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Die
Erfindung betrifft ein Niederdruckgießverfahren zur Herstellung
eines Gußteils,
insbesondere eines dünnwandigen
Stahlgußbauteils,
unter Verwendung einer mehrteiligen Gießform.
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Gußstücke, die
häufig
eine komplizierte Form haben, werden in der Regel in sogenannten "verlorenen" Formen oder in Dauerformen
hergestellt. Beim Gießen
in verlorenen Formen, die in der Regel aus einem mineralischen feuerfesten,
körnigen
Grundstoff wie z. B. Quarzsand oder Chromerzsand sowie einem Bindemittel
und oft auch noch aus weiteren Zusätzen zur Verbesserung der Formgrundstoffeigenschaften
bestehen, wird die Form nach dem Gießen durch den Auspackvorgang
zerstört.
Im Zusammenhang mit dem Gießen
in verlorenen Formen wird zunächst
ein Modell des Gußstückes aus Metall,
Holz, Gips oder Kunststoff hergestellt. Das Modell bildet die Außenkontur
des Grundstückes
ab. Das Modell ist grundsätzlich
wiederverwendbar. Zur Herstellung der Gießform wird der obere und untere Teil
des Modells in einem Formkasten, nämlich einem Oberkasten und
einem Unterkasten, positioniert und mit dem Formgrundstoff umgeben.
Nach Verdichtung und Aushärtung
des Formgrundstoffes werden die Modellteile aus der Sandform gezogen.
Anschließend
werden der Ober- und Unterkasten übereinander gesetzt. Die Negativform
ist damit fertig gestellt.
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Insbesondere
bei hochschmelzenden Legierungen auf Fe-Basis wird das Gießen mit
verlorenen Formen eingesetzt. Nachteil beim Gießen mit verlorenen Formen ist,
daß nach
jedem Gießvorgang
nicht nur eine neue Gießform
hergestellt werden muß, sondern
daß die
Wiederaufbereitung bzw. Entsorgung des Formgrundstoffes nach dem
Gießen
mit einem hohen anlagentechnischen und finanziellen Aufwand verbunden
ist. Von Bedeutung ist in diesem Zusammenhang insbesondere, daß die Formkästen zur Herstellung
der Formen üblicherweise
ein Standardformat haben, so daß gerade
bei kleinen Gußteilen eine
verhältnismäßig große Menge
an Formgrundstoff benötigt
wird, um die Form herstellen zu können.
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Ein
weiterer Nachteil beim Gießen
mit verlorenen Formen besteht darin, daß Kühlsegmente nicht exakt positioniert
werden können.
Kühlsegmente
werden in einer verlorenen Form üblicherweise zum
Aufbau eines Temperaturgradienten und zur Einstellung einer gelenkten
Erstarrung eingesetzt. Hierdurch soll beginnend von der "Endzone" eines Gußteils der
Speisungsfluß zur "Speiserzone" erleichtert werden.
Kühlsegmente
werden lose am Modell im jeweiligen Kasten angelegt und durch den
sie umgebenden Formgrundstoff fixiert. Während der Verdichtung des Formgrundstoffes
kann dabei die exakte Positionierung des Kühlsegments verlorengehen. Die
exakte Positionierung von Kühlsegmenten ist
aber gerade beim Gießen
von dünnwandigen Gießteilen
von erheblicher Bedeutung.
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Beim
Gießen
in Dauerformen lassen sich tausende bis hunderttausende Abgüsse mit
derselben Formeinrichtung erzielen. Dauerformen haben eine hervorragende
Bedeutung für
die vergleichsweise niedrigschmelzenden Nichteisenmetall-Gußwerkstoffe
erlangt, da die thermische Beanspruchung, die den Dauerformen Grenzen
setzt, aufgrund relativ niedriger Gießtemperaturen für NE-Metalle
akzeptabel ist. Gußeisenwerkstoffe
und Stahl können
zwar grundsätzlich
auch in Dauerformen abgegossen werden, jedoch ist der damit verbundene
Kostenaufwand zur Fertigung und Wartung bedingt durch die verwendeten
Formwerkstoffe (z. B. Graphit, Sintermetalle, keramische Materialien)
sehr hoch. Zum Gießen
von Gußeisenwerkstoffen
und Stahl geeignete Dauerformen sind daher sehr teuer und aufgrund
der hohen thermischen Belastung sich zum Teil ergebender Risse oder
aufgrund lokalen Aufschmelzens der Form sehr verschleißanfällig.
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Aufgrund
der vorstehenden Probleme ist es bisher noch nicht gelungen, zu
einer kostengünstigen Serienfertigung
dünnwandiger
Stahlgußbauteile
zu kommen. Von Bedeutung ist in diesem Zusammenhang auch, daß weitere
Kosten bei der Herstellung des Gußteils dadurch entstehen, daß das Gußteil nach
dem Gießen
einer separaten Wärmebehandlung
zu unterziehen ist, um bestimmte Werkstoffeigenschaften zu erzielen.
