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Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und der Gießereitechnik sowie der allgemeinen Verfahrenstechnik und ist mit besonderem Vorteil in der Serienproduktion einsetzbar.
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Es ist seit Langem bekannt, Bauteile durch Gießen in verlorenen Formen herzustellen, die nach dem Gießvorgang entfernt werden können. Solche Bauteile werden auch in Serien hergestellt, indem gleiche oder ähnliche verlorene Gießformen anhand von Modellen in Serie produziert und eingesetzt werden.
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Es ist auch bereits bekannt, verlorene Gießformen in Serie automatisch zu produzieren, wobei diese anschließend in einem automatischen Gießprozess in Serienproduktion von Bauteilen/Gussteilen weiterverwendet werden. Nach dem Zerstören der Gießformen können diese zerkleinert und wiederverwendet werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen der Aufwand zur Fertigung von Bauteilen noch weiter verringert werden kann, wobei die Flexibilität bei der Auswahl der herstellbaren Formen von Bauteilen zumindest gleichbleiben, wenn nicht vergrößert werden soll.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen mit einer Formbauvorrichtung zur Herstellung von verlorenen Gussformen sowie einer an die Formbauvorrichtung anschließenden Gießvorrichtung zum Gießen von Bauteilen in den verlorenen Gussformen, bei der die Formbauvorrichtung zur endlosen Schichtung von Formplatten geeignet ist, von denen jeweils wenigstens 3 Formplatten eine Gussform bilden.
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Die Formbauvorrichtung ist dabei grundsätzlich dazu geeignet, Teile von verlorenen Gussformen unter Verwendung eines Formgrundstoffs herzustellen. Die Gussformen sind dabei aus geschichteten Formplatten zusammengesetzt, die einzeln innerhalb der Formbauvorrichtung oder in einer vorgelagerten Einrichtung hergestellt und in der Formbauvorrichtung zu Schichtstapeln zusammengefügt werden können. Jeweils wenigstens drei solcher Formplatten bilden eine Gussform. Durch die Verwendung von mehr als zwei Formplatten können auch komplizierte Gussformen zusammengesetzt werden, wobei jede einzelne der Formplatten eine einfache Bauform aufweisen kann. Gekrümmte Innenkonturen der Hohlräume in den Gussformen können beispielsweise stufig zusammengesetzt werden. Jedoch können die Formen innerhalb der einzelnen Formplatten auch schräg oder gekrümmt verlaufen. Konturen der einzelnen Formplatten verlaufen vorzugsweise so, dass sie jeweils hinterschneidungsfrei gestaltet werden können.
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Die einzelnen Formplatten können nach ihrer Herstellung beispielsweise noch entgratet oder geschliffen werden, um eine lückenlosere Zusammensetzbarkeit verschiedener Formplatten zu gewährleisten. Es können für eine Gussform auch mehr als drei Formplatten, beispielsweise wenigstens fünf oder zehn Formplatten eingesetzt werden.
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Die Formplatten können innerhalb der Formbauvorrichtung oder einer gesonderten Einrichtung unter Verwendung der Formgrundstoffe Sand, Bauxit, Chromerz, Ciphalite, Kunstmullit, Hohlkugeln, Blähglas, Erze, keramische Pulver, Kunstsande, Metallpartikel, Eisenspäne, Kupferspäne, Aluminiumpartikel, Stahlpartikel oder Mischungen aus den genannten Materialien hergestellt werden. Um die Teile/Partikel einer einzelnen Formplatte zusammenzuhalten, können Formstoffbinder eingesetzt werden. Hierzu eignen sich die folgenden Stoffe: Bentonite, Binderton, als chemische Bindemittel: anorganisches Wasserglas, Furanharze, Phenolharze, Cold-Box-Polyurethane, Acrylatbinder, Epoxiharze, Polyester, Polyvenyl, mehrwertige Alkohole, lösliche Polymerbinder; zudem: Salze, Salzbinder, Cyanacrylate, Zellulose, Acetat, Zucker-Dextrose, Zemente, Phosphatzement, Gips, Halbhydrate, ungelöschter Kalk, Alginate, Silikone, Ethylsilikate, Leinölbinder, Kernöle, Stärkebinder, Coningsandbinder, Resole, Novolake, Geopolymerbinder.
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Zur Herstellung fester Formplatten werden die Formgrundstoffe jeweils mit den Formstoffbindern vermischt und danach verfestigt. Die Formgebung kann dabei beispielsweise durch Einblasen, Aufsieben, Streuen, 3D-Drucken mit gleichzeitiger Strukturierung geschehen. Es kann zur Formgebung ein quaderförmiger, zylindrischer, prismatischer oder anders geformter Formkasten verwendet werden, wobei bei der Formung gleichzeitig mit den Hohlräumen der Gussform auch Formschlusselemente zur Ausrichtung verschiedener Formplatten aneinander angebracht werden können.
