Vakuum Formanlagen, deutsch - Heinrich Wagner Sinto
Vakuum Formanlagen, deutsch - Heinrich Wagner Sinto
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<strong>Vakuum</strong>-Formmaschinen<br />
V-PROcess<br />
Das Formverfahren für hochwertigen Guss
FK-J1-KEL<br />
moderne <strong>Vakuum</strong>-<strong>Formanlagen</strong><br />
Beispiel einer <strong>Vakuum</strong>-Formanlage VDK 10<br />
2
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6 30 120<br />
30 120<br />
±2<br />
±3<br />
Maßstab<br />
Positio<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
10<br />
11<br />
1213<br />
14<br />
15<br />
HvO5<br />
3<br />
1:100<br />
10994 / 00023-01
moderne <strong>Vakuum</strong>-<strong>Formanlagen</strong><br />
Beispiel einer <strong>Vakuum</strong>-Formanlage VFK 7<br />
4
Beispiel einer <strong>Vakuum</strong>-Formanlage VSA 10<br />
5
<strong>Vakuum</strong>-Formverfahren für hochwertigen guss<br />
Kennzeichnendes Merkmal des Verfahrens ist das<br />
Einschließen von trockenem, binderfreien Quarzsand<br />
zwischen zwei Kunststoff-Folien unter einem Unterdruck<br />
von 0,3 bis 0,6 bar.<br />
Dies ist vergleichbar mit beispieIsweise Kaffee oder<br />
Erdnüssen in <strong>Vakuum</strong>verpackung.<br />
<strong>Vakuum</strong>geformter Guss – „<strong>Vakuum</strong>guss“ – zeichnet sich vor<br />
allem durch hohe Oberflächengüte und exzellente Maßgenauigkeit<br />
aus. Unter bestimmten Voraussetzungen kann<br />
auf die sonst notwendige Modellschräge verzichtet werden.<br />
Das kann im EinzeIfall bedeuten, dass eine spanende<br />
Bearbeitung nicht erforderlich ist.<br />
Auf einem geschlossenen, evakuierbaren Gehäuse, dem<br />
<strong>Vakuum</strong>kasten, ist das Modell montiert; beide sind mit<br />
zahlreichen Düsen versehen. Über der in einem Rahmen<br />
gespannten thermoplas tischen Kunststoff-Folie – der Modellfolie<br />
– befindet sich die zugehörige Flächenheizung.<br />
Weitere Vorteile sind:<br />
• die Modelle verschleißen nicht,<br />
• geringe Wanddicken sind gießbar,<br />
• es entsteht kein oder nur<br />
ein kleiner Grat in der Formteilung,<br />
• die Putzkosten sind niedrig,<br />
• das Verfahren ist umweltfreundlich<br />
und arbeitsphysikalisch günstig.<br />
Schematische Darstellung des<br />
Verfahrensablaufs bei waagerechter Formteilung<br />
Einguss<br />
Einguss<br />
Flächenheizung<br />
Flächenheizung<br />
Modellfolie<br />
Modellfolie<br />
Folienspannrahmen<br />
Folienspannrahmen<br />
Modellfolie<br />
Modellfolie<br />
Formkasten<br />
Formkasten<br />
Saugrohr<br />
Saugrohr<br />
Modell<br />
Modell<br />
Formentlüftung<br />
Formentlüftung<br />
Luftabsaugdüsen<br />
Luftabsaugdüsen<br />
Modellplatte<br />
Modellplatte<br />
Modell<br />
Modell<br />
<strong>Vakuum</strong>kasten<br />
<strong>Vakuum</strong>kasten<br />
• Bild 3: Teil einer <strong>Vakuum</strong>-Formanlage mit waagerechter<br />
Formteilung (Kerneinlegestrecke)<br />
• Bild 6: Fertiges Formteil mit senkrechter Formteilung<br />
• Bild 9: Der fertige Abguss – ein Schiebergehäuse<br />
DN 400/PN 10, hergestellt aus Gusseisen mit Kugelgraphit<br />
EN-GJS-400-15<br />
6
Die erwärmte und damit in hohem Maße plastisch verformbare<br />
Kunststoff-Folie wird auf das Modell abgesenkt. Der<br />
<strong>Vakuum</strong>kasten wird mit einem Unterdruck von 0,5 bis 0,6<br />
bar beaufschlagt, wodurch die Folie exakt an die Außenkontur<br />
des Mo dells angesaugt wird. Anschlie ßend wird<br />
auf die Folie eine Schlichte aufgetragen.<br />
Der doppelwandige, mit Saugrohren ausgerüstete und an<br />
seiner Innenseite mit Saugfenstern versehene Formkasten<br />
wird auf die Modelleinrichtung abgesenkt.<br />
Der Formkasten wird mit trockenem, binderfreien Sand<br />
feinster Körnung gefüllt, der durch Vibrieren vorverdichtet<br />
wird. Das Formteil wird mit einer Kunststoff-Folie abgedeckt.<br />
Mit dem Einschalten des Unterdrucks wird der Sand zwischen<br />
den beiden Folien vom atmosphärischen Luftdruck<br />
zusammengepresst. Nach Abschalten des Unterdrucks im<br />
Modellträger wird das beidseitig von Kunststoff-Folie<br />
„verschlossene“ und weiterhin vom Unterdruck beaufschlagte<br />
Formteil von der Modelleinrichtung abgehoben.<br />
Das Formunterteil wird auf die gleiche Weise hergestellt<br />
und gewendet. Eventuell notwendige Kerne werden eingelegt<br />
und beide Formteile zur gießfertigen Form zusammengesetzt.<br />
Der Unterdruck bleibt während des Gießens und<br />
Erstarrens der Schmelze eingeschaltet.<br />
Beim Gießen verdampft bzw. verbrennt die Folie unter<br />
dem Einfluss des Gießmetalls. Aufgrund des Unterdrucks<br />
dringen die Folienrückstände in die Form ein und bilden<br />
mit den Sandpartikeln eine dünne Schale, die die Form<br />
in ihrer Randschicht verfestigt.<br />
Unterstützt wird dieser Vorgang durch die aufgetragene<br />
Schlichteschicht. Zum Ausleeren des Formkastens wird<br />
das <strong>Vakuum</strong> abgeschaltet, der Sand rieselt heraus, das<br />
Gussstück liegt frei zur weiteren Handhabung.<br />
Deckfolie<br />
• Bild 4: Absenken der erwärmten Modellfolie<br />
• Bild 5: Modell mit exakt vom Unterdruck angesaugter Folie<br />
• Bild 7: Formteil mit eingelegtem Kern<br />
• Bild 8: Abgießen von <strong>Vakuum</strong>formen<br />
mit senkrechter Formteilung<br />
7
Massgenauigkeit<br />
Bedingt durch den besonderen Arbeitsablauf<br />
