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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gießverfahren sowie eine Gießanordnung.
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Aus dem Stand der Technik sind die unterschiedlichsten Gießverfahren bekannt. Der Fokus liegt vorliegend insbesondere auf Gießverfahren mit verlorenen Modellen, wie dem Feingießen. Derart hergestellte Gussteile zeichnen sich durch sehr gute Maßgenauigkeit sowie hohe erzielbare Oberflächenqualitäten aus und erfordern in der Regel eine nur sehr geringe Nacharbeit. Nachteilig daran ist allerdings der damit verbundene Aufwand, insbesondere der Zeitaufwand, welcher mit dem Umhüllen bzw. Trocknen des positiven Gussmodells einhergeht. So werden die Modelle bzw. Modelltrauben zunächst in einen (keramischen) Schlicker getaucht, um dann im Anschluss besandet zu werden. Das Tauchen und Besanden wird so oft wiederholt, bis eine Formschale gebildet ist, die die zum Abguss notwendige Stabilität erreicht hat. In Kombination mit den dazwischenliegenden Trocknungsperioden führt dies zu sehr langen Fertigungszeiten, welche mit den Anforderungen in Großserienproduktionen meist nicht zu vereinbaren sind.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gießverfahren sowie eine Gießanordnung anzugeben, welche sich durch eine hohe Fertigungsgüte auszeichnen und dabei zeit- und kostenoptimal einsetzbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Gießverfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Gießanordnung gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und der beigefügten Figur.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Gießverfahren die Schritte:
- - Bereitstellen eines, insbesondere verlorenen, Modells;
- - Anordnen des Modells in einer Form;
- - Einbringen eines Hüllmaterials in die Form zum Erzeugen einer Formhülle um das Modell;
- - Entfernen des Modells;
- - Abgießen der Formhülle.
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Der große Vorteil besteht darin, dass die Formhülle in einem Schritt erzeugt wird. Das wiederholte aufwendige Benetzen, Besanden und Trocknen entfällt. Ermöglicht wird dies insbesondere durch die Verwendung bzw. den Einsatz der Form, in welche das (Positiv-) Modell eingelegt wird. Je nach Ausführungsform kann das Modell, welches insbesondere ein verlorenes Modell ist, beispielsweise ein Wachsmodell oder ein Polystyrolmodell, ggf. zusammengesetzt aus einer Vielzahl von Schichten (vgl. Lost Foam Verfahren), sein, wodurch beispielsweise auch Hinterschneidungen und Rücksprünge oder dergleichen realisierbar sind. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass eine Innenkontur der Form deutlich weniger komplex ausgestaltet bzw. ausgeformt sein kann als eine Außenkontur des Modells. So wird eine Außenkontur des späteren Gussteils nicht durch die Form gebildet, sondern durch die, insbesondere hohle, Formhülle. Zum Einbringen des Hüllmaterials zwischen der Form und dem Modell ist ein entsprechend dimensionierter (Luft-)Spalt vorgesehen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Entfernen, insbesondere Ausschmelzen, des Modells. Bei der Form als solcher kann es sich um eine Dauerform oder aber auch um eine verlorene Form handeln. Das Entfernen des Modells ist abhängig vom verwendeten Modellformstoff, wobei herauszustellen ist, dass das Entfernen des Modells und das Abgießen der Formhülle nacheinander oder auch in einem Verfahrensschritt realisiert werden können. Im Falle eines Ausschmelzens des Modells, beispielsweise wenn das Modell aus einem schmelzbaren Werkstoff, wie beispielsweise Wachs, hergestellt ist, erfolgt das Abgießen der Formhülle beispielsweise nach dem Entfernen des Modells. Ähnlich dem Lost Foam Verfahren kann beim Abgießen der Formhülle das Modell aber auch noch in der Form sein, sodass das Entfernen gleichzeitig mit dem Abgießen erfolgt. Zweckmäßigerweise ist die Formhülle so ausgelegt bzw. geformt, weist also z. B. ein oder mehrere Öffnungen auf bzw. ist entsprechend ausgebildet, beispielsweise hinsichtlich des verwendeten Werkstoffs, um ein Entfernen, wie beispielsweise Ausschmelzen, des Modells oder Modellwerkstoffs zu ermöglichen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Härten der Formhülle in der Form.
Bevorzugt wird das Hüllmaterial in der geschlossenen Form bis zur sicheren Entnahmefestigkeit getrocknet. Zweckmäßigerweise ist die Form hierzu beheizt bzw. beheizbar ausgebildet, wodurch das Trocknen bzw. Härten des Hüllmaterials noch weiter beschleunigt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hüllmaterial ein keramischer Werkstoff bzw. basiert auf einem keramischen Werkstoff oder einer keramischen Masse. Der keramische Werkstoff bzw. die keramische Masse ist dahingehend ausgelegt, den zwischen dem Modell und der Form existierenden (Luft-) Spalt auszufüllen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Einbringen des Hüllmaterials, insbesondere also der keramischen Masse bzw. des keramischen Werkstoffs, unter Druck.
Dies ermöglicht eine besonders schnelle Formfüllung und kann zudem sicherstellen, dass auch kleinste Hinterschneidungen sicher von dem Hüllmaterial ausgefüllt sind. Die Höhe des Drucks ist dabei insbesondere von den Werkstoffen des Modells bzw. auch der Form abhängig und muss einzelfallabhängig angepasst werden. Alternativ kann das Einbringen des Hüllmaterials bzw. das Füllen des Luftspalts auch allein über die Schwerkraft erfolgen, wobei, je nach Ausgestaltung der Form, das Hüllmaterial von unten, insbesondere also steigend, in die Form eingebracht werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann es auch von der Seite oder von oben eingegossen werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Variieren des Drucks während und/oder nach dem Einbringen in die Form.
