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"Verfahren zum Herstellen von durch Unterdruck stabi-
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lisierten hohlen Gießformen aus rieselfShiger binderfreier interfüllmasse"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von durch Unterdruck stabilisierten
Gießformen aus rieselfähiger hinderfreier Hinterfüllmasse.
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Zur Rerstellun von Gußstücken ist es bekannt, verlorene Modelle aus
Schaumkunststoff zu verwenden. Diese Modelle aus Schaumkunststoff werden von einem
mit Bindemitteln versehenen Formsand umgeben. In das Schaumkunststoffmodell,wird
dann die Metallschmelze eingefüllt mit dem Ergebnis, daß die Metallschmelze das
Schaumkunststoffmodell vergast und dessen Raum einnimmt. Diese als Vollformverfahren
bekannte
Technik hat sich im großen und ganzen bewährt, aber den Nachteil, daß die Oberfläche
der erhaltenen Gußstfjcke rauh ist und vielfach Kerne notwendig sind.
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Es wurde auch schon vorgeschlagen, Schaumkunststoffmodelle in einem
binderfreien Sand ahzugießen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei der Vergasung
des Schaumkunststoffes eine starke Schwindung des Schaumkunststoffmodells eintritt
und daher die Ahmessungen des Gußstiickes nicht den Abmessungen des ursprünglichen
Schaumkunststoffmodells entsprechen.
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Die Erfindung geht von der Aufgahe aus , bei Verwendung von verbrenn-
oder vergasbaren Kunststoffmodellen, insbesondere aus Schaumkunststoff, mit vergleichsweise
geringem technischem Aufwand maßstabsgerechte Gußstücke mit glatter Oberfläche zu
erhalten, wobei zugleich unter Vermeidung von Kernen Gußstücke komplizierter Raumgestaltung
hergestellt werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung
von durch Unterdruck stahilisierten Gießformen aus rieselfähiger binderfreier HinterfUllmasse
erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß als Modell ein verlorenes vergasbares oder verbrennbares
Kunststoffmodell, insbesondere aus SchaumXunststoff, verwendet wird.
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Die Erfindung geht von der Frkenntnis aus, daß bei durch Unterdruck
stahilisierten Gießform aus rieselfähiqer hinderfreier Hinterfüllmasse, inshesondere
Quarzsand, der l¢nterdruck lediq1ich in der Hinterfüllmasse vorhanden ist, aber
innerhalb des Schaumkunststoffmodells ein normaler Druck oder sogar abhängig vom
Schäumverfahren innerhalb der geschlossenen einzelnen Zellen des Schaumkunststoffkörpers
ein gewisser llnterdruck vorhanden ist. Dadurch hält das Schaumkunststoffmodell
die statische Belastung durch die interfüllmasse aus und wird durch diese zusamniengedrickt.
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Das verqasare oder verbrennbare Xunststoffmodell kann als Vollmodell
aus Schaumkunststoff bestehen. Fs ist jedoch auch möglich, dieses aus Scbaumunststoffplatten
in Hohlbauweise zusammenzusetzen, weil der innerhalb des Modells vorhandene wohlraum,
in dem ein üblicher Luftdruck vorhanden ist, ebenfalls durch den durch tlnterdruck
stahilisierten binderfreien Hinterfüllsand nicht zusammengedrijckt wird.
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Um eine Trennung zwischen Normaldruck im Schaumkunststoffmodell und
Unterdruck in der binderfreien Hinterffillmasse zu verbessern, wird in weiterer
erfindungsgemäßer Ausgestaltung vorgeschlagen, daß das Schaumkunststoffiredell,
inshesondere aus Platten und Stäben als Hohlmodell zusammengesetzt, außen mit einer
Kunststoffolie beschichtet wird.
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Die erfindungsgemSße Lösung gestattet vielerlei Akwandlungen. So wird
in weiterer Gestaltung vorgeschlagen, daß auf das Modell ein Überzug aus körnigen,
kleinteiligen, mit kalt- oder warmhrtenden Bindemitteln vermischten Stoffteilchen
aufgebracht wird, die nach der Vergasung bzw.
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Verbrennung des Kunststoffmodells die Oberfläche des Formhohlraumes
bilden. Diese Schale ist abhängig von der Größe des Modells sowie von der Art der
zu vergießenden Metallschmelze, insbesondere deren Temperatur, mehr oder weniger
dick. Bei dieser Lösung ist die Anwendung von Unterdruck im Hinterfüllstoff in vielen
Anwendungsfällen nicht notwendig.
