VERFAHREN ZUM GIESSEN VON FORMTEiLEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Formteilen.

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf das Gießen von Formteilen, d.h. auf die Gießereitechnik. Zum Gießen von Formstücken jedweder Art werden Gießereikerne und/oder- formen meist aus getrennten Teilen hergestellt, zusammengeführt und miteinander zu einer Gussform bzw. zu einem Kempaket oder Formpaket verbunden. Diese Form-/Kernpakete werden dann zur Herstellung eines beispielsweise metallischen Werkstücks mit geschmolzenen Metall gefüllt, wobei in der Serienfertigung die mit geschmolzenem Metall zu füllenden FormVKempakete hintereinander aufgereiht die Fertigungstrasse durchlaufen.

Kern- und Maskenschießmaschinen zur Fertigung der miteinander zu verbindenden Kerne sind seit Jahrzehnten aus der Praxis bekannt. Lediglich beispielhaft wird hier auf die DE 31 48 461 C1 verwiesen, die eine Kern- und Maskenschießmaschine offenbart.

Bislang werden Formteile in einer Form gegossen, die wiederum aus Kernen bzw. einem Kernpaket besteht. Nach dem Schießen und Komplettieren der Form wird diese in eine weitere Form bzw. Umgebung aus Kernsand, d.h. in eine Art Stützform, eingebunden, um nämlich die erforderliche mechanische Stabilität gewährleisten zu können. Speziell bei Grauguss oder Stahlguss ist der statische Druck beim Gießen so hoch, dass ein Kernpaket alleine nicht ausreicht und die Vorkehrung der Stützform zwingend erforderlich ist. Bei der Stützform handelt es sich bislang um Grünsandformen, in die das Kempaket eingelegt wird. Metallische Formen wurden bislang ebenfalls bereits verwendet, wobei solche metallischen Formen äußerst teuer sind und obendrein schnell verschleißen.

Unabhängig von dem eigentlichen Gießen ist danach das das Form-/Kernpaket bildende Formmaterial von dem gegossenen Formteil zu entfernen. Aufgrund eines Bindemittels ist das Formmaterial auf besondere Weise zu entsorgen oder zu recy- celn. Gleiches gilt für bislang verwendete Stützformen bzw. Grünsandformen, die ebenfalls mit Bindemittel versehen sind. Der mit dem Recyceln des Form-

sands/Grünsands verbundene Aufwand ist erheblich, zumal in teueren Aufbereitungsanlagen Zusätze wie Bentonit, etc. entfernt werden müssen.

Hinzu kommt ein weiteres Problem in der Herstellung der Stützformen oder Grünsandformen, die nämlich auf sehr teueren Formanlagen hergestellt werden. Außerdem erfolgt die Sandaufbereitung in sehr aufwendigen und somit teuren Sandaufbereitungsanlagen. Die Bereitstellung von Grünsandformen zum Stützen des Kernpakets sowie die Sandaufbereitung ist daher unverhältnismäßig teuer.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das voranstehend erörterte gattungsbildende Verfahren derart auszugestalten und weiterzubilden, dass sich insbesondere auch beim Grauguss oder Stahlguss der zu betreibende Aufwand bei reproduzierbarem Ergebnis verringert, insbesondere in Bezug auf das Recyceln der verwendeten Materialien. Außerdem soll die Restwärme in dem erstarrten Formteil genutzt werden.

Die voranstehende Aufgabe wird durch ein Verfahren mit folgenden Verfahrensschritten gelöst:

- Bereitstellen der Gussform, bestehend aus zu einem Kernpaket komplettierten Kernen aus Formmaterial,

- Positionieren des Kempakets in eine zu dem Kernpaket beabstandete Stützform,

- Hinterfüllen des Raumes zwischen dem Kernpaket und der Stützform mit einem rieselfähigen Schüttgut,

- Gießen der metallischen Schmelze in die Gussform,

- öffnen oder Entfernen der Stützform nach dem Erstarren der Schmelze,

- zumindest weitgehendes Entfernen des Schüttguts und

- abermalige thermische Isolation des verbleibenden Kernpakets mit dem darin befindlichen, bereits erstarrten Formteil.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass man die bislang aus Grünsand bestehende Stützform zwar benötigt, jedoch die einerseits mit der Herstellung und ande-

