform für den Sandguss derart auszugestallten und weiterzubilden, dass ungeachtet der Größe des Modells bzw. des zu gießenden Werkstücks und ungeachtet komplexer Konturen/Oberflächen die klassische Grünsandmethode zur Herstellung der Gussform anwendbar ist, und dies bei hinreichend guter Qualität der Gussform. Der Einsatz von chemischen Bindemitteln soll vermieden werden.
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Voranstehende Aufgabe ist in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist das gattungsbildende Verfahren zum Herstellen einer Gussform für den Sandguss dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung des Formsandes zonal bzw. bereichsweise erfolgt, und zwar unter Beachtung der Kontur bzw. der Maße des Modells.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 9. Danach ist die gattungsbildende Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung des Formsandes um das Modell herum zonal bzw. bereichsweise erfolgt, unter Beachtung der Kontur bzw. der Maße des Modells, wobei eine Verdichtungseinheit einen mehrere Verdichtungszylinder umfassenden Verdichtungskopf aufweist.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass es möglich ist, auch bei großen, komplexen Modellen bzw. zu gießenden Werkstücken die klassische Grünsandmethode anzuwenden, wonach der feuchte Formsand (Grünsand) ohne chemische Bindemittel um das Modell herum gefüllt und verdichtet und dadurch zur Gussform verfestigt wird. Dies ist dadurch möglich, dass die Kontur bzw. die Maße des in den Formkasten eingelegten Modells beim Einfüllen und Verdichten des Formsandes berücksichtigt wird.
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Entgegen bisheriger Verfahren und Gepflogenheiten wird der im Formkasten befindliche Formsand nicht etwa gleichmäßig über die gesamte Oberfläche hinweg verdichtet. Vielmehr werden Bereiche berücksichtigt in denen sich das Modell befindet, im Gegensatz zu Bereichen, die bis zum Boden des Formkastens ausschließlich mit Formsand gefüllt sind, frei jedweder sonstiger Teile. In den letztgenannten Bereichen lässt sich der Formsand bezogen auf das Volumen des Formkastens wesentlich stärker verdichten als in denjenigen Bereichen, in denen sich das Modell befindet.
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Letztendlich wird mit der erfindungsgemäßen Lehre beansprucht, dass der Formsand bereichsweise unterschiedlich mit Presskraft beaufschlagt wird, so wie es die anzustrebende Klopf- oder Pressdichte des Sandes zulässt, ausgehend von einer ursprünglichen Schüttdichte.
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Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahren ist es denkbar, dass der Formsand allmählich, quasi Schicht für Schicht, in den Formkasten gefüllt wird, was zunächst um das Modell herum stattfindet, sukzessive so lange, bis das gesamte Modell in den verdichteten Formsand eingebettet ist. Danach folgen Schichten darüber, wobei der Situation Rechnung zu tragen ist, dass Sandschichten oberhalb des Modells ein geringeres Volumen ausmachen als diejenigen Sandschichten, die sich seitlich des Modells befinden. Entsprechend werden die zur Verdichtung erforderlichen Presskräfte und Hübe ausgelegt.
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Die Verdichtung des Formsandes erfolgt über eine Verdichtungseinheit, die einen oder mehrere Verdichtungszylinder umfasst. Die Verdichtungszylinder können den gleichen oder unterschiedlichen Durchmesser haben, wobei Verdichtungszylinder mit unterschiedlichen Durchmessern geeignet sind, bereichsweise unterschiedlich starke Verdichtungen des Formsandes herbeizuführen.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Verdichtung in mehreren aufeinanderfolgenden Verdichtungshüben erfolgt, nämlich dadurch, dass über die Verdichtungszylinder eine Art Stampfen des Formsandes realisiert wird, und zwar seitlich des jeweiligen Modells zu einer stärkeren Verdichtung führend als im Bereich der Konturen des Modells.
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Auch ist es denkbar, dass das Befüllen des Formkastens und das Verdichten in mehreren vorzugsweise abwechselnden Arbeitsschritten erfolgt, dahingehend, dass nach einer gewissen Verdichtung weiterer Formsand in den Formkasten nachgefüllt wird, der darauf folgend abermals verdichtet wird.
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In vorteilhafter Weise wird nach einzelnen zonalen oder lokalen Verdichtungshüben Formsand gezielt nachgefüllt, nämlich dort, wo in Ermangelung eines unter dem Formsand liegenden Modells mehr Masse an Formsand verdichtbar ist, nämlich aufgrund des zur Verfügung stehenden Volumens.
