DE102019106982A1

DE102019106982A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung eines Gießereiproduktes

Info

Publication number: DE102019106982A1
Application number: DE102019106982.3A
Authority: DE
Inventors: Rolf Süßmann; Klaus Arnold
Original assignee: Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
Current assignee: Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2020-09-24
Also published as: WO2020187981A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gießereiprodukts (G), bei dem im kontinuierlichen Umlauf eine fließfähige Formmasse (M) in einen von Formteilen (F1',F1") umgrenzten Formhohlraum einer Form (F1 - Fn) gefüllt wird, bei dem die in die Form (F1 - Fn) gefüllte Formmasse (M) in Folge einer Temperaturänderung zu dem Gießereiprodukt (G) aushärtet und bei dem das in Folge der Aushärtung der Formmasse (M) erhaltene Gießereiprodukt (G) aus der Form (F1 - Fn) entnommen wird und für einen weiteren Umlauf bereitgestellt wird, und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anlage zum Herstellen von Gießereiprodukten ermöglichen es, bei geringem Aufwand innerhalb minimierter Zykluszahlen derartige Produkte in großer Stückzahl zu erzeugen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Form (F1 - Fn) vor dem Einfüllen der Formmasse (M) in den Formhohlraum auf eine Starttemperatur gebracht wird, die unter Berücksichtigung der Wärmekapazitäten und Massen von Formmasse (M) und Gestalt der Form (F1 - Fn), der Wärmeabstrahlung der Form (F1 - Fn) und der Wärmeleitung zwischen Form (F1 - Fn) und Formmasse (M) derart bemessen ist, dass die die Aushärtung zu dem Gießereiprodukt (G) bewirkende Temperaturänderung der Formmasse (M) ausschließlich durch die zum Wärmeausgleich zwischen Formmasse (M) und Form (F1 - Fn) ablaufende Wärmewanderung zwischen der in den Formhohlraum gefüllten Formmasse (M) und der Form (F1 - Fn) eintritt, wobei die Form (F1 - Fn) und die Formmasse (M) während des Aushärtens der Formmasse (M) von jeder aktiven Temperierung entkoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung eines Gießereiproduktes.
Bei Verfahren und in Anlagen der hier in Rede stehenden Art wird in einem kontinuierlich absolvierten Umlauf zunächst eine fließfähige Formmasse in einen von Formteilen umgrenzten Formhohlraum einer Form gefüllt. Die in die Form gefüllte Formmasse härtet dann in Folge einer Temperaturänderung zu dem Gießereiprodukt aus. Das so erhaltene, durch die ausgehärtete Formmasse gebildete Gießereiprodukt wird daraufhin aus der Form entnommen. Die geleerte Form wird dann für einen weiteren Umlauf bereitgestellt.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Anlage zur Herstellung von Gießereiprodukten, welche geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Bei den Gießereiprodukten der hier in Rede stehenden Art handelt es sich insbesondere um aus einer Formmasse geformte Gießkerne und Formteile, aus denen Gießformen für den Metallguss zusammengesetzt werden. Ebenso kann es sich bei den erfindungsgemäß herzustellenden Gießereiprodukten aber auch um Gussteile handeln, die durch Abgießen von Metallschmelze in eine Gießform erzeugt werden. Insbesondere im letzteren Fall kann die Form nach der Entnahme des Gießereiprodukts optional mit neuen Formteilen, bei denen es sich in diesem Fall typischerweise um Gießkerne oder desgleichen handelt, bestückt werden, wenn diese Formteile bei der Entnahme des Gießereiprodukts durch Zerstörung verloren gehen.
Bei konventionellen im Bereich des Gießereiwesens verwendeten Formgebungsverfahren, bei denen die jeweils eingesetzte, zunächst fließfähige Formmasse durch thermische Beeinflussung in den festen Zustand überführt wird, wird die Formmasse in die jeweilige Form eingebracht und durch Wärmezufuhr (z.B. Beheizung, um die bei Herstellung von Gießkernen verwendeten Formmasse auszubacken, d.h. durch Reaktion des in ihr enthaltenen Binders zu verfestigen) oder durch Wärmeentzug (z. B. Kühlung, um beim Metallguss die in die Gießform gegossene Schmelze zu verfestigen) verfestigt. So muss bei der Gießkernherstellung beispielsweise nach dem Einfüllen eines Formstoffs, dessen Aushärtung durch Wärmezufuhr in Gang gesetzt wird, die Kernform mittels einer hierzu geeigneten Vorrichtung gezielt beheizt werden. In der Praxis werden für diesen auch als „Ausbacken“ bezeichneten Vorgang typischerweise Gasbrenner oder elektrische Heizeinrichtungen eingesetzt, die an einer bestimmten Heizstation vorgesehen sind.