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Die Platten können durch Pressen, Walzen, Hydraulik oder durch Druckstoß verdichtet und durch Wärme, chemische Reaktionen, Strahlung, Begasen oder Ausüben von Druckkraft gehärtet werden.
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Nach den genannten Behandlungen können die Formplatten geschlichtet oder allgemein mit einem zusätzlichen Werkstoff gefüllt werden. Die Platten können plan gefräst oder geschliffen werden und es können Kühleisen in die Formplatten eingelegt werden.
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Die Strukturierung der einzelnen Formplatten kann durch eine Vielzahl von bekannten Bearbeitungsmethoden erfolgen, beispielsweise durch Saugen, Kratzen, Stanzen, Feinschneiden, Prägen, Fräsen, Sägen, Erodieren, gezieltes lokales Verbrennen des Binders, Kernschießen, Formen über ein Werkzeug, Ultraschallkonturieren, Schleifen, Lösen durch chemische Lösungsmittel, Bohren, Entbindern (durch Bindungszerstörung), 3D-Drucken, wobei die Bearbeitung einseitig, zweiseitig und jeweils mit oder ohne Hinterschneidungen erfolgen kann.
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Innerhalb der Formbauvorrichtung werden die vorgefertigten Formplatten zu einem Schichtstapel zusammengefügt. In dem zusammengefügten Stapel folgen die einzelnen Schichten/Formplatten in einer Stapelrichtung aufeinander. Die Stapelrichtung kann dabei horizontal angeordnet sein, sodass die einzelnen Formbauplatten auf einer Unterlage nebeneinander angeordnet werden. Zur Bildung eines Stapels kann jeweils die gerade hinzuzufügende Formplatte in Stapelrichtung gegen den bereits bestehenden Stapel geschoben werden. Eine Formplatte kann auch senkrecht zur Stapelrichtung in ihre Position geschoben werden. Die Stapelrichtung kann dabei horizontal oder vertikal verlaufen. Es können auch mehrere Formplatten außerhalb der Formbauvorrichtung zusammengefügt und innerhalb der Formbauvorrichtung in einen Stapel oder eine Schichtfolge eingefügt werden. Innerhalb der Formbauvorrichtung können auch verschiedene Formplatten aus verschiedenen Richtungen in den Stapel eingeschoben werden. Dies kann z. B. sinnvoll sein, wenn innerhalb der Formbauvorrichtung an verschiedenen Stellen Formplatten gefertigt oder zum Zusammenfügen bereitgestellt werden.
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Grundsätzlich können die einzelnen Formplatten durch hydraulische oder pneumatische Schieber innerhalb der Formbauvorrichtung bewegt werden oder durch elektrisch Schieber. Es kann auch eine antreibbare Unterlage vorgesehen sein, auf der die Formplatten wenigstens zeitweise ruhen und bewegt werden. Formplatten können auch durch Schwerkraft auf schiefen Ebenen in ihre Sollposition rutschen.
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Innerhalb der Formbauvorrichtung ist somit das Stapeln von Formplatten möglich, wobei jeweils wenigstens drei Formplatten zu einem Schichtstapel zusammengeführt werden. Dabei kann zeitweise die Stapelrichtung geändert werden, sodass ein horizontaler Schichtstapel an einen vertikalen Schichtstapel angrenzen kann.
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Innerhalb der einzelnen Schichtstapel werden verschiedene Formplatten zusammengefügt, wobei jeweils mindestens zwei Endplatten vorgesehen sind, an denen der Hohlraum der jeweils zu formenden Gussform endet.
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Zudem können in einer solchen Formbauvorrichtung verschiedene Gussformen hergestellt werden, in denen unterschiedliche Schichtstapel unter Verwendung jeweils verschiedener Sets von Formplatten hergestellt werden. Ein solcher Wechsel der Gussformen in der Endlosfertigung ist mit äußerst geringem Aufwand möglich, indem beim Stapeln lediglich einzelne oder wenige Formplatten ausgetauscht werden.
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Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Formbauvorrichtung dazu geeignet ist, Formplatten einzeln herzustellen, die an wenigstens einer, insbesondere an zwei ihrer Seiten jeweils einen Hohlraum einer Gussform begrenzen.
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In einem solchen Fall wird eine Mehrzahl von Gussformen mit einer minimalen Anzahl von Formplatten gebildet, dadurch dass die zwischen den verschiedenen Gussformen liegenden Formplatten für mehrere Gussformen gleichzeitig verwendet werden.
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Es kann zudem vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Formbauvorrichtung eine Zustellvorrichtung zur Bewegung einzelner Formplatten zu einem Formplattenstapel aufweist sowie ein Ausrichtelement, an dem die Formplatten ausrichtbar sind, und/oder dass die Formbauvorrichtung wenigstens ein Werkzeug zur Formung von Formschlusselementen an den Formplatten aufweist, wobei die Formschlusselemente jeweils die Ausrichtung einer Formplatte an einer dieser unmittelbar benachbarten Formplatte ermöglichen.
