METHOD FOR THE PRODUCTION OF LOST CASTING PATTERNS FOR FULL MOULD CASTING OUT OF EXPANDED FOAM BEADS, PREFERABLY FOR THE MANUFACTURE OF MASS-PRODUCED PARTS

Abstract: 1. Process for producing consumable casting models comprising expanded foam-material beads, for full mould casting, preferably for making mass-produced castings, in which a finebeaded unfoamed propellant-containing initial product, in particular polystyrene, is prefoamed, and in which the prefoamed foam-material beads are introduced into a foaming mould preferably corresponding to the contour of the casting to be produced and are there warmed by introducing a heat transfer medium, in particular steam, and postfoamed, characterized in that in each mould foaming procedure an underpressure is produced when the heat transfer medium is introduced at a draw-off side of the mould cavity of the foaming mould which is opposite the introduction side and the heat transfer medium is drawn off thereby, the introduction side and draw-off side are changed repeatedly and after the change drawing off is continued until substantially clean fresh heat transfer medium comes to the draw-off side.

Description: Verfahren zur Herstellung von aus expandierten Schaumstoffperlen bestehenden, verlorenen Giessmodellen für das Vollformgiessverfahren, vorzugsweise zur Fertigung von Serien gussteilen, sowie Vorrichtung hierzu Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aus expandierten Schaumstoffperlen bestehenden, verlorenen Giessmodellen für das Vollformgiessen, vorzugsweise zur Fertigung von Seriengussteilen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung. Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von Guss stücken unter Verwendung bei höherer Temperatur vergasbarer Modelle bekannt. Diese Verfahren sind unter dem Begriff Vollformgiessen zusammengefasst und weisen das gemeinsame Merkmal auf, dass das Modell durch die einfliessende Schmelze ¯aufgefressen" wird, wobei die Giessgeschwindigkeit zweckmässig so eingerichtet wird, dass Hohlräume zwischen der einfliessenden Schmelze und dem schwindenden Modell möglichst vermieden werden. Der Kunststoff für das verlorene Modell, zumeist Polystyrol1 vlrd in der Regel ein strahlungsabsorbierender Farbstcff zugesetzt, um die Vergasung des Modells vor der einfliessenden Schmelze zu fördern. Für exakte Abgüsse ist es iir allgemeinen erforderlich, den Formsand sorgfältig zu verfestigen oder mit Bindemitteln zu versehen. Obgleich nun das Vollformgiessen sich inzwischen seinen festen Platz unter den Giessverfahren erobert hat und bei der Herstellung grosser Einzelgussstücke das zur Zeit wirt schaftlichste Verfahren ist, konnte es sich beim Serienund Masenuss noch nicht vollstäncis durchsetzen. Dies auch deshalb, weil aus den nachstehend erläuterten Gründen eine für alle Anwendungen zufriedenstellende Oberflächenqualität nicht ohne weiteres erzielt werden konnte. Der leicht vergasbare Kunststoff für verlorene Modelle wird in Form kleiner massiver, mit einem Treibmittel versetzter Perlen bezogen. Das Einbringen des Treibmittels erfolgt in der üblichen Weise durch die chemische Industrie. Dieses Vorprodukt mit einem Raumgewicht in der Grössenordnung von 3 600 kg/m3 wird sodann unter der Einwirkung von Wärme zu einem aus expandierten Perlen oder Körnern bestehenden Granulat vorgeschäumt, das lediglich noch ein Raumgewicht 3 von 20 kg/m3 oder weniger besitzt. Das so vorgeschäumte Granulat wird dann in ebenfalls üblicher Weise mit Trägerluft in eine Schäumform eingebracht, bis es diese mit gutem Füllungsgrad ausfüllt, wonach zumeist durch Einleiten von Dampf eine Nachschäumung in der Schäumform erfolgt, bei der die einzelnen expandierten Schaumstoffperlen durch nochmalige, wenn auch geringe Volumenvergrösserung aneinander und an die Wände des Formhohlraums gepresst werden, um die erforderliche gegenseitige Verbindung zu schaffen und so den Schaumstoffkörper mit der Kontur der Schäumform zu er zeigen In der Schäumform können entweder Schaumblöcke erzeugt werden, die nach verschiedenen Arbeitsschritten wie Schnitten und/oder material abnehmenden Bearbeitungen gegebenenfalls unter Verklebung von so erzeugten Einzelelementen