rerseits mit dem Recyceln verbundenen Kosten, d.h. die Produktionskosten insgesamt, ganz erheblich reduzieren kann. Dazu ist nach wie vor eine Stützform vorgesehen, die jedoch zu dem Kernpaket - bewusst - beabstandet ist. So lässt sich die Stützform beispielsweise aus Platten unterschiedlicher temperaturbeständiger Materialien generieren, nämlich nach dem Baukastenprinzip. Zum Zusammenhalt könnten die Einzelteile ineinander stellbar, verrastbar oder sonst wie aneinander befestigbar sein. Wesentlich ist dabei, dass zwischen der eigentlichen Gussform, d.h. dem Kernpaket, und der Stützform ein Raum verbleibt. Dieser Raum zwischen dem Kernpaket und der Stützform wird mit einem rieselfähigen Schüttgut hinterfüllt. Dieses Schüttgut definiert allseitig um das Kernpaket herum einen isostatischen Druck, so dass aufgrund dieses Drucks das Kernpaket dem beim Gießen mit Metallschmelze entstehenden, nach außen gerichteten Druck widerstehen kann. Mit Hilfe des Schüttguts ist jedenfalls gewährleistet, dass das Kernpaket dem beim Gießen entstehenden Druck standhält und es ist obendrein gewährleistet, dass durch etwaige Fugen, Risse oder dergleichen hindurch keine Schmelze nach außen dringt. Mit einfachen Mitteln ist unter Zugrundelegung eines isostatischen Drucks gewährleistet, dass die metallische Schmelze in die Gussform gegossen werden kann, ohne die Formbeständigkeit des Kernpakets zu gefährden.

Des Weiteren ist in erfindungsgemäßer Weise erkannt worden, dass die in der Schmelze bzw. im Formteil und im Kernpaket gespeicherte Energie nicht ohne weiteres ausreicht, um einen weiterreichenden Prozess zu betreiben, so beispielsweise die im Kernpaket enthaltenen Bindemittel zu verbrennen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die zu erwärmende Masse nicht zuletzt aufgrund des im Inneren der Stützform befindlichen Schüttguts zu groß ist. So wird in weiter erfindungsgemäßer Weise die Stützform geöffnet bzw. entfernt, und zwar nach dem Erstarren der Schmelze, so dass die eigentliche Stützfunktion der Stützform nicht mehr erforderlich ist. Das Schüttgut wird zumindest weitgehend entfernt. Danach wird das verbleibende Kernpaket mit dem darin befindlichen, bereits erstarrten Formteil abermals isoliert, so dass die darin befindliche Restwärme ohne die Masse des Schüttguts genutzt werden kann.

In vorteilhafter Weise wird zur Positionierung des Kernpakets in der Stützform das Kernpaket auf eine thermisch isolierende Basis als Teil der Stützform gestellt. Diese

Basis verbleibt unter dem Kernpaket. Durch eine thermisch isolierende Wandung und ein thermisch isolierendes Deckelteil wird die Basis zu der Stützform komplettiert.

Ein öffnen der Stützform bzw. ein komplettes Entfernen der Stützform erfolgt durch Entfernen des Deckelteils und der Wandungen. Danach lässt sich das Schüttgut problemlos entfernen. Ein Absaugen des Schüttguts ist denkbar.

Zur abermaligen thermischen Isolation wird in vorteilhafter Weise eine thermisch isolierende Haube verwendet, die einteilig oder aber auch mehrteilig ausgeführt sein kann. Im Falle einer einteiligen Ausgestaltung könnte diese beispielsweise über einen Flaschenzug, einen Manipulator oder mit sonstigen Hilfsmitteln über das Kernpaket gestülpt werden. Im Konkreten wird die Haube um das Kernpaket mit dem darin befindlichen Formteil auf die Basis gestellt und ergänzt sich die Haube mit der Basis zu einer allseitigen thermischen Isolierung. Sobald die Bindemittel des Kernpakets verbrannt oder zumindest gelöst sind, wird die Haube abermals entfernt, so dass auf der Basis das zumindest weitgehend vom Formsand befreite Formteil verbleibt.

In besonders vorteilhafter Weise handelt es sich bei dem Schüttgut im Wesentlichen um das gleiche Material wie das Formmaterial zur Kernherstellung, und zwar vorzugsweise ohne jedwede Zusätze. Bestehen die Kerne aus Formmaterial (beispielsweise aus Quarzsand) mit Bindemittel, kann als Schüttgut das gleiche Formmaterial, vorzugsweise ohne Bindemittel, verwendet werden. Ebenso könnte das Schüttgut im Wesentlichen die gleiche Körnung wie das Formmaterial aufweisen, so dass sich das Formmaterial gemeinsam mit dem Schüttgut - nach dem Recyceln des Formmaterials - bei identischer oder unterschiedlicher Körnung wieder verwenden lässt.

