EP3310508B1

EP3310508B1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von formstoff-formen für den metallguss

Info

Publication number: EP3310508B1
Application number: EP16731979.7A
Authority: EP
Inventors: Frank Iburg
Original assignee: Kuenkel Wagner Germany GmbH
Current assignee: Kuenkel Wagner Germany GmbH
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2020-02-12
Anticipated expiration: 2036-06-15
Also published as: US20190193144A1; CN108200764B; CN108200764A; EA035330B1; UA123500C2; WO2016203394A1; EP3310508A1; EA201792461A1; DE102015109805A1

Description

Diese Offenbarung (und Ansprüche) betreffen ein Verfahren zum Herstellen einer Formstoffform mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Mindestfestigkeit für den Metallguss. Dabei wird ein Formmaterial in einem Formkasten eingegeben und das Formmaterial in dem Formkasten verdichtet. Die Verdichtung erfolgt erfindungsgemäß in zwei Schritten, einem ersten Schritt in dem der Formkasten über eine erste Wegstrecke zu einem Anschlag mit einem Presshaupt bewegt wird und einem zweiten Schritt, in dem das Formmaterial über eine zweite Wegstrecke in eine Endposition bewegt und dabei weiter verdichtet wird. Eine Länge der zweiten Wegstrecke ist abhängig von einer Beschaffenheit des Formmaterials.
Formstoffe oder Formmaterialien, die bei der Herstellung von Formstoffformen für den Metallguss Verwendung finden, haben auf der Seite der Krafteinleitung nach der Verdichtung eine höhere Formfestigkeit, als auf der - der Krafteinleitung abgewandten - Seite. Dabei sind die Unterschiede in den Formfestigkeiten proportional zu den an den jeweiligen Bereichen wirkenden Kräften. Dieser Effekt ist dadurch begründet, dass die Kräfte aus der krafteinleitenden Seite unter dem Schüttwinkel des zu verdichtenden Formstoffes übertragen werden. Das heißt, die Kräfte stützen sich anteilig an seitlichen Begrenzungen durch Reibung ab, beispielsweise an einer Formkastenwand oder an hoch- oder aufstehenden Modellkonturen.
Diese ungleiche Wirkung der Kräfte führt zu einer unterschiedlichen Verdichtung des Formstoffes in dem Formkasten. Dies wiederum resultiert in einer uneinheitlichen Festigkeit der Formstoffform. Um diese Unterschiede in der Formstoffverdichtung zu verringern oder auszugleichen wurden seit den 60er Jahren diverse Vorverdichtungsverfahren entwickelt. Dadurch wurden die Verdichtungsunterschiede zwischen der Formstoff-Formseite, in welche die Kraft eingeleitet wird, und der gegenüberliegenden Seite verringert. Als Ergebnis wird die durchschnittliche Formfestigkeit der Formstoffform verbessert.
Die durch die Nachverdichtung erreichte Qualitätsverbesserung der Formstoffformen, das heißt, die dadurch bewirkte bessere Verdichtung des Materials in Bereichen entfernt von der Krafteinleitung, haben aber nicht zu einer konstanten Formfestigkeit oder Qualität der Formstoffformen geführt, die wünschenswert ist, um auf Dauer Produkte hoher Qualität mit einem geringen Ausschuss zu produzieren.
DE 44 25 334 C2 (DIS, Dansk Industrie), dort Spalte 1, Zeilen 38 bis 45, möchte die Oberfläche der Form hart genug gestalten. Es ist dort zwar nicht die Kraft, sondern der Druck genannt, der gleichwohl bei gleicher Fläche auch Kraft bedeutet. Dieser Vorschlag im Stand der Technik arbeitet indes nicht mit einem Formkasten und einer darin angeordneten Modellplatte (auf der das Modell steht und die gegenüber dem Formkasten verfahren wird), sondern mit der Verdichtung von eingeschüttetem Sand in eine Formkammer, dort Spalte 2, Zeilen 29 bis 39. Jede der dortigen Pressplatten 3, 8 hat ein Modell 4, 5 an ihrer Oberfläche, die lateral aufeinander zu bewegt werden, sodass der eingefüllte Formsand in der Formkammer verdichtet wird und das gewünschte Formteil (Gussformteil) gebildet wird.
DE 602 17 205 T2 (Sintokogio ) hat eine ähnliche Aufgabenstellung, befasst sich mit den Eigenschaften des Formsandes und hat erkannt, dass unterschiedliche Formsande unterschiedliche Eigenschaften besitzen und daher Ausgleichsregelungen erforderlich sind, um die im dortigen Absatz [06] umschriebene gleichmäßige Höhe der Sandform zu erreichen, dazuhin unter besten Verdichtungsbedingungen. Die bestmögliche Umschreibung findet sich dort in der Abfolge der Absätze [042] bis [045]. Ein Drucksensor ist indes nur in Absatz [69] genannt und er hat die Aufgabe, zwischen der ersten Phase der Verdichtung (dem im Absatz [042] genannten primären Verdichten) und der zweiten Phase der Verdichtung (die im Absatz [043] genannte sekundäre Verdichtung) zu unterscheiden, was sich dort im Anspruch 5 wiederfindet. Der Drucksensor veranlasst die Umschaltung vom primären Verdichten auf das sekundäre Verdichten.
Es besteht Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von Formstoff-Formen für den Metallguss, das gleichmäßiger verdichtet, wodurch die Formfestigkeit der Formstoff-Form verbessert werden soll. Dies erreicht - effektiver als bisher - eine gleich bleibend hohe Qualität der Metallgussprodukte und reduziert die Anzahl schadhafter Formstoffformen (und Gussteile). Bedarf besteht weiterhin an einer Anlage zu einer Herstellung von Formstoffformen mit - langfristig gesehen - gleich bleibender Qualität der Formen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bessere Formen für den Metallguss herzustellen und die Komplexität der Herstellung nicht anwachsen zu lassen. "Besser" kann so umschrieben werden, dass es dauerhaft, auch bei Änderung oder Wechsel der Qualität, zumindest einer von mehreren Eigenschaften des Formstoffs, eine an der Oberfläche gleich harte Form aus dem Formstoff ist.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gelöst (Anspruchs 1), aber ebenso mit der Vorrichtung (Anspruchs 14). Diese werden hier ganzheitlich einbezogen.
Das auch beanspruchte zweistufige Verfahren besitzt einen ersten Schritt und einen zweiten Schritt und für den zweiten Schritt gibt es eine zweite Wegstrecke, die nach dem dritten Merkmal eingestellt wird, respektive verändert wird. Eine Veränderung ist erforderlich, wenn sich eine Eigenschaft des Sandes verändert. Ändert sich am Sand nichts, ist auch kein Regeleingriff vorgesehen. Das ist der sog. "eingeschwungene Zustand" der hier gegebenen Regelstrecke. Eine Messung eines vorhergehenden Verdichtungsvorgangs nimmt auf den nächsten Verdichtungsvorgang (oder einen der folgenden Verdichtungsvorgänge) regelnd Einfluss.
Die beanspruchte Erfindung arbeitet als Arbeitsverfahren jeweils gänzlich anders als der Stand der Technik. Es ist eine andere Führungsgröße vorgesehen, namentlich die Kraft, die für die Qualität und Härte der Form einer vorhergehenden Abformung ermittelt wurde, und stellt den Weg für die folgenden Abformungen nach, der vor dem Anheben der Modellplatte als zweite Wegstrecke gegeben ist.
Der zweite Abstand wird eingestellt oder der Fachmann würde sagen "ist eingestellt", wenn der Formkasten oben an dem Presshaupt anliegt. Dann gibt es praktisch keine weitere Aufwärtsbewegung für die von unten arbeitende Pressvorrichtung. Dann erfolgt die Bewegung, es wird, insbesondere nur, die Modellplatte von der Pressvorrichtung weiter aufwärts bewegt, der Formkasten selbst kann nicht weiter bewegt werden, aber die Modellplatte wird eine zweite Wegstrecke bewegt, um ein Ziel zu haben, namentlich den unteren Rand des Formkastens.