beim <strong>Vakuum</strong>-Formverfahren<br />
• Verwendung sehr feinkörniger<br />
klassierter Formsande<br />
• hohe und gleichmäßige Sandverdichtung<br />
• kein \/erschleiß an den Modelleinrichtungen<br />
• meist keine Aushebeschräge notwendig<br />
• für das Ziehen des Modells aus der Form ist<br />
normalerweise kein Vibrieren erforderlich<br />
• keine Formwandbewegung aufgrund hoher Formhärte<br />
• keine Formänderung durch sich<br />
verflüchtigende Formstoffzusätze<br />
sind Maßgenauigkeit und Gewichtskonstanz der<br />
Gussstücke hervorragend.<br />
Dies gilt selbst für große Gussstückabmessungen, hohe<br />
Stückgewichte und kom plizierte geometrische Formen.<br />
Auch die Reproduzierbarkeit der günstigen Werte in der<br />
Serienfertigung ist gewährleistet, von Los zu Los sind keine<br />
Unterschiede feststellbar.<br />
Messergebnisse von 10 Tischen gegen übergestellt dem<br />
Genauigkeitsgrad GTB 15, der nach DIN 1686 engsten<br />
Allgemeintoleranz für Gusseisen mit Lamellengraphit.<br />
Beim formgebundenen Längenmaß von 1250 mm beträgt<br />
die Streubreite 0,8 mm, was 0,06 % entspricht; vergleichsweise<br />
erlaubt GTB 15 nach DIN 1686 für dieses Nennmaß<br />
ein Toleranzfeld von 4,4 mm.<br />
• Bild 10: Tisch für eine Fräsmaschine; Werkstoff: EN-GJL-250,<br />
Abmessungen: 1250 x 800 x 140 mm, Gewicht: 560 kg;<br />
Maßauswertung von 10 Abgüssen siehe Tafel 1<br />
Als Anhaltswert für die Maßgenauigkeit kann etwa ± 0,3 %<br />
angegeben werden. Nähere Angaben zu den erreichbaren<br />
Toleranzen enthält Bild 15.<br />
Die Maßhaltigkeit und die Wiederholgenauigkeit von <strong>Vakuum</strong>guss<br />
bieten dem Bearbeiter ausgezeichnete Ausgangsbedingungen;<br />
es werden in besonderem Maße die Anforderungen<br />
moderner Bearbeitungstechniken mit NC- und<br />
CNC-Maschinen erfüllt, ein Justieren ist üblicherweise<br />
nicht erforderlich.<br />
Allgemein von Einfluss auf die Maßgenauigkeit ist, ob es<br />
sich um ein sogenanntes formgebundenes oder nichtformgebundenes<br />
Maß handelt, ob es also von einem einzigen<br />
oder von mehreren Formteilen gebildet wird. Ein Beispiel<br />
hierzu wird mit dem Fräs maschinentisch in Bild 10 gegeben;<br />
seine Außenabmessungen betragen 1250 x 803 x 143 mm<br />
(L x B x H). Tafel 1 zeigt die zugehörige Auswertung der<br />
• Bild 11: Seiltrommel; Werkstoff: EN-GJS-400-15 oder<br />
EN-GJS-400-18-LT, Abmessungen: 800 x Ø 650 mm, Gewicht:<br />
280 kg; Maßauswertung von 15 Abgüssen siehe Tafel 2<br />
Tafel 2: Abmessungen von 15 vakuumgeformten abgüssen<br />
der Seiltrommel nach Bild 11<br />
Lfd. Nr. Masse Länge Breite Höhe Lfd. Nr. Abstände der Bordwand-<br />
Tafel 1: Masse und Abmessungen (kg) von zehn (mm) (mm) (mm)<br />
Bordwände Durchmesser<br />
vakuum geformten Abgüssen des Fräsmaschinentisches<br />
(mm)<br />
(mm)<br />
1 561,5 1250,3 805,2 143,3<br />
nach Bild 10<br />
2 560,0 1249,7 804,7 144,3 1 789,7 650,5<br />
3 557,5 1250,5 804,3 142,2 2 789,7 651,5<br />
Lfd. Nr. 4 Masse 561,0 Länge 1250,1 Breite 804,4 Höhe142,3<br />
Lfd. Nr. 3 Abstände 790,5 der Bordwand- 650,4<br />
5 (kg) 558,0 (mm) 1250,3 (mm) 804,4 (mm) 142,5 4 Bordwände 789,8 Durchmesser 652,0<br />
1<br />
6<br />
561,5<br />
562,5<br />
1250,3<br />
1249,9<br />
805,2<br />
804,4<br />
143,3<br />
142,0 5 (mm) 790,6 (mm) 651,4<br />
2<br />
7<br />
560,0<br />
557,0<br />
1249,7<br />
1249,8<br />
804,7<br />
804,2<br />
144,3<br />
142,2 6 791,0 650,0<br />
1 789,7 650,5<br />
3<br />
8<br />
557,5<br />
561,5<br />
1250,5<br />
1250,0<br />
804,3<br />
804,5<br />
142,2<br />
142,8 7 790,4 650,2<br />
2 789,7 651,5<br />
4<br />
9<br />
561,0<br />
562,0<br />
1250,1<br />
1250,3<br />
804,4<br />
804,5<br />
142,3<br />
142,6 8 790,1 650,4<br />
3 790,5 650,4<br />
5<br />
10<br />
558,0<br />
558,0<br />
1250,3<br />
1249,8<br />
804,4<br />
803,6<br />
142,5<br />
142,3 9 790,7 651,2<br />
4 789,8 652,0<br />
10 790,2 651,5<br />
6 Sollmaß 562,5 1249,9 1250,0804,4803,0 142,0143,0<br />
5 790,6 651,4<br />
11 790,3 651,5<br />
7 557,0 1249,8 804,2 142,2 6 791,0 650,0<br />
12 790,2 651,0<br />
8 Größtwert x max 561,5562,51250,0 1250,5804,5805,2 142,8144,3<br />
7 790,4 650,2<br />
13 790,0 651,2<br />
9 Kleinstwert x min 562,0557,01250,3 1249,7804,5803,6 142,6142,0<br />
8 790,1 650,4<br />
14 790,1 651,3<br />
10 Mittelwert x 558,0559,91249,8 1250,1803,6804,4 142,3142,7<br />
9 790,7 651,2<br />
15 789,7 652,0<br />
Standardabweichung s 2,08 0,27 0,40 0,69 10 790,2 651,5<br />
Sollmaß Streubreite R 5,5 1250,00,8 803,0 1,6 143,0 2,3 11 Sollmaß 790,3790,0 651,5650,0<br />
12 790,2 651,0<br />
Größtwert x max 562,5 =^ 0,98%<br />
1250,5 =^ 0,06%<br />
805,2 =^ 0,20%<br />
144,3 =^ 1,61%<br />
13 Größtwert x max 790,0791,0 651,2652,0<br />
Kleinstwert Zulässiges x min Toleranzfeld 557,0 1249,7 803,6 142,0<br />
14 Kleinstwert x min 790,1789,7 651,3650,0<br />
Mittelwert nach x DIN 1686 GTB 15 559,9 1250,14,4 804,4 4,0 142,7 2,6 15 Mittelwert x 789,7790,2 652,0651,1<br />
Standardabweichung s 2,08 0,27 0,40 0,69<br />
Standardabweichung s 0,39 0,63<br />
Streubreite R 5,5 0,8 1,6 2,3 Sollmaß Streubreite R 790,0 1,3 650,0 2,0<br />
=^ 0,98% =^ 0,06% =^ 0,20% =^ 1,61%<br />
Größtwert x max 791,0<br />
=^ 0,17%<br />
652,0<br />
=^ 0,31%<br />
Zulässiges Toleranzfeld<br />
Kleinstwert Zulässiges x min Toleranzfeld 789,7 650,0<br />