Die Notwendigkeit der stationär erfolgenden Temperierung führt gerade bei der Gießkernherstellung zwangsläufig zu langen Verweilzeiten an der jeweiligen Station. Dort ist die jeweils zu temperierende Form so lange ortsgebunden, bis der Temperiervorgang abgeschlossen ist. Da die Einfüllvorgänge und das Herausnehmen des Werkstücks aus der Form deutlich schneller erfolgen als die Aushärtvorgänge, sind die Zykluszeiten von Anlagen zur Erzeugung von Gießereiprodukten der hier in Rede stehenden Art entscheidend bestimmt durch die Ortsgebundenheit bzw. Verweilzeiten der Formen in der jeweiligen Temperierstation. Dadurch bedingte lange Zykluszeiten führen zu Kapazitätslimitierungen und damit zu höheren Produktionskosten.
Vor diesem Hintergrund hat sich die Aufgabe ergeben, ein Verfahren und eine Anlage zum Herstellen von Gießereiprodukten zu schaffen, mit denen es bei geringem Aufwand möglich ist, innerhalb minimierter Zykluszahlen derartige Produkte in großer Stückzahl zu erzeugen.
Die Erfindung hat diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren und die in Anspruch 13 angegebene Anlage gelöst, die auf dem Konzept des erfindungsgemäßen Verfahrens aufbaut.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden wie der allgemeine Erfindungsgedanke nachfolgend im Einzelnen erläutert.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Gießereiprodukts wird somit in Übereinstimmung mit dem voranstehend erläuterten Stand der Technik im kontinuierlichen Umlauf eine fließfähige Formmasse in einen von Formteilen umgrenzten Formhohlraum einer Form gefüllt, wobei die in die Form gefüllte Formmasse anschließend in Folge einer Temperaturänderung zu dem Gießereiprodukt aushärtet und wobei das in Folge der Aushärtung der Formmasse erhaltene Gießereiprodukt aus der Form entnommen wird und für einen weiteren Umlauf bereitgestellt wird.
Erfindungsgemäß wird nun die Form vor dem Einfüllen der Formmasse in den Formhohlraum auf eine Starttemperatur gebracht, die unter Berücksichtigung der Wärmekapazitäten und Massen von Formmasse und Gestalt der Form, der Wärmeabstrahlung der Form und der Wärmeleitung zwischen Form und Formmasse derart bemessen ist, dass die die Aushärtung zu dem Gießereiprodukt bewirkende Temperaturänderung der Formmasse ausschließlich durch die zum Wärmeausgleich zwischen Formmasse und Form ablaufende Wärmewanderung zwischen der in den Formhohlraum gegossenen Formmasse und der Form eintritt, wobei die Form und die Formmasse während des Aushärtens der Formmasse von jeder aktiven Temperierung entkoppelt sind.
Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst dementsprechend

- eine Temperierstation, die als kontinuierlich von den zu temperierenden Formen durchlaufene Durchlauf-Temperierstrecke zum Temperieren von in sie gelangende Formen ausgebildet ist,
- eine Füllstation zum Befüllen der in der Temperierstation temperierten Formen mit einer Formmasse,
- optional eine Fördereinrichtung, die die aus der Temperierstation austretenden Formen kontinuierlich oder taktweise zu der Füllstation befördert,
- eine Aushärtestrecke, die die mit der Formmasse befüllten Formen im kontinuierlichen Durchlauf durchlaufen,
- optional eine Fördereinrichtung, die mit Formmasse befüllte Formen kontinuierlich oder taktweise aus der Füllstation zu der Aushärtestrecke befördert, und
- eine Entnahmestation, an der eine Handhabungseinrichtung vorgesehen ist, die das durch Aushärten der Formmasse erhaltene Gießereiprodukt aus der jeweils in die Entnahmestation gelangenden Form entnimmt, wobei die kontinuierlich oder taktweise aus der Entnahmestation austretenden leeren Formen entsprechend kontinuierlich oder taktweise in die Temperierstation einlaufen und wobei jeweils optional zwischen dem Ende der Aushärtestrecke und dem Eingang der Temperierstation eine Fördereinrichtung vorgesehen ist, die die aus der Aushärtestrecke ausgeförderten Formen kontinuierlich oder taktweise zu der Entnahmestation oder die aus der Entnahmestation kontinuierlich oder taktweise austretenden leeren Formen kontinuierlich oder taktweise zu der Temperierstation fördert.