Die Wärmbehandlung
erfolgt in der Regel, nachdem das Gußteil gegossen und gereinigt
worden ist. Die Reinigung erfolgt üblicherweise nach der Abkühlung des
Gußteils
auf Raumtemperatur. Nach der Reinigung erfolgt ein Wärmebehandlungsschritt
mit genau vorgege benen Verfahrensbedingungen, was entsprechend aufwendig
und mit einem hohen Energiebedarf verbunden ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Niederdruckgießverfahren
zur Verfügung zu
stellen, wodurch ein einfaches und kostengünstiges Gießen von Gußeisenwerkstoffen und Stahl,
insbesondere Edelstahl möglich
ist.
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Die
vorgenannte Aufgabe ist bei einem Niederdruckgießverfahren der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß im wesentlichen
dadurch gelöst, daß das Gußteil unmittelbar
nach der Entnahme aus der Gießform
mit einer Temperatur oberhalb der Glühtemperatur einem Wasserbad
zugeführt
und dort abgekühlt
wird. Bei der Erfindung erfolgt die Wärmebehandlung und Abkühlung also
unmittelbar nach dem Gießen,
bevor weitere Ver- und Bearbeitungsschritte am Gußteil durchgeführt werden.
Letztlich wird bei der Erfindung das durch das Gießen vorhandene
Temperaturniveau des Gußteils
ausgenutzt, um eine ergänzende
Wärmebehandlung
einzusparen. Nach dem Gießen
hat das Gußteil
bei einer Temperatur oberhalb der Glühtemperatur homogene Materialeigenschaften.
Durch die anschließende
gesteuerte Abkühlung
im Wasserbad lassen sich dann gewünschte Materialeigenschaften
erzielen.
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Um
das Gußteil
unmittelbar dem Wasserbad mit einer Temperatur oberhalb der Glühtemperatur zuführen zu
können,
ist beim erfindungsgemäßen Verfahren
vorgesehen, daß das
Gußteil
mit einer Temperatur zwischen 1200 und 1400 °C der Gießform entnommen wird. Bei einer
derartigen Temperatur ist unter Berücksichtigung der Zeitdauer
vom Öffnen
der Gießform,
der Entnahme des Gußteils
und der Zuführung
des Gußteils
zum Wasserbad gewährleistet,
daß das
Gußteil
noch mit einer Temperatur zwischen 1000 und 1100 °C dem Wasser
zugeführt wird.
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Um
in jedem Falle sicherzustellen, daß das Gußteil mit einer Temperatur
oberhalb der Glühtemperatur
dem Wasserbad zugeführt
wird, ist es von besonderem Vorteil, daß das Gußteil nach der Entnahme aus
der Gießform
und vor der Abkühlung
im Wasserbad eine Temperaturregelstrecke durchläuft. Hierbei sollte vorgesehen
sein, daß das
Gußteil
bei Überschreiten
einer vorgegebenen Grenztemperatur unmittelbar dem Wasserbad zugeführt wird,
wäh rend bei
Unterschreiten der vorgegebenen Grenztemperatur eine zusätzliche
Erwärmung
durchgeführt
wird.
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Da
es grundsätzlich
erforderlich sein kann, das Gußteil
eine längere
Zeit in der Gießform
zu halten, so daß sich
eine stärkere
Abkühlung
ergibt, bietet es sich in diesen Fällen an, das Gußteil nach
der Entnahme aus der Gießform
vor der Abkühlung
im Wasserbad grundsätzlich
auf eine Temperatur oberhalb der Glühtemperatur zu erwärmen. Die
Erwärmung
sollte grundsätzlich
induktiv erfolgen. In jedem Falle sollte aber gewährleistet
sein, daß der
Gießvorgang
derart gesteuert ist, daß eine
Abkühlung
des Gußteils
nach Entnahme aus der Gießform
auf eine Temperatur von kleiner 600 °C verhindert wird.
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Die
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
bietet sich insbesondere bei einer Gießform an mit einem äußeren ersten
Formträger,
einem äußeren zweiten
Formträger
und einem zwischen den Formträgern
angeordneten Formkörper
und einer auf dem Formkörper
zumindest bereichsweise aufgebrachten inneren Schicht aus Formgrundstoff zur
Bildung des Gießhohlraums.
Zum einen läßt sich eine
derartige Gießform
nach dem Gießen
sehr schnell öffnen,
so daß zu
starke Wärmeverluste
bzw. eine zu starke Abkühlung
des Gußteils
durch zu langes Verbleiben des Gußteils in der Gießform ausgeschlossen
werden kann. Zum anderen ergeben sich gegenüber dem Stand der Technik weitere
wesentliche Vorteile, obwohl es sich bei der vorgenannten Gießform vom
Typ her auch um eine verlorene Form handelt.
