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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuummaske zur Bildung einer lösbaren Verbindung mit einem Gussteil, wobei die Vakuummaske wenigstens einen an einem Vakuumerzeuger anschließbaren Saugbereich zur Bildung der lösbaren Verbindung mit dem Gussteil umfasst. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Vakuummaske sowie ein Verfahren zum Entformen eines Gussteils aus einer Gussform, insbesondere zum Entformen eines metallischen Gussteils.
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STAND DER TECHNIK
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Das Gießen mit Dauerformen stellt einen technisch bedeutsamen Urformprozess zur Fertigung metallischer Bauteile als Gussteile dar. Zur Fertigung von Gussteilen mit komplexen Geometrien werden insbesondere das Druckgussverfahren oder das Kokillengussverfahren eingesetzt. Die zugehörigen Gussformen umfassen mindestens zwei Formhälften, die im geschlossenen Zustand einen Formhohlraum aufweisen, in welchen das Metall in flüssiger Form unter hohem Druck eingepresst oder unter Wirkung der Schwerkraft eingegossen wird. Das gesamte dabei entstehende Gussteil umfasst neben dem eigentlichen Bauteil noch ein Angusssystem sowie typischerweise ein Überlaufsystem, wobei Letztere im Anschluss an den Urformprozess von dem Bauteil abgetrennt werden, beispielsweise mittels Stanzen.
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Nach dem Gießen des flüssigen Metalls in die Gussform vollzieht sich eine Erstarrung unter Abkühlung des Abgusses. Aufgrund der dabei ablaufenden Erstarrungs- und Festkörperschwindung schrumpft das Gussteil auf die Formhälften der Gussform auf, und durch die dabei aufgebauten Spannungen im Gussteil entsteht eine ausgeprägte Klemmwirkung, welche eine Verbindung des Gussteils mit der Gussform bewirkt. Um das fertige Gussteil aus der Gussform zu entnehmen, muss daher eine erhebliche Entformungskraft aufgebracht werden. In der Regel werden Gussteil und Gussform so gestaltet, dass das Aufschrumpfen des Gussteils auf eine definierte Formhälfte erfolgt, welche mit Auswerfelementen, insbesondere in Form von verschiebbaren Stiften oder Hülsen oder selten auch als kleinteilige Konturauswerfer, versehen ist. Mittels dieser Auswerfelemente wird das Gussteil nach dem Öffnen der Gussform von hinten aus der Formhälfte herausgedrückt. Bei diesem Entformungsvorgang nach dem Stand der Technik wirken stark punktuelle Kräfte lokal auf das Gussteil ein, wodurch es zu Verzug oder Beschädigungen des Gussteils kommen kann. Dadurch sind bereits konstruktionsseitig zu berücksichtigende Randbedingungen gegeben, welche Grenzen für die Dünnwandigkeit herstellbarer Gussteile setzen bzw. das Vorhalten ausreichend stabiler Entformungsabschnitte am Gussteil bedingen, welche eigens zur Aufbringung der Entformungskraft durch die Auswerfelemente vorgesehen sind. Es liegt im Stand der Technik also eine nachteilige Einschränkung in der Konstruktionsfreiheit vor, welche einerseits das eigentliche Gussteil betrifft, aber auch die Gestaltung der Gussform und des dazugehörigen Kühlsystems, da stets die Integration eines geeigneten Auswerfsystems mit Auswerfelementen gewährleistet sein muss.
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In der Praxis der industriellen Fertigung haben sich die Auswerfsysteme nach dem Stand der Technik als signifikant verschleißanfällig erwiesen, woraus nachteiligerweise Stillstandzeiten des Fertigungsprozesses resultieren.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entformen eines Gussteils aus einer Gussform vorzuschlagen, wodurch die vorgenannten Nachteile in der Verwendung von Auswerfsystemen nach dem Stand der Technik vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vakuummaske gemäß Anspruch 1, eine diese Vakuummaske umfassende Vorrichtung gemäß Anspruch 7 sowie ein zugehöriges Verfahren gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen gegeben.