Diese zweite Wegstrecke wird abhängig von einer Kraft eingestellt. Diese Kraft ist repräsentativ für die Härte der Form an der Oberfläche und wird von der Erfindung als Führungsgröße verwendet, aus der sich der notwendige Weg in der zweiten Abformung ergibt. An sich ist es eine Festigkeits- oder Härteregelung der Sandoberfläche über eine Vorgabe des Modellhubs als übergeordnete Regelung. Das wird gemäß der Erfindung nicht im gleichen Vorgang erreicht, sondern zeitversetzt nach Ende der vorigen Abformung. DE 602 17 205 T2 zeigt einen Kasten, der eine Positionsregelung verlangt. DE 44 25 334 C2 offenbart keinen Kasten, also gibt es das Kriterium der zu erreichenden Position relativ zum Kasten hier nicht.
Im Beispiel wird das sehr anschaulich: zwei gleiche Wege, im Beispiel S2 von ca. 5mm, bei zwei unterschiedlichen Verdichtungskurven (Kraft-Weg-Charakteristiken der beiden verschiedenen Sande) erbringen eine sehr unterschiedliche Kraft. Damit erbringen sie auch eine sehr unterschiedliche Festigkeit, z.B. das rechte Bild der Figur 8a. Die Erfindung wird hier nachregeln, und diese Differenzregelung zeigt im Beispiel die Figur 8 im rechten Bild. Der Weg wird so nachgestellt werden, dass am Ende des Weges die Kraft bestmöglich erreicht ist.
Die Zielführung hat also einen doppelten Aspekt, es muss eine Kraft erreicht werden, und diese Kraft muss zu einem Zeitpunkt erreicht werden, wenn die Modellplatte die Unterkante des Formkastens erreicht. Dazuhin ist dies wiederholgenau auszuführen.
Fasst der Fachmann das Problem anders auf und geht er von unterschiedlichen Sanden aus, die eine unterschiedliche Weg-Kraft-Charakteristik haben, so ergibt sich für die Erfindung die Notwendigkeit der Veränderung des Weges, damit am Ende der Verdichtung die Kraft (Härte oder Festigkeit) passend ist. Würde der Fachmann anders arbeiten und nur auf eine Kraft regeln, würde der Weg nicht stimmen, wenn er von Veränderungen von Eigenschaften des unterverdichteten Formstoffs (Formsand) ausgeht. Erfindungsgemäß werden beide Ziele erreicht und als Grundlage verwendet die Erfindung die oder eine der vorhergehenden Messungen der Kraft am Ende der zugehörigen Verdichtung.
Ergebnisorientiert kann gesagt werden, dass die Kraft zu hoch sein kann, wenn die Unterkante des Formkastens erreicht ist. Dann ist sie nutzlos, auch ein längeres Anliegen dieser Kraft über einen Zeitgeber nach DE 602 17 205 T2 würde nichts verbessern. Ist die Kraft aber zu gering, weil sich der Sand zu leicht verdichten ließ, ist am Ende des (angenommen fest eingestellten) Hubes die mögliche Festigkeit der Sandoberfläche noch nicht ausgereizt.
Die Erfindung kann also aus mehreren Richtungen betrachtet werden, und dabei ist es kein Naheliegen aus dem Stand der Technik, wenn der Stand der Technik als Ende seines Prozesses auch das Angleichen der Modellplatte an der Unterkante oder Unterseite des Formkastens orientiert. Für die Fertigung einer vernünftigen oder brauchbaren Form ist dies zwingend notwendig, aber wie diese Notwendigkeit erreicht wird, ist erfindungsgemäß anders, und zwar grundlegend anders als der Weg, den DE 602 17 205 T2 dazu vorschlägt.
Ausgestaltungen der beanspruchten Grunderfindungen sind von den Unteransprüchen erfasst. Sie können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und erläutert die Erfindung zusätzlich.
Bei dem körnigen, fließfähigen Formstoff (auch Formsand, Formmaterial, später vereinfachend "Formstoff" genannt), aus dem die Formstoffformen für den Metallguss hergestellt werden, handelt es sich in der Regel um Betonit gebundene Formstoffe, kurz auch "Sand" genannt. Das Formmaterial wird in einem Kreislauf immer wieder verwendet, wobei das Ausgangsmaterial sich mit der Zeit mit zum Beispiel Kern- oder Grünsand (neuwertiger Sand), aus dem Einlagenkern(e) für die herzustellenden Gussteile gebildet sein können, und Feinstoffanteilen, wie zerriebenen Sandkörnern, in einer nicht deterministischen Weise vermischt. Dieses Gemisch von reinem Formmaterial, Grünsand oder gebrauchtem Kernsand und Feinstoffen verändert die Eigenschaft des Formstoffs.
Der Formstoff kann auch eine unterschiedliche Korngrößenverteilung aufweisen, die unmittelbaren Einfluss darauf hat, wie viel Kraft aufgebracht werden muss, um das Formmaterial auf einen Zielwert zu verdichten. In der Praxis werden die Formmaterial-Eigenschaften einer Materialcharge mit einem Standardtest ermittelt. Bei diesem Test wird ein Normbehälter mit Material gefüllt und mittels eines Stempels mit einer vorgegebenen Kraft verdichtet. Die Eindringtiefe des Stempels in den Normbehälter wird gemessen, wenn die vorgegebene Kraft erreicht ist.
Der gemessene Wert, das heißt die Wegstrecke, die der Stempel in den Normbehälter eindringt, ist der Wert, der in Anlagen des Stands der Technik als konstanter Wert für die Nachverdichtung der Formstoffformen, die aus dem Material der einen Materialcharge hergestellt werden, eingestellt wird.
Dabei wird nicht berücksichtigt, dass der Kraftverlauf über dem Weg nicht eine Konstante ist, sondern sich je nach spezifischen Eigenschaften des Formmaterials jeder einzelnen Formstoffform ändert. Die Figur 1 zeigt das Ergebnis von mehreren Messungen von Formmaterial einer Materialcharge. Es ist gut zu erkennen, das bei einer vorgegebene Kraft von 3.000N, mit der der Stempel in den Normbehälter eingedrückt wird, die Eindringtiefe des Stempels in den Normbehälter zwischen ca. 12mm und über 50mm variiert.
Eine Erfindung betrifft das Verfahren zum Herstellen einer Formstoffform für den Metallguss mit einer vorgebbaren Mindestfestigkeit der Form.
Bei dem Verfahren wird Formstoff (körniges Formmaterial) in einen Formkasten eingefüllt und das Material in dem Formkasten in einer Formanlage verdichtet. Die Verdichtung erfolgt in zwei Schritten.
In einem ersten Schritt wird der Formkasten mit dem eingefüllten Formstoff von einer Pressvorrichtung über eine erste Wegstrecke zum Anschlag an ein Presshaupt bewegt. Das Presshaupt ist im Regelfall oberhalb des Formkastens angeordnet, sodass der Formkasten von unten gegen das Presshaupt gedrückt wird.
Das Presshaupt kann einen Stempel oder Vielstempel, der von dem Presshaupt in Richtung des Formkastens abragt, aufweisen. Der Stempel oder Vielstempel wird während des ersten Schritts in einer vorgegebenen Position festhalten und dringt in dieser Position während des ersten Schritts in das in den Formkasten zuvor eingefüllte Formmaterial ein. Weniger bevorzugt kann der Stempel oder der Vielstempel während des ersten Schritts aktiv in Richtung des Formkastens gedrückt werden.
In einem zweiten Schritt wird die Modellplatte mit dem Modell (bei stationärem Formkasten) durch die Pressvorrichtung über eine zweite Wegstrecke in eine Endposition zur Verhärtung oder Verdichtung (Erstellung) der Formstoffform bewegt. Dabei wird die zweite Wegstrecke in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Formmaterials variiert, insbesondere für jeden Formkasten bevorzugt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Formmaterials automatisch eingestellt. Bevorzugt ergibt sich die neue Einstellung des aktuellen Vorgangs der Verdichtung aus der Messung der Kraft des vorherigen Verdichtungsvorgangs.
Das heißt, dass für jede (kommende) Formstoffform eine individuelle, von der Zusammensetzung des Formmaterials abhängige zweite Wegstrecke ermittelt und diese zweite Wegstrecke an der Formanlage für jede nächste Formstoffform individuell eingestellt wird. Umfasst ist auch der Fall, dass zwischen zwei oder mehreren Formstoffformen die zweite Wegstrecke nicht verstellt werden muss, weil das Formmaterial für die zwei oder mehreren aufeinander folgenden Formen eine gleiche oder zumindest im Wesentlichen gleiche Zusammensetzung hat. Dabei hat das Verfahren aber auch die Fähigkeit, die Verstellung des Weges (des zu fahrenden Hubes des Stempels) zu veranlassen, wenn sich eine Abweichung in zumindest einer Eigenschaft des Formstoffs ergibt. Das ist Sinn einer Regelung, die nur eingreift, wenn eine Nachstellung erforderlich ist, also eine Regeldifferenz gemessen wurde.
