Verfahren zum Herstellen von Formkörpern zum mittelbaren oder unmittelbaren Erzeugen von den formgebenden Hohlraum einer Giessform begrenzenden Wänden oder Wandteilen In der Giesserei bildet Holz den bisher meist ver wendeten Werkstoff zum Erzeugen der Modelle, die dann zum Bilden der eigentlichen Giessform dienen. Werden allerdings grössere Ansprüche an die Genauig keit und/oder an die Lebensdauer eines Modelles ge stellt, tritt anstelle von Holz ein geeigneter Kunststoff oder Metall.
Ganz besonders geeignet erweisen sich in vielen Beziehungen Modelle aus den unter der Be zeichnung Araldib bekanntgewordenen Äthoxylinhar- zen. Bei extrem hohen Anforderungen werden aus schliesslich Metallmodelle aus widerstandsfähigen Le gierungen benützt, selbst unter Inkaufnahme der im Vergleich zu Modellen aus Holz oder Kunststoff hohen Herstellungskosten.
Der leichten Bildsamkeit von Kunststoff steht näm lich eine Reihe von Nachteilen gegenüber, die bisher die Verwendung von Kunststoffmodellen vielfach er schwerten oder verunmöglichten. So sind Modellpartien unter etwa 4 mm Wandstärke in der Regel spröde, weil die sonst übliche Glasfaserverstärkung nicht mehr vorgesehen werden kann. Solche Kunststoffmodelle müs sen dann aus Festigkeitsgründen meistens in die Form platte eingegossen werden und verteuern stark deren Herstellung. Auch wird eine spätere Reparatur sehr schwierig, womit die Modellplatte meist für eine Wieder verwendung verloren ist.
Ferner besteht bei dünnen und exponierten Modellpartien häufig eine erhöhte Ge fahr, dass kleine Fehler, Poren usw. auftreten. Es sind dann Korrekturarbeiten nötig, was die Masshaltigkeit der Abgüsse reduziert. Wenn von einem Urmodell gleichzeitig mehrere Kunststoffmodelle abgebildet wer den, entstehen bei Korrekturarbeiten an einem Einzel modell auch unerwünschte Massdifferenzen zwischen den gesamthaft mit Hilfe der verschiedenen Einzelmodelle erhaltenen Abgüsse. Weiter ist auch die Oberflächenbe schaffenheit der Abgüsse in der Regel derjenigen unter legen, welche mit Giessformen erhalten werden, zu deren Bildung Metallmodelle benutzt wurden.
Auch lassen ein gehende Versuche die Annahme zu, dass bei Kunststoff- modellen sich in stärkerem Masse ein bleibender Nieder schlag bzw. Aufbau von Formstoffteilchen wie Ton partikel auf der Modelloberfläche bildet; solche Nieder schläge erzeugen Oberflächenfehler und erschweren das Ausformen der Modelle aus Sandgiessformen.
Für Kernbüchsen ist die Verwendung von Kunst stoffen anstelle von Metall preislich sehr vorteilhaft. In neuerer Zeit. werden häufig Kernbüchsen mit erhitzten formgebenden Wänden verwendet, und zwar in Ver bindung mit Kernformstoffen, die mit einem durch Wärme aushärtbaren Kunststoffbinder durchsetzt sind. Kernbüchsen aus Kunststoff sind natürlich völlig un geeignet für eine Verwendung bei entsprechend erhöh ten Temperaturen.
Die Erfindung ermöglicht, ganz allgemein die ge schilderten Nachteile von Formkörpern zum mittel baren oder unmittelbaren Erzeugen von den form gebenden Hohlraum einer Giessform begrenzenden Wän den praktisch auszuschalten. Das erfindungsgemässe Ver fahren ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
a) Herstellen eines Urmodelles, b) Herstellen eines Negativmodelles durch Abbilden des Urmodelles in einer aushärtbaren fliessfähigen oder plastischen Masse, c) Herstellen eines galvanoplastischen Auftrages auf der formgebenden Fläche des erhaltenen Negativmodel les, d) Hinterfüllen des galvanoplastischen Auftrages mit einem giessfähigen Verstärkungsmaterial, e) Herausnehmen des so erhaltenen Formkörpers aus dem Negativmodell.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht ausser ordentliche Vorteile gegenüber aus dem Vollen gearbei teten Metallmodellen; viele teure mechanische Bear beitungsoperationen und qualifizierte Handarbeit an me tallischen Werkstoffen fallen weg. Der Preisvorteil wächst naturgemäss mit zunehmender Kompliziertheit des jeweils herzustellenden Modelles. Anderseits kann trotzdem für das Urmodell die gute Formgebungsmög- lichkeit von Holz und bearbeitungsgünstigen Metallen wie Weichmetalle, Aluminium oder Legierungen davon ausgenützt werden.