Im Konkreten könnte als Schüttgut reiner Sand, vorzugsweise sog. Trockensand ohne Zusätze, verwendet werden, der bei der Weiterverarbeitung mit dem Formsand keine Probleme verursacht. Dies gilt insbesondere bei identischer oder nahezu identischer Körnung. Als Schüttgut eignet sich Quarzsand besonders.

Das Hinterfüllen im Raum zwischen dem Kernpaket und der Stützform lässt sich mittels Trichter oder geeigneter technischer Hilfsmittel durch bloßes Hineinschütten

des Schüttguts zum Erhalt einer Schüttdichte realisieren. Aus dem Gewicht des Schüttguts resultiert ein auf das Kernpaket wirkender isostatischer Druck, der dem beim Gießen mit Metallschmelze auftretenden, nach außen gerichteten Druck zum Erhalt der Form entgegenwirkt. Die einzelnen Kerne des Kernpakets werden somit sicher zusammenhalten.

Sofern die durch Hineinschütten erreichte Schüttdichte des Schüttguts nicht ausreicht, kann das Hinterfüllen durch Hineinblasen des Schüttguts erfolgen. Dadurch lässt sich eine Dichte des Schüttguts erreichen, die über der Schüttdichte liegt. Des Weiteren ist es denkbar, nach Hineinschütten des Schüttguts dieses mittels Druckluft nachzuverdichten.

Eine weitere Verdichtung des Schüttguts, vorzugsweise bis hin zum Erhalt der Klopfdichte, lässt sich dann erreichen, wenn das Hinterfüllen mittels Schüttgut durch Vibration unterstützt wird. Die Vibration lässt sich beispielsweise mittels Ultraschall oder aber auch mechanisch induzieren, wobei dazu die gesamte Stützform oder ein darin befindliches oder in die Stützform hinein verbringbares Funktionselement als Resonator dient. Wesentlich ist jedenfalls, dass vorzugsweise durch Ultraschall induzierte Vibration die Verdichtung des Schüttguts begünstigt.

Ebenso ist es denkbar, dass zur weiteren Verdichtung des Schützguts mechanisch nachverdichtet wird, indem nämlich das Schüttgut mit mechanischer Gerätschaft in die Form gedrückt oder gar gepresst wird. Eine punktuelle oder zonale Nachverdichtung mittels dazu dienender Stempel oder dergleichen ist denkbar.

In weiter vorteilhafter Weise wird die Stützform zur thermischen Isolation der Gussform vor und/oder nach dem Gießen und zur bewussten Nutzung der Prozesswärme innerhalb der Gussform bzw. Isolation zur kontrollierten Behandlung des gegossenen Formteils und/oder des das Kernpaket bildenden Formmaterials genutzt.

So lässt sich die Prozesswärme zum Verbrennen des organischen oder anorganischen Bindemittels im Formmaterial verwenden, so dass besondere Recyclingmaßnahmen danach nicht mehr erforderlich sind. Eine besondere Entsorgung des

Formmaterials als Sondermüll ist dann ebenfalls nicht mehr erforderlich, sollte man das Formmaterial nicht weiter verwenden wollen.

Ebenso lässt sich die Prozesswärme zur Temperaturbehandlung des gegossenen Formteils verwenden.

In ganz besonders vorteilhafter Weise könnte das Formteil geregelt abgekühlt werden, wobei einer thermischen Isolation durch die Stützform nebst Hinterfüllung eine ganz besondere Bedeutung zukommt.

Ebenso ist es denkbar, dass während der in-situ-Wärmebehandlung Gase aus dem Inneren der Form und/oder der Isolation bzw. aus dem Stützteil nebst Hinterfüllung geführt werden.

Ganz besondere Bedeutung kommt einem weiteren Merkmal zu, wonach es nämlich von Vorteil ist, wenn zur Bildung des Kernpakets einzelne Kerne verwendet werden, die als Hohlkörper ausgebildet sind. Dies hat den enormen Vorteil, dass die Masse des Kernsandmaterials möglichst gering gehalten ist, so dass die in Form von Wärme vorliegende Energie innerhalb des Gesamtsystems weitestgehend. zur Behandlung des gegossenen Formteils und/oder des Kernpakets, so bspw. zum Verbrennen des Bindemittels, genutzt werden kann. Außerdem entstehen wesentlich weniger Gase von vorneherein, die dazu noch gesammelt und abgesaugt werden können.