Bevorzugt wird also der Druck beim Einbringen nicht konstant gehalten, sondern verändert, beispielsweise erhöht oder erniedrigt, wodurch die Formfüllung hinsichtlich Schnelligkeit und Qualität optimiert werden kann. Daneben hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, nach dem Füllen der Form mit dem Hüllmaterial, den Druck noch einmal zu erhöhen, um das Hüllmaterial nochmals zu komprimieren bzw. zu verdichten, wodurch z. B. die Oberflächenqualität des späteren Gussteils weiter verbessert werden kann, insbesondere als die Füllung des Luftspalts mit dem Hüllmaterial bzw. dem keramischen Werkstoff besonders zuverlässig sichergestellt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Herstellen bzw. Bereitstellen einer Modelltraube. Zweckmäßigerweise wird also eine Vielzahl von Modellen, gleichen oder unterschiedlichen (Bauteil-)Typs, zu einer Modelltraube zusammengesetzt, welche dann wiederum in die Form eingelegt wird, wodurch die Teileproduktion noch weiter gesteigert werden kann.
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Die Erfindung richtet sich auch auf eine Gießanordnung, umfassend eine Form, in welcher zumindest ein verlorenes Modell angeordnet ist, und wobei zwischen einer Innenfläche der Form und einer Außenfläche des Modells ein Spalt für ein Hüllmaterial gebildet ist.
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Bevorzugt ist eine Dicke des Spalts unterschiedlich dimensioniert. Mit Vorteil ist es dadurch möglich, die Formhülle sehr gezielt an die späteren Bedürfnisse bzw. an die Belastungen, welche beim Gießen auftreten, anzupassen. Die Wandstärke kann dort erhöht werden, wo es nötig ist, bzw. dort geringer ausfallen, wo dies möglich ist.
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Die Anordnung bzw. insbesondere Positionierung des Modells innerhalb der Form erfolgt gemäß einer Ausführungsform über geeignete Abstandshalter, welche beispielsweise eine punktuelle Abstützung des Modells an der Form ermöglichen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Form zweigeteilt. Bevorzugt wird also das Modell in ein einfach geteiltes Werkzeug eingelegt, beispielsweise aus einem Metallwerkstoff.
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Bei den Gusswerkstoffen handelt es sich insbesondere um metallische Werkstoffe, wie Stahl oder Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen.
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Mit Vorteil wird ein äußerst schnelles Gießverfahren bzw. eine sehr effiziente Gießanordnung angegeben, welche qualitativ sehr hohe Bauteile ermöglichen, die kaum oder nur geringe Nacharbeit erfordern. Der Prozess der Umhüllung des Modells wird bevorzugt mit einer geeigneten keramischen Masse in nur einem Fertigungsschritt realisiert. Das Modell wird gemäß einer Ausführungsform in ein einfach geteiltes Werkzeug eingelegt. Wenn das Werkzeug geschlossen ist, ist umlaufend um das Modell ein festgelegter Luftspalt vorhanden. In das geschlossene Werkzeug wird dann eine geeignete keramische Masse eingebracht. Diese füllt den Luftspalt aus und umhüllt das Modell. Gemäß einer Ausführungsform wird die keramische Masse im geschlossenen Werkzeug bis zur sicheren Entnahmefestigkeit getrocknet. Im Anschluss wird dann das getrocknete, keramisch umhüllte Positivmodell, beispielsweise mit den aus dem Feinguss bekannten Folgeschritten, wie dem Entfernen des Modells und dem Abgießen der Formhülle zugeführt.
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Für die erfindungsgemäße Gießanordnung gelten die im Zusammenhang mit dem Gießverfahren erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend sowie umgekehrt.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Gießverfahrens bzw. einer Gießanordnung mit Bezug auf die beigefügte Figur.
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Es zeigt:
- 1: einen schematischen Ablauf einer Ausführungsform eines Gießverfahrens nebst Gießanordnung.
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1 zeigt in einer skizzenhaften Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs für das Gießverfahren bzw. einer Gießanordnung. Links beginnend ist eine Form 20 gezeigt, welche zwei Formhälften 21 und 22 umfasst. In der Form 20 ist ein Modell 10 angeordnet, wobei die Anordnung derart erfolgt, dass umlaufend um das Modell ein Spalt 40, insbesondere ein Luftspalt 40 gebildet ist. Dieser dient sozusagen als Anordnungsraum für ein Hüllmaterial 30, wie es im folgenden Bild skizziert ist, vgl. die schräg schraffierten Bereiche. Das Einbringen des Hüllmaterials 30, wobei es sich bei dem Hüllmaterial 30 insbesondere bevorzugt um einen keramischen Werkstoff handelt, erfolgt bevorzugt in einem Verfahrensschritt. Nach dem Trocknen des Hüllmaterials 30 kann die Form 20 geöffnet werden und zurück bleibt eine Formhülle 32, vgl. das zweite Bild von rechts. In der Formhülle 32 ist in dieser Darstellung noch das Modell 10 angeordnet. In dem Bild ganz rechts ist das Modell 10 bereits entfernt, sodass die Formhülle 32 „leer“ zurückbleibt und zum Abguss, beispielsweise mit einem Aluminiumwerkstoff, bereitsteht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Modell
- 20
- Form
- 21, 22
- Formhälften
- 30
- Hüllmaterial
- 32
- Formhülle
- 40
- Spalt