nach DIN 1686 GTB 15 4,4 4,0 2,6 Mittelwert nach x DIN 1685 GTB 15 790,2 3,8 651,1 3,8<br />
Standardabweichung s 0,39 0,63<br />
Streubreite R 1,3 2,0<br />
=^ 0,17% =^ 0,31%<br />
8<br />
Zulässiges Toleranzfeld<br />
nach DIN 1685 GTB 15 3,8 3,8
• Bild 12a: Achsbrücke für eine Lenkachse;<br />
Werkstoff: EN-GJS-400-15 oder EN-GJS-400-18-LT<br />
• Bild 12b: Achsbrücke für eine Starrachse;<br />
Werkstoff: EN-GJS-400-15 oder EN-GJS-400-18-LT<br />
Das Breitenmaß von 803 mm ist ebenfalls formgebunden;<br />
seine Streubreite beträgt 1,6 mm (=^ 0,2 %, nach GTB 15<br />
möglich: 4,0 mm). Beim nichtformgebundenen Höhenmaß<br />
von 143 mm – dieses wird von Formober- und -unterteil<br />
gebildet – ist mit 2,3 mm (=^ 1,6 %, nach GTB 15 möglich:<br />
2,6 mm) die Streubreite größer.<br />
Beim Breitenmaß in Tafel 1 fällt auf, dass das Sollmaß von<br />
803 mm außerhalb des in der Produktion erreichten Toleranzfeldes<br />
liegt.<br />
Das hat seine Ursache darin, dass bei der Modellherstellung<br />
nicht alle Einflussgrößen auf das vorzuhaltende<br />
Schwindmaß berücksichtigt werden konnten. Auf die Wiederholgenauigkeit<br />
des <strong>Vakuum</strong>-Formverfahrens hat<br />
dies aber keinen Einfluss, wie die Tafelangaben zeigen.<br />
Tafel 3: Masse und Abmessungen von 15<br />
vakuum geformten Nutzfahrzeug-Achsbrücken<br />
Lfd. Nr. Masse Länge Breite Höhe<br />
(kg) (mm) (mm) (mm)<br />
1 149,5 1615,0 182,3 386,0<br />
2 150,0 1614,0 182,3 385,3<br />
3 150,0 1614,0 182,1 385,6<br />
4 151,0 1613,5 182,7 385,3<br />
5 150,0 1614,0 181,5 384,9<br />
6 152,0 1613,5 181,6 385,4<br />
7 150,0 1613,0 182,4 385,3<br />
8 151,5 1614,0 181,6 385,2<br />
9 150,0 1614,0 181,8 385,3<br />
10 150,0 1614,0 181,7 384,7<br />
11 1614,0 181,6 385,6<br />
12 1614,0 182,4 385,6<br />
13 1613,0 181,7 384,9<br />
14 1614,0 181,9 384,3<br />
15 1613,5 181,8 384,9<br />
Größtwert x max 152,0 1615,0 182,7 386,0<br />
Kleinstwert x min 149,5 1613,0 181,5 384,3<br />
Mittelwert x 150,5 1613,8 182,0 385,2<br />
Standardabweichung s 0,81 0,49 0,38 0,43<br />
Streubreite R 2,5 2,0 1,2 1,7<br />
=^ 1,66% =^ 0,12% =^ 0,66% =^ 0,44%<br />
Zulässiges Toleranzfeld<br />
nach DIN 1685 GTB 15 5,0 2,8 3,2<br />
Parallele Bordwände sind ein kennzeichnendes Merkmal<br />
der Seiltrommel in Bild 11. Sie stehen senkrecht zur Rillenführung<br />
und werden ohne Konizität vakuumgegossen.<br />
Aufgrund der hohen Oberflächengüte ist jetzt der<br />
Seilverschleiß weit geringer als früher.<br />
Tafel 2 enthält Messwerte für den Durchmesser und den<br />
gegenseitigen Abstand der Bordwände. Bei nach GTB 15<br />
zulässigem Toleranzfeld von jeweils 3,8 mm beträgt dieses<br />
beim formgebundenen Abstandmaß von 790 mm nur 1,3<br />
mm (=^ 0,17 %), beim nichtformgebundenen Durchmesser<br />
von 650 mm jedoch 2 mm (=^ 0,31 %).<br />
Wesentlich größere Abmessungen als die bisher genannten<br />
Bauteile können Achsbrücken von Nutzfahrzeugen haben,<br />
von denen eine Starr- und eine Lenkachse in Bild 12 vorgestellt<br />
werden.<br />
Je nach Größe haben sie Stückmassen von etwa 100 bis<br />
mehr als 250 kg. Die Messergebnisse von 15 vakuumgeformten<br />
Achsbrücken nennt Tafel 3.<br />
Bei einem mittleren Längenmaß von rund 1614 mm beträgt<br />
die Differenz zwischen Größt- und Kleinstmaß nur 2 mm,<br />
was einem Toleranzbereich von 0,12 % entspricht; nach<br />
GTB 15 sind 5 mm zulässig.<br />
Außerdem ist hier der Massevergleich mit der vorher konventionell<br />
in Nassguss hergestellten Achsbrücke bemerkenswert,<br />
denn es wurde jeweils dasselbe Modell<br />
verwendet.<br />
Das <strong>Vakuum</strong>-Formverfahren führte aufgrund seiner hohen<br />
Formstabilität bzw. Formhärte zu einer um rund 6 %<br />
niedrigeren (Rohteil-)Masse.<br />
Für einen U-Bahn-Tunnelring von 5800 mm lichter Weite ist<br />
das Segment in Bild 13 bestimmt. Die Bogenlänge beträgt<br />
rund 2200 mm, der Sollwert für das Breitenmaß „B“ ist<br />
1104,9 ± 1,5 mm. Wie die Auswertung von 445 Segmenten<br />
zeigt, ist mit <strong>Vakuum</strong>guss die Standardabweichung s bei<br />
68 %iger Wahrscheinlichkeit auf nur 0,5 mm verringert<br />
worden, was 0,045 % entspricht. Hinsichtlich Maß, Form<br />
und Lage werden Genauigkeiten erreicht, die ein spanendes<br />
Bearbeiten der bogenförmigen Flansche überflüssig<br />
werden lassen.<br />
9
Massgenauigkeit<br />
Mit einem Größtmaß von nur 440 mm ist das Werkstück in<br />
Bild 14 – der Schließzylinder für eine Spritzgießmaschine<br />
– für <strong>Vakuum</strong>guss verhältnismäßig klein. Wie aus der Auswertung<br />
der Messergebnisse in Tafel 4 ersichtlich, liegt die<br />
Streubreite der Maßabweichungen im „üblichen“ Rahmen;<br />
dies gilt sowohl für das formgebundene Längen- und Breitenmaß<br />
als auch für das nichtformgebundene Höhenmaß.<br />
Die in den Tafeln 1 bis 5 sowie Bild 13 genannten Mittelwerte<br />
für die Maßtoleranzen sind in Bild 15 in Abhängigkeit vom<br />
Nennmaß dem Genauigkeitsgrad GTB 15 gegenübergestellt,<br />
der nach DIN 1685 die engste Toleranzreihe für Gusseisen<br />
mit Kugelgraphit (endet bei 800 mm Nennmaß) und<br />
nach DIN 1686 die engste Toleranzreihe für Gusseisen mit<br />
Lamellengraphit ist. Deutlich ist zu erkennen, dass mit dem<br />
<strong>Vakuum</strong>-Formverfahren die nach GTB 15 zulässigen Toleranzen<br />
halbiert werden, es wird sogar der Genauigkeitsgrad<br />