Gemäß der Erfindung wird also bei der Herstellung von Gießereiprodukten aus einer Formmasse durch Verwendung von zuvor temperierten Formen, die ein ausreichendes Temperaturspeichervermögen aufweisen und dementsprechend eine bestimmte Temperatur über einen langen Zeitraum halten können, der Aushärtungsprozess der Produkte örtlich losgelöst von einer stationären Temperierungseinrichtung alleine in Folge des Wärmeflusses, die von der temperierten Form an den in die Form gefüllten Formstoff abgegeben bzw. ihm entzogen wird. Erfindungsgemäß führen somit die Formen sozusagen die für den Aushärtvorgang erforderliche Menge an thermischer Energie bereits mit, wenn sie mit dem Formstoff befüllt werden. Der Aushärtvorgang setzt daraufhin ein, ohne dass eine zusätzliche Wärmeabfuhr oder -zufuhr erforderlich ist. Dies ermöglicht es, die Formen während des Aushärtvorgangs von der Station, in der sie befüllt werden, zu einer Entnahmestation zu bewegen, an der sie eingelangen, wenn das in ihnen abgeformte Gießereiprodukt einen für die Entnahme ausreichend verfestigten Zustand erreicht hat.
Das erfindungsgemäße Verfahren umgeht somit die bei bekannten Verfahren unvermeidbare temporäre Ortsgebundenheit der Formen dadurch, dass die Notwendigkeit einer Energiezufuhr oder -abfuhr von außen aufgehoben ist. Stattdessen erfolgt die Zu- oder Abfuhr der für das Aushärten der Formmasse benötigten thermischen Energie erfindungsgemäß ausschließlich über die Form, in die die Formmasse eingefüllt wird.
Dabei können die für die erfindungsgemäßen Zwecke eingesetzten Formen in jeder beliebigen Form einfach gestaltet sein. Entscheidend ist lediglich, dass sie über eine ausreichende Fähigkeit zur Speicherung von thermischer Energie verfügen, also eine Wärmespeicherkapazität besitzen, die ausreicht, um so viel Wärmeenergie an die Formmasse in der Form abzugeben oder von der Formmasse abzuziehen, dass die Formmasse sicher einen formfesten Zustand erreicht hat, wenn die Form die Entnahmestation erreicht.
Die Anzahl der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Formen kann auf diese Weise problemlos so angepasst werden, dass die Taktzeiten einer erfindungsgemäßen Anlage nur noch abhängig sind von der Zeit, die für das Befüllen der Form mit Formmasse oder das Entnehmen des Gießereiprodukts aus der Form benötigt werden.
Mit der Erfindung ist es somit möglich, optimal kurze Zykluszeiten zu realisieren, ohne dass dazu hohe Investitionen erforderlich sind. Vielmehr lassen sich bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise die zur Verfügung stehenden Ressourcen kontinuierlich nutzen, so dass Leerlauf- und Wartezeiten, wie sie bei konventioneller Arbeitsweise unvermeidbar sind, allenfalls noch im minimalen Umfang anfallen.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die erfindungsgemäß eingesetzten Formen hinsichtlich ihrer Wärmespeicherkapazität so ausgelegt werden, dass sie ohne die Zuführung von Zusatzenergie das Werkstück zur Aushärtung bringen. Die hierzu erforderliche Auslegung kann mit den heute verfügbaren Simulationsmethoden erfolgen, die im Bereich der Gießereitechnik zur Simulation von Abkühl- oder Erwärmungsvorgängen, insbesondere zur Simulation der Vorgänge bei der Erstarrung von Formstoffen zur Herstellung von Gießkernen oder bei der Erstarrung von Metallschmelzen zu Gussteilen zur Verfügung stehen. Diese Simulationsmethoden erlauben durch Eingabe der Werkstoffparameter der für die Herstellung der Gießformen vorgesehenen Materialien die gezielte Ermittlung einer geeigneten Gestaltung der Formen insbesondere im Hinblick auf die Materialverteilung, die unter Berücksichtigung der Gestalt des herzustellenden Gießereiprodukts erforderlich ist, um eine gezielte Zu- oder Abfuhr von Wärme im Gießereiprodukt zu bewerkstelligen.
Dabei ist es durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien oder durch eine ungleichförmige Verteilung der Materialmassen der Form problemlos möglich, lokal unterschiedliche Erstarrungsgeschwindigkeiten der Formmasse zu bewirken. Auf diese Weise lassen sich im herzustellenden Gießereiprodukt gezielt Zonen unterschiedlicher Beschaffenheit, wie beispielsweise unterschiedlicher Festigkeit oder Gefügeausbildung, erzielen. So kann beispielsweise ein mit der Formmasse in Kontakt kommender Abschnitt der Form aus einem Material höherer Wärmeleitfähigkeit bestehen als ein an den betreffenden Abschnitt angrenzender anderer Bereich der Form, um in dem aus dem Material höherer Leitfähigkeit bestehenden Abschnitt eine lokal begrenzt beschleunigte Temperaturänderung der Formmasse zu bewirken.