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Bedingt
durch den zwischen den Formträgern
angeordneten Formkörper,
der bereits die Negativform bzw. den Gießhohlraum zumindest im wesentlichen
vorgibt, ist lediglich eine geringere Menge an Formgrundstoff zur
Herstellung der eigentlichen Negativform erforderlich. Daher fällt im Gegensatz zum
Stand der Technik auch nur eine geringere Menge an Formgrundstoff
bei jedem Gießvorgang
an. Dies ist vor allem bei dünnwandigen
Gußteilen
mit einer Wandstärke
zwischen 1 und 10 mm von Bedeutung. Beim Gießen derartiger dünnwandiger
Gußteile fällt nämlich auch
nur eine geringere Wärmemenge an,
die vom Formgrundstoff während
der Erstarrung aufgenommen werden muß. Der Binder des Formgrundstoffes
verbrennt daher nur in einer Tiefe von wenigen Zentimetern. Bei
der Erfindung wird nun genau dieser Umstand ausgenutzt und dementsprechend
die Schichtdicke des aufgebrachten Formgrund stoffes in Abhängigkeit
der Wandstärke
des zu gießenden
Gußteils
und/oder in Abhängigkeit
des Erstarrungsverhaltens oder Temperatur der in die Gießform eingebrachten
Schmelze gewählt.
Hierdurch ist letztlich im optimalen Fall auch nur die Menge an Formgrundstoff
nötig,
die aus technischen Gründen beim
Gießen
erforderlich ist. Demgegenüber
ist es beim Stand der Technik so, daß gerade bei kleinen oder dünnwandigen
Gußteilen
erhebliche Mengen an Formgrundstoff, der nach dem Gießen an sich
noch gebrauchsfähig
wäre, der
Wiederaufbereitung zugeführt
werden. Dies ist nicht nur mit erhöhten und an sich nicht erforderlichen
Kosten für
den Formgrundstoff verbunden, sondern auch mit einem hohen anlagentechnischen
Aufwand zur Wiederaufbereitung. Auch fallen höhere Energiekosten an. Darüber hinaus
ist auch die Auslegung der Sandaufbereitung der Gießerei aufgrund
der großen
anfallenden Sandmengen aufwendiger. Schließlich entstehen beim Stand der
Technik große
Mengen an Stäuben,
was nicht nur eine Umweltbelastung nach sich ziehen kann, sondern
auch erhöhte
Kosten für
die Deponierung.
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Die
Verwendung des erfindungsgemäßen Formkörper bietet
aber noch weitere Vorteile. Da der Formkörper, der die Negativgrundform
bereit vorgibt, bereits ein Großteil
des Volumens zwischen den Formträgern
ausmacht und folglich nur geringe Sandmengen zur Herstellung einer
Gießform
erforderlich sind, können
erheblich geringere Taktzeiten zur Herstellung der Gießform erzielt
werden. Des weiteren ist es bei der erfindungsgemäßen Gießform ohne
weiteres möglich,
Kühlsegmente
am Formträger
oder am Formkörper
zu befestigen, so daß sich eine
exakte Positionierung ergibt, was, wie eingangs ausgeführt, gerade
zur Fertigung von dünnwandigen Formgußteilen
wesentlich ist. Im übrigen
ist es auch ohne weiteres möglich,
daß der
Formkörper – bei entsprechender
Materialwahl – zumindest
bereichsweise selbst die Funktion eines Kühlsegmentes übernimmt,
nämlich
in Bereichen, die nicht oder nur mit einer geringen Schicht an Formgrundstoff
beschichtet sind.
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Geringe
Taktzeichen lassen sich dabei insbesondere dadurch realisieren,
daß das
Aufbringen der Formgrundstoffschicht auf den Formkörper bzw. die
einzelnen Formkörperhälften luftstromunterstützt erfolgt.
Hierdurch kann auch ohne weiteres die Stärke der Sandschicht entsprechend
den Erfordernissen einer gelenkten Erstarrung eingestellt werden.
Nach dem Aufbringen der Schicht werden die Formkörperhälften dann aufeinander aufgesetzt,
so daß die Gießform geschlossen
ist.
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Im übrigen ist
festgestellt worden, daß bei Verwendung
von metallischen und/oder keramischen Formträgern und einem metallischen
Formkörper sich
eine erhebliche Stabilisierung der Form ergibt, was gerade für die Fertigung
dünnwandiger
Gußteile von
Bedeutung ist, wo enge Fertigungstoleranzen eingehalten werden müssen.