GTB 12 nach DIN 1680 erreicht. Eine Ausnahme bilden die<br />
nichtformgebundenen Maße, hier sind die Toleranzen etwas<br />
größer.<br />
Die bisherigen Beispiele stammen aus verschiedenen <strong>Vakuum</strong>gießereien.<br />
Um mögliche firmenabhängige Fertigungsunterschiede<br />
festzustellen, schlossen sich fünf Gießereien<br />
zu einem Ringversuch zusammen, bei dem mit derselben<br />
Modelleinrichtung gearbeitet wurde.<br />
B<br />
• Bild 13: Segment für einen Tunnelring mit 5800 mm lichter<br />
Weite in Leichtbauweise und Auswertung des Breitenmaßes B<br />
von 445 Abgüssen; Werkstoff: EN-GJS-500-7, Abmessungen:<br />
2200 x 1100 mm, 8 mm Rückenwanddicke, Gewicht: 400 kg<br />
Tafel 4: Masse und Abmessungen von zehn<br />
vakuum geformten Schließzylindern für eine<br />
Kunststoff-Spritzgussmaschine nach Bild 14<br />
Lfd. Nr. Masse Länge Breite Höhe<br />
(kg) (mm) (mm) (mm)<br />
1 147,6 439,0 440,1 399,6<br />
2 147,6 439,1 440,2 401,5<br />
3 148,0 439,4 439,5 401,8<br />
4 147,9 439,3 439,7 401,4<br />
5 148,0 439,9 440,0 401,7<br />
6 147,5 439,7 439,8 401,7<br />
7 147,9 439,7 440,0 401,5<br />
8 148,3 439,9 439,9 401,5<br />
9 148,0 440,3 439,7 401,2<br />
10 148,5 440,0 439,7 402,0<br />
Sollmaß 439,0 440,0 400,0<br />
Größtwert x max 148,5 439,9 440,2 402,0<br />
Kleinstwert x min 147,5 439,0 439,5 399,6<br />
Mittelwert x 147,9 439,6 439,9 401,4<br />
Standardabweichung s 0,32 0,9 0,7 2,4<br />
Streubreite R 1,0 0,9 0,7 2,4<br />
=^ 0,67% =^ 0,20% =^ 0,16% =^ 0,60%<br />
Zulässiges Toleranzfeld<br />
nach DIN 1686 GTB 15 3,4 3,4 3,4<br />
• Bild 14: Schließzylinder für eine Kunststoff-Spritzgießmaschine;<br />
Werkstoff: EN-GJS-400-15, Abmessungen:<br />
440 x 440 x 400 mm, Gewicht: 148 kg;<br />
Maßauswertung siehe Tafel 4<br />
10
6<br />
6<br />
1,6<br />
1,4<br />
1,6<br />
1,4<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
T<br />
T<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
T )<br />
1,2<br />
T )<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
1,2<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4 0,4<br />
1<br />
1<br />
0,2<br />
0,2<br />
0 0<br />
0 0200 200 400 400 600 600 800 800 1000 1000 1200 1200 1400 1400 1600 1600 1800 1800<br />
0 0<br />
0 0200 200 400 400 600 600 800 800 1000 1000 1200 1200 1400 1400 1600 1600 1800 1800<br />
• Bild 15: Maßtoleranzen von <strong>Vakuum</strong>guss in Millimeter (links)<br />
und Prozentangabe (rechts) in Abhängigkeit vom Nennmaß in<br />
Gegenüberstellung zum Genauigkeitsgrad GTB 15 nach<br />
DIN 1680, DIN 1685 und DIN 1686.<br />
Als Werkstück wurde der Tisch einer Fräsmaschine<br />
(Bild 16) mit einer Masse von 495 kg gewählt, der aufgrund<br />
seiner Abmessungen von 810 x 810 x 140 mm in Formkästen<br />
unterschiedlicher Größe passte und der sowohl horizontal<br />
als auch vertikal gegossen werden konnte.<br />
Tafel 5 nennt die Ergebnisse des Ringversuchs.<br />
Längen- und Breitenmaße halten sich mit 1,5 mm<br />
(=^ 0,18 %) beziehungsweise 2 mm (=^ 0,25 %) in engen<br />
Toleranzgrenzen, mit 0,6 mm – dies ent spricht 0,43 % bei<br />
einem Nennmaß von 138 mm – hat das nichtformgebundene<br />
Höhenmaß eine etwas größere Streubreite.<br />
Mit einer Streubreite von weniger als einem Prozent wurde<br />
auch eine hohe Gewichtskonstanz festgestellt. Die Messergebnisse<br />
des Ringversuches sind auch in Bild 15<br />
eingetragen. Man erkennt, dass sie im üblichen Rahmen<br />
liegen. Die Maßgenauigkeit des <strong>Vakuum</strong>-Formverfahrens<br />
ist folglich systembedingt, firmenspezifische Einflüsse sind<br />
ohne Relevanz.<br />
Die eingetragenen Messpunkte sind meist Mittelwerte aus<br />
10 bis 15 Einzelmessungen.<br />
Besondere Vorteile werden mit dem <strong>Vakuum</strong>-Formverfahren<br />
dann erzielt, wenn aufgrund von Maßgenauigkeit und Oberflächengüte<br />
räumlich gekrümmte Funktionsflächen so exakt<br />
hergestellt werden können, dass sie keiner mechanischen<br />
Bearbeitung mehr bedürfen.<br />
Dies trifft beispielsweise für den Ventilatorflügel in Bild 18<br />
zu, bei dem sich Lage-, Maß- und Gewichtsabweichungen<br />
sowie eine raue Oberfläche negativ auf die Laufruhe, die<br />
Konzeption und den Wirkungsgrad der Anlage auswirken<br />
würden.<br />
Bei einer Serie von 152 Stück unterschieden sich die<br />
Einzelstückmassen nur um 150 g, was bei einer Durchschnittsmasse<br />
von 75 kg einem Toleranzbereich von 0,2 %<br />
entspricht.<br />
Die Dickenmessungen aller Flügelblätter, sie haben Wanddicken<br />
von 4,2 bis 13,8 mm, erfolgten an jeweils 18 Messpunkten;<br />
0,1 bis max. 0,4 mm Abweichung wurden ermittelt.<br />
Tafel 5: Abmessungen eines bei verschiedenen Herstellern<br />
nach derselben Modelleinrichtung abgegossenen,<br />
vakuumgeformten Werkstücks nach Bild 16<br />
Lfd. Nr. Länge Breite Höhe<br />
(mm) (mm) (mm)<br />
1 811,0 809,0 138,5<br />
2 809,5 807,0 138,4<br />
3 810,5 808,5 138,9<br />
4 811,0 809,0 138,4<br />
5 810,5 807,5 138,3<br />
• Bild 16: Tisch einer Werkzeugmaschine;<br />
Werkstoff: EN-GJL-250, Abmessungen: 810 x 810 x 140 mm,<br />
Gewicht: 500 kg; Maßauswertung siehe Tafel 5<br />
Größtwert x max 811,0 809,0 138,9<br />
Kleinstwert x min 809,5 807,0 138,3<br />
Mittelwert x 810,5 808,2 138,5<br />
Standardabweichung s 0,61 0,91 0,23<br />
Streubreite R 1,5 2,0 0,6<br />
=^ 0,18% =^ 0,25% =^ 0,43%<br />