Ein weiterer großer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist, dass als variabler Prozessparameter nur die isotherme Temperatur der Form eingestellt werden muss und alle weiteren prozessrelevanten Parameter für die Temperaturführung, der Geometrie, der Wärmeleitfähigkeit und -kapazität formspezifisch unveränderlich sind. Dies gewährleistet eine hohe Prozesssicherheit. Dies bedeutet konkret, dass nach dem Einfüllen des Formstoffs in die temperierte Form keine veränderlichen Prozessparameter mehr den Vorgang des Aushärtens des Werkstoffs bewirken. Der für den Betrieb einer erfindungsgemäßen Anlage erforderliche Steuer- und Regelaufwand ist daher denkbar gering.
Die im vorliegenden Text synonym verwendeten Bezeichnungen „Aushärten“, „Erstarren“ und „Verfestigen“ bezeichnen jeweils den Vorgang der Überführung der Formmasse von einem fließfähigen in einen formfesten Zustand, der es ermöglicht, das aus der Formmasse jeweils geformte Gießereiprodukt unter Beibehaltung seiner durch die Form bestimmten Gestalt aus der Form zu entnehmen. Dies bedingt nicht notwendig, dass die Formmasse zum Zeitpunkt der Entnahme aus der Form vollständig fest ist. Vielmehr ist es durchaus möglich, dass die Formmasse durch die in erfindungsgemäßer Weise bewirkte Zu- oder Abfuhr von Wärme in einem äußeren Bereich eine für die Entnahme ausreichend feste Schale gebildet hat, im Inneren des aus der Formmasse gebildeten Gießereiprodukts jedoch noch Bereiche vorhanden sind, die noch nicht vollständig fest geworden sind.
Dabei ergibt sich eine optimale Nutzung der in die Formen erfindungsgemäß vor dem Befüllen mit der Formmasse durch Erwärmung eingebrachten oder durch Abkühlung abgezogenen thermischen Energie dann, wenn die Aushärtung der Formmasse zu dem Gießereiprodukt abgeschlossen ist, wenn Formmasse und Form dieselbe Temperatur haben, also das Temperaturgleichgewicht erreicht ist, wenn der Aushärtevorgang so weit fortgeschritten ist, dass das jeweilige Gießereiprodukt aus der Form entnommen werden kann.
Gemäß einer für die Praxis wichtigen Ausgestaltung der Erfindung kann das Erreichen eines Temperaturgleichgewichts zwischen Formmasse und Form somit als Signal genutzt werden, dass die Form zum Entnehmen des Gießereiprodukts geöffnet werden kann. Die Form wird in diesem Fall also zum Entnehmen des Gießereiprodukts geöffnet, nachdem Formmasse und Form - im Rahmen der im Bereich der Gießereitechnik üblichen Toleranzen - dieselbe Temperatur erreicht haben.
Dem Design einer erfindungsgemäßen Anlage entsprechend sieht das erfindungsgemäße Verfahren in einer praxisgerechten Verwirklichung vor, dass zwei oder mehr Formen aufeinanderfolgend kontinuierlich in einem Kreislauf eine Temperierstation, in der sie auf die jeweilige Starttemperatur erwärmt werden, eine Füllstation, in der sie mit der Formmasse gefüllt werden, eine Aushärtestrecke, in der die in die jeweilige Form gefüllte Formmasse in Folge der Wärmewanderung zwischen Form und Formmasse aushärtet, und eine Entnahmestation durchlaufen, in der das durch das Aushärten der Formmasse in der jeweiligen Form erhaltene Gießereiprodukt aus der jeweils in die Entnahmestation gelangende Form entnommen wird, bevor die jeweilige Form wieder in die Temperierstation eingespeist wird.
Als Werkstoff für die Form kommen Stahlwerkstoffe, Gusseisenwerkstoffe, wie Gusseisen mit Kugelgraphit „GJS“, Gusseisen mit Lamellengraphit „GJL“ oder Gusseisen mit Vermiculargraphit „GJV“, Kupferwerkstoffe oder Aluminiumwerkstoffe in Frage, die über eine ausreichende Wärmespeicherkapazität bzw. ein ausreichendes Wärmeleitvermögen verfügen. Hierzu eignen sich insbesondere Werkstoffe, deren Wärmeleitfähigkeit 50 - 410 W/(m K) beträgt.
Abhängig davon, ob der jeweils verwendeten Formmasse zum Verfestigen Wärme zugeführt oder entzogen werden muss, werden die Formen beim erfindungsgemäßen Verfahren vor dem Befüllen mit Formmasse erwärmt oder abgekühlt.