Die Regelung erreicht damit beiden, die Einstellung der Kraft am Ende des Verdichtens, welche Kraft die Qualität der Form bestimmt (deren Härte an der Oberfläche). Und den Hub, der zum Erreichen der Unterkante des Formkastens notwendig ist, zumindest im Wesentlichen mit einer Toleranz von maximal ±5% der Höhe des Formkastens (als bestmögliches Vergleichsmaß).
Am Ende der Verhärtung oder Verdichtung muss keinen Zeitpunkt umschreiben. Es kann einen zeitlichen Bereich aufspannen, der vom Zeitpunkt des Endes der Verdichtung beim Erreichen der Unterkante des Formkastens bis höchstens der Dauer des Formtaktes oder Abtasttakts der Regelung (T) reicht. In diesem Bereich tritt keine oder keine spürbare Veränderung der Formhärte ein; eine Messung der Kraft der Verdichtung kann also unmittelbar dann erfolgen, wenn die Kraft noch anliegt (Ende der Verdichtung) oder ein wenig später liegen, mit einem anderen Messgerät ermittelt werden, welches die Formhärte an der Oberfläche ermittelt, dies aber bevor die nächste Pressung (Verdichtung) einsetzt. Lässt man der Regelung mehr Zeit, nimmt also mehr abgeformte Formkästen zwischen Messung der Formhärte und Nachstellung des Abstands s in Kauf, ist die Regelung noch immer funktionsfähig, hat nur eine interne eingefügte Laufzeit (eine Totzeit im Sinne der Regelung). Im Beispiel wird die Festigkeit an der ersten verdichteten Form gemessen, aber erst für die vierte zu verdichtende Form als Regelgröße verwendet. Dabei liegen zwei abgeformte Formkästen zwischen Messung und Änderung der Wegstrecke für die kommende Verdichtung (Kasten 4 wird gemessen, Kästen 3 und 2 dazwischen, Kasten 1 wird gerade verdichtet und dazu wird die Messung von Kasten 4 und seiner Formstoffform verwendet). Danach wird Kasten 3 gemessen und hat Einfluss auf Kasten 0, usw.
Im ESB dieser Regelung wirkt sich eine solche Totzeit in erster Näherung wie ein PT1-Glied aus, also eine Verzögerung, die zwar nicht so direkt zu regeln erlaubt, wie eine unmittelbar nach der Abformung verwendete Einwirkung des Messwerts (Kasten 1 auf Kasten 0) und des Regelfehlers auf den der Messung folgenden Verdichtungsvorgang, indes ist auch diese Art der Regelung noch immer funktionsfähig.
Während des zweiten Schritts können der Stempel oder Vielstempel des Presshaupts wie zum ersten Schritt beschrieben gehalten oder bewegt werden. Nach Beendigung des zweiten Schritts, das heißt nach Beendigung eines Presshubs der Pressvorrichtung kann der Stempel oder den Vielstempel mit einem erhöhten Druck in das Formmaterial gedrückt werden.
Dass hier von einer ersten Wegstrecke und einer zweiten Wegstrecke die Rede ist, bedeutet, dass der Formkasten zuerst über die erste Wegstrecke bewegt, am Ende der ersten Wegstrecke gestoppt und anschließend für die zweite Wegstrecke die Modellplatte bewegt wird.
Bevorzugt kann es sein, dass der Formkasten in einer kontinuierlichen Bewegung die erste Wegstrecke und die zweite Wegstrecke durchläuft. Dabei kann die Einstellung der zweiten Wegstrecke erfolgen bevor die Bewegung der Modellplatte respektive die zweite Bewegung der Pressvorrichtung startet und/oder während sich der Formkasten entlang der ersten Wegstrecke bewegt.
Die Verdichtung des Formstoffs durch die Pressvorrichtung und/oder das Presshaupt kann insbesondere mittels wenigstens eines Sensors respektive eines Drucksensors ermittelt oder gemessen werden. Der Sensor kann in oder nahe einem in Bezug auf die Formfestigkeit kritischen Bereich der Formstoffform angeordnet sein. Der Sensor kann zum Beispiel Teil des Formkastens sein, insbesondere in eine Innenwand des Formkastens integriert sein, sodass er unmittelbar den auf das Formmaterial übertragenen Druck an dieser Stelle oder in diesem Bereich erfasst. Bei größeren Gussteilen oder Gussteilen mit komplizierter Geometrie können mehrere Sensoren an entsprechenden kritischen Stellen vorhanden sein.
Bei dem oder einem Sensor kann es sich alternativ um einen optischen Sensor handeln, der in einem Bereich innerhalb des Formmaterials die Verdichtung des Formmaterials misst; zum Beispiel um einen Lasersensor, dessen Eindringtiefe in das Material einstellbar ist.
Schließlich kann es sich bei einem oder dem Sensor um einen Schall-Impuls Sensor, wie beispielsweise Sonar, handeln, der mittels Schallwellen einen Grad an Materialverdichtung in dem Formstoff-Formteil oder einem Bereich des Formstoff-Formteils erfasst.
Die von dem Drucksensor gemessene, in das Formstoffformteil eingeleitete Kraft wird in ein Signal umgewandelt, das über Kabel oder kabelfrei einer Steuerung zugeleitet wird. Bei der Steuerung kann es sich um eine zentrale Steuerung der Formanlage handeln, bevorzugt handelt es sich um eine lokale Steuerung mit der die empfangenen Signale schneller verarbeitet werden können, als in den Standardsteuerungen der zum Teil bereits 30 Jahre alten Formanlagen.
Die Steuerung kann über einen Speichermedium verfügen, in dem ein Sollwert oder Grenzwerte eines Sollbereichs für die gemessene eingeleitete Kraft hinterlegt sind. Ein in der Steuerung beispielsweise in einem Rechner abgespeichertes Programm kann einen Algorithmus aufweisen, mit dem der vom Sensor empfangene Wert mit dem Sollwert oder den Grenzwerten in dem Speichermedium verglichen und eine eventuelle Abweichung des gemessenen Ist-Wertes von dem vorgegebenen Sollwert oder Sollbereich festgestellt werden kann.
Das im vorgehenden Abschnitt Ausgeführte gilt - mutatis mutandis - auch für den Fall, dass es sich bei dem Sensor um den optischen oder den Schall-Impuls Sensor handelt. Auch in diesen Fällen können ein Sollwert oder ein Sollwertebereich mit klar definierten Grenzwerten in der Steuerung respektive dem Speichermedium als Vergleichswerte für die aktuelle Ist-Wertmessung hinterlegt sein.
Wird eine Abweichung zwischen aktuell gemessenem Ist-Wert und hinterlegten Soll- oder Grenzwert festgestellt, kann aus dieser Abweichung durch einen Algorithmus ein Korrekturwert errechnet werden. Dieser Korrekturwert kann dann in ein Signal umgewandelt werden und das Signal kann an ein Stellglied der Formanlage gesendet werden, das eine Länge der zweiten Wegstrecke verändert, das heißt, die zweite Wegstrecke verlängert oder verkürzt.
Dabei kann die zweite Wegstrecke unabhängig von der Größe der Abweichung um eine vorgegebene Wegstreckenlänge, beispielsweise 0,5mm, 1mm, 1,5mm oder jede beliebige andere Wegstreckenlänge verstellt werden. Das heißt, das Stellsignal gibt nur eine Richtung einer Verstellbewegung des Stellglieds und eventuell eine Anzahl von notwendigen Wegstreckenlängenänderungsschritten vor, jedoch nicht einen absoluten Wert der Wegstreckenlängenänderung.
Alternativ kann die Steuerung die Wegstreckenlängenänderung in Abhängigkeit von dem berechneten Korrekturwert bestimmen, das heißt, dass Stellsignal gibt in diesem Fall eine Richtung der Verstellbewegung des Stellglieds und ein Maß der Verstellbewegung des Stellglieds vor.
Bei dem vorgegebenen Sollwert oder dem vorgegebenen Sollwertbereich kann es sich um einen von einem Bediener in die Steuerung eingegebenen Wert handeln, oder um einen korrigierten Wert, der von der Steuerung bei der Erstellung oder Produktion für die Formstoffform ermittelt wurde, die unmittelbar vor der aktuellen Messung hergestellt wurde.