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In Verbindung mit dem Vorschlag, das verlorene Kunststoffmodell mit
einer feuerfesten und der Schmelze gegenüber widerstandsfähigen Beschichtung zu
umgeben, wird weiterhin als vorteilhaft vorgeschlagen, daß vor dem Eingießen der
Metallschmelze in das verlorene Modell der binderfreie Sand erhitzt wird. Die Erhitzung
bewirkt dann, daß das verlorene Kunststoffmodell vergast, so daß es nicht durch
die Schmelze selbst vergast zu werden braucht. Sofern die Temperatur des binderfreien
Formstoffes nicht ausreicht, zur vollständigen oder teilweisen Vergasung des Kunststoffmodells
beizutragen, dann bewirkt die erhitzte Gießform ein gutes Auslaufen der Metallschmelze,
da diese durch die Form nur wenig abgekühlt wird.
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Die Erhitzung des binderfreien Formstoffes kann in der Weise
geschehen,
daß erhitzter hinderfreier Formstoff auf das beschichtete verlorene Modell aufgebracht
wird, Es kann aber auch der binderfreie Fernsteff üblicher C,eErauchstemperatur
in den formkasten oder dergl. Gießgrube eingebracht und innerhalb des Fermkastens
oder der Cießgrube eingehracht und innerhalb des Formkastens oder der ießgrube erhitzt
werden. nies kann durch Flammenerhitzung, aber auch durch elektrische Erhitzung
erfolgen.
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Sofern der binderfreie Hinterfüllstoff in erhitztem Zustand auf das
mit einer Schale versehene verlorene Modell aufgebracht wird, empfiehlt es sich,
diesen bei einem unter Vakuum befindlichen Formkasten ender Formgrube einzufüllen,
damit der auf das Modell ausgeübte Druck nicht so stark ist.
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In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß
nach dem Gießen bei beginnender Erstarrung des Gußstfickes aus dem Formkasten ein
Teil des binderfreien Formstoffes entfernt ird. Dieses Entfernen hat den Zweck,
beim Schrumpfen des Gußstückes Spannungen zu vermeiden. Das Entfernen des binderfreien
Formstoffes erfolgt vorteilhaft aus inneren Bereichen eines hohlkastenartigen Gußstiickes.
Der auf solche Weise aus einem Formkasten entfernte binderfreien Formstoff, der
durch die Gießschmelze erhitzt wurde, ist dann geeignet, in eine nachfolgende Gießform
vor dem Abguß eingebracht zu werden, um hier entweder das Kunststoffmodell
zu
verbrennen oder zu vergasen oder, wie vorheschrieben, ebenfalls die Form so zu erhitzen,
daß die in die Form einfließende Schmelze keine starke Abkühlung erleidet und somit
sehr gut ausläuft. Mit der erfindunesgemäßen Lösung lassen sich somit vergleichsweise
dünnwandige Gußstileke gießen mit Metallen, die keine guten Auslaufeigenschaften
haben.
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Die Erfindung des binderfreien Forinstoffes nach ausreichender Erstarrung
des Gußstückes, so daß die Gußkonturen auf jeden Fall enthalten bleiben, kann durch
verschiedene !taB-nahmen erfolgen. So beispielsweise durch Seiten- oder Bodenöffnungen
des Formkastens. Besonders vorteilhaft erfolgt das Entfernen jedoch durch Absaugen.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist besonderes angewendet in Verbindung
mit der Maßgabe, daß in dem Schaumkunststoffmodell Fäden vorhanden sind, die die
Festigkeit des Gußstückes erhöhen. Bei diesen Fäden, hesonders vorteilhaft in Gestalt
von Geweben mit ausreichendem Abstand zwischen Schuß- und Kettfäden, kann es sich
um solche aus Kohlestoffasern handeln, wie sie als Armierung bei Kunstharzgebilden
verwendet werden. Die Fäden können aber auch mineralische Fäden sein. Schließlichxwird
vorgeschlagen, daß die Fäden Metallfäden sind. So sind es beispielsweise bei einer
Legierung aus Aluminium insbesondere Fäden oder Drähte aus einem Edelstahl. Unabhängig
von der Größe und der Dicke der herzustellenden Gußstücke können diese Gewebe,
insbesondere
auch Draht, die Stärke von Bewährungsmatten haben.