Besonders eignet sich die Erfindung zur Herstellung von Gießkernen und Formteilen für Gießformen zum Gießen eines Gussteils aus einer Metallschmelze. Handelsübliche Formmassen, die zur Herstellung solcher Gießereiprodukte geeignet sind und durch Wärmezufuhr verfestigt werden können, bestehen heute typischerweise aus einer Mischung eines Formsands mit einem anorganischen, durch die Wärmezufuhr härtenden Binder und optional zugegebenen Additiven zur Einstellung der Eigenschaften der Formmasse.
Eine für die praktische Durchführung der im voranstehenden Absatz erläuterten Variante der Erfindung besonders geeignete Anlage umfasst eine Füllstation, die als Maschine zum Schießen von Kernen oder Formteilen für Gießformen aus einer Formmasse ausgebildet ist, die aus einem Formsand, einem anorganischen, durch eine Temperierung härtenden Binder und optional zugegebenen Additiven zur Einstellung der Eigenschaften des Formstoffs gemischt ist.
Wesentlich ist, dass auch bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Anlage die Formen, die für das Aushärten Wärme an die Formmasse abgeben sollen, nach dem Füllen mit der Formmasse nicht mehr aktiv erwärmt werden. Es kommt somit allenfalls noch durch den unvermeidbaren Wärmeaustausch zwischen der Umgebungsatmosphäre und den Formen zu einem Wärmefluss von der jeweiligen Form zur Umgebung. Dieser ist jedoch nur passiver und nicht aktiv betriebener Natur.
Soll die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Herstellung von Gussteilen aus in diesem Fall als Formmasse eingesetzter Metallschmelze genutzt werden, die durch Wärmeentzug erstarrt, so werden die Formen vor dem Befüllen mit der Metallschmelze so stark abgekühlt, dass durch die Wärmewanderung, die nach dem Befüllen der Form von der in die Form gefüllten Schmelze („Formmasse“) zur Form hin einsetzt, der Formmasse so viel Wärme entzogen wird, dass sie ausreichend fest ist, um das Gießereiprodukt an der Entnahmestation aus der Form entnehmen zu können. Wesentlich ist auch hier, dass die Formen während des Abkühlvorgangs der Metallschmelze von jeder äußeren aktiven Kältequelle getrennt sind, so dass es allenfalls in Folge des normalen Wärmeaustauschs zwischen der Umgebungsatmosphäre und der Außenfläche der Form zu einem passiven Abtransport der von der Form aufgenommenen Wärme kommt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

1 eine Anlage zum Herstellen von Gießkernen für Gießformen zur gießtechnischen Herstellung von Gussteilen aus einer Metallschmelze in Draufsicht;
2 eine in der Anlage gemäß 1 eingesetzte Gießform in einem Längsschnitt;
3 die Gießform gemäß 2 in Draufsicht.

Die Anlage A dient zur Herstellung von Gießereiprodukten G, nämlich Gießkernen zur Abbildungen der Luftkanäle von innenbelüfteten Bremsscheiben, aus einer Formmasse M, bei der es sich um einen für diese Zwecke üblicherweise eingesetzten, aus einem Formsand, einem anorganischen Binder und optional zusätzlich zugegebenen Additiven gemischten Formstoff handelt. Die Wärmekapazität Cp_K der Formmasse M beträgt typischerweise 835 J/(kg K) bei einer Dichte ρ_K von 1,50 kg/dm³.
Die Gießereiprodukte werden aus der Formmasse M in Formen F1, F2, F3, ..., Fn geformt, die jeweils aus einem Oberteil F1' und einem Unterteil F1" gebildet sind. Die Teilungsebene zwischen dem Oberteil F1' und dem Unterteil F1" verläuft dabei im Wesentlichen horizontal durch die jeweilige Form F1 - Fn. Das Oberteil F1' und das Unterteil F1" der jeweiligen Form F1 - Fn umgrenzen gemeinsam einen Formhohlraum, in den über in an sich bekannter Weise angeordnete Schussöffnungen die Formmasse M eingefüllt werden kann.
Das Oberteil F1' und das Unterteil F1" sind jeweils aus einem hierzu an sich ebenfalls bekannten, warmfesten Stahl gefertigt. Solche Stähle sind beispielsweise unter der Bezeichnung 1.2311 und 1.2312 bekannt und weisen beispielsweise eine Wärmekapazität Cp_St von typischerweise 470 J/(kgK) bei einer Dichte ρ_St von 7,85 kg/dm³ auf.