Vorteilhaft ist auch, wenn die beim Verbrennen des Bindemittels entstehenden Rauchgase innerhalb der Vorrichtung zur Wärmeisolation zurückgehalten werden. Sie lassen sich am Ende des Isolationsvorganges absaugen. Das konzentrierte Vorliegen der Schadgase erleichtert ganz erheblich ihre Entsorgung bzw. Vernichtung, wodurch sich das Verfahren ganz erheblich vereinfacht.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der

Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einer schematischen Ansicht die Anordnung eines Kernpakets mit beabstandeter Stützform und mittels Schüttgut hinterfülltem Raum zwischen dem Kernpaket und der Stützform und

Fig. 2 in einer schematischen Ansicht die Anordnung eines Kernpakets gemäß Fig. 1 , jedoch ohne Schüttgut und mit darüber gestülpter Haube zur thermischen Isolierung.

Fig. 1 zeigt zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in welcher Anordnung die als Kernpaket 1 zu verstehende Gussform 2 zum Eingießen der Schmelze bereitgestellt wird. Das Kernpaket 1 umfasst mehrere einzelne Kerne, die gemeinsam zu dem Kernpaket 1 komplettiert sind. Das Kernpaket 1 bildet die Gussform 2.

Fig. 1 lässt des Weiteren erkennen, dass das Kernpaket 1 in einer Stützform 3 positioniert ist, die wiederum aus einzelnen Teilen 4 rahmenartig zusammengesetzt oder einteilig ausgeführt ist. Zwischen der Stützform 3 und dem Kernpaket 1 ist ein Raum gebildet, der durch ein rieselfähiges Schüttgut 5 hinterfüllt ist und somit zwischen der Stützform 3 und dem Kernpaket 1 einen durch das Gewicht definierten isostatischen Druck aufbaut. In diesem Zustand wird die metallische Schmelze in die Gussform bzw. in das Kernpaket 1 gegossen und ist sichergestellt, dass das Kernpaket 1 formstabil dem beim Gießen entstehenden Innendruck standhält.

Bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel lassen sich die Teile 4 der Stützform 3 mehrfach verwenden. Die Abstützung der Gussform 2 bzw. des Kernpakets 1 erfolgt über das Schüttgut 5, bei dem es sich im Konkreten um sog. Trockensand ohne jedwede Zusätze handelt. Als Trockensand kommt Quarzsand in Frage, und zwar vor-

zugsweise mit der gleichen Körnung wie das Formmaterial der einzelnen Kerne bzw. des Kernpakets 1.

Des Weiteren sei an dieser Stelle noch einmal angemerkt, dass das Schüttgut 5 beispielsweise mittels Vibration über die Schüttdichte hinaus verdichtet werden kann, um den isostatischen Druck gegenüber dem Kernpaket 1 zu erhöhen. Hinsichtlich weiterer Maßnahmen zur Verdichtung des Schüttguts 5 sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.

Des Weiteren dient die Stützform 3 nebst Schüttgut 5 zur thermischen Isolation der Gussform 2 und lässt sich daher vor oder nach dem Gießen zur bewussten Nutzung der Prozesswärme innerhalb der Gussform bzw. Isolation und somit zur kontrollierten Behandlung des gegossenen Formteils und/oder des das Kempaket bildenden Formmaterials verwenden. Jedoch ist erkannt worden, dass die Prozesswärme in zu hohem Maße von dem Schüttgut 5 und auch von der Stützform 3 absorbiert wird.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 ist die Stützform 3 sowie das Schüttgut 5 entfernt worden. Stattdessen ist eine thermisch isolierende Haube 6 auf die ebenfalls thermisch isolierende Basjs 8 gestellt, _. so dass die unter der Haube 6 gehaltene Restwärme beispielsweise zum Verbrennen des im Formmaterial befindlichen Bindemittels genutzt werden kann. Am Ende des Prozesses wird die Haube 6 entfernt und das Formteil 7 ist zumindest weitgehend von dem Formmaterial des ehemaligen Kernpakets 1 befreit, da nämlich die Bindung zwischen den Bestandteilen des Formmaterials aufgehoben ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den enormen Vorteil, dass zum einen die Prozesswärme genutzt wird und dass zum anderen keine Formanlage zum Einformen des Formteils erforderlich ist. Die Prozesswärmenutzung wird dadurch begünstigt, dass das Sand-zu-Eisen-Verhältnis durch Entfernen des Schüttguts begünstigt ist.

Hinsichtlich weiterer Merkmale, die sich den Figuren nicht entnehmen lassen, sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.

Schließlich sei angemerkt, dass das voranstehend erörterte Ausführungsbeispiel lediglich der beispielhaften Erläuterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.