DE19515493A1 - Beheizbares Formteil für die Formtechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein beheizbares metallisches Formteil für die Formtechnik zum Formen warmaushärtbarer Gießereisande oder für den Kokillenguß von im Heißzu­ stand gießfähigen Stoffen, wobei das Formteil eine mit dem zu formenden Stoff in Berührung kommende Formoberfläche und eine hierzu entgegengesetzte Rückseite aufweist.

Derartige Formteile werden in vielfältigen Ausführungsformen und Anwendungen eingesetzt. Sie dienen dazu, dem zu formenden Stoff die erwünschte Form zu ge­ ben und werden in bekannter Weise von außen durch gegen die Rückseite des Formteils gerichtete Gasflammen beheizt. Dieses hat mehrere Nachteile. Zum einen ist ein großer Energieaufwand erforderlich, weil die Wärmeenergie das gesamte, teils dicke und nicht besonders gut wärmeleitende Formteil durchdringen und somit relativ weite, teils unterschiedlich lange Wege überwinden muß. Außerdem wird das System dadurch relativ träge. Und schließlich ergeben sich übermäßige Abstrah­ lungsverluste sowie durch die unterschiedlich langen Wege ungleichmäßige Erwär­ mungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Formteil der im Oberbegriff genannten Art mit einfachen Maßnahmen so auszubilden, daß die be­ schriebenen Nachteile vermieden werden und sich eine energiesparende, gleich­ mäßige sowie schnelle Erwärmung beliebig gestalteter Formoberflächen erzielen läßt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einem Formteil gemäß dem Oberbegriff erfindungsgemäß gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 vorgeschlagen, daß dem Formteil Heizelemente zugeordnet sind, die in einem direkten Wärme- und Körperkontakt mit dem Formteil stehen und die einen möglichst kleinen Abstand von der Formoberfläche haben. Ein solches Formteil läßt sich schnell, gleichmäßig und energiesparend beheizen. Wegen des direkten Kontaktes und des kleinen Abstan­ des ergibt sich ein hochwirksames, umweltfreundliches Gesamtsystem.

Vorzugsweise sind die Heizelemente gemäß Anspruch 2 in das Formteil eingebettet und/oder - vor allem bei dünnen Formteilen - direkt an dessen Rückseite angeord­ net. Hierdurch läßt sich ein optimal kleiner Abstand zur Formoberfläche erzielen, und die Wärme kann diese äußerst schnell erreichen. Außerdem ist eine solche Bauform sehr kompakt.

In weiterer Ausgestaltung gemäß den Ansprüchen 3 bis 6 werden elektrische Wi­ derstandsheizelemente eingesetzt, die eine sehr umweltfreundliche Beheizung er­ möglichen und die sich bezüglich ihrer Formgebung sehr gut und einfach an die Ausdehnung und Formgebung der Formoberfläche anpassen lassen.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 7 bis 11. Demnach ist das Formteil mit einer metallischen Füllung in einer rückseitigen Vertie­ fung ausgebildet, und die Heizelemente können in die Füllung eingebettet sein. Zweckmäßigerweise besteht die Füllung aus unter Wärmeeinfluß verflüssigbarem Metall, wie Reinkupfer. Die Heizelemente sind im Falle ihrer Einbettung in der Fül­ lung lagemäßig fixiert sowie in diese eingegossen und können ihre Wärme direkt an die Füllung und von dieser an die Formoberfläche weitergeben.

Gemäß den Ansprüchen 12 und 13 ist an der Rückseite des Formteils eine Wär­ meisolierung vorgesehen. Diese sorgt dafür, daß die Wärme praktisch nur zu der Formoberfläche gelangt und daß im wesentlichen keine Wärmeverluste entstehen.

Die weiteren Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 14 und 15 betreffen die Ausbildung der Formoberfläche und führen dazu, daß diese sehr beständig ist und daß sich ein einwandfreies Formungsergebnis erzielen läßt.

Eine Ausbildung des Formteils aus Warmarbeitsstahl oder Grauguß gemäß An­ spruch 16 hat sich als zweckmäßig und praxisgerecht erwiesen.

Die Ausbildungen gemäß den Ansprüchen 17 und 18 haben sich als Modell zum Herstellen von Maskenformen bzw. Sandhalbformen oder als Kernkastenteil eines Hot-Box-Kernkastens zum Herstellen von Sandkernen bewährt. Dabei hat sich die die Auswerferstifte betreffende weitere Ausgestaltung von Anspruch 19 als beson­ ders zweckmäßig erwiesen.

Statt einer Einbettung der Heizelemente in das Formteil ist gemäß den Ansprüchen 20 bis 22 auch eine Anordnung der Heizelemente in Kassetten an der Rückseite des Formteils möglich. Die Kassetten können eine gut wärmeleitende metallische Fül­ lung haben, in die die Heizelemente lagestabilisiert eingebettet sind.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine Anordnung mit elektrisch beheiz­ baren Formteilen bzw. Modellen zum Herstellen von Maskenformen aus durch Wärme aushärtbarem, kunstharzumhüllten Sand und/oder einem Sand-Kunstharz-Gemisch,

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung einen Hot-Box-Kernkasten mit elek­ trisch beheizbaren Formteilen bzw. Modellen zum Herstellen von Sandker­ nen aus durch Wärme aushärtbarem, kunstharzumhülltem Sand und/oder einem Sand-Kunstharz-Gemisch und

Fig. 3 in einer schematischen Darstellung eine Kokillenguß-Anordnung mit elek­ trisch beheizbaren Formteilen zum Herstellen eines Kokillengußformlings aus einem im Heißzustand gießfähigen Metall.