Zulässiges Toleranzfeld<br />
nach DIN 1686 GTB 15 4,0 4,0 2,6<br />
11
Guss ohne Konizität<br />
Im Gegensatz zu nach konventionellen Verfahren hergestellten<br />
Gussstücken kann bei <strong>Vakuum</strong>guss zumindest<br />
partiell auf eine Modellschräge verzichtet werden.<br />
Denn durch das Umsteuern des Unterdruckes beim Formvorgang,<br />
d.h. beim Abheben des Formteils von der Modelleinrichtung,<br />
besteht zwischen Modell und Folie fast kein<br />
Reibungswiderstand, sodass sich das Modell auch bei<br />
einer Formschräge von 0° leicht abziehen lässt.<br />
Hier sind lohnende Aufgaben für den Konstrukteur, zusammen<br />
mit dem Gießer wirtschaftliche Lösungen produktbezogen<br />
zu erarbeiten, um auch diesen Vorteil des <strong>Vakuum</strong>-<br />
Formverfahrens voll zu nutzen. Bild 11 hat bereits eine<br />
solche Lösung gezeigt. Die Bordwände der Seiltrommel, sie<br />
haben einen Außendurchmesser von 650 mm, mussten früher<br />
an der Innenseite wegen der vorhandenen Formschräge<br />
bearbeitet werden, um einen einwandfreien Seileinlauf zu<br />
gewährleisten.<br />
Durch Verwendung von <strong>Vakuum</strong>guss konnte dieses Bearbeiten<br />
entfallen und das Fertigprodukt kostengünstiger<br />
bereitgestellt werden. 130 mm hoch sind die Seitenwände<br />
des Gehäuses in Bild 17, sie werden ohne jede Formschräge<br />
gegossen. Neben den großen Durchbrüchen werden<br />
auch die kleineren Bohrungen ohne Verwendung von Kernen<br />
vorgegossen. Beides vemindert den früher<br />
notwendigen Bearbeitungsaufwand erheblich.<br />
Ein weiteres Beispiel folgt aus dem Armaturenbereich.<br />
Das Keilschiebergehäuse im vorhergehenden Bild 9 wird<br />
stehend gegossen, Kopfflansch (Bild 19) und beide Durchgangsflansche<br />
haben keine Konizität, überdrehen der Dichtflächen<br />
genügt als Bearbeitung.Die verwendeten Formstoffe<br />
und der spezielle Fertigungsablauf beim <strong>Vakuum</strong>formen<br />
führen zu exzellenter Oberflächengüte der Werkstücke. Dies<br />
hat mehrere Ursachen.Durch Verwendung von trockenem,<br />
binderfreien Formsand kann beim Vibrationsverdichten und<br />
nachfolgendem Aufbringen des <strong>Vakuum</strong>s keine sogenannte<br />
Brückenbildung zwischen einzelnen Sandkörnern und<br />
damit unterschiedliches Verdichten auftreten, entsprechend<br />
gleichmäßig ist die Gussoberfläche. Außerdem wird ein sehr<br />
feinkörniger Sand verwendet, da auf die sonst notwendige<br />
Gasdurchlässigkeit der Form keine Rücksicht genommen<br />
zu werden braucht.<br />
Durch das Auftragen einer Schlichte auf die Folie wird der<br />
direkte Kontakt zwischen Metall und Formsand beim<br />
Gießen vermieden, die Oberflächengüte von vakuumgeformtem<br />
Guss ist daher nahezu unabhängig vom Gusswerkstoff.<br />
So ist es im Vergleich zu konventionellen Techniken<br />
schon erstaunlich festzustellen, dass beispielsweise bei<br />
Werkstücken aus Gusseisen und Stahlguss die gleiche<br />
feine Oberfläche vorhanden ist, obwohl Gießtemperatur<br />
und Aggressivität der Schmelze sehr unterschiedlich sind.<br />
Einen Eindruck von der hohen Abbilde genauigkeit und<br />
Oberflächengüte von vakuumgeformtem Guss soll mit<br />
Bild 20 gegeben werden; es zeigt den Ausschnitt eines<br />
Maschinenteils aus Gusseisen mit Lamellengraphit mit einer<br />
Masse von rd. 200 kg. Hier war die Modellfolie aus irgendeinem<br />
Grunde eingerissen, sie wurde vor dem Schlichten mit<br />
Transparent-Klebeband geflickt. Deutlich ist am Guss der<br />
erhabene „Abdruck“ des kreuzweise aufgeklebten Bandes<br />
zu erkennen.<br />
• Bild 17: Seitenkasten; Werkstoff:<br />
G-AISi8Cu3, Abmessungen:<br />
650 x 480 x 130 mm,<br />
Gewicht: 11 kg<br />
• Bild 19: Kopfflansch des<br />
Keilschiebergehäuses nach Bild 9<br />
(DN 400), der, wie auch die beiden<br />
Durchgangsflansche, ohne<br />
Konizität gegossen wird<br />
12<br />
• Bild 18: Flügel für<br />
Windkanalgebläse;<br />
Werkstoff: EN-GJS-400-15,<br />
Länge: 750 mm,<br />
Gewicht: 75 kg<br />
Während frühere Verfasser bezüglich der Oberfläche von<br />
<strong>Vakuum</strong>guss nur verbale Vergleiche zogen und sie mit der<br />
von gewalztem Stahl verglichen, haben inzwischen objektive<br />
Messungen stattgefunden, womit Werturteile quantifiziert<br />
werden können. Wie aus dem Profilschrieb in Bild<br />
22 a zu entnehmen ist, beträgt die Rau tiefe Rmax von<br />
<strong>Vakuum</strong>guss nur etwa 80 µm. In diesem Bild sind auch ein<br />
Profilschrieb von Trockenguss (furanharzgebunden, Bild<br />
22 b) und Gründsandguss (bentonitgebunden, Bild 22 c)<br />
wiederge geben.<br />
Die Feinheit der Oberfläche von <strong>Vakuum</strong>guss ist so hoch,<br />
dass das sonst übliche, zum Entfernen von Formstoffresten<br />
durchzuführende Strahlen mit zum Beispiel Stahlkies sogar<br />
negativen Einfluss haben kann, da dadurch die Oberfläche<br />
aufgeraut wird. Dies geht deutlich aus den Angaben<br />
in Tafel 6 hervor, wiederum im Vergleich zu konventionell<br />
geformtem Guss. Man kann folglich sogar sagen, dass das<br />
Strahlen ein „Feind“ des <strong>Vakuum</strong>gusses ist, vor allem dann,<br />
wenn es unsachgemäß durchgeführt wird.<br />
– Es ist noch darauf hinzuweisen, dass die Angaben der<br />
ersten Zeile in Tafel 6 – mit Drahtbürste gereinigt –<br />
die Auswertung der Profilschriebe in Bild 22 sind.