zur Bildung des Modells verarbeitet werden, oder aber es wird insbesondere bei kleineren Gussstücken von vorneherein die Kontur der Schäumform der Kontur des ganzen Gussstücks oder eines Teilbereichs desselben angepasst, so dass unmittelbar in der Schäumform ein fertiges Modell oder ein fertiger Modellteil erzeugt wird. Für kleinere und kompliziert geformte Gussstücke ist die letztgenannte Arbeitsweise zur kostengünstigen Herstellung einer Vielzahl kompliziert geformter verlorener Modelle für den Serienguss von besonderer Bedeutung. Die expandierten Perlen des in die Schäumform einzuführenden vorgeschäumten Granulats besitzen im Hinblick auf den Vorschäumgrad und die für die vorliegenden Zwecke überlicherweise verwendete Perlengrösse des Vorprodukts einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 2 mm. Bei der Nachschäumung in der Schäumform werden die dicht nebeneinanderliegenden, oberflächenseitigen expandierten Perlen durch den Nachschäumdruck an die glatte Wand der Schäumform gepresst und dort unter Bildung eines im Zentralbereich jeder Perle glatten Oberflächenelements des Modells plattgedrückt. Der Zwickel zwischen benachbarten Perlen wird dabei gegenüber der Anordnung im Schüttgut ebenfalls wesentlich verkleinert. Dennoch verbleibt zwischen benachbarten, abgeplatteten Perlen des Modells eine Zone mit gegenüber den abgeplatteten Flächen der Perlen unterschiedlicher Konsistenz, wobei sich kleine Einkerbungen in der Oberfläche im Bereich dieser Zwickel in der Regel nicht vermeiden lassen. Insbesondere bei empfindlichen Modellen etwa mit dünnen Wandungen muss zur Ermöglichung einer störungsfreien und beschädigungsfreien Manipulation eine Beschichtung mit einem erstarrenden Überzug erfolgen; ein solcher Überzug aus feuerfestem, beispielsweise keramischem Material, häufig missverständlich als Schlichte bezeichnet, ist auch erfor derlich, wenn in der GieEform ein Formstoff verwendet wird, der gegenüber der Schmelze nicht ausreichend temperaturbeständig ist und daher vor deren unmittelbarer Berührung geschützt werden muss, beispielsweise Quarzsand oder Stahlgranulat bei der Herstellung von Stahlguss. Das Überzugsmaterial dringt beim Auftragen auf die Oberfläche des Modells in oberflächenseitige Hohlräume oder Störstellen, nsbesondere im Bereich zwischen benachbarten, aneinandergepressten Perlen ein und bildet somit auf seiten des Gussteils, das an der Stelle des Schaummodells erzeugt wird, eine unregelmässige Oberfläche. Beim Abguss vergast das Schaurnstcffmaterial des Modells, während die entsprechende, an der vorherigen Modelloberfläche ausgeformte Kontur des Serzussmaterials stehen bleibt. Jegliches Eindringen des Überzugsmaterials in die Oberfläche des Schaumstoffmodells bleibt somit am Gussstück als Vertiefung erhalten. Im Einzelfall ist erst nach dem Guss festzustellen, welche Vertiefungen bzw. welche Rauhigkeit die Oberfläche aufweist, da nach dem Aufbringen des Überzugsmaterials eine genaue Untersuchung der Modelloberfläche nicht mehr möglich ist, weil dann von aussen lediglich die mit der Schmelze nicht in Berührung gelangende Oberfläche des Überzugsmaterials sichtbar ist. Daher ist es für am Gussstück zu erzeugende Oberflächen hoher Qualität und Masshaltigkeit erforderlich, dass das Überzugsmaterial für das Schaumstoffmodell eine glatte, von Poren oder gar von Fehlstellen möglichst vollständig freie Oberfläche des Schaumstoffs mit Gewissheit vorfindet. Abgesehen von einer häufig aus sonstigen Gründen gewünschten, möglichst glatten Oberfläche sind derartige glatte Oberflächen insbesondere im Bereich besonders geringer Wandstärken von ausschlaggebender Bedeutung, um am Gussstück die dünne Wand mit homogener Stärke und ohne Schwachstellen zu erhalten. -- Eine Möglichkeit, die Oberflächenqualität des Modells zu verbessern, bestünde darin, expandierte Perlen möglichst geringen Durchmessers zu erzeugen, da die Fehlstellen oder Unstetigkeiten zwischen benachbarten Perlen um so kleiner sind und um so weniger ins Gewicht fallen, je kleiner die Grösse der Perlen des Schaumstoffmodells ist. Daher zeigt die deutsche Patentanmeldung derselben Anmelderin mit demselben Titel wie die vorliegende Anmeldung