Formstoffe und Formverfahren - Gestern, Heute und Morgen

Zukunftsfähige, nachhaltige Verfahren zur Form- und Kernherstellung müssen verschiedenen Anforderungen gerecht werden.

Qualität, Produktivität, Flexibilität, Prozesssicherheit und Umweltverträglichkeit sind wesentliche Merkmale für die Verfahrensentwicklung der letzten Jahrzehnte und sind zugleich entscheidende Kriterien für die ökonomische und ökologische, d.h. eine ganzheitlich begründete Verfahrensauswahl.

Die o.g. Forderungen zeigen sich in der Entwicklung der Formtechnik in 4 Generationen:

1. Innovative, hochleistungsfähige Verdichtungsverfahren mit bentonitgebundenen Formstoffen (ab 1970)
2. Verfestigungsverfahren mit chemisch härtenden Bindersystemen auf anorganischer Basis (Wasserglas ab 1950), neue anorganische Binder (ab 2003)sowie organische Binder (Kunstharze für Nobake-Verfahren, Cold-box-Verfahren, heißhärtende Verfahren ab 1950/1970)
3. Verfahren mit Verfestigung durch physikalische Wirkprinzipien, z.B. Vakuumform-verfahren (1970), Lost-foam Verfahren
4. e- Manufacturing, d.h. schnelle und flexible Fertigung von Bauteilen (Modelle, Formteile) direkt aus den CAD- Daten (z.B. Direktes Croning-Verfahren, Formstoff-printing, Direktes Formfräsen)

Im Vortrag soll anhand ausgewählter Beispiele für Einsatzstoffe und Verfahren dargelegt werden, wie die o.g. Kriterien Richtschnur für Forschung, Entwicklung und praktische Umsetzung in der deutschen Gießereiindustrie waren.

Zur Fertigung von Sandformteilen werden Formstoffe vorwiegend auf der Basis von Quarzsand eingesetzt. Obwohl der deutschen Gießereiindustrie hochwertige Quarzsande zur Verfügung stehen, wird die Verwendung alternativer Formgrundstoffe zunehmen, die die steigenden Anforderungen (thermische und mechanische Belastbarkeit, Fehlerfreiheit, Qualität) erfüllen können. Mit dem Einsatz derartiger Formgrundstoffe sollen folgende Probleme gelöst werden:

• Sicherung einer hohen Gussstückqualität durch den Einsatz von Formstoffen (Formgrundstoffen) mit einem günstigen Ausdehnungsverhalten und hoher thermischer Belastbarkeit zur Sicherung einer guten Maßgenauigkeit, Oberflächengüte sowie Fehlerfreiheit (Anbrand, Penetration, Ausdehnungsfehler ... ).
• Einflussnahme auf das Verhalten beim Gießen (Fließvermögen) und die Gefügeausbildung durch den Einsatz von Formstoffen mit variablen wärmephysikalischen Eigenschaften zur:
  
  • Erhöhung der Wärmenutzungsbedingungen, um z.B. im Leichtmetallguss eine schnelle Abkühlung und damit günstige Gefügeausbildung zu erreichen.
  
  • Verringerung der Wärmeentzugsbedingungen (Abkühlungsgeschwindigkeit) um dünnwandigere Gussteile fertigen zu können.
  
  • Maßgebliche Entwicklungen im Bereich bentonitgebundene Formstoffe / Grünsandformverfahren sind:
  
  • Sicherung gleichmäßiger Eigenschaften auch in Formpartien mit großer Schwierigkeit durch neue Verdichtungsverfahren und Formstoffe mit hoher Fließbarkeit
  
  • Stärkere Beachtung des Umlaufverhaltens dieser Formstoffe durch Verbesserung der stofflichen Eigenschaften und technischtechnologische Maßnahmen
  
  • Sicherung und weitere Verbesserung der Umweltverträglichkeit hinsichtlich Emissionsverhalten und Recycelbarkeit.

Die Entwicklung zu dünnwandigen, multifunktionalen Integral- Gussteilen mit immer komplexerer Geometrie führen zu den Schlussfolgerungen:

• der Kernanteil wächst, die Schwierigkeit der Kernkonturen nimmt zu.

Neben diesen Anforderungen steht die weitere Verbesserung der Umweltverträglichkeit besonders im Blickpunkt. Im Rahmen des Vortrages wird auf Weiterentwicklungen der organischen Cold-box-Binder und auf neue Verfahren mit anorganischen Bindersystemen eingegangen.

Große Gießereitechnische Tagung 2008 Aachen