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Eine solche Zustellvorrichtung kann einerseits Schieber zum Schieben von Formplatten aufweisen jedoch auch andererseits Greifarme von Robotern. Die Formplatten können auf eine gemeinsame Unterlage abgelegt werden, um eine gemeinsame Ausrichtung in einer Sollposition zu finden. Als Ausrichtelement kann ebenfalls eine Schiene oder Kante dienen. Die Formbauplatten können Formschlusselemente an jeweils einander zugewandten Seiten aufweisen, um die Formplatten aneinander auszurichten. Solche Formschlusselemente können beispielsweise Stege und Nuten oder Stifte und Bohrungen, Kegel und Vertiefungen und ähnliche komplementäre geometrische Formen aufweisen.
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Die Formbauvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, beispielsweise Schieber zur Zustellung von Formplatten entlang dem Stapel zu bewegen, um Formplatten an verschiedenen Stellen in einen Schichtstapel einzufügen. Es kann jedoch im Rahmen der Formbauvorrichtung auch ein Förderelement, beispielsweise ein Förderband vorgesehen sein, auf das die Formplatten aufgeschoben werden. Ein solches Förderelement kann beispielsweise auch derart elastisch ausgestaltet sein, dass es sich selbsttätig hinter der Stelle, an der die Formplatten zusammengefügt werden, zusammenzieht und damit eine Kompressionswirkung auf die Formplatten zur Verdichtung oder zum Zusammenhalten des Stapels ausübt.
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Ebenso kann in der der Formbauvorrichtung nachgeordneten Gießvorrichtung ein Förderelement vorgesehen sein, das die einzelnen Gussformen an einem Tiegel oder einer Ausgussöffnung für die Schmelze vorbeibewegt oder ein solcher Tiegel oder eine Ausgussöffnung kann relativ zu dem Schichtstapel beweglich sein oder beides, um die Gussformen nacheinander zu füllen. Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass der Gießvorrichtung eine Entformungsvorrichtung nachgeordnet ist.
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Die Formbauvorrichtung kann zudem eine hydraulische, pneumatische, elektrische oder federgetriebene Vorrichtung zum Zusammenpressen verschiedener Formplatten in Stapelrichtung aufweisen. Die Formplatten können dabei zu ihrer Verbindung beispielsweise miteinander verklebt, verbolzt oder verklammert werden, um sie zu Gussformen dauerhaft zusammenzufügen.
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Innerhalb der Gießvorrichtung kann der Tiegel oder eine Ausgussöffnung senkrecht zur Stapelrichtung und/oder in Stapelrichtung verschiebbar sein, um beispielsweise verschiedene Speiser/Gießtrichter zu bedienen. Es können auch mehrere Gießvorrichtungen in Form von Tiegeln oder Ausgussvorrichtungen vorgesehen sein.
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In der der Gießvorrichtung nachgeordneten Entformungsvorrichtung können die Formen nach der Verfestigung der Gussbauteile beispielsweise durch Zertrümmern mit einem Hammer, Trommeln, Auflösen mit Lösungsmitteln, Ultraschall, Schockwellen, Explosionen oder Vibrationen zerstört oder zerkleinert werden.
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Darauf können die hergestellten Bauteile durch übliche Handhabungseinrichtungen wie Kräne oder Roboter oder auch von Hand entnommen werden.
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Die Erfindung bezieht sich außer auf eine Vorrichtung der oben erläuterten Art auch auf ein Verfahren zur Herstellung von Gussteilen, bei dem zunächst Formplatten hergestellt und in einer Formbauvorrichtung automatisch endlos geschichtet werden, wobei jeweils eine Gussform durch wenigstens drei einen gemeinsamen Hohlraum begrenzende Formplatten gebildet wird und wobei darauf ein Gießwerkstoff innerhalb einer an die Formbauvorrichtung anschließenden Gießvorrichtung in die Gussformen gegossen wird.
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Es kann dabei im Besonderen vorgesehen sein, dass die Formbauvorrichtung feststehend angeordnet ist und die einzelnen Formplatten auf ein antreibbares Förderelement, insbesondere ein Förderband, ablegt und/oder dass die jeweils zu Gussformen geschichteten Formplatten mittels eines antreibbaren Förderelementes relativ zu der Gießvorrichtung bewegt werden.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass ein durchgehendes Förderelement, beispielsweise in Form eines Förderbandes, zur Bewegung von Formplatten innerhalb der Formbauvorrichtung und zu ihrer Weiterbeförderung zur und in der Gussvorrichtung vorgesehen ist. Es kann dabei jedoch auch vorgesehen sein, dass ein Zwischenlager oder Puffer für die Gussformen zwischen der Formbauvorrichtung und der Gießvorrichtung vorgesehen ist, um einen zeitweiligen Stillstand einer der beiden Vorrichtungen ausgleichen und die jeweils andere Vorrichtung weiter betreiben zu können.