vom heutigen Tage einen Weg auf, wie für das Vollformgiessen expandierte Perlen mit besonders geringem Durchmesser und dennoch mit für den Nachschäumvorgang ausreichendem Treibmittelgehalt hergestellt werden können. Eine solche Feinperligkeit des expandierten Granulats ergibt alleine wegen des geringeren Perlendurchmessers eine bessere Oberfläche und ist insbesondere für die Erzeugung geringer Wandstärken des Modells von besonderer Bedeutung, da Perlen entsprechend geringen Durchmessers sich beim Füllen eines entsprechenden Formhohlraumes geringen Querschnitts weniger gegenseitig stören als Perlen grösseren Durchmessers. Auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Lehre der genannten deutschen Patentanmeldung zusätzlich mit besonderem Vorteil anwendbar, so dass wegen weiterer Einzelheiten ausdrücklich auf die genannte deutsche Patentanmeldung Bezug genommen wird. Zur Erzielung einer möglichst glatten Oberfläche könnte unabhängig von der Perlengrösse weiter daran gedacht werden, den Nachschäumdruck zu erhöhen. Hierzu wäre es jedoch erforderlich, die expandierten Perlen mit sehr hohem Treibmittelgehalt für die Nachschäumung zur Verfügung zu stellen, was abgesehen von sonstigen Problemen jedenfalls zu einer entsprechenden Vergrösserung der Perlengrösse gegenüber sonst verwendbaren Perlen führen würde und so eine auf diese Weise angestrebte glattere Oberfläche zumindest teilweise wieder dadurch verhindern würde, dass entsprechend grössere Perlen verwendet werden müssen. Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von aus expandierten Schaumstoffperlen bestehenden, verlorenen Giessmodellen für das Vollformgiessen, vorzugsweise zur Fertigung von Seriengussteilen, nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1 zu schaffen, welches die Erzielung einer besonders glatten Oberfläche des Schaumstoffmodells ermöglicht. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Dadurch, dass bei der Einführung des Wärmeträgermediums an der der Ei nführungs seite gegenüberliegenden Seite abgesaugt wird, wird die der Absaugseite benachbarte Wand des Modells zusätzlich an die Formand angedrückt und so ein Büoeleffekt zur Glättung der Oberfläche erzielt. Weitern wird dadurch erreicht, dass das Wärmeträgermedium in einer definierten Strömung von der Einführungsseite zur Absaucungs- seite geführt wird und eine Durchmischung mit der Luftatmosphäre im Formhohlraum minimiert wird. Dadurch erhöht sich der Druck des reinen Wärmeträgermediums, insbesondere Dampf in vorteilhafter Weise, und wird in kurzer Zeit eine hohe Wärmeenergie auf die nachschäumenden Perlen oder Körner aufgebracht und so eine vollständige Nachschäumung unter sattem Anpressdruck gewährleistet. Bevorzugt wird gemäss Anspruch 2 höchstens so lange abgesaugt, bis im wesentlichen reines, frisches Wärmeträgermedium abgesaugt würde. Hierdurch wird vermieden, dass Wärmeträgermedium durch den Formhohlraum vollständig hindurchgesaugt wird und entsprechende Energieverluste auftreten. In besonders bevorzugter Weiterbildung der Erfindung werden die Einführungsseite für das Wärmeträgermedium und die Absaugseite bei jedem Formschäumvorgang gemäss Anspruch 3 wenigstens einmal gewechselt. Hierdurch wird zwar Wärmeträgermedium wieder abgesaugt, jedoch lässt sich der erläuterte Bügeleffekt damit an unterschiedlichen Seiten des Modells oder auch Blockes erzeugen und dort eine entsprechende Glättung der Oberfläche erzielen. Dadurch, dass beim Wechsel der Absaugseite Wärmeträgermedium zumindest zu einem Teil durch frisches Wärmeträgermedium ersetzt wird, wird die Nachschäumung weiter unterstützt. Gemäss Anspruch 4 wird in besonders bevorzugter Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass nach vollständiger Nachschäumung für eine vorbestimmte Verweilzeit ein Unterdruck im Formhohlraum erzeugt wird. Dies kann einfach dadurch erfolgen, dass die Einlässe für Wärmeträgermedium geschlossen und sämtliche Sauganschlüsse im Saugbetrieb betrieben werden. Hierdurch verdampft Kondensat des dampf förmigen Wärmeträgermediums an der Oberfläche und gegebenenfalls auch im Inneren der Perlen oder Körner im fertigen Modell oder Block. Der so entstandene Dampf wird zu