oberflächengüte<br />
• Bild 20: Der mit Transparent-Klebeband geflickte Riss der<br />
Modellfolie ist deutlich auf dem Abguss zu erkennen, ein<br />
Zeichen der hohen Abbildegenauigkeit von <strong>Vakuum</strong>guss<br />
• Bild 21: Oberflächengüte von sandgestrahltem Al-Kokillenguss<br />
(oben) und Al-<strong>Vakuum</strong>guss (unten), bei dem kein Sandstrahlen<br />
notwendig ist; V = 5:1 (Orig.: 6:1)<br />
a = <strong>Vakuum</strong>guss<br />
Das Aufrauen der Gussoberfläche durch das Strahlen trifft<br />
auch für den konventionellen Aluminium-Kokillenguss zu.<br />
Üblicherweise muss es hier zum Entfernen der Oxidhäute<br />
durchgeführt werden, bei <strong>Vakuum</strong>guss ist dies nicht nötig.<br />
In Bild 21 werden fünffach vergrößert beide Oberflächen<br />
einander gegenübergestellt, deutlich sind die Unterschiede<br />
zu er kennen.<br />
b = Trockenguss<br />
c = Nassguss<br />
Auch unter der Oberfläche – in der Randschicht – hat <strong>Vakuum</strong>guss<br />
bemerkenswerte Eigenschaften. Eine Gusshaut<br />
im üblichen Sinne entsteht nicht. Denn einerseits verhindert<br />
das vollständige Schlichten der Form Reaktionen zwischen<br />
Gießmetall und Formstoff, andererseits ist die Abschreckwirkung<br />
des trockenen Formstoffes wesentlich geringer als<br />
bei Nass guss.<br />
Letzteres zeigt ebenfalls Tafel 6 beim Vergleich der Zeilen<br />
zwei und drei: Ein Glühen bei 750 °C hat bei <strong>Vakuum</strong>guss<br />
keinen Einfluss auf die Rautiefe nach dem Strahlen. Die<br />
höhere Randschichthärte von Nassguss wird hingegen<br />
durch das Glühen verringert, sodass beim Strahlen<br />
Oberflächenunterschiede „eingeebnet“ werden können.<br />
• Bild 22<br />
Tafel 6: Einfluss des Strahlens mit Stahlkies auf die<br />
Oberflächengüte von unterschiedlich hergestellten Teilen<br />
aus Gusseisen mit Lamellengraphit<br />
Behandlungszustand<br />
Formverfahren<br />
<strong>Vakuum</strong>guss Trockenguss Nassguss<br />
(furanharz- (bentonitgebunden)<br />
gebunden)<br />
Rautiefe R max (mm)<br />
Gusszustand (ungeglüht),<br />
mit Drahtbürste gereinigt 1) 0,08 0,33 0,27<br />
Gusszustand (ungeglüht), mit Stahlkies<br />
in Schleuderrad- oder Freistrahlkabine<br />
gestrahlt 2) 0,09 bis 0,13 0,13 bis 0,14 0,23 bis 0,34<br />
Bei 750 °C geglüht,<br />
in Schleuderradkabine gestrahlt 2) 0,13 0,15 0,16<br />
1) Profilschrieb der Rautiefemessungen siehe Bild 22 · 2) Mit unterschiedlichen Stahlkies-Feinanteilen<br />
Infolge seiner geringen Rautiefe hat vakuumgeformter Guss<br />
eine lackierfähige Oberfläche, durch Wegfall des sonst notwendigen<br />
Spachtelns werden Kostenvorteile erzielt, wie<br />
mit der Seitenwand für eine Druckmaschine in Bild 23 ein<br />
Beispiel gegeben wird.<br />
Der Oberflächengüte kommt auch entgegen,<br />
dass der in der Formteilung zwangsläufig<br />
entstehende Grat bei <strong>Vakuum</strong>guss üblicherweise<br />
gleichmäßig ausgebildet und sehr<br />
klein ist, sodass er unverputzt belassen<br />
werden kann.<br />
Muss ein Grat aber doch beigeschliffen<br />
werden, so würde schon ein ungleichmäßiges<br />
Andrücken der Schleifscheibe genügen,<br />
um ein unsauberes Schliffbild am Stück zu<br />
erhalten, wie Bild 25, schematisch zeigt; bei<br />
hohen Anforderungen an die Oberflächengüte<br />
muss hier gespachtelt werden.<br />
13
Mechanische Eigenschaften<br />
• Bild 23: Seitenwand für eine Druckmaschine; Werkstoff: EN-<br />
GJL-250, Abmessungen: 80 x 1050 x 1280 mm, Gewicht: 480 kg<br />
Dies lässt sich vermeiden, wenn entsprechend Bild 25,<br />
unten, am Modell in Höhe der Formteilung eine Fase vorgesehen<br />
wird, die nicht beigeschliffen wird und später am<br />
Werkstück, beispielsweise als umlaufender Ring, deutlich<br />
zu erkennen ist. In diese Fase wird fast unsichtbar der Grat<br />
integriert. Tritt doch ein beizuschleifender Formteilungsgrat<br />
auf, so wird die Fase auf ihrer gesamten Höhe bzw. Breite<br />
überschliffen, das Schliffbild ist gleichmäßig, ungleichmäßiges<br />
Schleifen fällt in bestimmtem Umfang nicht auf.<br />
Die gute Oberfläche von <strong>Vakuum</strong>guss hat für den Maschinen-<br />
und Anlagenbauer dann eine entscheidende Bedeutung<br />
beziehungsweise ist für ihn ein wichtiges Argument,<br />
wenn diesbezüglich an das Endprodukt besondere Anforderungen<br />
gestellt werden, es „mit den Augen gekauft wird“.<br />
Und auch funktionsbedingte Vorteile werden erzielt. So haben<br />
Filtertücher bei vakuumgeformten Kammerfilterplatten<br />
aufgrund deren guter Oberfläche eine längere Lebensdauer<br />
als früher.<br />
• Bild 24: Maschinengehäuse; Werkstoff: EN-GJL-250,<br />
Gewicht: 144 kg<br />
Abweichend von anderen Form- beziehungsweise Gießverfahren<br />
wird beim <strong>Vakuum</strong>-Formverfahren ein besonderes<br />
Abkühlverhalten der Schmelze in der Form festgestellt.<br />
Die Abkühlgeschwindigkeit ist zu Beginn kurzzeitig höher,<br />
weil das isolierende Gaspolster fehlt: Die Schmelze steht<br />
in direktem Kontakt mit der Formwand. Anschließend ist<br />
die Abkühlgeschwindigkeit deutlich geringer, was mit dem<br />
Fehlen der Formstoff-Feuchtigkeit, der geringeren Wärmeleitfähigkeit<br />
des Sandes und der fehlenden Konvektion im<br />
Formstoff begründet wird.<br />
Wie die Angaben in Tafel 7 zeigen, werden dadurch die Festigkeitseigenschaften<br />
nur wenig beeinflusst, die Unterschiede<br />
werden mit steigendem Sättigungsgrad noch geringer.<br />
Die niedrigere Härte beeinflusst günstig die Bearbeitbarkeit.<br />
Auch auf die Zähigkeitseigenschaften wirkt sich die langsame<br />
Abkühlgeschwindigkeit günstig aus. So sind beispielsweise<br />
Werkstücke aus EN-GJS-400-18-LT – nach DIN 1693<br />
eine Sorte mit gewähr leisteter Kerbschlagarbeit – problemlos<br />
im Gusszustand nach dem <strong>Vakuum</strong>-Formverfahren<br />
herzustellen, sofern eine Mindestwanddicke von etwa 12<br />
mm gegeben ist; eine zusätzliche Wärmebehandlung ist<br />
dann nicht erforderlich.<br />
Die langsame und gleichmäßige Abkühlung des Gussstücks<br />
nach dem Gießen mindert ferner die Gussspannungen.<br />
Auch bei recht hohen Anforderungen an den Spannungszustand<br />
eines Werkstücks ist in der Regel kein Spannungsarmglühen<br />
notwendig.<br />
• Bild 25: Ausführung des Formteilungs grates.<br />
oben: konventioneller Grat, beim Schleifen entsteht oft<br />
ein ungleichmäßiges Schliffbild<br />
unten: durch Anbringen einer Fase, die den Grat aufnimmt,<br />