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Sofern in einem Schaumkunststoffmodell oder einem aus Schaumkunststoffplatten
zusammengefügten Modell mit inneren Hohlräumen Drähte, Gewebe oder Matten aus einem
Metall angeordnet sind, dann wird in weiterer erfindungsgemaßer Ausgestaltung vorgeschlagen,
daß die Drähte, Matten oder dergl. vor dem Eingießen des Metalls in die Form elektrisch
erhitzt werden, so daß sie den Schaumkunststoff vergasen oder verbrennen. Sofern
die elektrische Erhitzung nicht so stark sein sollte, daß damit eine vollkommene
Verbrennung des verlorenen Kunststoffmodells stattfindet, dann bewirkt die Erhitzung
der Bewehrung für das spätere GuB-stuck, daß die Gießschmelze nicht so schnell abkühlt,
und somit ebenfalls gute Auslauffähigkeiten hat.
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Die erfindungsgemäße Lösung bewirkt, daß mit einfachen Mitteln sehr
komplizierte und insbesondere dünnwandige Gußstücke herstellbar sind So lassen sich
mit der erfindungsgemäßen Lösung beispielsweise die SchiffsrUmpfe einer Länge von
über 10 m aus einer Aluminium- Siliziumlegierung herstellen, wobei innerhalb des
Gußstfickes vorteilhaft eine Armierung aus Drähten oder einem Gewebe aus rostfreiem
Stahl vorhanden ist. Zur Herstellung des Modells dienen dann Platten oder Folien
aus Kunststoff oder Schaumkunststoff,
zwischen denen die Armierung
vorhanden ist. Nach der Herstellung des verlorenen Modells wird dieses mit einer
feuerfesten Masse beschichtet. Im Anschluß an die Beschichtung erfolgt die Hinterfüllung
mit binderfreiem Formstoff.
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Vorteilhaft wird nach oder während der Füllung in dem hinderfreien
Formstoff ein Unterdruck erzeugt. Anschließend wird der binderfreie Formstoff erhitzt.
Die Erhitzung kann erfolgen durch innerhalb des hinderfreien Fornstoffes vorhandene
Rohrschlangen, durch die die noch erhitzte Luft, beispielsweise von l.o000 C, geleitet
wird. Zugleich oder unabhängig davon werden die Bewährungsdrähte oder Matten aus
Stahl unter Strom gesetzt, so daß sie sich erhitzen und ebenfalls dazu beitragen,
entweder den Kunststoff zu verbrennen oder zu vergasen oder eine Abkühlung der in
die Form einzugießenden Schmelze weitgehend zu verhindern.
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Die Erindung ist in den Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Sie beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausbildungsformen,
vielmehr sind weitere, im Rahmen der Erfindung liegende Abwandlungen möglich. Es
zeigen: Fig. 1 ein verlorenes Modell aus Kunststoff in perspektivischer Darstellung,
Fig. la einen vertikalen Schnitt durch ein abgewandeltes hohlprofilartiges Modell,
Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch eine Gießform,
Fig. 3 die
Cießform nach Fig. 2 entsprechend der dortigen Linie III-III, Fig. 4 einen vertikalen
Schnitt durch eine weitere Gießform, Fig. 5 einen Schnitt durch die Gießform nach
Fig. 4 entsprechend der dortigen Linie - -Fig. 6 die Gießform nach Fig. 4 entsprechend
der dortigen Linie VI - VI, Fig. 7 einen vertikalen Schnitt durch eine weitere Gießtorm,
Fig. 8 in perspektivischer Darstellung zwei Kunststoffplatten mit zwischengelegten
Fäden, Fig. 9 in perspektivischer Darstellung zwei im Abstand hefindliche Schaumkunststoffplatten
mit zwischengelegten Fäden, Fig. 10 in perspektivischer Darstellung zwei Schaumkunststoffplatten
mit zwischengelegten Fäden und einer äußeren Deckschicht aus einer Kunststoffolie.