einem entsprechenden Teil abgesaugt. Die zur Verdampfung erforderliche Verdampfungswärme wird dabei dem Schaumstoffmaterial im Formhohlraum entzogen, so dass dieses schnell abkühlt und schneller und besser aus dem Formhohlraum ausgeworfen werden kann Diesem Verfahrensschritt einer Anlegung von Unterdruck im unmittelbaren Anschluss an die Nachschäumung kommt besondere Bedeutung auch unabhängig von der Erzielung des geschilderten Bügeleffektes zur Erzielung einer möglichst glatten Oberfläche auch deshalb zu, weil dadurch erreicht wird, dass die sogenannte Schwindmesskurve in ihrem Vorderteil abgeschnitten wird, also ein Teil der sonst erforderlichen Alterungszeit gespart und sozusagen noch im Formhohlraum eine künstliche Anfangsalterung oder Stabilisierung herbeigeführt wird. Diese Stabilisierung oder künstliche Alterung kann weiter gemäss Anspruch 5 dadurch unterstützt werden, dass die geschäumten Modelle in einem Wärmekanal kurzzeitig getempert werden. Der Unterdruck sowohl nach Beendigung der Nachschäumung als auch im Zuge der Einführung des Wärmeträgermediums wird zweckmässig im Bereich zwischen #twa- 300 mbar und 800 mbar unter dem Umgebungsluftdruck gewählt, je nach der Art des verwendeten Schaumstoffmaterials. Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besonders bevorzugte Vorrichtung kann gemäss Anspruch 7 im wesentlichen wie ein übliches Formschäumaggregat aufgebaut sein, weist jedoch zusätzlich wenigstens einen Absauganschluss an einer Seite des Formhohlraums auf, die wenigstens annähernd der Seite des Zufuhranschlusses für das Wärmeträgermedium gegenüberliegt. Daher ergibt sich zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nur geringer apparativer Zusatzaufwand. Weiterhin kann der Absauganschluss auch bei dem Eintrag der vorexpandierten Perlen in den Formhohlraum zur Unterstützung der Füllung durch eine Absaugluftströmung genützt werden, sofern der Absauganschluss wenigstens annähernd auch der Einfüllseite für die vorexpandierten Perlen gegenüberliegt.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von aus expandierten Schaum stoffperlen bestehenden, verlorenen Giessmodellen für das Vollformgiessverfahren, vorzugsweise zur Fertigung von Seriengussteilen, bei dem'ein feinperliges treibmittel haltiges ungeschäumtes Vorprodukt, insbesondere Polystyrol, vorgeschäumt wird, und bei dem die vorgeschäumten Schaum stoffperlen in eine vorzugsweise der Kontur des herzu stellenden Guss stückes entsprechende Schäumform eingeführt und dort durch Einleitung eines Wärmeträgermediums, ins besondere Dampf, erwärmt und nachgeschäumt werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Einführung des Wärmeträger mediums an der der Einführungsseite gegenüberliegenden Seite des Formhohlraums der Schäumform abgesaugt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens so lange abgesaugt wird, bis im wesentlichen reines, frisches Wärmeträgermedium abgesaugt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführungsseite für das Wärmeträgermedium und die Absaugseite wenigstens einmal bei jedem Formschäum vorgang gewechselt werden. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass nach vollständiger Nachschäumung für eine vorbestimmte Verweilzeit ein Unterdruck im Form hohlraum erzeugt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das geschäumte Modell in einem Wärmekanal kurzzeitig getempert wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Absaugung bei der Einführung des Wärmeträgermediums und/oder nach der vollständigen Nach schäumung unter Erzielung eines Unterdruckes von zwischen etwa 300 mbar und 800 mbar im Formhohlraum erfolgt. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenig stens einem der Ansprüche l bis 6, mit einem Formhohl raum mit wenigstens einem Anschluss für die Zufuhr von Wärmeträgermedium, dadurch gekennzeichnet, dass wenig stens ein Absauganschluss an einer dem Anschluss für die Zufuhr des Wärmeträgermediums wenigstens annähernd gegen überliegenden Seite des Formhohlraums vorgesehen ist.

Inventors: BISSINGER, FRIDOLIN, KRZYZANOWSKI, ERICH
Applicants: GRUNZWEIG + HARTMANN AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: B22C7
IPC codes: B22C7