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Die technische Lehre der Erfindung betrifft eine Vakuummaske zur Bildung einer lösbaren Verbindung mit einem Gussteil, wobei das Gussteil wenigstens ein Bauteil und/oder ein Angusssystem umfasst, und wobei die Vakuummaske wenigstens einen an einen Vakuumerzeuger anschließbaren Saugbereich zur vorübergehenden Bildung der lösbaren Verbindung mit dem Gussteil umfasst, wobei der Saugbereich eine Kontur entsprechend einer Kontur des Bauteils und/oder einer Kontur des Angusssystems aufweist.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Entformungskraft vollflächig an das Gussteil anzulegen anstelle einer punktuellen Krafteinwirkung mittels der aus dem Stand der Technik bekannten Auswerfelemente. Zu diesem Zweck lehrt die Erfindung die Verwendung einer konturangepassten Vakuummaske, mittels welcher eine lösbare vollflächige Verbindung mit dem Gussteil, bzw. mit wesentlichen Abschnitten davon, gebildet werden kann. Dabei dient die Vakuummaske ausschließlich der Bildung einer zugbelastbaren Verbindung mit dem Gussteil, wohingegen die Erzeugung der eigentlichen Entformungskraft durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entformen durchgeführt wird (siehe nachfolgende Beschreibung). Aufgrund der großflächigen Verbindung mit der Vakuummaske sind die beim Entformungsprozess lokal im Gussteil auftretenden Kräfte wesentlich geringer als bei Verfahren nach dem Stand der Technik, so dass durch die erfindungsgemäße Vakuummaske die Grundlage geschaffen ist, um auch mechanisch wenig belastbare, insbesondere dünnwandige, Gussteile beschädigungsfrei zu entformen.
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Wie die verwendete Gussform ist auch die erfindungsgemäße Vakuummaske eine konstruktionsseitig individuell an die beabsichtigte Geometrie des Gussteils angepasste Vorrichtung, wobei zur Bildung einer luftdichten Passung mit dem Gussteil eine präzise, dreidimensionale Anpassung der Kontur des Saugbereichs der Vakuummaske an die Kontur von Bauteil und/oder Angusssystem, bzw. an das gesamte Gießsystem samt Überlaufsystem, notwendig ist.
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Vorzugsweise umfasst die Vakuummaske eine Grundplatte und ein Dichtelement, wobei die Grundplatte wenigstens einen Vakuumanschluss aufweist, und wobei das Dichtelement die Kontur des Saugbereichs bildet. Die lösbare Verbindung der Vakuummaske mit dem Gussteil kommt somit dadurch zustande, dass der Saugbereich nach luftdichter Anlage des Dichtelements an das Gussteil über den Vakuumanschluss evakuiert wird. Die Grundplatte weist dabei eine für den Entformungsprozess notwendige Steifigkeit und Festigkeit auf.
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In vorteilhafter Ausführungsform umfasst der Saugbereich mehrere Saugsegmente, wobei die Saugsegmente durch das Dichtelement und/oder durch ein Tiefenkontursegment (siehe unten) voneinander getrennt und jeweils separat voneinander mit einem Vakuumanschluss verbunden sind. Durch eine derartige Segmentierung wird die Funktionsfähigkeit der Vakuummaske auch bei einem partiell unvollständig abgegossenen Gussteil gewährleistet. Beispielsweise kann die Vakuummaske zudem Kugel- oder Tastventile aufweisen, mittels derer die Vakuumanschlüsse der einzelnen Segmente schaltbar sind.
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Das Dichtelement weist vorzugsweise einen Filz, einen Kunststoff oder ein Silikatgewebe auf. Die als Dichtelement, d.h. zur Anlage an das Gussteil, verwendeten Materialien müssen neben der Dichtwirkung insbesondere auch eine ausreichende Temperaturbeständigkeit aufweisen, da Gussteile in der Praxis üblicherweise noch vor dem vollständigen Erkalten entformt werden. Beispielsweise stellt Silikon einen geeigneten Kunststoff dar.
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In vorteilhafter Ausführungsform ist zwischen der Grundplatte und dem Dichtelement ein Tiefenkontursegment angeordnet. Ein solches Tiefenkontursegment dient der Anpassung der Vakuummaske an Gussteile mit einer ausgeprägt dreidimensionalen Gestalt. Das Tiefenkontursegment ist beispielsweise aus einem steifen Werkstoff, etwa Aluminium, gefertigt. Insbesondere kann das Tiefenkontursegment einen Konturabschnitt und/oder einen Wärmedämmabschnitt aufweisen. Der Konturabschnitt dient dabei der dreidimensionalen Konturanpassung und ist beispielsweise aus einem flexiblen Material gefertigt, so dass Unebenheiten auf der Gussteiloberfläche damit ausgeglichen werden können. Vorzugsweise ist ein Wärmedämmabschnitt zur Isolation zwischen dem durch das Gussteil erwärmten Dichtelement und dem Konturabschnitt einzubringen, um Letzteren vor thermischer Beschädigung zu schützen.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe betrifft die Erfindung des Weiteren eine Vorrichtung zum Entformen eines Gussteils aus einer Gussform, insbesondere zum Entformen eines metallischen Gussteils, wobei das Gussteil wenigstens ein Bauteil und/oder ein Angusssystem aufweist, und wobei die Vorrichtung wenigstens Folgendes aufweist:
- - zumindest eine Vakuummaske gemäß einer der vorgenannten Ausführungsformen,
- - einen Vakuumerzeuger zum Anschluss an die Vakuummaske, und
- - einen Krafterzeuger zur Aufbringung einer Entformungskraft,
wobei die Vakuummaske an dem Krafterzeuger aufgenommen ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet die Vakuummaske zur Bildung einer lösbaren Verbindung mit dem zu entformenden Gussteil, wozu mittels des Vakuumerzeugers ein Unterdruck im Saugbereich der angelegten Vakuummaske erzeugbar ist, und die Entformungskraft ist mittels des die Vakuummaske aufnehmenden Krafterzeugers erzeugbar.