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Unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen Lehre ist es von Vorteil, dass die die Verdichtungszylinder umfassende Verdichtungseinheit nicht etwa in der Größe des Formkastens ausgeführt sein muss. Ganz im Gegenteil kann die Verdichtungseinheit mit den Verdichtungszylindern in relativ kleiner Ausführung, nämlich entsprechend der Anzahl der Verdichtungszylinder, über ein Portal, eine Brücke oder einen Roboter über dem Formkasten positioniert und im Bereich des Formkastens lageverändert werden. So lässt sich die Verdichtungseinheit im Bereich des Formkastens im Raum bewegen, wobei die Verdichtungseinheit insgesamt in Richtung des Formsandes und ein jeder Verdichtungszylinder, für sich gesehen, in Richtung des Formsandes im Sinne eines Verdichtungshubs bewegbar ist. Jede beliebige Raum-Koordinate lässt sich über das Portal oder einen Roboter ansteuern, so dass an vorgebaren Stellen unterschiedliche Verdichtungshübe möglich sind.
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Des Weiteren ist wesentlich, dass die Steuerung der Verdichtungseinheit und somit der einzelnen Verdichtungszylinder über einen Rechner/Prozessor erfolgt, wobei das Steuerungsprogramm bzgl. der Presskraft und des Hubs, auch bzgl. der Anzahl der Hübe, die Kontur des Modells berücksichtigt, insbesondere auch berücksichtigt, welche Strecke vom Boden des Formkastens aus gerechnet zum Befüllen und zur Verdichtung zur Verfügung steht, jeweils reduziert um die Maße des eingelegten Modells. Eine optimale Verdichtung des Formsands um das Modell herum ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, und zwar ungeachtet der Größe und Ausgestaltung des Modells und somit auch ungeachtet der Größe des Formkastens, unter Nutzung der beispielsweise von einem Portal getragenen Verdichtungseinheit.
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Durch multiple einzelne Verdichtungshübe kommt die Verdichtung einem händischen Stampfen sehr nahe, wie es früher bei händischer Verdichtung des Formsandes um das jeweilige Modell sattgefunden hat, damals nach Augenmaß und Gefühl.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei eine Verdichtungseinheit einen mehrere Verdichtungszylinder umfassenden Verdichtungskopf aufweist. Die projizierte Fläche der Verdichtungseinheit kann kleiner sein als die Grundfläche des Formkastens, da nämlich die Verdichtungseinheit um einem Portal, einer Brücke oder einem Roboter getragen sein kann, das/die/der die Verdichtungseinheit über dem Formkasten an beliebiger Stelle positioniert und auch lageverändert, entsprechend einem vorgebaren Verdichtungsprogramm zur Betätigung der Verdichtungszylinder. Der Verdichtungskopf ist im Raum, das heißt dreidimensional, verfahrbar und über dem Formkasten beliebig positionierbar, um von jeder Position aus jeden einzelnen Verdichtungszylinder mit vorgebarer Verdichtungskraft und vorgebarem Hub betätigen bzw. auslösen zu können.
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Des Weiteren ist wesentlich, dass jeder der Zylinder, ungeachtet der Position des Kopfes gegenüber dem Formkasten, vertikal verfahrbar ist, um nämlich den Verdichtungshub auszuüben.
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In vorteilhafter Weise sind die Zylinder der Verdichtungseinheit entsprechend einer Matrix symmetrisch angeordnet und können einzeln und/oder gemeinsam, je nach Bedarf, betätigt werden, und zwar mit unterschiedlichen Hüben und unterschiedlicher Presskraft.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die erforderliche Hydraulik dem Portal bzw. der Brücke oder dem Roboter zugeordnet sein kann, wodurch die Verdichtungseinheit getragen und positioniert wird. Eine kompakte Bauweise ist dadurch möglich.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 in einer schematischen Ansicht die prinzipielle Anordnung eines Modells in einem Formkasten, wobei Formsand um das Modell herum gefüllt und verdichtet wird,
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2 in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren Verdichtungseinheit oberhalb und entlang eines Formkastens positionierbar ist,
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3 in einer schematischen Draufsicht die Vorrichtung aus 2 und
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4 in einer schematischen Vorderansicht die Vorrichtung aus 2.
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1 zeigt in einer stark schematisierten Ansicht die prinzipielle Anordnung eines Modells 1 in einem Formkasten 2. Nach Positionierung des Modells 1 wird der Formkasten 2 sukzessive mit Formsand (Grünsand) 3 befüllt, wobei der Formsand 3 um das Modell 1 herum zu einer stabilen, zum Gießen geeigneten Form verdichtet wird.