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Von
besonderem Vorteil im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung
ist es, den Formkörper
modular aufzubauen, so daß sich
dieser aus einer Mehrzahl von Formkörpersegmenten zusammensetzt.
Durch diesen modularen Aufbau ist es in einfacher Weise möglich, einzelne
Module zu ergänzen
und damit die Negativgrundform für
den Gießhohlraum
vorzugeben. Die endgültige
Negativform wird dann durch den Formgrundstoff, soweit dieser auf
dem Formkörper
aufgebracht ist, gebildet.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt
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1 eine
Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gießform,
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2 eine
weitere Querschrüttsansicht
der Gießform
aus 1,
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3 eine
Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gießform,
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4 eine
weitere Querschnittsansicht der Gießform aus 3,
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5 eine
Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gießform,
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6 eine
weitere Querschnittsansicht der Gießform aus 5,
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7 eine
Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gießform,
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8 eine
weitere Querschnittsansicht der Gießform aus 7,
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9 eine
Querschnittsansicht einer fünften Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Gießform,
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10 eine
weitere Querschnittsansicht der Gießform aus 9,
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11 eine
Querschnittsansicht einer sechsten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gießform und
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12 eine
Querschnittsansicht einer siebten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gießform.
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Bevor
nachfolgend im einzelnen auf das erfindungsgemäße Verfahren eingegangen wird,
darf zunächst
eine Gießform 1 beschrieben
werden, die besonders zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist.
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In
den einzelnen Figuren ist jeweils eine Gießform 1 zur Herstellung
eines Gußteils 2 unter Verwendung
von Formgrundstoff 3 dargestellt. Bei dem Formgrundstoff
handelt es sich in an sich bekannter Weise um mineralisches, feuerfestes,
körniges
Material, wie Sand, mit Bindemittel und gegebenenfalls weiteren
Zusätzen.
Durch die Verwendung von Formgrundstoff handelt es sich bei der
Gießform 1 dem
Grunde nach um eine Form des Typs "verlorene Form".
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Die
Gießform 1 weist
einen äußeren ersten Formträger 4 und
einen äußeren zweiten
Formträger 5 auf.
Bei den Formträgern 4 und 5 handelt
es sich um die obere und untere Begrenzung der Gießform 1 bei
horizontaler Anordnung. Es versteht sich, daß die Gießform selbstverständlich auch
schräg
oder aber vertikal angeordnet werden kann. Bei vertikaler Anordnung
der Gießform 1 befinden
sich die Formträger 4, 5 ebenfalls
außen,
sind dann aber rechts und links angeordnet. Die nachfolgenden Ausführungen
beziehen sich in gleicher Weise auf die Rechts-Links-Anordnung der
Formträger,
wenngleich lediglich die Oben-Unter-Anordnung der Formträger dargestellt und
beschrieben ist. Gleiches gilt im übrigen für die nachfolgend nach näher beschriebenen
Formkörperhälften 13, 14.
Zwischen den Formträgern 4, 5 befindet
sich ein Formkörper 6,
der üblicherweise
aus Metall besteht, aber zumindest bereichsweise auch aus Keramik
bestehen kann. Der Formkörper 6 liegt
mit seinen Außenseiten 7, 8 an
den Innenflächen 9, 10 der
Formträger 4, 5 an.
Die Innenfläche 11 des
Formkörpers 6 ist
profiliert und entspricht zumindest im wesentlichen der Außenkontur
des Gußteils 2.
Die Innenfläche 11 des
Formkörpers 6 bildet
damit eine Negativ-Vorform oder eine äußere Vorform. Auf die Innenfläche 11 des
Formkörpers 6 ist
zumindest teilweise eine Schicht 12 des Formgrundstoffs 3 zur
Bildung des im einzelnen nicht bezeichneten Gießhohlraums aufgebracht. Die
Schichtdicke variiert von 0 mm bis maximal 100 mm und kann jeden
dazwischenliegenden Wert aufweisen, ohne daß eine Aufzählung im einzelnen erforderlich
wäre.
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Obwohl
in den einzelnen Figuren die gesamte Innenfläche des Formkörpers 6 mit
Formgrundstoff 3 beschichtet ist, darf darauf hingewiesen
werden, daß aus
gießtechnischen
Gründen
es grundsätzlich auch
möglich
ist, einzelne Flächenbereiche
nicht zu beschichten. Hierauf wird nachfolgend noch näher eingegangen.
Im übrigen
ist es bei den dargestellten Ausführungsformen so, daß die Schicht 12 aus
Formgrundstoff 3 zum Teil auch unmittelbar auf die Innenfläche 10 des
unteren Formträgers 5 aufgebracht
ist. Dies ist selbstverständlich
bei bestimmten Gußteilen 2 auch
im Bereich des oberen Formträgers 4 möglich, wenngleich
dies vorliegend nicht dargestellt ist.