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In vorteilhafter Ausführungsform ist der Krafterzeuger als eine Abdrückeinheit ausgebildet, wobei die Abdrückeinheit eine Tragstruktur mit wenigstens einem Abdrückmittel aufweist, wobei die Vakuummaske an der Tragstruktur aufgenommen ist, und wobei das Abdrückmittel zur Aufbringung der Entformungskraft gegen ein Auflager ausgebildet ist. Ein geeignetes Auflager kann beispielsweise durch einen passenden Abschnitt der Gussform oder der Gießmaschine gebildet sein. Die Aufbringung der Entformungskraft erfolgt dabei möglichst normal zur Grundplatte der Vakuummaske, da die mittels der Vakuummaske aufgebaute Verbindung zum Gussteil entlang dieser Richtung am belastbarsten ist.
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Vorzugsweise ist das Abdrückmittel als ein Pneumatikzylinder, ein Hydraulikzylinder oder ein elektromechanischer Aktuator ausgebildet.
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Zur Anlage der Vakuummaske an das Gussteil, sowie zu dessen weiterem Handling nach dem Entformen, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise ein Bewegungssystem auf, an welchem die Abdrückeinheit aufgenommen ist, beispielsweise einen Knickarmroboter. Während des Entformungsvorgangs ist das Bewegungssystem in Ruhe und die Entformungskraft wird ausschließlich durch die Abdrückeinheit aufgebracht.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt somit die Substitution eines Auswerfsystems nach dem Stand der Technik und erfüllt zudem die Funktion einer Greifeinheit zum weiteren Handling des entformten Gussteils. Neben einer vollständigen Substitution eines konventionellen Auswerfsystems kann alternativ auch eine entsprechende Kombination Vorteile mit sich bringen. Dies beispielsweise bei einem solchen Gussteil, welches einen besonders stark auf die Gussform geklemmten Abschnitt aufweist, welcher zweckmäßig mit einem konventionellen Auswerfelement entformt wird, während das vollständige Gussteil oder einzelne Bereiche dessen zeitgleich mittels einer erfindungsgemäßen Vakuummaske entformt wird. Durch einen derartigen kombinierten Entformprozess kann das Auftreten von Gussteilverzug weiter minimiert werden, insbesondere bei stark inhomogen verspannten Gussteilen.
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In weiterer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Krafterzeuger als ein Bewegungssystem oder als eine Verfahreinheit einer beweglichen Hälfte der Gussform ausgebildet.
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Bei Verwendung eines Bewegungssystems, beispielsweise eines Knickarmroboters, als Krafterzeuger kann zusätzlich unterstützend ein aus dem Stand der Technik bekannter mechanischer Greifer zum Ergreifen des Gießsystems eingesetzt werden. Der Greifer ist dabei wie die Vakuummaske an dem Bewegungssystem aufgenommen und ergreift vorzugsweise den sog. Pressrest am Anguss des Gießsystems. Die unterstützende Wirkung des Greifers beim Entformen besteht darin, ein Verkippen oder Verkanten zu vermeiden. Der Pressrest stellt typischerweise einen signifikanten Anteil an der Gesamtmasse des Gießsystems dar, und folglich greift die Entformungskraft aufgrund des Ergreifens des Pressrests durch den Greifer näher am Massenschwerpunkt des gesamten Abgusses an.