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Zu diesem Zweck kann es auch vorgesehen sein, dass sich eine Zustelleinrichtung der Formbauvorrichtung entlang dem Formplattenstapel bewegt und/ oder dass sich ein Tiegel der Gießvorrichtung entlang dem Formplattenstapel bewegt, um einzelne Gussformen anzusteuern.
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Damit wird sowohl die Formbauvorrichtung als auch die Gießvorrichtung flexibler, insbesondere dann, wenn die Gussformen endlos aneinander gereiht und unmittelbar bis in die Gießvorrichtung als endlose Reihe weiterbewegt werden.
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Die Gießvorrichtung kann zumindest mit einem Schmelztiegel oder einer Ausgusseinrichtung entlang der Stapelrichtung oder auch senkrecht dazu bewegbar sein, um verschiedene Eingussöffnungen der Gussformen zu erreichen oder jeweils mehrere Gussformen in einem Durchgang mit einem Gusswerkstoff zu versorgen.
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Um die Zahl der zu handhabenden und herzustellenden Formplatten möglichst zu reduzieren, kann zudem vorgesehen sein, dass einzelne Formplatten jeweils für mehrere aneinander angrenzende Gussformen verwendet werden und/oder dass in die Formpatten Gießkerne mit integriert werden.
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Es können auch Gießkerne mit in die Formplatten integriert werden, indem die Gießkerne an Stegen in Ausnehmungen der Formplatten aufgehängt werden. Dies kann beispielsweise durch entsprechendes Fräsen oder andere Bearbeitung erreicht werden, bei der Stege zwischen den Kernen und den äußeren Teilen der Formplatten stehenbleiben.
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Es können auch Kerne mit Materialien, die von dem Material der Formplatten verschieden sind, beispielsweise mit Metalldrähten oder Kohlenstofffasern, innerhalb der Formplatten aufgehängt werden. Die entsprechenden Drähte, Fasern oder sonstige strangförmige Elemente können nach dem Gießvorgang aus den Gussteilen herausgezogen werden. In manchen Fällen können auf diese Weise geschaffene durchgehende Öffnungen in Gussteilen sinnvoll verwendet werden, beispielsweise durch Einziehen elektrischer Leitungen oder Lichtleiter.
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Es kann zudem vorgesehen sein, dass auf eine oder mehrere Formplatten nach der Schichtung Formdeckel mit jeweils wenigstens einem Trichter und/oder Speiser derart aufgelegt werden, dass der/die Trichter oder Speiser mit wenigstens einem Hohlraum einer Gussform in Verbindung stehen.
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Ein solcher Formdeckel kann beispielsweise die Form einer Platte oder eines Quaders aufweisen und mit Formschlusselementen zur Ausrichtung an den Formplatten versehen sein. Ein solcher Formdeckel kann auch im Querschnitt U-förmig aufgebaut sein, sodass die Schenkel des U seitlich an den Formplatten anliegen und einerseits die Formplatten zusammenhalten können und andererseits den Formdeckel an den Formplatten ausrichten können.
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Die Erfindung bezieht sich außer auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen und ein entsprechendes Verfahren auch auf einen Schichtstapel, insbesondere einen endlosen Schichtstapel, von Formplatten, die mehrere Gussformen bilden, wobei jeweils zwei, drei oder mehr Formplatten eine Gussform bilden und wobei wenigstens eine Formplatte jeweils einen Teil zweier, unmittelbar einander benachbarter Gussformen bildet und dabei zwei Hohlräume verschiedener Gussformen begrenzt.
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Ein solcher Formstapel realisiert auf möglichst einfache Weise eine Mehrzahl von Gussformen unter Verwendung einer möglichst gering gehaltenen Anzahl von Formplatten. Ein solcher Schichtstapel kann zudem Elemente zum Zusammenhalten der benachbarten Formplatten enthalten, wie beispielsweise Klammern, Bolzen oder Klebstoff.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.
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Dabei zeigt
- 1 eine Übersicht über eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Form,
- 2 schematisch einer Vorrichtung zur Herstellung von Formplatten,
- 3 bis 7 verschiedene Zustände im Zuge der Herstellung einer Formplatte,
- 8 eine Formplatte im Querschnitt,
- 9 Teile einer Formbauvorrichtung mit mehreren Zustellvorrichtungen für Formplatten,
- 10 einen Schichtstapel, bestehend aus Formplatten,
- 11 eine Formplatte mit einem Gießkern,
- 12 zwei Formplatten mit Formschlusselementen,
- 13 einen vertikal gestapelten Schichtstapel, der nach seiner Schichtung um 90° gedreht und mit weiteren Formelementen zusammengefügt wird,
- 14 einen Teil eines Schichtstapels von Formplatten mit einem Kompressionselement in einer Seitenansicht,
- 15 die Konfiguration aus 14 in einer Ansicht von oben,
- 16 eine Ansicht einer Formplatte in Stapelrichtung mit einem Formdeckel,
- 17 eine Anzahl von Formplatten in einem Schichtstapel mit mehreren Formdeckeln,
- 18 eine durch einen Schichtstapel von Formplatten gebildete Gussform beim Gießen in der Gießvorrichtung und nach dem Entformen.