Letzteres bedeutet, dass beim Start der Herstellung der Formstoffformen, das heißt, vor Beginn der Verdichtung der ersten Formstoffform einer Produktion, in die Steuerung ein Sollwert eingegeben wird. Dieser Sollwert wird dann in der Steuerung mit dem Ist-Messwert der ersten Formstoffform verglichen und eventuell korrigiert. Der gemessene Ist-Wert oder der von der Steuerung berechnete korrigierte Wert dienen dann dem Ist-Wert der zweiten Formstoffform der gleichen Produktion als vorgegebener Sollwert, usw. Bei der n-ten Formstoffform der laufenden Produktion dient dann der gemessene Ist-Wert oder der durch die Steuerung berechnete Korrekturwert für die n-1te Formstoffform als Sollwert mit dem die Ist-Wertmessung der n-ten Formstoffform verglichen wird.
Schließlich kann der Korrekturwert auch aus Informationen über das Formmaterial für die gerade zu erstellende Formstoffform ermittelt werden. Zum Erhalt dieser Informationen kann beispielsweise das Formmaterial beim Einfüllen in den Formkasten gescannt werden, so dass eine minimale, mittlere und maximale Korngröße des Formmaterials sowie deren Volumenanteil in dem Formmaterial ermittelt werden kann. Aus diesen Informationen, ergänzt durch weitere Informationen wie Temperatur, Feuchte etc. des Formmaterials, kann dann eine kraft errechnet werden, die notwendig ist, um eine Formstoffform mit einer vorgegebenen Festigkeit Herzustellen.
Werte, wie die Temperatur und die Feuchte können auch mit in die Berechnung einfließen, wenn wie oben beschrieben, die eingetragene Kraft mittels eines Sensors ermittelt wird.
Eine weitere Erfindung betrifft eine Formanlage für abgussfähige Formen aus einem körnigen Formmaterial (Formstoff), zum Beispiel betonit-gebundener Formsand, für den Metallguss.
Die Formanlage umfasst eine Pressvorrichtung zum Ausüben von Druck auf die entstehende Formstoffform oder Gussform, mit einem Formkasten zur Aufnahme der Form und einem Füllrahmen zur Aufnahme eines oberen Anteils von Formstoff für die Form. Die Formanlage umfasst weiterhin ein Presshaupt mit wenigstens einem Formstempel, der einen vom Antrieb der Pressvorrichtung entkoppelten Antrieb umfassen kann, und einen linear verfahrbaren Hubzylinder. Das Presshaupt ist in eine Schließrichtung der Pressvorrichtung vor (meist unter) dem Formkasten angeordnet und wird von der Pressvorrichtung nicht bewegt. Das heißt, dass die Pressvorrichtung beim Schließen (dem Beginn des Verdichtens) den (gefüllten) Formkasten, den Füllrahmen, den Modellplatten-Träger mit dem aufliegenden Modell zusammen auf das Presshaupt zu bewegt. Erreicht der Füllrahmen der Rahmen des Presshaupts bleibt der Formkasten stationär. Dann wird die Modellplatte mit dem Modell relativ zum Formkasten bewegt, bis die dessen Unterkante erreicht. Das ist eine notwenige Bedingung, zumindest muss dies im Wesentlichen erfüllt sein. Die Formstoffform sollte unten mit dem unteren Rand des Formkastens abschließen.
Das Presshaupt umfasst wenigstens einen, bevorzugt mehrere auf der inneren Fläche des Formkastens verteilte Formstempel, wobei der zumindest eine Formstempel in einer Position relativ zu dem Formkasten festgestellt wird oder der Formstempel durch einen Antrieb aktiv in den Formstoff für die zu verdichtende Form gedrückt wird, während der Formkasten gegen das Presshaupt bewegt wird und/oder nachdem der Formkasten in Anschlag mit dem Presshaupt gekommen ist. Bevorzugt umfasst das Presshaupt mehr als einen Formstempel, wobei die mehreren Formstempel einen Vielstempel bilden können.
Die Formanlage umfasst weiterhin ein mit der Pressvorrichtung oder dem Formkasten gekoppeltes Stellglied mit einem Linearantrieb der von einem Antrieb der Pressvorrichtung entkoppelt ist. Die möglichen Wirkrichtungen des Linearantriebs des Stellglieds und des Antriebs der Pressvorrichtung können gleichgerichtet sein. Dass der Linearantrieb des Stellglieds vom Antrieb der Pressvorrichtung entkoppelt ist, bedeutet insbesondere, dass das Stellglied relativ zu der Pressvorrichtung linear in und gegen die mögliche Bewegungsrichtung der Pressvorrichtung verfahren werden kann.
Eine Steuerung stellt über das Stellglied einen Abstand (s₁) zwischen der Pressvorrichtung (2) und dem Formkasten ein, wenn der Formkasten an dem Presshaupt oder einem Rahmen des Presshaupts anliegt. Diese "wenn" ist nicht im Sinne einer zeitlichen Zuordnung bei der beanspruchten Formanlage zu lesen. Es ist die Möglichkeit zu der diese Einstellung vorliegen soll, wenn die Verdichtung anschließend erfolgt. Die Veränderung kann auch von dem Anliegen an dem Presshaupt oder einem Rahmen des Presshaupts erfolgen, sie kann auch beim ersten Hub schon eingestellt werden, hat also einen ganzen zeitlichen Bereich, nur auch ein strukturelles Ende, zu dem sie spätestmöglich eingestellt sein sollte, um noch Wirkung zu haben.
Ein Verstellweg des Stellglieds kann zwischen 20mm und 100mm liegen, bevorzugt liegt der Verstellweg zwischen 30mm und 90mm, besonders bevorzugt zwischen 40mm und 80mm. Der Verstellweg richtet sich nach der Höhe des Formkastens respektive der Größe der Füllstoffform oder des mit der Form zu erzeugenden Gussteils. Der Verstellweg kann auch größer oder kleiner als der bevorzugte Verstellweg sein.
Durch die Verstellung des Stellglieds wird eine Gesamtwegstrecke verändert, die die Pressvorrichtung beim Herstellen der Gussform aus einer Ausgangsposition, in der der Formkasten nicht in Anschlag mit dem Presshaupt ist, in eine Endposition, wo der Pressvorgang für die Herstellung der Gussform beendet ist, zurücklegt. Durch das Stellglied kann die Gesamtwegstrecke der Pressvorrichtung oder der Gesamthub eines Druckzylinders der Pressvorrichtung verlängert oder verkürzt werden.
Weiterhin umfasst die Anlage wenigstens einen Kraftsensor, der eine von der Pressvorrichtung und/oder dem Presshaupt in den Formstoff eingetragene oder auf den Formstoff ausgeübte Kraft misst. Statt des Kraftsensors oder zusätzlich dazu kann auch ein optischer Sensor oder ein Schall-Impuls Sensor verwendet werden, um die Verdichtung des Formmaterials in einem Bereich unterhalb der Oberfläche zu messen. Hierzu wird auf die Ausführungen zum Verfahren verwiesen.
Schließlich umfasst die Anlage eine Steuerung, wobei die Steuerung signaltechnisch zumindest mit dem Sensor und dem Stellglied verbunden ist. Die Steuerung stellt auf Grundlage des Signals von dem Sensor automatisch einen Abstand zwischen der Pressvorrichtung und Formkasten respektive einer Unterseite des Formkastens ein. Diese Einstellung kann vor dem Beginn der Bewegung der Pressvorrichtung begonnen werden und muss spätestens abgeschlossen sein, kurz bevor der Formkasten in einen Anschlag mit dem Presshaupt kommt.
Bei der Steuerung kann es sich um eine zentrale Steuerung der Formanlage handeln, bevorzugt handelt es sich aber um eine separate Steuerung mit extrem kurzen Steuerzeiten.
Die Formanlage kann weitere Merkmale aufweisen, die - mutatis mutandis - der Beschreibung des Verfahrens entnommen werden können. Es gilt grundsätzlich, dass alle Merkmale des Verfahrens auch auf die Anlage gelesen werden können, und umgekehrt alle Merkmale der Anlage auf das Verfahren.
Ausführungsformen der Erfindung sind anhand von Beispielen dargestellt und nicht auf eine Weise, in der Beschränkungen aus den Figuren in die Patentansprüche übertragen oder hineingelesen werden. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren geben ähnliche Elemente an.