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Alternativ kann die zum Öffnen und Schließen der beweglichen Gussformhälfte ohnehin an der Gießmaschine vorhandene Verfahreinheit als Krafterzeuger verwendet werden. Verfahrensseitig wird dazu nach erfolgtem Gießvorgang die Gussform nur so weit geöffnet, dass die erfindungsgemäße Vakuummaske zur Bildung einer lösbaren Verbindung mit dem Gussteil angelegt werden kann, wobei die Vakuummaske zudem rückseitig mit der ortsfesten Hälfte der Gussform verbunden wird, und wobei durch anschließendes, vollständiges Öffnen der Gussform mittels der Verfahreinheit die Entformungskraft aufgebracht wird.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entformen eines Gussteils aus einer Gussform, insbesondere zum Entformen eines metallischen Gussteils, wobei das Gussteil wenigstens ein Bauteil und/oder ein Angusssystem aufweist, und wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen einer Vorrichtung zum Entformen gemäß einer der vorgenannten Ausführungsformen mit mindestens einer erfindungsgemäßen Vakuummaske,
- - Öffnen der Gussform,
- - Positionieren des Dichtelements der Vakuummaske auf dem Gussteil,
- - Bilden einer Verbindung zwischen der Vakuummaske und dem Gussteil durch Erzeugen von Unterdruck im Saugbereich mittels des Vakuumerzeugers, und
- - Entformen des Gussteils durch Aufbringen der Entformungskraft mittels des Krafterzeugers.
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Figurenliste
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1a eine Aufsicht eines Gussteils,
- 1 b eine perspektivische Ansicht von erfindungsgemäßen Vakuummasken für das Gussteil der 1a,
- 1 c eine Aufsicht auf die Dichtelemente der Vakuummaske der 1b in Anlage an dem Gussteil der 1a,
- 2 eine Querschnittsansicht einer Vakuummaske,
- 3 eine Explosionsdarstellung einer Vakuummaske, und
- 4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entformen des Gussteils der 1a.
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1a zeigt eine Aufsicht auf ein beispielhaftes Gussteil K, welches die Bauteile K1a und K1b, das Angusssystem K2, sowie das Überlaufsystem K3 umfasst. Die Bauteile K1a, K1b sowie das Angusssystem K2 stellen in der Figurenebene plane Körper dar, welche hantelförmige Konturen C.K1a, eine rechteckige Kontur C.K1b und einer flügelförmige Kontur C.K2 aufweisen. Die Bauteile K1a, K1b sind beispielsweise als Prüfkörper für die mechanische Werkstoffcharakterisierung vorgesehen. Das Angusssystem K2 mit dem Pressrest K4 sowie die Bestandteile des Überlaufsystems K3 sind im Anschluss an das Entformen des Gussteils K von den Bauteilen K1a, K1b zu trennen, typischerweise mittels Stanzen.
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1b zeigt eine perspektivische Ansicht einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Vakuummasken 1, welche zur Bildung von lösbaren Verbindungen mit Bestandteilen des Gussteils K der 1a ausgebildet sind. Erfindungsgemäß sind die Konturen C.10 der Saugbereiche 10 der Vakuummasken 1 an die jeweils zugeordneten Bestandteile des Gussteils K aus der 1a angepasst. Die Vakuummasken 1 umfassen jeweils eine Grundplatte 11, welche vorzugsweise aus Metall gefertigt ist und welche die Vakuumanschlüsse 13 zur Evakuierung der Saugbereiche 10 aufweist. Des Weiteren umfassen die Vakuummasken 1 im Anschluss an die Grundplatte 11 ein Tiefenkonturelement 14 und ein Dichtelement 12. Die zur Verbindung mit dem Bauteil K1b und dem Angusssystem K2 der 1a vorgesehenen Vakuummasken 1 sind dabei in mehrere Saugsegmente 10a unterteilt. Die jeweiligen Saugsegmente 10a sind voneinander durch das Dichtelement 12 sowie das Tiefenkonturelement 14 getrennt und verfügen jeweils über einen eigenen Vakuumanschluss 13.
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1c zeigt eine Aufsicht auf die Dichtelemente 12 der Vakuummasken 10 der 1b in Anlage an dem Gussteil K. Erfindungsgemäß entsprechen die Konturen C.10 der Dichtelemente 12 den zugehörigen Konturen C.K1a, C.K1b und C.K2 der Bauteile K1a, K1b und des Angusssystems K2 des Gussteils K. Mittels Evakuierens der entsprechenden Saugbereiche ist somit die Bildung vollflächiger Verbindungen mit den Vakuummasken und eine dementsprechend homogene Belastung des Gussteils K beim Aufbringen der Entformungskraft ermöglicht.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Saugsegmentes 10a einer erfindungsgemäßen Vakuummaske 1. Der Querschnitt zeigt die Grundplatte 11, das Tiefenkonturelement 14 sowie das Dichtelement 12. Das Tiefenkonturelement 14 umfasst den Konturabschnitt 14a sowie den Wärmedämmabschnitt 14b. Der Konturabschnitt 14a bildet beispielsweise eine nachgiebige Grundlage des Dichtelements 12 zur Gewährleistung einer luftdichten Anlage an ein Gussteil mit unebener Oberfläche. Der Wärmeabschnitt 14b hat die Funktion einer Wärmesperre inne, welche eine thermische Isolation des Dichtelements 12 bewirkt. Das Dichtelement 12 ist beispielsweise mittels Vulkanisierens oder mittels einer Klebeverbindung mit dem Wärmedämmabschnitt 14b verbunden. Die Verbindung zwischen der Grundplatte 11 und dem Konturabschnitt 14a erfolgt durch den Dichtungsabschnitt 14c, welcher beispielsweise durch einen Silikonklebstoff gebildet ist.