Das nach der Erfindung erhaltene fertige Modell ist hinsichtlich Beschaffenheit seiner formgebenden Oberfläche an sich dem Metallmodell ebenbürtig, zeichnet sich aber in seiner Herstellung prak tisch durch die den bisherigen Kunststoffmodellen inne wohnende Einfachheit aus. Wird anstelle einer Hinter- füllung aus Kunststoff der galvanoplastische Auftrag mit einem geeigneten metallischen Verstärkungsmaterial versehen, so wird auch ein bei erhöhten Temperaturen verwendbares Modell oder Kernbüchse erhalten.
Zweckmässig kann das Negativmodell aus aushärt- barem Giessharz gebildet sein. Für den galvänoplasti- scheu Auftrag empfiehlt sich die Verwendung von Kup fer oder Nickel, und die Stärke des Auftrages beträgt vorteilhaft - je nach Beanspruchung des Formkörpers bzw. Modelles - 1 mm bis 5 mm. Für die Verwendung des Formkörpers bei Raumtemperatur oder nur sehr mässig erhöhten Temperaturen wird zweckmässig der galvanoplastische Auftrag mit einem Giessharz hinter füllt.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele er läutert.
Fig. 1 zeigt das Urmodell eines herzustellenden Gussstückes.
Fig. 2 das Herstellen eines Negativmodelles durch Abbilden des Urmodelles in. einer Kunststoffmasse.
Fig. 3 das hergestellte Negativmodell.
Fig. 4 einen Schnitt durch das Negativmodell nach Fig. 3 mit galvanoplastischem Auftrag auf der form gebenden Fläche des Negativmodelles sowie mit dem hinterfüllten Verstärkungsmaterial.
Fig. 5 die Ansicht einer Modellplatte mit einer Mehrzahl auf ihr angeordneten Modellen nach Fig. 4. Fig. 6 ein Urmodell zum Herstellen einer Kern büchse oder Kokille.
Fig. 7 eine mit Hilfe des Urmodelles nach Fig. 5 hergestellten Kernbüchse im Schnitt und mit einer me tallischen Hinterfüllung.
Das Urmodell nach Fig. 1 entspricht in seiner äussern Form der Gestalt eines herzustellenden Guss- stückes aus Eisen oder Stahl. Das Urmodell 11 ist aus leicht bearbeitbarem Metall, z. B. Aluminium oder Mes sing, hergestellt; es könnte aber auch aus Holz oder Kunststoff bestehen. Die Genauigkeit seiner Masse sowie die Güte seiner Oberflächenbeschaffenheit bestimmt zur Hauptsache die Güte des später erhaltenen Gussstückes.
Mit Hilfe des Urmodelles wird gemäss Fig. 2 das Negativmodell hergestellt. Zu diesem Zweck wird das Urmodell 11 mit nach oben gerichtetem Teil 12 seiner formgebenden Oberfläche in einen Kasten 13 gelegt und dieser über das Niveau der buckelartigen Erhebung 14 des Urmodelles mit einem kalt nushärtbaren Kunst stoff 15 ausgegossen.
Als Kunststoff empfiehlt sich vor- nehmlich das unter der Bezeichnung Araldit bekannt gewordene Äthoxylinharz. Es wäre unter Umständen aber auch möglich, eine plastische Masse zum Abbilden des Urmodelles zu verwenden, z.