Figur 1: zeigt in einer graphischen Darstellung Ergebnisse von mehreren Proben einer Materialcharge die mit einer vorgegebenen Kraft verdichtet wurden.
Figur 2: zeigt in einer graphischen Darstellung die erreichte Verdichtung in Abhängigkeit von einem fest eingestellten Hub.
Figur 3: zeigt in einer graphischen Darstellung einen Zusammenhang zwischen Formfestigkeit und der aufgebrachten Presskraft.
Figur 4: zeigt in einer Vergrößerung einen Ausschnitt einer graphischen Darstellung eines Zielbereichs für die Formfestigkeit.
Figur 5: zeigt einen Ausschnitt einer Formanlage 1 mit Kraftsensoren 30, 30'.
Figur 6: zeigt einen Ausschnitt einer anderen Formanlage 1', bei der die Kraft am Ende des vorher gehenden (z.B. des unmittelbar vorhergehenden) Verdichtungsvorgangs anders gemessen wird.
Figur 7: veranschaulicht einen Regler 102 oder 102' mit dem Abtasttakt T. Am Ende des vorigen Verdichtungsvorgangs wird eine Kraft (der Verdichtung) ermittelt. Der Regler 102 verändert dann für den folgenden Verdichtungsvorgang die Wegstrecke s₀ auf s₁ (oder von s₁ auf s₂), die Wegstrecke bis die Modellplatte 46 die Unterkante des Formkastens 40 erreicht. Damit wird auch (mittelbar) der Hub des zweiten Abschnitts des Pressvorgangs verändert. Dies aufgrund der (ermittelten, also gemessenen oder aus anderen Werten, z.B. Druck errechneten) Differenzfestigkeit zwischen Soll- und Istwert, welche den Regler 102 oder 102' speist. Das ist die Regeldifferenz des Differenzbildners 99.
Figur 8: zeigt einen Regelvorgang, bei dem der Regler 102 in der Steuerung 100 den Weg s für die nächste Abformung reduziert, in diesem Fall, weil die Kraft F (aufgebracht von dem Hubzylinder als Presse) am Ende der vorherigen Abformung zu hoch war.
Figur 8a: zeigt ein Ende der Abformung mit dem zurück gelegten Weg s bei einer Kraft F_s0. Links die Ausgangslage, rechts die Endlage beim Erreichen der unteren Kante 40a des Formkasten 40. Die (geänderte) Kraft-Weg-Charakteristik eines veränderten Formstoffs resultiert bei gleichem Weg s in einer anderen Kraft F.
Figur 8b: zeigt den Beginn der Abformung mit dem noch nicht zurück gelegten Weg s ohne Kraft. Links die Ausgangslage, rechts die gleiche Lage (vergrößert). Die (genaue) Kraft-Weg-Charakteristik des zu verdichtenden Formstoffs 41 ist noch unbekannt.
Figur 9: zeigt isolierte Kraft-Weg-Charakteristiken von zwei Formstoffen A und B, oder einem Formstoff 41, der sich im Laufe der Verwendung mit einer ihm immanenten Eigenschaft verändert hat. Neben einer Verdichtbarkeit nehmen der Feinstoffanteil und die Korngrößenverteilung erheblichen Einfluss auf die Kraft-Weg-Charakteristik eines oder zweier zu vergleichender Formstoffe. Dargestellt ist ein gleicher Weg s für beide Sande A,B. Indes ist ein Unterschied von fast dem Faktor 2 an erhaltener Kraft (oder Festigkeit) auf der Ordinate zu erkennen - was für ein Unterschied. Wird erreicht, den Weg für den Sand B zu vergrößern, kann sich daraus eine ebenso große Formhärte ergeben, wie sie für Sand A erreicht worden ist.