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Fig. 1 und la zeigen Schaumkunststoffmodelle 10. Nach Fig. 2 ist das
Schaumkunststoffmodell 10 nach Fig. 1 angeordnet in dem Formkasten 11, der oben
durch eine Deckelplatte 12 abgeschlossen ist. Die Deckelplatte kann aus einer Kunststoffolie
bestehen, aher auch aus einem Blech. An dem
Modell 10 aus Schaumkunststoff
ist der Einlauf '3 mit dem Eingußtrichter 14, beide ebenfalls aus Schaumkunststoff,
angeordnet. Der Formkasten 11 hat an der Seite ein I.uftahsaugrohr 15, dem ein Filter
15a zugeordnet ist. An das Absaugrohr 15 ist eine VakuumpumDe angeschlossen, so
daß der binderfreie I!interfüllstoff 16, insbesondere aus Quarzsand, in einem Unterdruck
steht. Da die geschlossenen Zellen des Schaumkunststoffkörpers 10 unter einem tiormaldruck
stehen, übt der unter l!nterdruck stehend }finterffillstoff nur einen geringen statischen
Druck auf das Schaumkunststeffmodell aus, so daß dieses konturentreu bleibt. Die
Schmelze wird in angegebener Pfeilrichtung über den Fingußtrichter 14 eingefüllt.
Sie vergast den Schaumkunststoff und ersetzt diesen. Während dieses Gießvorganges
steht der lsinterfüllstoff 16 unter Unterdruck. Der Unterdruck, der ständig erhalten
wird, so daß auch während des Gießens die Vakuumpumpe läuft, führt zugleich dazu,
daß die Verhrennungsprodukte des Schaumkunststoffes kontrolliert über die Leitung
14 abgeführt und somit so behandelt werden können, daß sie keine Belästigung darstellen.
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Fig. 3 zeigt, daß der Unterdruck im binderfreiem Formstoff zu einem
solchen Zusammenhalt führt, daß die Anwendung besonderer Kerne nicht notwendig,
weil der Unterdruck dem binderfreien Füllstoff eine ausreichende Festigkeit gibt.
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Fig. 4 zeigt, daß das Schaumkunststoffmodell 10 beschichtet ist mit
einer feuerfesten Masse. Darunter wird verstanden eine Beschichtung an sich bekannter
Zusammensetzung, die der Gießschmelze standhält. Bei niedrig schmelzenden Legierungen,
wie Aluminium, kann der Uberzug gipshaltig sein, insbesondere aus Schaumgips bestehen.
Auch Uherzüge aus Stoffmischungen, wie sie zum Feingießverfahren bekannt sind ,
können in hesonders wirtschaftlicher und technisch einfacher Weise als Uberzug auf
das verlorene Modell aufgetragen werden. Die Uberziige können eine geringe, aher
auch größere Casdurchlässigkeit hahen, weil die Gasundurchlåssigkeit des verlorenen
Modells 10 zutolge der geschlossenen Poren den Druckunterschied zwischen Modell
und binderfreien Hinterfüllstoff gibt. So ergibt sich, daß auch der Uberzug zusätzlich
zu der diesen enthaltenen Bindemittel unter Unterdruck stehen wird. Die Gasdurchlässigkeit
des überzuges führt auch dazu, daß sich ein problemloses Gießen ergibt. Das Schaumkunststoffmodell
ist nach Fig. 4 weiterhin mit einem isolierenden oder exothennen Speiseeinsatz bestückt.
Dieser kann auch ein hohlkugelförmiger Speiser 18 sein, der nicht mit einem Uberzug
17 versehen ist.
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Der -eß1auf 43 mit den Eingiißtrichter 14 besteht aus einem hohlen
dünnwandigen Kunststoffrohr. Er ist ebenfalls beschichtet. Sofern die Platte 12
aus einer Kunststoffolie besteht, übergreift sie auch oben den Gießtrichter. Besonders
vorteilhaft
ist in dem Gießtrichter noch eine Sperre aus einem dünnen Metallplättchen 19 vorhanden,
das erst schmilzt, sofern der Gießtrichter mit dem fltissigen Metall gefüllt ist.
Dadurch wird der Unterdruck in der Form bei behalten. In gleicher Weise ist auch
der zylindrische Trichtereinsatz 18 oben durch die Folie abgedeckt.