B. ein Wachs: Nach dem Aushärten des Negativmodelles kann dieses aus dem Kasten 13 herausgenommen werden; das Negativmodell ist in Fig. 3 dargestellt und mit 16 bezeichnet. Seine formgebenden Flächen 17 werden - sofern das Modell aus einer elektrisch nicht leitenden Masse besteht - mit einer dünnen elektrisch leitenden Schicht - z. B. Leitsilber - ausgekleidet: Die Stärke die- ser Schicht beträgt vorzugsweise wenige Tausendstel Millimeter. Hierauf wird das derart behandelte Negativ modell 16 in ein galvanisches Kupferbad verbracht und auf den Flächen 17 ein Kupferauftrag in einer Dicke von 1 mm bis 5 mm, zweckmässig etwa 2 mm bis 2,5 mm, aufgebracht.
Unter normalen Arbeitsverhält nissen kann ein Auftrag von etwa 20 Mikron pro Stunde erreicht werden; zum Erzeugen der gewünschten Stärke ist also eine Zeit von über 100 Stunden erforderlich.
Der erzeugte Kupferauftrag 21 ist auf der dem Mo dell 16 (Fig. 4) abgewandten Seite uneben und zerklüf tet. Ferner erstreckt sich der Rand 19 über die Ober fläche 18 des Negativmodelles 16. Nach dem Heraus nehmen aus dem Bad wird - ebenfalls gemäss Fig. 4 der Kunststoffauftrag mit einem giessfähigen Verstär kungsmaterial 22 hinterfüllt. Hierzu wird ein Kunstharz verwendet, z. B. ebenfalls Araldt ; es könnbeaber auch eine metallische Hinterfüllung vorgesehen werden, wie anhand eines folgenden Ausführungsbeispielen noch er läutert werden soll.
Der galvanoplastische Auftrag wird zweckmässig etwa 5 mm über das Niveau der Flächen 18 des Nega- tivmodelles 16 hintergossen. In einem folgenden Arbeits gang wird dann - wie durch die Fräseinrichtung 20 in Fig. 4 veranschaulicht - der erzeugte Auftrag 21 und die Hinterfüllung 22 auf das Niveau der Fläche 18 weggefräst.
Nach dieser Operation kann der galvano- plastische Auftrag mit seiner Hinterfüllung aus Kunst harz aus dem Negativmodell herausgenommen werden; er entspricht dann genau der Form des Urmodelles 11.
Mit Hilfe des gleichen Negativmodelles 16 können auf gleiche Weise weitere Modelle hergestellt werden. Diese Modelle lassen sich dann je nach ihrer Grösse bzw. der Grösse des jeweils benutzten Formkastens auf einer gemeinsamen Modellplatte befestigen. Fig. 5 zeigt eine solche Modellplatte 25 mit den einzelnen Modellen 26, die unter sich durch ein Giesssystem 27 verbunden sind, welches beim Bilden einer Sandgiess form die Hohlräume für Anschnitte und Giessläufe er zeugt.
Weil jedes Einzelmodell 26 von ein und dem selben Urmodell abgebildet ist, sind alle Einzelmodelle absolut identisch, so dass auch die erhaltenen Gussstücke massgetreu sind.
Fig. 6 zeigt ein Urmodell 31, das zur Bildung einer Kernbüchse bestimmt ist. Das Urmodell besteht aus dem beiden Hälften 31a und 31h. Von einer Hälfte wird auf geschilderte Weise ein Negativmodell erzeugt, mit dessen Hilfe dann auf galvanoplastischem Wege wieder um ein metallischer Auftrag auf der formgebenden Fläche des Negativmodelles erzeugt wird.
In Fig. 7 sind zwei solche galvanoplastische Form körper zu einer geschlossenen Form zusammengefügt, deren formgebender Hohlraum 36 genau dem Urmodell 31 nach Fig. 6 entspricht. Die auf galvanoplastischem Wege erhaltene Schale 33 ist mit einer metallischen Hinterfüllung 34 versehen. Das Galvanomodell wird hierzu in eine Eisenbüchse 35 gelegt, deren innere Ab messungen einige Millimeter grösser sind als diejenigen der Schale 33. Der Zwischenraum wird metallisch aus gegossen, zum Beispiel mit Aluminium.