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In der 1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Gussteilen schematisch dargestellt mit einer Formbauvorrichtung 1, einer Gießvorrichtung 2 und einer Entformvorrichtung 40. Die Formbauvorrichtung 1 enthält beispielsweise eine Vorrichtung 1a zur Herstellung einzelner Formplatten, die nach der Herstellung auf einem Förderband 39 gestapelt werden. Hierzu werden die Formplatten mittels einer oder mehrerer Zustelleinrichtungen 28, 29 in Richtung der Pfeile 28a, 29a auf das Förderband gelegt oder gestellt, wo sie einen Schichtstapel bilden.
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In einer Komprimiereinrichtung 1b können die Formplatten in Stapelrichtung, die durch den Pfeil 1c gezeigt ist, komprimiert und miteinander verbunden werden.
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Die einzelnen Formplatten können hierzu beispielsweise mit Zapfen und Bohrungen versehen sein, die ineinander greifen und einerseits zur Ausrichtung benachbarter Formplatten aneinander und andererseits zur Verbindung der Formplatten miteinander dienen. Die Formplatten können auch mittels durchgehender Bolzen oder durch außenliegende Klammern miteinander verbunden oder auch miteinander verklebt werden. Die Klammern können dabei jeweils benachbarte Formplatten oder auch eine größere Anzahl als zwei Formplatten übergreifen.
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Innerhalb der Kompressionseinrichtung 1b können Schieber oder schwenkbare Wangen vorgesehen sein, die den Schichtstapel in der Stapelrichtung 1c komprimieren.
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Das Förderband 39 bewegt sich in Richtung 1c und transportiert die Formplatten fortlaufend oder intermittierend weiter.
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Die Zustelleinrichtungen 28, 29 können auch beispielsweise entlang dem Förderband 39 in dem durch den Pfeil 1c angedeuteten Richtungen und/oder senkrecht dazu (Pfeil 1d) antreibbar sein.
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Außer einer Vorrichtung 1a zur Herstellung von Formplatten kann die Formbauvorrichtung 1 auch zusätzliche oder alternativ Formplatten verarbeiten und zustellen, die durch eine Fördereinrichtung 41 vorgefertigt angeliefert werden. Vorgefertigte und in der Formbauvorrichtung 1 selbst gefertigte Formplatten können auch gemischt innerhalb eines Schichtstapels zusammengefügt werden und beispielsweise aus unterschiedlichen Materialen bestehen oder unterschiedliche Maße, insbesondere verschiedene Dicken, aufweisen.
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Das Förderband 39 kann beispielsweise ein Endlosförderband sein und stetig oder intermittierend bewegt werden. Mittels einer intermittierenden Bewegung kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die Zustellvorrichtungen 28, 29 die Formplatten lückenlos einfügen können, insbesondere dann, wenn die Zustellvorrichtungen nicht entlang dem Förderband 39 beweglich sind.
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Das Förderband 39 oder ein alternatives Förderelement kann beispielsweise in Längsrichtung eine Elastizität aufweisen, sodass es auf die auf ihm abgelegten Formplatten eine Kompressionsrichtung in Stapelrichtung 1c ausüben kann.
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In dem gestrichelt dargestellten Abschnitt 39a des Förderbandes kann beispielsweise auch eine Unterbrechung des Förderbandes beziehungsweise ein Abschluss eines ersten Förderbandes, eine Lagerstelle und der Beginn eines zweiten Förderbandes vorgesehen sein, um Ungleichmäßigkeiten in der Geschwindigkeit der Bestückung des Förderbandes mit Formplatten ausgleichen zu können.
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Ähnliches gilt für die Schleife 39b des Förderbandes, die es ermöglicht, einen vergrößerten Vorrat von Formplatten auf dem Förderband mit einem nicht vergrößerten Platzbedarf zu speichern.
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Der Abschnitt 39c des Förderbandes führt durch eine Gießvorrichtung 2, in der eine Vorrichtung zum Ausgießen von geschmolzenem Gusswerkstoff vorgesehen ist, die den Gusswerkstoff in Formen eingießt, die durch die Formplatten gebildet sind. Ein Ausgießelement in Form eines Tiegels kann beispielsweise entlang dem Förderband 39c, wie durch den Pfeil 2a angedeutet, und/oder auch senkrecht dazu, wie durch den Pfeil 2b angedeutet, bewegbar sein, um verschiedene Speiser oder Gusstrichter der Gussformen zu erreichen.