wird ein gleichmä ßiges Schliffbild erreicht<br />
Die Wirtschaftlichkeit vakuumgeformten Gusses beginnt<br />
schon beim Modell. Da infolge der zwischenliegenden<br />
Kunststoff-Folie kein direkter Kontakt von Formsand und<br />
Modell vorhanden ist und daher kein Modellverschleiß<br />
auftreten kann, werden keine aufwendigen Metall- oder<br />
Kunststoffmodelle benötigt, es genügen „einfache“<br />
Holzmodelle ausreichender Stabilität.<br />
Selbst Modelle für das konventionelle Maschinenformverfahren<br />
sind verwendbar, die notwendigen Luftabsaugbohrungen<br />
lassen sich auch nachträglich noch problemlos<br />
anbringen.<br />
14
Wirtschaftlichkeit<br />
Hohe Oberflächengüte und enge Maß toleranzen verringern<br />
den Umfang einer mechanischen Bearbeitung, können sie<br />
unter Umständen sogar ganz entfallen lassen. Letzteres<br />
trifft vor allem dann zu, wenn auf eine Formschräge<br />
verzichtet werden kann.<br />
Das <strong>Vakuum</strong>-Formverfahren bietet mehrere Möglichkeiten,<br />
Werkstoff einzusparen und damit den Forderungen des<br />
Leichtbaus zu entsprechen. Die engen Maßtoleranzen<br />
erlauben eine entsprechende Verringerung der Wanddicke<br />
von tragenden Querschnitten. Ferner ist im Vergleich zu<br />
anderen Verfahren zwischen den geschlichteten Folien die<br />
Fließfähigkeit des Gießmetalls um etwa 20 % besser, was<br />
unter anderem dadurch bedingt wird, dass während des<br />
Gießens die Luft in der Form sowie die entstehenden<br />
Gießgase vom <strong>Vakuum</strong>system abgesaugt werden.<br />
Ein außerordentlich überzeugendes Beispiel für den Leichtbau<br />
mit <strong>Vakuum</strong>guss ist ein aus 10 Segmenten bestehender<br />
Tunnelring mit einer lichten Weite von 5800 mm, von denen<br />
Bild 13 eines zeigt. Hier ist es durch Verringern der Wanddicke<br />
gelungen, die wirtschaftliche Guss ausführung durchzusetzen<br />
und damit die bisherige Betonbauweise abzulösen.<br />
Bei Außenabmessungen von rd. 2200 x 1100 mm wird eine<br />
Rückenwanddicke von nur 8 mm (!) realisiert. Die beidseitigen,<br />
bogenförmigen Anschlussflansche werden ohne die<br />
Notwendigkeit einer spanenden Bearbeitung montagefertig<br />
vakuumgegossen; die Zahlenangaben zu Bild 13 vermitteln<br />
anhand des Breitenmaßes von rd. 1100 mm einen Eindruck<br />
von der hohen Fertigungsgenauigkeit.<br />
Masseminimierung hat im Fahrzeugbau eine ganz besondere<br />
Bedeutung, denn niedrige Eigenmasse senkt den<br />
Kraftstoffverbrauch und erhöht die Nutzlast. Maßnahmen<br />
in dieser Richtung sind vor allem dann wirkungsvoll, wenn<br />
es sich um ungefederte Bauteile handelt, wie beispielsweise<br />
Achsbrücken, Bild 12. Mit <strong>Vakuum</strong>guss wird hier gegenüber<br />
früher aufgrund der höheren Maßgenauigkeit die Masse um<br />
5 bis 7 % gesenkt.<br />
Doch dem konsequenten Ausnutzen aller vom <strong>Vakuum</strong>-<br />
Formverfahren gebotenen Möglichkeiten zur Wanddickenverringerung<br />
sind – abhängig von der geometrischen<br />
Gestalt des Werkstückes – auch Grenzen gesetzt.<br />
war eine Folge der Minimierung der Wanddicke, wodurch<br />
die Konstruktion in eine Vielzahl von Speisungsbereichen<br />
aufgelöst wurde. Die Dichtheit der hochbeanspruchten<br />
Knotenpunkte musste durch Röntgenprüfung nachgewiesen<br />
werden.<br />
Die geringe Abschreckwirkung des wasserfreien Formstoffs<br />
und seine gute Wärmeisolation bewirken ein nur langsames<br />
Erstarren des Gießmetalls und Abkühlen der Gussstücke.<br />
Das führt zu gleichmäßigen mechanischen Eigenschaften,<br />
auch bei erheblichen Wanddickenunterschieden. Da<br />
auch kleine Wanddicken bei Gusseisen grau erstarren und<br />
Kantenhärte nicht auftritt, ist die spanende Bearbeitung<br />
problemlos und kann unter kostengünstigen Bedingungen<br />
erfolgen.<br />
Die hohe Stabilität der <strong>Vakuum</strong>formen beeinflusst auch die<br />
Wirtschaftlichkeit; denn sie ist eine Voraussetzung für das<br />
sogenannte speiserlose Gießen von Gusseisenwerkstoffen,<br />
womit das Ausbringen – das Verhältnis von flüssigem<br />
Einsatz zu Rohguss – verbessert wird.<br />
Die günstigen Eigenschaften von <strong>Vakuum</strong>guss führen in<br />
zahlreichen Fällen zu wirtschaftlich interessanten<br />
Ergebnissen.<br />
Möglich sind:<br />
• Einsparen von Modellkosten,<br />
• Verzicht auf Dauerformen bei Leicht metallguss,<br />
• weniger oder kein Spachteln vor dem Lackieren,<br />
• kleinerer Bearbeitungsumfang,<br />
• bessere Bearbeitbarkeit,<br />
• Leichtbauweise,<br />
• spannungsarme Gussstücke<br />
Ein Gespräch zwischen Gussverbraucher und <strong>Vakuum</strong>gießer<br />
lohnt immer, vor allem dann, wenn es um Gussstücke<br />
geht, deren Masse bei Gusseisenwerkstoffen im Be reich<br />
zwischen etwa 100 kg und 1000 kg sowie bei Aluminium<br />
zwischen etwa 10 kg und 50 kg liegt.<br />
So lag die Schwierigkeit für den Gießer bei der Herstellung<br />
des Getriebegehäuses für den Antrieb einer Elektrolokomotive<br />
(Bild 26) – Werkstoff ist EN-GJS-400-15, die Wanddicke<br />
beträgt nur 8 mm – nicht in der Formfüllung beim Gießen,<br />
sondern im Dichtspeisen der vielen Knotenpunkte; dies<br />
Tafel 7: Einige mechanische Eigenschaften von fünf Sorten<br />
Gusseisen mit Lamellengraphit, gegossen in <strong>Vakuum</strong>- und<br />
in bentonitgebundenen Nassgussformen<br />
Probe- Sättigungs- <strong>Vakuum</strong>form Nassgussform<br />
Nr. grad<br />
Zug- Biege- Durch- Zug- Biege- Durchfestigkeit<br />
kraft biegung festigkeit kraft biegung<br />
S c (N/mm 2 ) (kN) (mm) (N/mm 2 ) (kN) (mm)<br />
1 0,84 346 14,1 11,2 321 12,7 9,6<br />
2 0,87 303 13,1 11,5 277 12,6 9,0<br />
3 0,89 274 12,4 10,8 268 11,8 8,7<br />
4 0,92 236 10,6 9,8 237 10,5 7,8<br />
5 0,96 216 10,1 7,8 228 10,3 7,0<br />
• Bild 26: Getriebegehäuse für den<br />
Antrieb einer Elektrolokomotive;<br />
Werkstoff: EN-GJS-400-15, Gewicht: 200 kg<br />
15
Konstruktionshinweise<br />
Dem Konstrukteur bietet das <strong>Vakuum</strong>-Formverfahren grundsätzlich<br />
die gleichen Möglichkeiten der Formgebung wie die<br />
konventionellen Sandformverfahren mit mechanischer oder<br />
chemischer Bindung des Formstoffs.<br />
Zu nennen sind beispielsweise der Einsatz von Kernen und<br />
die Ver wendung von Eingießteilen (Verbundguss); Hinterschneidungen<br />
können ohne Kerne kostengünstiger durch<br />
Verwendung von Losteilen am Modell oder mithilfe von<br />