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Alternativ kann der Konturabschnitt 14a aus einem steifen, insbesondere metallischen, Werkstoff gebildet sein, welcher mit der Grundplatte 11 und dem Dichtelement 12 jeweils durch luftdichte Klebeverbindungen beispielsweise mittels Silikon verbunden ist.
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3 zeigt eine Explosionsdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Vakuummaske 1, welche eine Mehrzahl von Saugbereichen 10 umfasst. Die Vakuummaske 1 ist zur Anlage an eine nicht vollständig planare Gussteiloberfläche vorgesehen, und dementsprechend weisen Tiefenkonturelement 14 und Dichtelement 12 des in der 3 hinten rechts dargestellten Saugbereichs 10 ein geschwungenes Höhenprofil auf. An der Grundplatte 11 ist eine Mehrzahl an Vakuumanschlüssen 13 zentral angeordnet und die diversen Saugbereiche 10 sind über entsprechende Leitungen und optional mittels Tast- oder Kugelventilen schaltbar mit den Vakuumanschlüssen 13 verbunden.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entformen des Gussteils K der 1a, wozu die Vorrichtung 100 die vier zugehörigen Vakuummasken 1 der 1b aufweist. Diese sind zuvorderst an der Tragstruktur 21 der als Krafterzeuger 20 fungierenden Abdrückeinheit 2 aufgenommen. Randseitig sind an der Tragstruktur 21 die vier Abdrückmittel 22 angeordnet, welche jeweils als Pneumatikzylinder 22a ausgebildet sind. Die vorderseitig aus den Pneumatikzylindern 22a herausragenden Kolben 22b sind dabei zur Aufbringung der Entformungskraft gegen eigens dafür vorzusehende Abdrückabschnitte an der jeweilig verwendeten Gussform ausfahrbar. Dabei ist die Ausfahrrichtung der Kolben 22b und somit die aufgebrachte Entformungskraft normal zu den Grundplatten der Vakuummasken 1 orientiert. Die Abdrückeinheit 2 ist zur Aufnahme an einem in der 4 nicht dargestellten Bewegungssystem, etwa einem Industrieroboter, ausgebildet und mittels des Bewegungssystems können die Vakuummasken 1 nach dem Öffnen der Gussform an das zu entformende Gussteil herangeführt und angelegt werden. Die Bildung der lösbaren Verbindung zwischen den Vakuummasken 1 und dem Gussteil erfolgt durch Evakuieren der Saugbereich mittels eines in der 4 nicht dargestellten Vakuumerzeugers, welcher über die Vakuumanschlüsse der Vakuummasken 1 mit deren Saugbereichen verbunden ist. Das Handling des entformten Gussteils für die anschließenden Prozessschritte, beispielsweise Positionieren in einer Stanzvorrichtung und/oder Palettieren, kann prinzipiell ebenfalls mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 durchgeführt werden.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vakuummaske
- 10
- Saugbereich
- 10a
- Saugsegment
- 11
- Grundplatte
- 12
- Dichtelement
- 13
- Vakuumanschluss
- 14
- Tiefenkonturelement
- 14a
- Konturabschnitt
- 14b
- Wärmedämmabschnitt
- 14c
- Dichtungsabschnitt
- 20
- Krafterzeuger
- 2
- Abdrückeinheit
- 21
- Tragstruktur
- 22
- Abdrückmittel
- 22a
- Pneumatikzylinder
- 22b
- Kolben
- K
- Gussteil
- K1a, K1b
- Bauteil
- K2
- Angusssystem
- K3
- Überlaufsystem
- K4
- Pressrest
- C. 10
- Kontur Saugbereich
- C.K1a, C.K1b
- Kontur Bauteil
- C.K2
- Kontur Angusssystem