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Durch die Pfeile 4 ist angedeutet, dass die Verdichtung des Formsandes 3 zonal bzw. bereichsweise erfolgt, und zwar über in 1 nicht gezeigte Zylinder, und zwar unter Beachtung der Kontur bzw. der Maße des Modells 1. Insoweit wird berücksichtigt, ob der Formsand 3 sich vom Formkastengrund 5 ungehindert nach oben erstreckt oder ob der Formsand 3 sich von der Oberfläche des Modells 1 nach oben erstreckt, nämlich um eine weitaus geringere Strecke als vom Formkastengrund 5 aus.
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2 zeigt in einer schematischen Ansicht den grundsätzlichen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen einer Gussform für den Sandguss, wobei das Modell 1 entsprechend der Darstellung in 1 in einem Formkasten 2 positioniert ist. Zur Verdichtung des in den Formkasten 2 gefüllten bzw. zu füllenden Formsandes ist eine pneumatisch betriebene Verdichtungseinheit 6 vorgesehen, die einen Verdichtungskopf 7 mit mehreren Verdichtungszylindern 8 umfasst.
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2 lässt erkennen, dass die Verdichtungseinheit 6 einem Portal 9 zugeordnet ist bzw. von diesem getragen wird. Das Portal 9 ist entlang einer Führungseinrichtung 10 linear entlang dem Formkasten 2 horizontal verfahrbar.
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Der gesamte Verdichtungskopf 7 ist mit den Verdichtungszylindern 8 am Portal 9 quer zur Führungseinrichtung 10 verfahrbar, nämlich entlang einer Portalführung 11.
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Außerdem ist der Verdichtungskopf 7 am Portal 9 vertikal verfahrbar, wobei jeder der Verdichtungszylinder 8, jeweils für sich gesehen in Verdichtungsrichtung verlagerbar bzw. verfahrbar ist.
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Entsprechend den voranstehenden Ausführungen wird deutlich, dass die Größe bzw. Längserstreckung des Formkastens 2, auch dessen Höhe, kaum mehr eine Rolle spielt. So lässt sich die Verdichtungseinheit 6 mit dem Verdichtungskopf 7 bzw. den einzelnen Verdichtungszylindern 8 beliebig über den Formkasten 2 hinweg verfahren, wobei sich die Verdichtungszylinder 8 zum Verdichten des Formsandes positionieren lassen, und zwar unter Berücksichtigung der Kontur bzw. der Maße des Modells.
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2 lässt des weitern erkennen, dass die Hydraulik 12 dem Portal 9 zugeordnet ist, nämlich vom Portal 9 getragen wird. Eine kompakte Bauweise ist dadurch möglich.
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Auch ist es denkbar, dass die Führungseinrichtung 10, an bzw. in der das Portal 9 geführt wird, in der Breite verstellbar ist, um nämlich unterschiedliche Portale zum Einsatz zu bringen oder um breitenverstellbare Portale nutzen zu können.
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Auch könnte die Führungseinrichtung 10, für sich gesehen, höhenverstellbar sein, um eine optimale Anpassung an die Höhe eines zwischen den Führungselementen 13 der Führungseinrichtung 10 zu positionierenden Formkastens 2 vornehmen zu können.
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Der Antrieb aller zuvor genannten Möglichkeiten kann pneumatisch und/oder elektrisch sein. Ein hydraulischer Antrieb ist ebenfalls denkbar.
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3 zeigt die Vorrichtung aus 2 in einer schematischen Draufsicht, wobei dort ebenfalls der Formkasten 2 erkennbar ist.
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Die Portalführung 11 ist als Quertraverse ausgeführt. Der Verdichtungskopf 7 umfasst mehrere matrixartig angeordnete Verdichtungszylinder 8, die zur Verdichtung des im Formkastens 2 befindlichen Formsands 3 dienen.
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4 zeigt die Vorrichtung aus 2 in einer schematischen Vorderansicht, die ebenfalls den Formkasten 2 erkennen lässt. Darin ist das Modell 1 positioniert und ist dieses von zu verdichtetendem Formsand 3 überdeckt. Außerdem zeigt 4 eine auf den eigentlichen Formkasten 2 aufgesetzte Einfüllhilfe 14 im Sinne eines Kopfes, in den hinein die Verdichtungszylinder 8 des Verdichtungskopfes 7 bzw. der Verdichtungseinheit 6 bei alternierender Druckbeaufschlagung hinein ragen.
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Die Pfeile 15 deuten die Höhenverstellbarkeit der Führungselemente 13 an.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
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Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Modell
- 2
- Formkasten
- 3
- Formsand
- 4
- Pfeile
- 5
- Formkastengrund
- 6
- Verdichtungseinheit
- 7
- Verdichtungskopf
- 8
- Verdichtungszylinder
- 9
- Portal
- 10
- Führungseinrichtung
- 11
- Portalführung
- 12
- Hydraulik
- 13
- Führungselemente
- 14
- Einfüllhilfe
- 15
- Pfeile