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Fig. 5 zeigt, daß im binderfreien Hinterfüllstoff 16 Heizelemente
19a angeordnet sind, die aus Rohren bestehen können, durch die Heißluft geleitet
wird. Es können auch elektrische Widerstandsstäbe sein. Fig. 6 zeigt, daß Rohre
19 Bestandteile des Formkastens 11 sind.
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Fig. 7 zeigt die Maßgabe, daß das Modell 10 aus Schaumkunststoffplatten
10a und 10b zusammengesetzt ist, zwischen denen sich Fäden, Drähte oder ein Gewebe
aus Kohlenstoffasern, Mineralfasern oder metallischen Drähten angeordnet ist. Sofern
beispielsweise eine Aluminiumgußlegierung verwendet wird, so empfehlen sich Fäden
oder ein Gewebe aus Kohlenstoffäden oder aus Edelstahl. Das Schaumkunststoffmodell
ist somit mit Fäden, Drähten oder dergl. armiert. Diese Armierung erhöht zunächst
die Steifigkeit des verlorenen Modells. Da aber später der Schaumkunststoff durch
die Metallschmelze ersetzt wird, entweder unmittelbar oder mittelbar, sind die Fäden,
Drähte oder dergl. später die Armierung des Gußstückes. Eine solche Armierung ist
vorteilhaft, sofern der Gußwerkstoff keine großen mechanischen Flüssigkeiten hat
wie es beispielsweise beim gut vergießbaren Aluminium-
Seliziumlegierungen
der Fall ist. In diesen Fällen empfiehlt es sich, eine Armierung aus Kohlenstoffäden
oder vorteilhaft aus einem Gewebe aus Edelstahl zu verwenden. Die Legierung ist
aber auch bei anderen metallischen Werkstoffen von Vorteil. So können beispielsweise
Legierungen aus Gußeisen eine Armierung aus Stahl haben. Die auf solche Weise hergestellte
Armierung von Gußstücken mit unabhängig von der Beschichtung des verlorenen Modells
oder der Anwendung von Unterdruck im Hinterfüllstoff 16.
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Nach Fig. 7 ist das verlorene Modell 10, 10b ebenfalls mit einer Beschichtung
versehen. Nach dem dortigen Ausführungsbeispiel werden die aus Metall bestehenden
Drähte elektrisch so erhitzt, daß sie den Schaumkunststoff vergasen oder verbrennen.
Es wird dann der Formhohlraum durch die Beschichtung 17 aufrechterhalten. Sofern
keine Vergasung des Schaumkunststoffes erfolgt, wird in das Schaumkunststoffmodell
hineingegossen.
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Um nach dem Gießen eine ungehinderte Schwindung des Gußstückes zu
erreichen, wird über eine Ahflußleitung 21 der binderfreie Stoff 16 abgesaugt und
einem nachfolgenden Formkasten zugeführt, damit die Hitze des binderfreien Hinterfüllstoffes
dazu beitrage, daß eingebettete verlorene Modell aus Kunststoff zu vergasen oder
zu verbrennen.
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Dadurch ist eine zu den Fig. 5 und 6 beschriebene besondere
Erhitzung
des hereits eingefüllten Hinterfüllstoffes nicht notwendig.
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Fig. 8 zeigt, daß das verlorene Modell aus Schaumkunststoff aus Platten
iOa und lob zusammengesetzt ist, zwischen denen sich eine Bewehrungsmatte aus Stahidrahten
befindet. Die Platten 10a und 10b sind miteinander verklebt.
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Fig. 9 zeigt, daß die Platten 10a und 10b in einem Abstand zueinander
angeordnet sind und zwischen diesen aus Schaumkunststoff bestehende Leisten 21 und
21a vorhanden sind.
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An den einander zugekehrten Seiten der Platten loa und lob sind Matten
aus Fasern oder Drähte vorhanden, so daß insgesamt zwei solcher im Abstand befindlicher
Matten vorhanden sind. Durch entsprechenden Aufbau eines verlorenen Modells aus
mehreren Platten können auch mehrere solcher Lagen vorhanden sein. Bei aneinander
anschließenden Platten aus Schaumkunststoff überlappen sich dann vorteilhaft die
Bewehrungsmatten.
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Fig. 10 zeigt, daß auf der Schaumkunststoffplatte 10a, die die Außenkontur
des verlorenen Modells gibt, noch eine Kunststoffolie 22 aufliegt, die zu einer
sehr glatten Gußoberfläche führt, unabhangig davon, ob sie nun entsprechend Fig.
2 nicht mit einer Beschichtung versehen ist oder entsprechend Fig. 4 mit einer weiteren
Beschichtung 17 versehen ist.
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Diese Folie aus Kunststoff ist zugleich eine "Trennwand" zwischen
unter Unterdruck stehenden Hinterfüllstoff und Schaumkunststoffmodell, sotern ein
Unterdruck Anwendung finden sollte, der in vielen Fällen nicht notwendig ist.
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e e r s e i t e