Wie aus 2 ersichtlich, sind die Massenverteilungen des Oberteils F1' und des Unterteils F1" so an die Massenverteilung des herzustellenden Gießereiprodukts G angepasst, dass in einem dickeren Bereich D, in dem beim Gießereiprodukt G ein größeres Volumen an Formmasse M versammelt ist, jeweils ein Bereich FD des Oberteils F1' und des Unterteils F1" zugeordnet ist, an dem ein größeres Stahlvolumen vorhanden ist, wogegen den dünneren Bereichen d, in denen beim Gießereiprodukt G weniger Formmasse M vorhanden ist, auch jeweils dünnere Bereiche Fd des Oberteils F1' und des Unterteils F1" zugeordnet sind. Auf diese Weise sind die Massenverteilungen von Oberteil F1' und Unterteil F1" so an die Massenverteilung des Gießereiprodukts G angepasst, dass zur Erwärmung der dickeren Bereiche D des Gießereiprodukts G ein durch die dickeren Bereiche FD gebildetes größeres Wärmereservoir zur Verfügung steht als in den dünneren Bereichen d des Gießereiprodukts G.
Die in den Bereichen FD und Fd des Oberteils F1' und des Unterteils F1" jeweils erforderlichen Stahlwerkstoffmassen lassen sich in herkömmlicher Weise mittels hierzu zur Verfügung stehender Simulationsverfahren bestimmen.
Die diesen Simulationsverfahren zu Grunde liegenden Berechnungen lassen sich anhand eines vereinfachten Beispiels verdeutlichen, bei dem angenommen wird, dass das Gießformteil G kreisscheibenförmig mit einer gleichmäßigen Dicke D_K von 0,1 dm ausgebildet ist und dass das Oberteil F1' und das Unterteil F1" entsprechend scheibenförmig mit gleichbleibender Dicke D_ST ausgebildet sind.
Unter der Vorgabe, dass die Formmasse M für die Aushärtung auf eine Temperatur T_K von 200 °C durcherwärmt werden muss, und unter der Annahme, dass die jeweilige Form F1 - Fn auf eine Solltemperatur T_Soll von 230 °C erwärmt werden muss, um Wärmeverluste auszugleichen und zu gewährleisten, dass die Formmasse M die vorgegebene Temperatur T_K sicher erreicht, lässt sich die erforderliche Dicke D_ST des Oberteils F1' und des Unterteils F1" dann wie folgt berechnen: $D_ST = (Cp_K \times ρ_K \times T_K \times D_K) / (2 \times Cp_St \times ρ_St \times (T_Soll - T_K))$
Mit den hier getroffenen Annahmen ergibt sich daraus für die Dicke D_ST ein Wert von 11,3 mm. D.h., in dem hier beispielhaft betrachteten, vereinfachten Auslegungsbeispiel wären sowohl das Oberteil F1' als auch das Unterteil F1" mindestens 11,3 mm dick auszubilden, um bei einer Erwärmung der jeweiligen Form F1 - Fn auf eine Solltemperatur T_Soll von 230 °C sicherzustellen, dass die in die jeweilige Form F1 - Fn gefüllte Formmasse M alleine durch Wärmewanderung, d.h. ohne jede zusätzliche aktive Erwärmung, auf eine Temperatur T_K von 200 °C erwärmt wird.
Die Anlage A umfasst eine erste lineare Förderstrecke 1, über die die noch leeren Formen F1, F2, F3, ..., Fn im kontinuierlichen Ablauf von einer Übergabestelle 2 entlang einer Erwärmungseinrichtung 3 zu einer weiteren Übergabestelle 4 gefördert werden. Die Erwärmungseinrichtung 3 ist nach Art eines konventionellen, tunnelartigen Durchlaufofens ausgebildet, in dem die Formen F1 - Fn durch Strahlungswärme so erwärmt werden, dass sie bei Erreichen der Übergabestelle 4 auf die Solltemperatur T_soll durcherwärmt sind.
An der Übergabestelle 4 wird die dort jeweils eingelangende Form F1 - Fn an eine seitlich neben der Übergabestelle 4 aufgestellte Befüllstation 5 übergeben. Bei der Befüllstation 5 handelt es sich um eine für diese Zwecke üblicherweise eingesetzte Kernschießmaschine, die in an sich ebenfalls bekannter Weise die Formmasse M in den von der jeweiligen Form F1 - Fn umgebenen Formhohlraum füllt.
Die jeweils mit Formmasse befüllte Form F1 - Fn wird von der Befüllstation 5 an eine zugeordnete dritte Übergabestelle 6 übergeben, die zu einer parallel zur Förderstrecke 1 sich erstreckenden zweiten linearen Förderstrecke 7 gehört. Diese fördert die befüllten Formen F1 - Fn von der Übergabestelle 6 in zur Förderrichtung R1 der ersten Förderstrecke 1 entgegengesetzter Förderrichtung R7 zu einer vierten Übergabestelle 8.