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Im weiteren Verlauf des Förderbandes 39c ist hinter der Gießvorrichtung 2 eine Entformvorrichtung 40 vorgesehen, in der die erstarrten Gussteile von den Gussformen befreit werden. Dies geschieht beispielsweise durch Zerschlagen, Erschüttern oder chemisches Lösen des Materials der Gussformen. Auf die Gussformen kann auch durch Vibrationen, Explosionen, Bestrahlung, Hämmern oder Lösungsmittel eingewirkt werden. Auch Kerne der Gussformen können, soweit dies geplant ist, durch Kernmarken nach der Zerkleinerung entfernt werden.
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In einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform kann die Vorrichtung auch ohne ein Förderband auskommen, wenn die Formbauvorrichtung selbst beweglich ist und einen Schichtstapel von Formplatten sukzessive aufbaut. Ein solcher Formstapel kann danach mit einer transportablen Gießvorrichtung befahren werden, um die Gussformen mit geschmolzenem Gussmaterial zu füllen. Für einen fortlaufenden Betrieb kann der Schichtstapel beispielsweise insgesamt eine geschlossene Linie bilden oder er kann auf einer endlichen Strecke angeordnet sein, wobei sowohl die Formbauvorrichtung als auch die Gießvorrichtung jeweils nach Beendigung des Befahrens des Schichtstapels am anderen Ende des Schichtstapels wieder beginnt. Zu diesem Zweck sind eine in mehreren Richtungen fahrbare Formbauvorrichtung und Gießvorrichtung notwendig.
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In den 2 bis 7 ist ein Teil einer Formbauvorrichtung gezeigt, in dem Formplatten 3 einzeln herstellbar sind. Dieser Teil der Formbauvorrichtung ist in der 1 mit dem Bezugszeichen 1a bezeichnet.
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Es sind dazu, wie in der 2 dargestellt, zwei Kompressionselemente 36, 37 vorgesehen, die die Form von ebenen Platten aufweisen, die beispielsweise auf einer ebenfalls ebenen Unterlage 44 verschiebbar sind. Die ebenen Platten 36, 37 sind mit Stempeln versehen, die parallel zur Oberfläche der Unterlage 44 verschiebbar oder zur Kompression mit Kraft beaufschlagbar sind.
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In der 3 ist gezeigt, dass durch einen schematisch dargestellten Trichter 45 ein Formstoff in Form eines Schüttgutes zwischen die Kompressionselemente 36, 37 eingefüllt wird.
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Der Zwischenraum zwischen den Kompressionselementen 36, 37 ist zudem durch seitliche Begrenzungselemente, die in den Figuren nicht dargestellt sind, abgeschlossen, sodass insgesamt ein kastenförmiger Behälter gebildet wird.
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Nach dem Einfüllen des Formstoffes, der üblicherweise aus einer Mischung von festen Partikeln und Bindermaterial besteht, kann eine Kompressionskraft durch die Kompressionselemente 36, 37 ausgeübt werden, sodass der Formstoff mit dem Binder komprimiert, verdichtet und verfestigt wird. Weiter kann auf den Formstoff durch andere, bereits oben beschriebene Mittel eingewirkt werden wie Wärme, Strahlung oder Ähnliches, um den Formstoff zu einer Formplatte 3 zu verfestigen.
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In der 5 ist dargestellt, dass nach der Verfestigung der Formplatte 3 das rechte Kompressionselement 37 von der Formplatte weggefahren wird, um einen Bearbeitungsraum zu schaffen, in dem ein Bearbeitungswerkzeug 46 die Formplatte 3 bearbeiten und Hohlräume in dieser erzeugen kann. Das Bearbeitungswerkzeug 46 kann beispielsweise ein in allen Richtungen bewegbarer Fräskopf sein oder ein Laser oder eine Erosionselektrode zum Entfernen von Material. Mittels des Werkzeugs kann auch lokal der Binder aufgelöst und dadurch Material abgetragen werden.
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Sind die gewünschten Hohlräume von der Seite des Kompressionselementes 37 aus in die Formplatte 3 eingebracht worden, so können die Kompressionselemente 36, 37 wieder einander angenähert werden, wie dies in der 6 dargestellt ist, und darauf kann wie in der 7 dargestellt das linke Kompressionselement 36 von der Formplatte weggefahren werden, um von dieser Seite aus mit einem Bearbeitungswerkzeug 46 weitere Hohlräume in die Formplatte 3 einzubringen.
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Eine fertige, mit Hohlräume versehene Formplatte ist beispielhaft mit dem Bezugszeichen 3 in der 8 in einem Querschnitt dargestellt.
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Die Ausnehmung 3a stellt einen Teil eines Hohlraums einer Gussform dar, die durch Zusammenfügen mehrerer Formplatten entsteht.