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Wie
sich aus den einzelnen Figuren ergibt, weist der Formkörper 6 eine
erste Formkörperhälfte 13 und
eine zweite Formkörperhälfte 14 auf.
Die obere Formkörperhälfte 13 ist
dabei am oberen Formträger 4 befestigt,
während
die untere Formkörperhälfte 14 am
unteren Formträger 5 befestigt
ist. Im geschlossenen Zustand der Gießform 1 liegen die Formkörperhälften 13, 14 jedenfalls
in ihrem äußeren Randbereich 15 aufeinander
auf, so daß die
Gießform 1 in
diesem Bereich geschlossen ist.
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Vor
allem aus den 11 und 12 ergibt sich,
daß der
Formkörper 6 eine
Mehrzahl von insbesondere modular aufgebauten Formträgersegmenten 16 aufweist.
Durch den modularen Aufbau ist es möglich, bedarfsweise einzelne
Formkörpersegmente 16 zu
ergänzen
oder zu entfernen, um eine Variation der Dicke der Schicht 12 zu
erzielen, um den Erfordernissen einer gelenkten Erstarrung gerecht
zu werden. Modular bedeutet vorliegend jedenfalls auch, daß die Formkörpersegmente 16 baukastenartig
aufgebaut sind, also die Längen,
Breiten und/oder Höhen
der einzelnen Formkörpersegmente 16 aufeinander
in ihren Abmaßen
abgestimmt sind, was bedeutet, daß ein bestimmtes Grundmaß n vorgesehen ist
und alle Ausmaße
ein ganzzahliges Vielfaches vom Grundmaß n sind. Die einzelnen Formkörperelemente 16 sind
jeweils mit dem jeweiligen Formträger 4, 5 fest
verbunden. Ist es zur Realisierung einer bestimmten Negativform
bzw. Negativvorform erforderlich, Formkörperelemente 16 aufeinander
anzuordnen, versteht es sich, daß in diesem Falle die betreffenden
Formkörperelemente 16 aufeinander
befestigt, insbesondere verschraubt sind. Im übrigen können an den Außenseiten 7, 8 der
Formkörpersegmente 16 sowie
an den Innenflächen 9, 10 der
Formträger 4, 5 entsprechende
Führungselemente,
wie Zapfen und Nuten vorgesehen sein, um eine exakte Positionierung
der einzelnen Formkörpersegmente 16 bzw.
der Formkörperhälften 13, 14 an
den Formträgern 4, 5 zu
gewährleisten.
Aufgrund des modularen Aufbaus des Formkörpers 6 ist es ohne
weiteres möglich,
entsprechende stets passende Führungs- oder
Positionierelemente an den betreffenden Bauteilen vorzusehen.
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In
den einzelnen Ausführungsbeispielen
sind die Formkörpersegmente 16 als
massive Blöcke
ausgeführt.
Die massive Ausführung
führt zu
einem vergleichsweise hohen Gewicht sowohl des Oberkastens 17,
der sich aus dem oberen Formträger 4,
der oberen Formkörperhälfte 13 und
der aufgebrachten Schicht 3 zusammensetzt, als auch des
Unterkastens 18, der den unteren Formträger 5, die untere Formkörperhälfte 14 und
die darauf aufgebrachte Schicht 12 aufweist. Für bestimmte
Anwendungsfälle ist
ein vergleichsweise hohes Gewicht jedenfalls des Oberkastens von
Vorteil. In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Gießform 1 beim
Niederdruckgießen
eingesetzt. Das Befüllen
der Gießform 1 erfolgt
von unten her, nämlich über eine üblicherweise
als Anschnitt bezeichnete Öffnung 19 in
dem unteren Formträger 5.
Durch die massive Ausführung der
oberen Formkörperhälfte 13 und
das daraus resultierende hohe Eigengewicht kann ein "Aufschwimmen" des Oberkastens 17 beim
Gießen
verhindert werden. Zusätzliche
Mittel zum Niederhalten des Oberkastens 17 oder aber eine
Verklammerung der Gießform 1 kann
eingespart werden.
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Nicht
dargestellt ist, daß die
Formkörpersegmente 16 auf
der dem jeweiligen Formträger 4, 5 zugewandten
Seite zur Gewichtsersparnis auch mit Hohlräumen, Ausnehmungen und dergleichen
versehen sein können.
Hierdurch läßt sich
dann eine Gewichtsersparnis erzielen, sofern dies – je nach
Gießverfahren
bzw. Anwendung – gewünscht und
erforderlich ist.