Auf ihrem Weg von der dritten Übergabestelle 5 zur vierten Übergabestelle 8 geben die Formen F1 - Fn in Folge von Wärmewanderung die in ihnen gespeicherte Wärmeenergie an die in ihren Formhohlraum gefüllte Formmasse M ab, so dass diese durch eine entsprechende Reaktion des in ihr enthaltenen anorganischen Binders zu dem jeweiligen Gießereiprodukt G aushärtet. Dieser Vorgang ist abgeschlossen, wenn die jeweilige Form F1 - Fn die vierte Übergabestelle 8 erreicht. An dieser Position ist die in den Formen F1 - Fn enthaltene Formmasse M auf die vorgegebene Temperatur T_K durcherwärmt und vollständig ausgehärtet. Dabei weisen die jeweilige Form F1 - Fn und die in ihr enthaltene, das jeweilige Gießereiprodukt G bildende Formmasse M mit Erreichen der vierten Übergabestelle 8 in etwa dieselbe Temperatur auf.
Zwischen der vierten Übergabestelle 8 und der ersten Übergabestelle 2 ist eine Entnahmeeinrichtung 9 positioniert, bei der es sich um eine für diese Zwecke ebenfalls schon bewährte roboterunterstützte Vorrichtung handeln kann. In der Entnahmeeinrichtung 9 wird das Oberteil F1' von der jeweils dort eingelangenden Form F1 - Fn abgehoben, das in der Form F1 - Fn gebildete Gießereiprodukt G aus der Form F1 - Fn entnommen und auf einer Abkühlstrecke 10 abgelegt.
Anschließend wird die jeweilige Form F1 - Fn für den erneuten Einsatz aufbereitet und an der Übergabestelle 2 wieder in die Fördereinrichtung 1 eingespeist, um einen erneuten Umlauf durch die Anlage A zu absolvieren.
Bezugszeichenliste

A: Anlage zur Herstellung von Gießereiprodukten G
D: dickerer Bereich des Gießereiprodukts
d: dünnerer Bereich des Gießereiprodukts
FD: dickere Bereiche des Oberteils F1' und des Unterteils F1"
F1 - Fn: Formen
F1': Oberteil der jeweiligen Form F1 - Fn
F1": Unterteil der jeweiligen Form F1 - Fn
Fd: dünnere Bereiche des Oberteils F1' und des Unterteils F1"
G: Gießereiprodukt (Gießkern)
M: Formmasse
R1: Förderrichtung der ersten Förderstrecke 1
R7: Förderrichtung der zweiten Förderstrecke 7
1: erste lineare Förderstrecke (Temperierstrecke)
2: erste Übergabestelle
3: Erwärmungseinrichtung (Temperierstation)
4: zweite Übergabestelle
5: Befüllstation (Füllstation)
6: dritte Übergabestelle
7: zweite lineare Förderstrecke (Aushärtestrecke)
8: vierte +Übergabestelle
9: Entnahmeeinrichtung (Entnahmestation)
10: Abkühlstrecke

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Gießereiprodukts (G), bei dem im kontinuierlichen Umlauf eine fließfähige Formmasse (M) in einen von Formteilen (F1',F1") umgrenzten Formhohlraum einer Form (F1 - Fn) gefüllt wird, bei dem die in die Form (F1 - Fn) gefüllte Formmasse (M) in Folge einer Temperaturänderung zu dem Gießereiprodukt (G) aushärtet und bei dem das in Folge der Aushärtung der Formmasse (M) erhaltene Gießereiprodukt (G) aus der Form (F1 - Fn) entnommen wird und für einen weiteren Umlauf bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (F1 - Fn) vor dem Einfüllen der Formmasse (M) in den Formhohlraum auf eine Starttemperatur gebracht wird, die unter Berücksichtigung der Wärmekapazitäten und Massen von Formmasse (M) und Gestalt der Form (F1 - Fn), der Wärmeabstrahlung der Form (F1 - Fn) und der Wärmeleitung zwischen Form (F1 - Fn) und Formmasse (M) derart bemessen ist, dass die die Aushärtung zu dem Gießereiprodukt (G) bewirkende Temperaturänderung der Formmasse (M) ausschließlich durch die zum Wärmeausgleich zwischen Formmasse (M) und Form (F1 - Fn) ablaufende Wärmewanderung zwischen der in den Formhohlraum gefüllten Formmasse (M) und der Form (F1 - Fn) eintritt, wobei die Form (F1 - Fn) und die Formmasse (M) während des Aushärtens der Formmasse (M) von jeder aktiven Temperierung entkoppelt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushärtung der Formmasse (M) zu dem Gießereiprodukt (G) abgeschlossen ist, wenn Formmasse (M) und Form (F1 - Fn) dieselbe Temperatur haben.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (F1 - Fn) zum Entnehmen des Gießereiprodukts (G) geöffnet wird, nachdem Formmasse (M) und Form (F1 - Fn) dieselbe Temperatur erreicht haben.