Figur 1 zeigt den bereits genannten Normbehälter, der mit einer Probe eines Formmaterials gefüllt werden kann. Das Formmaterial ist vorgesehen in einer Formanlage zu einer Formstoffform für einen Metallguss verdichtet zu werden. Nach dem Einfüllen in den Normbehälter kann das Formmaterial mittels eines Stempels verdichtet werden. Der Stempel ist mit einem zum Beispiel hydraulischen Zylinder verbunden, der den Stempel mit einer einstellbaren Kraft in den Normbehälter drückt. Wenn der Stempel mit der vorgegebenen Kraft maximal in den Normbehälter gedrückt wurde, kann die Eindringtiefe des Stempels in den Normbehälter gemessen werden.
Dieser messbare Wert ist repräsentativ für das Verdichtungsverhalten des Materials in dem Normbehälter, wird im Stand der Technik als repräsentativ für das Verdichtungsverhalten einer gesamten Charge angesehen. Der Wert der Messung wird benutzt, um an einer Pressvorrichtung zur Herstellung einer Formstoffform eine Wegstrecke respektive einen Hub für die Nachverdichtung einzustellen. Mit dieser Einstellung der Nachverdichtung wird im Stand der Technik dann eine gesamte Charge des Formmaterials in einer Formanlage verarbeitet.
Die graphische Darstellung neben dem Normbehälter zeigt exemplarisch das Ergebnis von Pressvorgängen bei mehreren Materialproben einer einzigen Charge von entsprechendem Formmaterial mit einer gleichen Kraft. In der Tabelle ist die Kraft die auf dem Stempel einwirkt über der Eindringtiefe des Stempels in den Normbehälter aufgetragen.
Die Messergebnisse zeigen, dass das Formmaterial einer Charge nicht annähernd homogen ist, sondern dass bei einer Verdichtung der Proben mit identischer Kraft die Eindringtiefe des Stempels S in den Normbehälter B zwischen ca. 12mm und ca. 50mm liegt.
Figur 2 zeigt ebenfalls eine graphische Darstellung, wie sie mit der Figur 1 bereits vermittelt wurde. Durch Pfeile wird plastisch dargestellt, dass bei einem fest eingestellten Hub (Wegstrecke) je nach der Zusammensetzung oder Eigenschaft des Formmaterials das körnige Formmaterial mit einer Kraft von minimal ca. 1700N und maximal ca. 2400N verdichtet wird. Das heißt, dass die mit diesen Materialien unter identischen Druck hergestellten Formstoffformen sehr unterschiedliche Festigkeiten aufweisen, was für eine reibungslose Produktion nachteilig ist, zum Beispiel zu einem erhöhten Ausschuss führen kann.
Figur 3 zeigt in einer weiteren graphischen Darstellung, dass bei den Formstoffformen die erreichbare Festigkeit der Form direkt (im Wesentlichen linear) von dem Krafteintrag in die Formstoffform am Ende des Verdichtungsvorgangs, respektive von der Kraft mit der das Formmaterial am Ende des Verdichtungsvorgangs verdichtet wird, abhängt.
Um die in der Graphik dargestellten Zusammenhang zwischen Formfestigkeit und der in das Formmaterial am Ende des Hub oder der Wegstrecke eingebrachte Kraft aufzuzeigen, wurden zahlreiche Proben eines Formmaterials mit jeweils drei unterschiedlichen Endkräften verdichtet. Dadurch konnte nachgewiesen werden, dass ein Zusammenhang zwischen der Formfestigkeit und der in das Formmaterial eingebrachten Kraft durch eine lineare Funktion in ausreichender Präzision wiedergegeben werden kann.
Figur 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer graphischen Darstellung mit einem Zielbereich für eine angestrebte Formfestigkeit einer Formstoffform. Der Zielbereich ist durch einen unteren Grenzwert F_min und einen oberen Grenzwert F_max begrenzt. Das heißt eine Kraft am Ende des Hubs muss so erreicht worden sein, dass eine Kurve in einem Diagramm, dass die Festigkeit über einer Wegstrecke zeigt (aus der Figur 2), die am Ende des Hubs innerhalb des Zielbereichs liegt. Dieser Bereich kann eine Hysterese sein, oder nur einen Wert als "Schaltwert" haben, der erreicht oder zumindest ein klein wenig überschritten werden sollte.
Im Diagrammausschnitt der Figur 4 ist eine Kurve I zu sehen, die bis zu einem Maximalwert I_max ansteigt und anschließend wieder fällt. Im Punkt I_max ist die größte Festigkeit bei einem vorgegebenen Krafteintrag erreicht. Der Maximalwert I_max liegt klar nicht im Zielbereich. Um das gleiche Material soweit zu verdichten, dass die Kraft den Zielbereich erreicht, kann nur an der Stellgröße "Kraft" verändert werden.
Das verlangt, dass der Krafteintrag erhöht werden muss. Resultat der Krafterhöhung ist die Kurve II deren Maximalwert II_max jetzt im Zielbereich liegt.
Der Figur 4 kann zusätzlich entnommen werden, dass eine Erhöhung der Kraft oder des Krafteintrags über eine Veränderung des Hubs oder der Wegstrecke erreichen lässt, die durch das nicht gezeigte Stellglied der Formanlage vorgegeben wird. Gegenüber dem zuvor eingestellten Hub wurde die Wegstrecke reduziert (die der Hub zurücklegt).
Der Stempel (die Presseinrichtung) legt also einen anderen Weg zurück, gleichwohl ist das Ende dieses geänderten Weges noch immer die Unterkante des Formkastens. Aber die Kraft am Ende des geänderten Wegs ist eine andere, und zwar so, dass die dem Zielwert entspricht, der repräsentativ für die Formhärte an der Oberfläche ist (meist an der Oberfläche des Modells).
Figur 5 zeigt einen exemplarischen Aufbau einer Pressvorrichtung 1 einer Formanlage, in der ein Formmaterial 41 zu einer Formstoffform verdichtet werden kann.
Dargestellt ist in einem senkrechten Längsschnitt eine Pressvorrichtung 1 einer Formanlage zur Herstellung von Formstoffformen oder Gussformen für den Metallguss. Die Pressvorrichtung umfasst einen Hubzylinder 2, der mit einem einstellbaren Druck in Pfeilrichtung bewegt werden kann. Zum Absenken des Hubzylinders 2 kann dieser einfach kraftlos geschaltet werden, wodurch er bevorzugt alleine durch sein Eigengewicht in eine Ausgangsstellung zurück fährt. Bei dem Hubzylinder 2 kann es sich um einen mit Öl oder Luft beaufschlagbaren Zylinder handeln. Statt des Hubzylinders 2 kann auch ein Linearantrieb verwendet werden, beispielsweise eine Zahnstange, die durch einen Zahnradantrieb linear bewegt werden kann.
Der Hubzylinder 2 ist über eine Verbindungseinrichtung 3 mit der Unterseite eines Formkastens 40 verbunden. Der Formkasten 40 umfasst einen Füllrahmen 42. Im Folgenden wird der Formkasten 40 und der Füllrahmen 42 unter dem Begriff "erhöhter Formkasten" 40 subsummiert. Der Formkasten 40 ist mit einem Formmaterial 41 gefüllt. Oberhalb des Formkastens ist ein Presshaupt 10 mit einem Vielstempel 11 angeordnet. Vom Presshaupt 10 ragt in Richtung des Formkastens 40 ein Anschlag 13 ab, der eine Bewegung des Formkastens 40 in Pfeilrichtung begrenzt.
Die Verbindungseinrichtung 3 umfasst ein Stellglied 20 mit einem Antrieb 21 und einem Stützzylinder 22, in den das Stellglied 20 zumindest teilweise einfahren kann, wenn der Hubzylinder 2 in seine Endposition fährt. Der Antrieb 21 ist vom Antrieb des Hubzylinders 2 entkoppelt. Mit dem Stellglied 20 kann ein Abstand zwischen der Oberseite des Hubzylinders 2 (oder dem Modellträger 46) und der Unterseite oder Unterkante 40a des Formkastens 40 (der Modellplatte mit dem auf ihr stehenden Modell zur Vorgabe des Hohlraums der Formstoffform) vergrößert oder verkleinert werden.
Im Ausführungsbeispiel ist der eingestellte Abstand s₁. Der Abstand kann minimal null sein. Ein Maximalwert wird durch die bauliche Ausführung des Stellglieds 20 festgelegt.
In dem Formkasten 40 sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Sensoren 30 angeordnet, die eine von dem Hubzylinder 2 und/oder dem Presshaupt 10 auf das Formmaterial 41 einwirkende Kraft messen. Die von den Sensoren 30 gemessene Kraft wird an eine Steuerung 100 geleitet. Die Steuerung 100 umfasst ein Speichermedium 101, in welchem ein vorgegebener Festigkeitswert für die herzustellende Formstoffform abgespeichert ist, respektive Grenzwerte gespeichert sind, innerhalb der ein gewünschter Festigkeitswert liegt (Regelgröße oder Zielgröße).
Ein Mikroprozessor 102 als Steuerungseinrichtung (auch Regler 102 genannt) funktioniert als "Steuerung oder Regelung" (ein funktionell angepasstes technisches Programm oder mehrere solche Module als Regler), mit dem ein vom Sensor 30 gemessener Festigkeitswert mit dem im Speicher 101 gehaltenen oder separat vorgegebenem Festigkeitswert verglichen werden kann.
Wird hierbei eine Abweichung (als Regeldifferenz) festgestellt, kann ein Korrekturwert errechnet werden, der als Signal an das Stellglied 20 ausgegeben wird. Das Signal veranlasst eine Aktivierung des Antriebs 21, der das Stellglied 20 aus seiner Position in eine weitere Position bewegen kann. Die Lage s₁ wird regelungstechnisch betrachtet verändert in eine zweite Lage (oder einen zweiten Abstand) s₂.
Ein Arbeitszyklus der Pressvorrichtung 1 der Formanlage kann beispielsweise wie folgt ablaufen:

Der mit Formmaterial 41 gefüllte Formkasten 40 wird in die Pressvorrichtung 1 eingegeben.
Die Stützzylinder 22 des Stellglieds 20 werden in die berechnete Stellposition ausgefahren und in der ausgefahrenen Position arretiert.
Der Hubzylinder 2 fährt mit dem Formkasten 40 in Richtung des Presshaupts 10, bis der Formkasten 40 an dem Anschlag 13 anliegt. Dabei werden die Vielstempel 11 in das Formmaterial 41 eingedrückt.
Der Hubzylinder 2 fährt weiter hoch und überwindet den vom Stellglied 20 eingestellten Abstand s₁.
Die Vielstempel 11 werden dabei weiter in das Formmaterial 41 eingedrückt.
Die Vielstempel 11 drücken mit definiertem Pressdruck nach.
Der Hubzylinder 2 und die Vielstempel 11 kehren in ihre jeweilige Ausgansposition zurück.
Der Formkasten 40 wird entnommen.

Figur 6 zeigt einen exemplarischen Aufbau einer Pressvorrichtung 1' einer vergleichbaren Formanlage, in der ein Formmaterial 41 zu einer Formstoffform verdichtet wird, aber die Steuerung und ihre Messwerte anders arbeiten.
Die Kraft wird hier nicht am Modell gemessen, sondern über den Druck P des unteren Pressstempels aus dessen Steuerung 90 errechnet (ermittelt). Die Ermittlung erfolgt über einen Proportionalfaktor (Kraft pro Fläche ist Druck). Die Einstellung des veränderten Abstands s₂ nach der Messung der Kraft F₂ (beim vorher gehenden Verdichtungsvorgang) erfolgt als Abstand der Modellplatte zur Unterkante 40a des Formkastens 40. Es kann ein Δs zu der vorherigen Einstellung sein. Also s₂ = s₁ + Δs, wobei Δs auch negativ sein kann.
Auch am Ende der Verdichtung dieses Vorgangs ist die Modellplatte auf der Höhe des unteren Randes des Formkastens. Aber die Kraft zu diesem Zeitpunkt hat einen anderen Wert, aufgrund der Nachstellung des Abstandes auf s₂, bei der der Stempel einen veränderten Hub zurücklegte.
Die ermittelte Kraft F₂ wird an eine Steuerung 100' geleitet. Diese Steuerung 100' umfasst einen Speicher 101', in welchem ein vorgegebener Festigkeitswert für die herzustellende Formstoffform abgespeichert ist, respektive Grenzwerte gespeichert sind, innerhalb der ein gewünschter Festigkeitswert liegt (Regelgröße oder Zielgröße). Ein Mikroprozessor oder ein ASIC 102' als Steuerungseinrichtung (auch Regler 102' genannt) funktioniert als "Steuerung oder Regelung" (auch hier ein funktionell angepasstes technisches Programm oder mehrere solche Module als Regler), mit der ermittelte Festigkeitswert mit dem im Speicher 101' gehaltenen oder separat vorgegebenem Festigkeitswert verglichen werden kann, damit sich eine Regeldifferenz ergibt. Daraus errechnet der Regler eine Stellwertänderung Δs.
Der Regler reduziert in diesem Fall den Weg für die nächste Abformung um Δs, weil die Kraft zu hoch gewesen ist. Im anderen Fall, wenn die ermittelte Kraft zu gering war (und damit auch die erstrebte Festigkeit zu gering war) wird der Weg um Δs vergrößert.
Am Ende des vorigen oder vor-vorigen Verdichtungsvorgangs wird die Kraft ermittelt, die am Ende des Hubs s_i das Modell in den Formsand drückt. Der Takt der Verdichtung ist T. Zu jedem T gibt es einen Festigkeitswert in Form der (gemessenen oder ermittelten) Kraft am Ende eines Formvorgangs (als Verdichtungsvorgang). Dieser wird vom Sollwert w abgezogen, damit sich eine Regeldifferenz am Differenzbildner 99 ergibt, vgl. Figur 7 . Mit der Regeldifferenz Δw wird über den Regler 102 oder 102', der ein Proportionalregler sein kann, das neue s₂ oder (allgemein) s_i - mit i = 1 bis n, eingestellt.
Der Regler verändert die Wegstrecke s₀, s₁, s₂, bis die Modellplatte 46 die Unterkante 40a des Formkastens 40 erreicht. Damit wird auch (mittelbar) der Hub des zweiten Abschnitts einer Twinpress-Verdichtung verändert. Dies aufgrund der Differenzfestigkeit zwischen Soll- und Istwert, welche den Regler 102 speist.
Figuren 8a und 8b sind für sich im Ablauf selbst erklärend. Sie zeigen den Beginn der zweiten Verdichtung, also des Annäherns des Modellträgers 46 an die Unterkante des Formkastens 40, und das Ende in Figur 8a, bei dem diese Unterkante erreicht ist und die sich ergebende Kraft bei F_so im Diagramm ersichtlich ist. Ein anderer Formstoff hätte hier nur die Kraft (und Festigkeit) erreicht, welche die darunter liegende Kurve als erreicht zeigt.
Figur 9 veranschaulicht die Kraft-Weg-Charakteristik zweier "Sande" (Formstoffe). Zwei Kurven mit nicht gleicher Kraft-Weg-Charakteristik verdeutlichen die sehr unterschiedliche erhaltene Kraft (Formfestigkeit) bei gleicher Wegstrecke s. Der gleiche Weg ist durch gleich lange Pfeile gekennzeichnet, die deutlich unterschiedliche Kraft ergeben (links auf der Ordinate gezeigt), ca. 1,5 kN und ca. 2,8kN (Sand A).
Soll die Kraft trotz einer, auch schleichenden Änderung der Kraft-Weg-Charakteristik gleich bleiben, und zwar am Ende eines jeweiligen Verdichtungsvorgangs, kann der Weg angepasst werden. Genau diesen Weg geht die Lösung mit der Kraftregelung und der Wegänderung im zweiten Verdichtungsvorgang (dem zweiten Hub), und da das Ende des zweiten Hubs zwingend vorgegeben ist, namentlich die Unterkante 40a des Formkastens 40, muss der zurückzulegende Hub um das zuvor beschriebene Δs verändert werden.
So lässt sich das Ergebnis wissenschaftlich erklären, eine Zwischenschaltung einer geregelt veränderten Wegstrecke erreicht beides, die gleich bleibender Kraft, welche die Formfestigkeit als gleich bleibend umschreibt, und den Zielpunkt der Aufwärtsbewegung, der prozesstechnisch für die Weiterverwendung der Formhälfte 41 (dann verdichtet) festliegt.