Das Ganze kann als Kernbüchse zum Herstellen von Giessereikernen be nutzt werden. Insbesondere kann auf an und für sich bekannte Art die hinterfüllte Büchse geheizt und in den Hohlraum 36 eine Kernsandmischung geschüttet wer den, welche einen durch Wärme aushärtbaren Kunst stoffbinder enthält. Mit Hilfe der Kernbüchse lassen sich dann schalenförmige Giessereikerne erzeugen, indem nicht gebundener überflüssiger Formstoff durch eine Öffnung aus dem hohlen Innern des Kernes heraus geschüttet wird.
Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Aus führungsbeispiele beschränkt. So sei festgehalten, dass als Werkstoff für die Bildung des Negativmodelles irgendeine aushärtbare Masse benutzt werden kann, die so weit fliessfähig oder plastisch verformbar ist, dass sie ein Abbilden der Oberfläche des Urmodelles erlaubt. Zu diesen Werkstoffen gehören Kunststoffe, gipsartige Formmassen usw. Weiter kann natürlich auch ein gal- vanoplastischer Auftrag aus einem andern Metall als Kupfer erzeugt werden, z. B. ein Auftrag aus Nickel.
Ebenso vielfältig ist die Art der für die Hinter füllung verwendbaren Materialien. Sofern das Modell keine erhöhten Temperaturen bestehen muss, wie dies beispielsweise für die Kernbüchse nach Fig. 7 der Fall ist, lassen sieh eine ganze Reihe unterschiedlicher Kunst- stoffe als Hinterfüllmaterial verwenden, z. B. neben den bereits erwähnten Äthoxylin-Giessharzen auch thermo plastische Kunststoffe oder andere Giessharze.
Als metallische Hinterfüllung eignen sich Metalle oder Metallegierungen mit niedrigem Schmelzpunkt und möglichst gleichen Ausdehnungskoeffizient wie der gal- vanoplastische Auftrag; ganz besonders für die im Zu sammenhang mit Fig. 7 geschilderten Kernbüchsen. Mit Metall hinterfüllte Modelle eignen sich natürlich auch für das sogenannte Schalenformverfahren, bei welchem ebenfalls durch Wärme aushärtbare Formstoffe zum Herstellen von Giessformen benützt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht aber nicht nur die Herstellung von Modellen oder Kern büchsen zur Herstellung von Sandgiessformen. Es kön nen auch Kokillen für das Spritzgussverfahren hergestellt werden, und zwar im wesentlichen auf die für die Kern büchse nach Fig. 7 geschilderte Weise. Solche Spritz gussformen dienen dann zur Herstellung von Kunststoff artikeln oder zur Herstellung von metallischen Spritz gussstücken.
Ferner kann auch nur ein Teil eines Modelles oder einer Kokille nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt sein. Bei Modellen zum Herstellen von Sand giessformen bietet es vielfach schon grosse Vorteile, wenn ein kompliziertes bzw. schwer ausformbares Modell stück nach dem erfindungsgemässen Verfahren herge stellt wird, während der übrige Modellteil beispielsweise auf übliche Weise aus Holz gearbeitet wird.
Unter mittelbarem Erzeugen von den formgeben den Hohlraum einer Giessform begrenzenden Wänden oder Wandteilen wird eine Ausführungsform verstan- den, bei welcher formgebende Flächen des Formkörpers als Modellflächen zum Bilden der einen Giesshohlraum begrenzenden Wände dienen; dies ist beispielsweise der Fall bei Verwendung des Formkörpers als Modell zum Bilden einer Sandgiessform.
Unter unmittelbarem Erzeugen von den formge benden Hohlraum einer Giessform begrenzenden Wän den oder Wandteilen wird eine Ausführungsform der Erfindung verstanden, bei welcher formgebende Flä chen des Formkörpers direkt den Giesshohlraum einer Giessform begrenzen; dies ist der Fall bei Verwendung des Formkörpers selbst als Bestandteil einer Giessform, z. B. einer Kokille für das Spritzen von Spritzgussteilen aus Kunststoff oder aus Metall.