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Bei
der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform
ist es so, daß am
Formkörper 6 auf der
Innenfläche 11,
also auf der dem Formgrundstoff 3 zugewandten Seite Fixierhilfen 20 zur
Verhinderung des unbeabsichtigten Ablösens des Formgrundstoffs 3 vom
Formkörper 6 vorgesehen
sind. Bei den Fixierhilfen 20 handelt es sich beispielsweise
um Vorsprünge
in Art von Moniereisen, die ein Ablösen des Formsandes durch auftretende
Erschütterungen
im Gießereibetrieb
verhindern sollen. Statt Moniereisen ist es grundsätzlich auch
möglich,
Fixierhilfen in Art einer Oberflächenprofilierung
der Innenfläche 11 des Formkörpers 6 vorzusehen,
um eine bessere Verbindung des Formgrundstoffs 3 mit dem
Formkörper 6 zu
erhalten.
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Der
Formkörper 6 selbst
bzw. die einzelnen Formkörpersegmente 16 bestehen
vorzugsweise aus einem hochtemperaturbeständigen Material, wie insbesondere
Graphit, Wolframkarbid oder Stahl. Eine derartige Materialwahl ist
in der Regel erforderlich, da der Formkörper 6 einer hohen
thermischen Beanspruchung beim Gießen unterliegt. Demgegenüber können die
Formträger 4, 5 aus
günstigeren
Materialien hergestellt werden, da die thermische Belastung dieser
Bauteile in der Regel erheblich geringer ist.
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Bei
den in den 11 und 12 dargestellten
Ausführungsformen
ist sowohl am oberen Formträger 4 als
auch am unteren Formträger 5 jeweils
ein Kühlsegment 21 befestigt.
Durch die unmittelbare Befestigung der Kühlsegmente 21 an den
Formträgern 4, 5 ergibt
sich eine exakte Positionierung dieser Segmente, was im Hinblick
auf eine gelenkte Erstarrung gerade bei dünnwandigen Gußteilen
von erheblicher Bedeutung ist. Die Kühlsegmente 21 zeichnen sich
dadurch aus, daß auf
sie zumindest bereichsweise keine Schicht 12 aus Formgrundstoff 3 aufgebracht
ist und von daher über
die Kühlsegmente 21 sehr
schnell Wärmeenergie
abgeführt
wird. Letztlich handelt es sich bei den Kühlsegmenten 21 um
Formkörpersegmente 16,
auf die nicht oder nur teilweise wärmeisolierender Formgrundstoff 3 aufgebracht
ist.
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Wie
sich aus den einzelnen Darstellungen ergibt, ist der Formgrundstoff 3 mit
unterschiedlicher Schichtdicke auf den Formkörper 6 bzw. die Innenfläche 11 aufgebracht.
In Bereichen, in denen die Schmelze möglichst lange flüssig bleiben
soll, ist die Schichtdicke größer, so
daß sich
dort eine wärmeisolierende
Wirkung ergibt. In Bereichen, wo sich viel Material des Gußteils 2 befindet
und/oder eine möglichst
schnelle Erstarrung stattfinden soll, ist die Schichtdicke sehr
gering oder aber es ist in diesen Bereichen ganz auf Formgrundstoff 3 verzichtet
worden, wie dies bei den Ausführungsformen
gemäß den 11 und 12 im
Bereich der Kühlsegmente 21 der
Fall ist. In jedem Falle kann die Stärke der Schicht 12 den
Erfordernissen einer gelenkten Erstarrung entsprechend unter Berücksichtigung
der Wandstärke
des zu gießenden
Gußteils 1 eingestellt und
damit optimiert werden.
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Auch
wenn dies im einzelnen nicht dargestellt ist, ist der Formgrundstoff 3 selbst
pneumatisch und zwar insbesondere durch Luftimpulse, also mit hoher
Geschwindigkeit und bei hohem Druck, auf die Innenfläche 11 des
Formkörpers 6 aufgebracht.
Der Formgrundstoff 3 wird auf den Formkörper 6 quasi aufgeschossen.
Hierdurch läßt sich
exakt und in kürzester
Zeit die gewünschte
Schichtdicke realisieren. Im Hinblick auf dieses sehr schnelle Aufbringen
des Formgrundstoffs 3 auf den Formkörper 6 sind im Formkörper 6 nicht
dargestellte Öffnungen
geringer Öffnungsweite
zum Abführen
von Luft beim luftstromunterstützten
Aufbringen des Formgrundstoffs 3 vorgesehen. Der Formgrundstoff 3 wird
vollautomatisch in der gewünschten
Schichtdicke, die üblicherweise
im einstelligen Zentimeterbereich liegt, aufgebracht, wobei sich
aufgrund des im Formgrundstoff 3 enthaltenen Binders sich
sehr schnell eine Verfestigung ergibt. Aufgrund dieser Art der Herstellung
der Negativform lassen sehr geringe Taktzeiten zur Herstellung der
Gießform 1 erzielen,
zumal nur eine sehr geringe Menge an Formgrundstoff 3 auf
den Formkörper 6 aufgebracht
werden muß.