in der Form verbleibenden Modellteilen aus Schaumstoff<br />
(partieller Vollformguss) ausgeführt werden. Daher gelten<br />
allgemein für das Konstruieren in <strong>Vakuum</strong>guss die „gussüblichen“<br />
Hinweise.<br />
Darüber hinaus gibt es einige Besonderheiten, deren<br />
Beachtung positiv die Wirtschaftlichkeit der Fertigung<br />
von <strong>Vakuum</strong>guss beeinflusst.<br />
15ϒ<br />
T H T H<br />
15ϒ<br />
T H T H<br />
Die Verwendung von trockenen, binderfreien Formsanden<br />
mit ihrer ausgezeichneten Fließfähigkeit ermöglicht nämlich<br />
die Herstellung auch von solchen Werkstückkonturen, für<br />
die bei anderen Verfahren zusätzlicher Aufwand notwendig<br />
wäre. Andererseits ist zu berücksichtigen, dass die Verformbarkeit<br />
der Modell-Abdeck folie nicht unbegrenzt ist. Zu beiden<br />
Punkten werden nachfolgend einige Beispiele gegeben:<br />
Die horizontalen Flächen von Spanntaschen und ähnlichen<br />
Ausnehmungen können bis zu einer Tiefe T von 50 %<br />
der Höhe H waagerecht ausgeführt werden.<br />
Bei größeren Tiefen bis T = H ist abhängig vom Verhältnis<br />
zueinander eine Neigung von bis zu 15° an der Fläche<br />
vorzusehen, die beim Formen oben liegt.<br />
Die hierbei jeweils entstehende Hinterschneidung wird<br />
mithilfe<br />
15ϒ<br />
eines Losteiles oder eines Schaumstoffteiles<br />
Ther gestellt. H<br />
15ϒ<br />
T<br />
H<br />
T < 0,5 H<br />
0,5 H < T < H<br />
0,5 H < T < H<br />
T < 0,5 H<br />
0,5 H < T < H<br />
0,5 H < T < H<br />
Schmiernuten lassen sich ohne<br />
Kern mithilfe von Losteilen oder<br />
Schaumstoffteilen herstellen. Ihre<br />
Dimensionierung (Verhältnis von<br />
Höhe zu Tiefe) entspricht derjenigen<br />
von Spanntaschen, wie vorstehend<br />
beschrieben.<br />
Befestigungsaugen können sowohl<br />
auf der Außen- als auch auf der<br />
Innenkontur angebracht werden;<br />
entstehende Hinterschneidungen<br />
werden mithilfe von Losteilen oder<br />
Schaumstoffteilen hergestellt.<br />
16
Die Tiefe T von Sacklochbohrungen, Taschen und<br />
Schlitzen ist begrenzt; sie beträgt max. 125 % des<br />
Durchmessers beziehungsweise der Breite B; die Länge<br />
von Schlitzen – offenen und geschlossenen – kann beliebig<br />
gewählt werden. Der Abstand B zwischen zwei Rippen<br />
soll mindestens 80 % der Rippenhöhe H betragen. Die<br />
Rippenlänge ist beliebig.<br />
Enge Zwischenräume, beispielsweise<br />
zwischen einem Auge und einer Wand,<br />
sind mit einer Rippe zu überbrücken.<br />
Fertigungsbedingt sind Verstärkungsrippen von nach<br />
anderen Verfahren hergestellten Bauteilen üblicherweise<br />
konisch, die am stärksten beanspruchte Zugfaser<br />
hat folglich den kleinsten Querschnitt (links); mit dem<br />
<strong>Vakuum</strong>-Formverfahren ist ein beanspruchungsgerechter<br />
Querschnitt problemlos möglich (rechts).<br />
An Teilen mit runden oder kugeligen Konturen ist auf deren<br />
höchstem Punkt nach Möglichkeit eine ebene, am Gussstück<br />
verbleibende Fläche zum Aufsetzen der Formentlüftung<br />
oder des Speisers vorzusehen; dadurch werden die<br />
Putzkosten gesenkt. Oft kann auf eine Formschräge<br />
verzichtet werden. Ist doch eine erforderlich, so können<br />
zumindest partiell senkrechte Wände vorgesehen<br />
werden, z. B. für Anlageflächen in Vorrichtungen.<br />
17
Produktbeispiele – Aluminium<br />
• Gehäuse; Werkstoff: G-AlSi12, Gewicht: 33 kg<br />
Abmessungen: 650 x 610 x 470 mm<br />
• Kühlergehäuse mit hohen Anforderungen<br />
an die Gasdichtheit; Werkstoff: G-AlSi10Mg wa,<br />
Gewicht: 10 kg, Abmessungen: 710 x 300 x 120 mm<br />
• Verschiedene Gussteile<br />
Material: G-AI<br />
10 cm<br />
18
Grau- und SphÄroguss<br />
• Filtergehäuse DN 200 für den Schiffbau;<br />
Werkstoff: GL-250, Gewicht: 112 kg<br />
• Kanaldeckel; Werkstoff: GJL-200;<br />
Gewicht: rd. 80 kg, Ø 700 mm<br />
• Gehäuse DN 400 für Wasserzähler;<br />
Werkstoff: Gusseisen mit Lamellen- oder Kugelgraphit,<br />
Gewicht: 250 kg<br />
• Triebwerksgehäuse;<br />
Werkstoff: GJL-250, Gewicht: 495 kg<br />
• Seitenschilder für eine Blechschere; Werkstoff: Gusseisen<br />
mit Lamellen- oder Kugelgraphit, Stückgewicht: 52 kg<br />
19
Produktbeispiele – SphÄroguss<br />
• Palettenwagen für Formanlage; Werkstoff: GJS-500-7,<br />
Gewicht: 1070 kg, Abmessungen: 1800 x 1200 x 160 mm<br />
• Halbachse für Nutzfahrzeug;<br />
Werkstoff: GJS-400; Gewicht: 79 kg<br />
• Achsbrücke für Nutzfahrzeug;<br />
Werkstoff: GJS-400, Gewicht: 190 kg<br />
• Auskleidungsring für einen im Gerbirgsverbund gebauten<br />
Schacht von Ø 4800 mm im Kalibergbau, bestehend aus 9<br />
Segmenten mit einer Wanddicke bis 120 mm;<br />
Werkstoff: GJS-500-7, Segmentgewicht: 3,3 t<br />
• Gehäuse für Walzgerüst;<br />
Werkstoff: GJS-400-18-LT, Gewicht: 420 kg<br />
20
• Formkasten für eine Formanlage; Werkstoff: GJS-500-7; Gewicht: 800 kg;<br />
Abmessungen: 1790 x 1400 x 350 mm<br />
• Werkzeugträger für eine Spritzgießmaschine, ohne<br />
Formschräge nur mit Schleifzugabe gegossen;<br />
Werkstoff: GJS-500-7, Gewicht: 270 kg,<br />
Abmessungen: 580 x 550 x 400 mm<br />
• Platten für Filterpressen, mit Korrosionsschutz versehen;<br />
Werkstoff: GJS-500-7, Abmessungen: 2000 x 2000 x 80 mm<br />
• Achsgehäuse<br />
Werkstoff: GJS, Gewicht: 104 kg<br />
21
Produktbeispiele – Stahlguss<br />
• Ventilkörper für Gas-Pipeline<br />
bis 500 mm Nennweite (160 bar)<br />
Material: Cr-Ni-Stahl,<br />
Gewicht: 435 kg<br />
Russland<br />
• Mahlwerkzeug<br />
Werkstoff: Mangan-Stahl, Gewicht: 1005 kg<br />
Schweden<br />
• Gussteil für Space Shuttle Transport (NASA) „Best Casting of America in 2006“ Award by AFS<br />
L = ca. 2.500 mm, Material: Mangan-Stahl<br />
USA<br />
22
• Bauteile eines Eisenbahn-Fahrgestells<br />
Werkstoff: Carbon-Stahl, Gewicht: 560 kg<br />
China<br />
• Ventilkörper<br />
Material: Hochlegierter Stahl<br />
Japan<br />
• Eisenbahn-Fahrgestellrahmen<br />
Material: Carbon-Stahl<br />
Russland<br />
• Bauteile eines Eisenbahn-Fahrgestells<br />
Werkstoff: Carbon-Stahl, Gewicht: 430 kg<br />
China<br />
23
Produktbeispiele – Stahlguss<br />
1060 mm<br />
1040 mm<br />
940 mm<br />
930 mm<br />
570 mm<br />
660 mm<br />
• Hinterachslager für Industrietraktor<br />
Werkstoff: EN-GS<br />
Gewicht: 725 kg<br />
Russland<br />
• Hinterachslager für Industrietraktor<br />
Werkstoff: EN-GS<br />
Gewicht: 743 kg<br />
Russland<br />
• Transporter für Hochofenanlage<br />
Russland<br />
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