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In der 9 ist im Detail ein beispielhafter Aufbau einer Zustelleinrichtung für die Formplatten dargestellt. Im oberen Bereich sind Kompressionselemente 36, 37 dargestellt, zwischen denen in der Formbauvorrichtung eine Formplatte 3 hergestellt worden ist. Nach Auseinanderfahren der Kompressionselemente 36, 37 kann mittels eines Schiebers 28 die Formplatte 3 zu dem Förderband 39 geschoben und auf diesem abgelegt werden.
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Die Formplatten 4 und 5 können beispielsweise von der anderen Seite des Förderbandes 39 durch die Schieber 29, 30 eingeschoben werden. Das Einschieben der verschiedenen Formplatten kann wegen des Versatzes der Schieber 28, 29, 30 gegeneinander beispielsweise gleichzeitig geschehen.
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Auf dem Förderband sind bereits die Formplatten 6, 7, 8 in Form eines Schichtstapels dargestellt.
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Das Kompressionselement 38 kann regelmäßig, beispielsweise in gleichen Abständen oder auch bedarfsweise gesteuert, die zuletzt zugeführten Formplatten 3, 4, 5 gegen den bereits bestehenden Schichtstapel 6, 7, 8 in Stapelrichtung andrücken. Darauf kann eine Verklammerung der Formplatten oder ein Verkleben der Formplatten erfolgen, um diese zusammenzuhalten. In der 9 sind die Formplatten der Übersichtlichkeit halber ohne Hohlräume dargestellt, da hier nur der Zustellmechanismus illustriert werden soll.
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In der 10 ist ein Förderband 39 in einer Seitenansicht mit einem Schichtstapel aus Formplatten 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 dargestellt. Die einzelnen Formplatten weisen Hohlräume auf, die sich in dem Schichtstapel zu Hohlräumen 24, 25, 26 von drei Gussformen ergänzen. Die beiden Gussformen mit den Hohlräumen 24, 25 überschneiden sich in einer Formplatte 12, die sowohl einen Teil der ersten Gussform 9, 10, 11, 12 als auch einen Teil der zweiten Gussform 12, 13, 14, 15 bildet. Die dritte Gussform 16, 17, 18, 19, 20 weist keine gemeinsamen Formplatten mit weiteren Gussformen auf.
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Aus der 11 ist ersichtlich, dass in den Hohlräumen des Schichtstapels auch Kerne 32 angeordnet sein können. Diese können mittels Stegen mit den Formplatten 21 verbunden sein oder auch durch strangförmige Elemente wie Fäden oder Drähte in den Formplatten aufgehängt sein. Diese strangförmigen Elemente können auch aus Materialen bestehen, die vom Material der jeweiligen Formplatte verschieden sein können. Die strangförmigen Elemente können nach dem Entformen aus dem Gussteil herausgezogen werden und die Öffnungen können verfüllt oder für andere Zwecke, wie zum Beispiel die Durchführung von elektrischen oder Lichtleitern, verwendet werden.
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Aus der 11 ist auch ersichtlich, dass die Kerne bezüglich ihrer Maße über die Außenmaße einer einzelnen Formplatte hinausgehen können. Insbesondere kann ein Kern in Stapelrichtung über eine Formplatte in einer oder beiden Richtungen hinausragen.
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In der 12 sind zwei Formplatten 22, 23 mit Ausnehmungen dargestellt, die in einem zu formenden Schichtstapel unmittelbar einander benachbart sind. An den Formplatten sind Formschlusselemente 42, 43 in Form eines Steges und einer Nut oder eines Kegels und einer Kegelbohrung vorgesehen, die das Ausrichten der beiden Formplatten aneinander im Schichtstapel ermöglichen.
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In der 13 ist ein Schichtstapel von vier Formplatten 9, 10, 11, 12 dargestellt, der dabei ist, zusammengesetzt zu werden. Nach dem Zusammenfügen kann, wie in der Figur dargestellt, der Stapel gekippt werden, sodass die Stapelrichtung in horizontaler Richtung verläuft, und darauf kann der Schichtstapel 9, 10, 11, 12 an die Formplatte 13 des bereits auf dem Förderband 39 liegenden Schichtstapels angefügt und gegen dieses gedrückt werden. Der Stapel 9, 10, 11, 12 kann auch in vertikaler Stapelrichtung als Gussform verwendet und mit Gusswerkstoff gefüllt werden.
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Beispielhaft ist in dem Hohlraum 26 der Formplatten 16, 17, 18, 19 ein Kern 33 dargestellt, der an der Formplatte 17 befestigt ist.