Gemäß Fig. 1 ist eine Stützplatte 10 an ihrer Unterseite von einer plattenförmigen Wärmeisolierung abgedeckt. Diese Teile befinden sich mit Abstand oberhalb eines Maschinentisches 14 und einer Auswerferplatte 16. Mit der letzteren sind Auswerfer­ stifte 18 verbunden, die die Teile 10 und 12 durchdringen und die zum Abheben einer herzustellenden Maskenform dienen.

Allgemein mit 20 bezeichnete Formteile bzw. Modelle dienen zum Herstellen der Maskenformen und bestehen aus einer relativ dünnen, mechanisch stabilen, metalli­ schen Hülle 22 und einer in diese eingebrachten, wie eingegossenen, metallischen, gut wärmeleitenden Füllung 24 aus Reinkupfer, in die elektrische Widerstandsheize­ lemente 26 eingebettet sind. Statt dessen können auch Kassetten-Heizplatten 28 mit integrierten Widerstandsheizelementen 26 vorgesehen sein, die sich in direktem Wärme und Körperkontakt an der Rückseite der Formteile 20 befinden. Auch hierbei können die Widerstandsheizelemente in eine in die Kassetten-Heizplatte 28 einge­ brachte, wie eingegossene, metallische, gut wärmeleitende Füllung 24 aus Reinkupfer eingebettet sein.

In einem oberseitigen Sandkasten 30 befindet sich ein zunächst loser Formstoff 32 aus durch Wärme aushärtbarem, kunstharzumhülltem Sand, der die Formteile 20 bedeckt. Wenn diese durch die Widerstandsheizelemente 26 beheizt werden, härtet der an die Formteile angrenzende Formstoff aus, so daß hierdurch sogenannte Mas­ kenformen 34 entstehen. Diese können später nach Entfernen des übrigen losen Formstoffs 32 mittels der Auswerferstifte 18 von den Formteilen 20 abgehoben wer­ den. Diese Maskenformen sind selbsttragende, stabile Halbformen und können zu vollständigen Formen zusammengesetzt sowie mittels spezieller Klebepressen ver­ klebt werden, gegebenenfalls nach Einlegen von Kernen.

Gemäß Fig. 2 weist der Hot-Box-Kernkasten zwei gegenüberliegende Formteile 20 auf, in die metallische Füllungen 24, vorzugsweise solche aus Reinkupfer, mit elektri­ schen Widerstandsheizelementen 26 eingebracht, wie eingegossen, sind. An den Rückseiten der Formteile 20 sind diese von plattenförmigen Wärmeisolierungen 12 abgedeckt. Eine solche Anordnung dient zum Herstellen von Sandkernen aus durch Wärme aushärtbarem Gießereisand als Formstoff 32. Die Sandkerne werden mittels der Auswerferstifte 18 von den Formteilen 20 abgehoben, nachdem diese auseinan­ der gefahren sind.

Gemäß Fig. 3 bilden die Formoberflächen der Formteile 20 die topfförmige Innenseite einer Kokillenform, in der sich unter Abstand ein innenseitig kühlbarer Formkern 36 befindet. Zwischen diesem und dem Formteil 20 entsteht ein Zwischenraum, in den ein im Heißzustand flüssiges Metall als Formstoff 32 eingefüllt wird. Nach dem For­ men, Abkühlen und Herausnehmen liegt ein topfförmiger Kokillengußformling vor.

Auch bei dieser Ausführungsform haben die Formteile 20 jeweils eine relativ dünne, mechanisch stabile, metallische Hülle 22 mit einer rückseitigen Vertiefung, in die eine metallische Füllung 24 mit Widerstandsheizelementen 26 eingebracht, wie eingegos­ sen, ist. Die Rückseiten der Formteile 20 und damit auch der Füllungen 24 sind durch plattenförmige Isolierungen 12 abgedeckt.

Demnach bestehen bei den verschiedenen Ausführungsformen die Formteile 20 je­ weils aus einer dünnen, mechanisch stabilen, die Formoberfläche bildenden Hülle 22 mit der rückseitigen Vertiefung, in die die metallische, gut wärmeleitende Füllung 24 vorzugsweise eingegossen ist. Die Widerstandsheizelemente 26 sind zweckmäßi­ gerweise in Anpassung an die Form der Formoberfläche und in möglichst kleinem Abstand hierzu in die Füllung eingebettet. Vor allem bei dünneren, insgesamt relativ flach konfigurierten Formteilen kann es genügen oder günstiger sein, die Wider­ standsheizelemente 26 direkt an der Rückseite der Formteile 20 anzuordnen, wie in Kassetten-Heizplatten 28, die ähnlich wie die Formteile 20 mit einer metallischen, gut wärmeleitenden und die Heizelemente 26 haltenden Füllung 24 in einer dünnen Hülle 22 ausgebildet sind.