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Wie
sich aus den einzelnen Figuren weiter ergibt, sind die Formträger 4, 5 jeweils
plattenförmig als
sogenannte Grundplatten ausgebildet. Letztlich übernehmen die Grundplatten
lediglich die Tragfunktion für
den Formkörper 6,
der in seiner Größe beliebig
sein kann, allerdings nicht über
die Grundplatten überstehen
sollte. Die Erfindung bietet also die Möglichkeit, standardisierte
Grundplatten einzusetzen, an denen je nach herzustellendem Gußteil größere oder kleinere
Formkörper 6 befestigt
werden. Aufgrund der plattenförmigen
Ausbildung der Formträger 4, 5 bilden
diese lediglich den oberen und unteren Abschluß der Gießform 1. Seitlich
ist die Gießform 1 durch
den Formkörper 6 bzw.
die aufeinanderliegenden Formkörperhälften 13, 14 begrenzt.
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Wie
zuvor bereits ausgeführt,
befindet sich vorliegend im unteren Formträger 5 eine Öffnung 19 zum
Füllen
der Gießform 1.
Grundsätzlich
ist es auch möglich,
eine entsprechende Öffnung
im oberen Formträger 4 oder
aber seitlich am Formkörper 6 vorzusehen.
Die Anordnung der Anschnitte erfolgt unter Berücksichtigung des jeweils gewählten Gießverfahren,
wobei die Gießform 1 grundsätzlich neben
dem Niederdruckgießen
auch für
das Schwerkraft- und Druckgießen sowie
für das
Kippgießen
eingesetzt werden kann.
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In
jedem Falle bietet es sich an, im Bereich des Anschnittes und/oder
eines nicht dargestellten Speisers der Gießform 1 einen Einsatz 22 aus
hitzebeständigem
Material vorzusehen, wie dies in 12 dargestellt
ist. Der Einsatz kann aus Formgrundstoff oder aber aus handelsüblichen
Isoliermaterialien bestehen. Nicht dargestellt ist, daß der Einsatz 22 grundsätzlich auch
nach außen überstehen kann.
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Bei
der in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsform
ist im Bereich der Öffnung 19 eine Kühlung vorgesehen.
Die Kühlung
weist vorliegend wenigstens einen am Anschnitt vorbeigeführten und vorzugsweise
diesen im wesentlichen umgebenden Kühlkanal 23 zur Führung eines
Kühlmediums
auf. Vorliegend befindet sich der Kühlkanal 23 in dem
unteren Formträger 5,
so daß dieser
und insbesondere der Bereich der Öffnung 19 gekühlt wird.
Verfahrensmäßig wird
die Kühlung
gegen Ende des Gießvorgangs
aktiviert. Die entstehende Kühlwirkung
wird zum Aufbau einer gelenkten Erstarrung bzw. zur Einstellung
einer raschen Erstarrung im Bereich der Öffnung 19 genutzt.
Die schnelle Erstarrung im Bereich der Öffnung 19 ist notwendig,
um bei Nutzung geringer Taktzeiten ein Auslaufen des noch flüssigen Metalls
aus der Öffnung 19 zu
verhindern. Als Kühlmedien,
die über
den Kühlkanal 23 zugeführt und
vorzugsweise im Kreislauf geführt
werden, können
alle geeigneten gasförmigen
oder flüssigen
Materialien verwendet werden.
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Im übrigen darf
darauf hingewiesen werden, daß der
Anordnung der Kühlung
im Bereich der Öffnung 19 auch
eigenständige
erfinderische Bedeutung zukommt, also unabhängig von der Realisierung der
Formkörpers 6 und
der aufgebrachten Schicht 12 aus Formgrundstoff 3.
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In
den 7 und 8 ist dargestellt, daß an einem
der Formträger,
vorliegend am unteren Formträger 5,
Mittel zur Kopplung mit der zugeordneten Gießvorrichtung vorgesehen sind.
Vorliegend handelt es sich bei den Kopplungsmitteln um Ausnehmungen 24,
in die entsprechende Haken oder Vorsprünge der Gießvorrichtung eingreifen, wenn
die Gießform 1 auf
der Gießvorrichtung
positioniert wird. Es versteht sich, daß es grundsätzlich auch möglich ist,
zusätzlich
oder lediglich am oberen Formträger 4 entsprechende
Ausnehmungen vorzusehen.
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In
den 9 und 10 ist dargestellt, daß sowohl
am oberen Formträger 4 als
auch am unteren Formträger 5 Führungsmittel 25, 26 vorgesehen
sind, um die Formträger 4, 5 in
einfacher Weise verfahren und positionieren zu können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem Führungsmittel 25 um
einen langgestreckten, seitlich vom unteren Formträger 5 abstehenden
Führungsvorsprung,
während
es sich bei dem Führungsmittel 26 um
eine Mehrzahl seitlich abstehender Führungsstücke handelt.