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In der 14 ist ein Schritt beim Zusammenfügen eines Schichtstapels mit den Formplatten 3, 4, 5 dargestellt, die jeweils einzelne Hohlräume aufweisen. Es ist eine aus dem Raum des Schichtstapels hochgeklappte Kompressionswange 31 dargestellt, die zur Kompression der Formplatte 5 gemeinsam mit dem Kompressionselement 37 dient. Nachdem die Formplatte 5 komprimiert ist, kann die Kompressionswange 31 hochgefahren und die fertige Formplatte mittels des Kompressionselementes 37 gegen den bereits bestehenden Schichtstapel 3, 4 gedrückt werden. Damit können die Formplatten 5 platzsparend jeweils in der Verlängerung des Schichtstapels 3, 4 hergestellt und nur in Stapelrichtung gegen diesen gedrückt werden. Eine separate Zustelleinrichtung ist damit überflüssig und die Zustellung kann durch ein Kompressionselement 37 erfolgen.
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In der 15 ist die Vorrichtung aus der 14 in einer Draufsicht dargestellt.
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Die 16 zeigt beispielhaft in einer Querschnittsdarstellung in Stapelrichtung gesehen eine Formplatte 3, die an ihrer Oberseite ein Formschlusselement 47 in Form eines Steges aufweist. Dieses Formschlusselement wirkt mit einem komplementären Formschlusselement in Form einer V-Nut in dem aufgesetzten Formdeckel 34 zur Positionierung zusammen.
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An seiner Unterseite weist die Formplatte 3 eine V-Nut auf, die in Stapelrichtung verläuft und mit einem im Querschnitt V-förmigen Steg 48 auf der Unterlage 49 zusammenwirkt. Bei entsprechend gleicher Anordnung von Nuten an den Unterseiten der Formplatten können diese zu Schichtstapeln aus Formplatten 3, 4, 5 zusammengestellt werden, wobei in der 17 ein zusammenhängender Hohlraum 27 gezeigt ist, der durch Ausnehmungen aller Formplatten gemeinsam gebildet ist. Der Hohlraum 27 hat verschiedene zur Oberseite des Schichtstapels führende Eingussöffnungen und auf die Formplatten sind Formdeckel 34, 35 aufgesetzt mit Speisern 35a und Trichtern 34a, die an den Öffnungen des Schichtstapels enden, sodass eine Schmelze durch die Trichter/Speiser in den Hohlraum 27 eingegossen werden kann.
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Die 18 zeigt in einer Übersicht eine Vorrichtung zur Herstellung von Gussteilen, wobei zunächst auf der rechten Seite in einer Formbauvorrichtung Formplatten hergestellt und mittels Kompressionselementen 31, 37 komprimiert werden. Schematisch ist auch ein Bearbeitungswerkzeug 46 dargestellt.
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Die Formplatten werden darauf in einem Schichtstapel 3, 4, 5 angeordnet, der dem in der 17 dargestellten Schichtstapel mit einem Hohlraum 27 entspricht. Es ist weiter ein Tiegel 49 dargestellt, mittels dessen über verschiedene Eingussöffnungen eine Metallschmelze in den Hohlraum 27 eingegossen werden kann. Der Schichtstapel 3, 4, 5 wird in der 18 sukzessive nach links bewegt. In einer auf die Gießvorrichtung folgenden Entformungsvorrichtung wird durch ein Stoßelement 50 das Material der Formplatten zerkleinert, sodass das Gussbauteil 51 freigelegt wird und mittels eines Krans 52 weiter transportiert werden kann.
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Das zerkleinerte Material der Formplatten kann in den Prozess zurückgeführt und zur Herstellung neuer Formplatten zyklisch wiederverwendet werden.
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Damit ist der vorgestellten Vorrichtung der gesamte Prozess von der Herstellung einzelner Formplatten bis zur gusstechnischen Herstellung von Bauteilen in optimierter Weise und unter Verwendung einer geringstmöglichen Anzahl von Formplatten möglich. Es können Formplatten unterschiedlicher Maße und Materialien zu Gussformen zusammengesetzt werden, wobei die Auswahl der verwendeten Formplatten ad hoc in den Prozess eingesteuert werden kann. In die Schichtstapel können beispielsweise auch Formplatten mit anderen Ausnehmungen, Außenmaßen oder mehr oder weniger kühlenden Eigenschaften, das heißt bezüglich der Wärmeleiteigenschaften gesteuert, eingebracht werden, um das Kühlverhalten der Schmelze bei der Herstellung der Gussbauteile zu beeinflussen.
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Als Gussverfahren ist beispielsweise der Schwerkraftguss oder auch ein Niederdruckguss realisierbar.
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In die einzelnen Formplatten können zudem Bauteile eingelegt werden, die beim Gussverfahren erhalten bleiben und sich mit den Gussbauteilen verbinden oder die aus den Gussbauteilen später entfernt werden können, um gezielt Öffnungen oder komplexe Ausnehmungen in den Gussteilen zu erzeugen.
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Die eingelegten Teile können beispielsweise auch strangförmige Elemente aus Fasern sein.