Die beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen eine Verkürzung der Zykluszeit, weil eine sehr schnelle Beheizung auf kürzestem und direktem Wege erfolgt. Außer­ dem läßt sich eine sehr gleichmäßige Temperatur der Formoberfläche erzielen. We­ gen weitgehend unterdrückter Wärmeverluste ergibt sich eine sehr umweltfreundliche energiesparende Betriebsweise.

Claims (22)

1. Beheizbares metallisches Formteil für die Formtechnik zum Formen warm­ aushärtbarer Gießereisande oder für den Kokillenguß von im Heißzustand gießfähigen Stoffen, wobei das Formteil eine mit dem zu formenden Stoff in Berührung kommende Formoberfläche und eine hierzu entgegengesetzte Rückseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Formteil (20) Heizelemente (26) zugeordnet sind, die in einem di­ rekten Wärme- und Körperkontakt mit dem Formteil stehen und die einen möglichst kleinen Abstand von der Formoberfläche haben.

2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (26) in das Formteil (20) eingebettet und/oder direkt an dessen Rückseite angeordnet sind.

3. Formteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizele­ mente (26) als elektrische Widerstandsheizelemente ausgebildet sind.

4. Formteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (26) in Anpassung an die Ausdehnung und Formgebung der Formoberfläche gebogen ausgebildet oder verlegt sind.

5. Formteil nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Heizelemente (26) in Form einer Heizschlange.

6. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (26) als elektrische Widerstandsheizdrähte, -stäbe oder -filme bzw. -matten ausgebildet sind.

7. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (20) an seiner Rückseite wenigstens eine Vertiefung aufweist und daß die Vertiefung mit einer gut wärmeleitenden metallischen Füllung (24) ausgefüllt ist.

8. Formteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (26) in die Füllung (24) eingebettet sind.

9. Formteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (24) aus einem oberhalb der Betriebstemperatur des Formteils (20) verflüs­ sigbaren Metall besteht.

10. Formteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (24) aus Reinkupfer besteht.

11. Formteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (24) aus einer gut wärmeleitenden Legierung, wie einer Kupfer-Legierung, besteht.

12. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der zur Formoberfläche entgegengesetzten Rückseite des Formteils (20) eine Wärmeisolierung (12) vorgesehen ist.

13. Formteil nach Anspruch 12, daß die Wärmeisolierung (12) in Form einer Iso­ lierplatte ausgebildet ist.

14. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Formoberfläche verschleißfest und glatt, wie poliert, ausgebildet ist.

15. Formteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Form­ oberfläche eine chemische Nickelbeschichtung aufweist.

16. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Warmarbeitsstahl oder aus Grauguß besteht.

17. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 16 als Modell zum Herstellen von Maskenformen bzw. Sandhalbformen oder als Kernkastenteil eines Hot-Box- Kernkastens zum Herstellen von Sandkernen aus durch Wärme aushärtba­ rem, kunstharzumhülltem Sand und/oder einem Sand-Kunstharz-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (20) aus einem gut wärmeleiten­ den, verschleißfesten Metall, wie Stahl, massiv ausgebildet ist oder eine metallische, gut wärmeleitende, verschleißfeste Hülle (22), wie eine solche aus Stahl, aufweist, die mit einer gut wärmeleitenden metallischen Füllung (24) aus Reinkupfer oder aus einer gut wärmeleitenden Legierung, wie einer Kupferlegierung, ausgegossen ist.

18. Formteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (26) im Inneren des Formteils (20) in dieses eingebettet, wie eingegossen oder eingelegt, und/oder unmittelbar an der Rückseite des Formteils ange­ ordnet sind.

19. Formteil nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß bewegli­ che, indirekt beheizbare, gut wärmeleitende, verschleißfeste Auswerferstifte (18) zum Abheben einer Maskenform (34) oder eines Sandkerns von dem Formteil zumindest im Bereich ihrer freien Enden massiv aus Metall, wie Reinkupfer oder Kupferlegierung, oder aus einer mit Metall, wie Reinkupfer oder Kupferlegierung, ausgegossenen metallischen Hülle, wie aus Stahl, ausgebildet sind.

20. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (26) in Kassetten-Heizplatten (28) angeordnet sind, die sich in unmittelbarem Wärmekontakt mit der Rückseite des Formteils (20) befinden.

21. Formteil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kassetten- Heizplatten (28) an ihrer Rückseite wenigstens eine Vertiefung aufweisen und daß die Vertiefung mit einer gut wärmeleitenden metallischen Füllung (24) ausgefüllt ist, wie einer solchen aus Reinkupfer oder einer Kupfer- Legierung, in die die Heizelemente (26) eingebettet sind.

22. Formteil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Kassetten- Heizplatten (28) zwischen dem Formteil (20) und einer dieses abstützenden Stützplatte (10) angeordnet sind.