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Das
Herstellen einer Gießform 1 erfolgt
derart, daß zunächst auf
den jeweiligen Formträger 4, 5 die
Formkörpersegmente 16 aufgesetzt
und mit Hilfe entsprechender Positionier- oder Formschlußmittel exakt
positioniert werden. Anschließend
werden die Formkörpersegmente 16 mit
dem jeweiligen Formträger 4, 5 fest
verbunden. Dann wird der Formgrundstoff 3 in der in Abhängigkeit
der Wandstärke
des herzustellenden Gußteils
erforderlichen Schichtdicke pneumatisch durch Luftimpulse aufgebracht.
Die erforderliche Schichtdicke zur Erzielung einer gelenkten Erstarrung
obliegt dem Fachmann unter Berücksichtigung
seines Fachwissens auf der Grundlage der vorgenannten Pa rameter.
Grundsätzlich
gilt dabei, daß in
Bereichen, in denen möglichst
spät eine Erstarrung
stattfinden soll, eine große
Schichtdicke gewählt
wird, während
in Bereichen, in denen die Schmelze schnell erstarren soll, eine
sehr geringe bis keine Schichtdicke vorhanden sein soll. In Fällen, in denen
die Schmelze unmittelbar mit Kühlsegmenten 21 bzw.
Formkörpersegmenten 16 in
Kontakt kommt, ergibt sich letztlich eine Kombination aus metallischer
Dauerform und verlorener Form. Nach dem Aufbringen der Schicht 12 werden
die Formkörperhälften 13, 14 aufeinandergesetzt,
so daß die
Gießform 1 geschlossen
ist und Schmelze eingebracht werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich insbesondere zur Herstellung von Karosseriebauteilen
aus Stahl einer Kraftfahrzeug-Tragrahmenstruktur, wobei das Karosseriebauteil
als dünnwandiges
Stahlgußteil
ausgebildet ist. Durch die Verwendung von Edelstahl als Gußmaterial
lassen sich besondere Festigkeitswerte erzielen. Grundsätzlich sind
unterschiedliche Arten von Edelstahl verwendbar. Bevorzugt wird
ein Edelstahl mit einer Festigkeit von mindestens 400 MPa und einer
Bruchdehnung von etwa 25 % eingesetzt. Beispielsweise kann ein Edelstahl
verwendet werden, der neben Eisen weiterhin 0,1 % bis 0,3 %, insbesondere
etwa 0,2 % Kohlenstoff, 3 % bis 7 %, insbesondere etwa 5 % Mangan,
0,2 % bis 0,6 %, insbesondere etwa 0,4 % Silizium, 15 % bis 26 %,
insbesondere etwa 21 % Chrom, 0,5 % bis 1,7 %, vorzugsweise etwa
1,1 % Nickel, 0,3 % bis 0,7 %, insbesondere etwa 0,5 % Kupfer und
0,08 % bis 0,18 %, vorzugsweise 0,13 % Stickstoff enthält.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
läuft nun so
ab, daß das
Gußteil
unmittelbar nach der Entnahme aus der Gießform 1 einer Kühleinrichtung,
bei der es sich vorzugsweise um ein Wasserbad handelt, zugeführt und
dort abgekühlt
wird. Wesentlich dabei ist, daß die
Abkühlung
zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem die Temperatur des Gußteils oberhalb
der Glühtemperatur
liegt. Um dies gewährleisten
zu können, wird
das Gußteil
mit einer Temperatur zwischen 1200 und 1400°C aus der Gießform entnommen.
Da es teilweise nicht vermeidbar ist, daß das Gußteil auf der Strecke von der
Gießform
zum Wasserbad zu stark oder auf eine Temperatur unterhalb der Glühtemperatur
abkühlt,
ist eine Temperaturmessung und gegebenenfalls eine entsprechende
Regelung vorgesehen. Danach wird das Gußteil 2 unmittelbar
dem Wasserbad zugeführt,
wenn die gemessene Temperatur oberhalb einer vorgegebenen Grenztemperatur liegt, die
wiederum größer als
die Glühtemperatur
ist. Liegt die Temperatur unterhalb dieser Grenztemperatur, erfolgt
eine Erwärmung
des Gußteils
auf eine Temperatur oberhalb der Grenztemperatur. Die Erwärmung erfolgt
dabei induktiv. In jedem Falle ist das erfindungsgemäße Verfahren
so eingestellt, daß die Temperatur
des Gußteils
vor dem Abkühlen
nicht unter eine Temperatur von 600 °C sinkt.