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Formen (F1 - Fn) aufeinanderfolgend kontinuierlich in einem Kreislauf eine Temperierstation (3), in der sie auf die jeweilige Starttemperatur erwärmt werden, eine Füllstation (5), in der sie mit der Formmasse (M) gefüllt werden, eine Aushärtestrecke (7), in der die in die jeweilige Form (F1 - Fn) gefüllte Formmasse (M) in Folge der Wärmewanderung zwischen Form (F1 - Fn) und Formmasse (M) aushärtet, und eine Entnahmestation (9) durchlaufen, in der das durch das Aushärten der Formmasse (M) in der jeweiligen Form (F1 - Fn) erhaltene Gießereiprodukt (G) aus der jeweils in die Entnahmestation (9) gelangende Form (F1 - Fn) entnommen wird, bevor die jeweilige Form (F1 - Fn) wieder in die Temperierstation (3) eingespeist wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (F1 - Fn) aus einem Stahlwerkstoff, einem Gusseisenwerkstoff, einem Kupferwerkstoff oder einem Aluminiumwerkstoff besteht.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs der Form (F1 - Fn) 50 - 410 W/(m K) beträgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (F1 - Fn) vor dem Einfüllen der Formmasse (M) auf die Starttemperatur erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießereiprodukt (G) ein Gießkern oder ein Formteil für eine Gießform zum Gießen eines Gussteils aus einer Metallschmelze ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Formmasse (M) ein Formstoff ist, der aus einem Formsand, einem anorganischen, durch Wärmezufuhr härtenden Binder und optional zugegebenen Additiven zur Einstellung der Eigenschaften der Formmasse (M) gemischt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (F1 - Fn) vor dem Einfüllen der Formmasse (M) auf die Starttemperatur abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Formmasse (M) eine metallische Schmelze ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Formmasse (M) in Kontakt kommender Abschnitt der Form (F1 - Fn) aus einem Material höherer Wärmeleitfähigkeit besteht als ein an den betreffenden Abschnitt angrenzender Bereich der Form (F1 - Fn), um in dem aus dem Material höherer Leitfähigkeit bestehenden Abschnitt eine lokal begrenzt beschleunigte Temperaturänderung der Formmasse (M) zu bewirken.
Anlage zur Durchführung des gemäß einem der Ansprüche 1-12 ausgebildeten Verfahrens, umfassend - eine Temperierstation (3), die als kontinuierlich von den zu temperierenden Formen (F1 - Fn) durchlaufene Durchlauf-Temperierstrecke zum Temperieren von in sie gelangende Formen (F1 - Fn) ausgebildet ist, - eine Füllstation (5) zum Befüllen der in der Temperierstation (3) temperierten Formen (F1 - Fn) mit einer Formmasse (M), - optional eine Fördereinrichtung, die die aus der Temperierstation (3) austretenden Formen (F1 - Fn) kontinuierlich oder taktweise zu der Füllstation (5) befördert, - eine Aushärtestrecke (7), die die mit der Formmasse (M) befüllten Formen (F1 - Fn) im kontinuierlichen Durchlauf durchlaufen, - optional eine Fördereinrichtung, die mit Formmasse (M) befüllte Formen (F1 - Fn) kontinuierlich oder taktweise aus der Füllstation (5) zu der Aushärtestrecke (7) befördert, und - eine Entnahmestation (9), an der eine Handhabungseinrichtung vorgesehen ist, die das durch Aushärten der Formmasse (M) erhaltene Gießereiprodukt (G) aus der jeweils in die Entnahmestation (9) gelangenden Form (F1 - Fn) entnimmt, wobei die kontinuierlich oder taktweise aus der Entnahmestation (9) austretenden leeren Formen (F1 - Fn) entsprechend kontinuierlich oder taktweise in die Temperierstation (3) einlaufen und wobei jeweils optional zwischen dem Ende der Aushärtestrecke (7) und dem Eingang der Temperierstation (3) eine Fördereinrichtung vorgesehen ist, die die aus der Aushärtestrecke (7) ausgeförderten Formen (F1 - Fn) kontinuierlich oder taktweise zu der Entnahmestation (9) oder die aus der Entnahmestation (9) kontinuierlich oder taktweise austretenden leeren Formen (F1 - Fn) kontinuierlich oder taktweise zu der Temperierstation (3) fördert.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstation (6) als Maschine zum Schießen von Kernen oder Formteilen für Gießformen (G) aus einer Formmasse (M) ausgebildet ist, die aus einem Formsand, einem anorganischen, durch eine Temperierung härtenden Binder und optional zugegebenen Additiven zur Einstellung der Eigenschaften der Formmasse (M) gemischt ist.