Bezugszeichen (Auszug)

1: Pressvorrichtung
2: Hubzylinder
3: Verbindungsvorrichtung

10: Presshaupt
11: Vielstempel
13: Anschlag

20: Stellglied
21: Antrieb
22: Stützzylinder

30: Sensor
40: Formkasten
41: Formmaterial
42: Füllrahmen
44: Modell
46: Modellplatte oder Modellträger

100: Steuerung
101: Speichermedium
102: Rechner als Regler programmiert

s₁: Abstand (Weg oder Strecke)
s₂: Abstand (Weg oder Strecke)
s₃: Abstand (Weg oder Strecke)

I: Messkurve
I_max: Kurvenmaximum
II: Messkurve
II_max: Kurvenmaximum

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Formstoff-Form für einen Guss mit einer Mindestfestigkeit für den Metallguss, wobei
- ein körniges Formmaterial als Formstoff (41) in einen Formkasten (40) eingefüllt wird,

- der Formstoff (41) in dem Formkasten (40) in einer Formanlage oberhalb eines Modells (44) verdichtet wird, das auf einer Modellplatte (46) steht, wobei
- in einem ersten Schritt der Formkasten (40) von einer Pressvorrichtung (1) über eine erste Wegstrecke zum Anschlag an einen Rahmen (13) eines Presshaupts (10) bewegt wird;

- in einem zweiten Schritt die Modellplatte (46) von der Pressvorrichtung (1) über eine zweite Wegstrecke (s₁, s₂) in eine Endposition zur Verhärtung oder Verdichtung der Formstoff-Form bewegt wird;
und dabei die zweite Wegstrecke (s₁,s₂) in Abhängigkeit von einer ermittelten Kraft am Ende einer vorherigen Verhärtung oder Verdichtung des Formstoffs einer vorherigen Form durch eine Steuerung (100, 100') verändert wird, als Folge einer Veränderung zumindest einer Eigenschaft des unverdichteten Formstoffs (41).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei der Verdichtung des Formstoffs (41) eine durch die Pressvorrichtung (1) und/oder das Presshaupt (10) in den Formstoff (41) eingeleitete Kraft von einem Sensor (30) ermittelt oder gemessen wird.
Verfahren nach dem vorgehenden Anspruch, wobei die eingeleitete Kraft ermittelt oder von dem Sensor (30) gemessen und an eine Steuerungseinrichtung (100) geleitet wird, wobei in einem Speicher (101) der Steuerung (100) ein Sollwert oder Grenzwerte eines Sollbereichs für die eingeleitete Kraft vorgegeben sind, und der gemessene Wert mit dem Sollwert oder den Grenzwerten verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine Abweichung von einem in der Steuerung (100) vorgesehenen Vergleicher erfasst wird, und als Folge die zweite Wegstrecke (s₁,s₂) verändert wird (Δs).
Verfahren nach dem vorgehenden Anspruch 3 oder 4, wobei ein Programm aus der festgestellten Abweichung einen Korrekturwert errechnet, der Korrekturwert von der Steuerung (100) in ein Signal umgesetzt wird und das Signal an ein Stellglied (20) ausgegeben wird, das eine Länge der zweiten Wegstrecke verändert.
Verfahren nach einem der zwei vorgehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem gespeicherten Wert um einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert handelt.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei der ermittelte Kraftwert von dem Sensor (30) bei der Verdichtung einer vorhergehenden Formstoffform erfasst wurde.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei der Vergleichswert bei der Erstellung der vorherigen Formstoffform ermittelt wurde
und/oder
wobei die Veränderung der Länge der Wegstrecke in Abhängigkeit von dem berechneten Korrekturwert bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorgehenden Anspruch 3 oder 4, wobei aus der erfassten Abweichung ein Korrekturwert ermittelt wird und der Korrekturwert von der Steuerung (100) in ein Signal umgesetzt wird, welches Signal an ein Stellglied (20) ausgegeben wird, das eine Länge der zweiten Wegstrecke verändert;
wobei die Abweichung
- ein Nichterreichen des Sollbereichs ist, also außerhalb des
Sollbereichs liegt;

- ein Unterschreiten eines Zielwerts der Kraft als Sollwert ist;
oder

- ein Überschreiten eines Zielwerts der Kraft als Sollwert ist.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei eine erfasste Abweichung von gemessener (30) oder ermittelter Kraft am Ende des aktuellen Verdichtungsvorgangs zu gewünschter Kraft als Repräsentant der Festigkeit einen Regelsinn wie folgt veranlasst;
- ist die gemessene Kraft zu groß, wird die zweite Wegstrecke
(s₁,s₂) verkleinert; oder

- ist die gemessene Kraft zu klein, wird die zweite Wegstrecke
(s₁,s₂) vergrößert.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei am Ende der Verhärtung oder Verdichtung einen zeitlichen Bereich aufspannt, der vom Zeitpunkt des Endes der Verdichtung beim Erreichen der Unterkante (40a) des Formkastens (40) bis höchstens der Dauer des Formtaktes oder Abtasttakts der Regelung (T) reicht, da in diesem Bereich keine oder keine spürbare Veränderung der Formhärte eintritt.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei mit der Veränderung des Abstands der Modellplatte (46) von einem unteren Rand des Formkastens (40) eine veränderte Kraft-Weg-Charakteristik des aktuell verdichteten Formstoffs (41) kompensiert oder ausgeglichen wird, dies im Vergleich zur Kraft-Weg-Charakteristik des mehr als ein Verdichtungsvorgang früher verdichteten Formstoffs (41), obwohl es der gleich Formstoff sein sollte.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei mit der Veränderung des Abstands der Modellplatte (46) von einem unteren Rand des Formkastens (40) für die Kraft-Weg-Charakteristik des aktuell verdichteten Formstoffs (41) die Kraft-Weg-Charakteristik des zuvor, also direkt vorhergehenden Verdichtungsvorgangs verwendet wird.
Formanlage für Gussformen für den Metallguss, die Anlage umfassend:
eine Pressvorrichtung (1;2,10) zum Ausüben von Druck auf die entstehende Form, mit einem Modell (44) und einer dieses Modell tragenden Modellplatte (46), einem Formkasten (40) für die Gussform und einem Füllrahmen (42) zur Aufnahme eines oberen Anteils von Formstoff (41) für die Form,

wobei die Pressvorrichtung (1) ein Presshaupt (10) mit wenigstens einem Formstempel (11) und einen linear verfahrbaren Hubzylinder (2) aufweist,

ein mit der Pressvorrichtung (1) oder dem Formkasten (40) gekoppeltes Stellglied (20) mit einem Linearantrieb, der von einem Antrieb der Pressvorrichtung (1) entkoppelt ist,

einen Kraftsensor (30,90), zum Messen einer von der Pressvorrichtung (1) oder dem Presshaupt (10) in den Formstoff (41) eingetragenen oder auf diesen ausgeübten Kraft;

eine Steuerung (100,102), wobei mit der Steuerung (100) über das Stellglied (20) ein Abstand (si) zwischen der Pressvorrichtung (1) und dem Formkasten (40) einstellbar ist, wenn der Formkasten (40) an dem Presshaupt (10) oder einem Rahmen (3) des Presshaupts anliegt, wobei mit der Steuerung (100) der Abstand (si) in Abhängigkeit von einer ermittelten Kraft am Ende einer vorherigen Verhärtung oder Verdichtung des Formstoff einer vorherigen Form veränderbar ist, als Folge einer Veränderung zumindest einer Eigenschaft des un-verdichteten Formstoffs (41).
Formanlage nach vorigem Anspruch 14, wobei das Presshaupt (10) eine Vielzahl von parallel verlaufenden Formstempeln (11) aufweist;
oder
wobei die Einstellung des Abstands (si) erfolgt ist, bevor die Modellplatte (46) von der Pressvorrichtung (1) aufwärts bewegbar ist;
und/oder
wobei der Kraftsensor (30) so ausgebildet ist, dass er einen Kraftwert bei der Verdichtung einer vorhergehenden Formstoffform erfasst.