WO2013135236A1 - Verfahren zur positionierung und fixierung von formteilen in giessformen - Google Patents

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moldings
parts
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Heike Hintze
Andreas Knoch
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ACTech GmbH
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques

Definitions

  • Such a multi-part mold may consist of lower box, upper box, side panels, outer cores, inner cores, cooling iron, feeders and other parts, which are referred to in the context of the present description by the generic term "molding".
  • DE 20 2004 020 207 U1 describes a device for casting light metal castings, which is assembled from several segments and in particular comprises details for positioning different feeders.
  • a casting mold which comprises a plurality of telescopically arranged subassemblies, with which different box and thus mold contours can be formed.
  • DE 10 2010 003 824 A1 relates to a foundry molding box comprising at least one lower box and one upper box, this document proposing in particular means for clamping the two boxes together.
  • DE 103 42 147 A1 describes a method for automatically calculating a deformation compensating geometry of the mold cavity of an injection mold.
  • the separate moldings must first be positioned relative to one another in order to dimensionally image the geometry of the casting to be produced in the cavity. Furthermore, the moldings must also be fixed so that the achieved positioning is maintained until the casting.
  • the positioning of the moldings to each other can be done in various ways, for example by largely accurate core marks. If necessary, reworking of the core brands is also possible. Likewise, core supports can be used with which the moldings are pressed into the desired position, for example, to ensure required minimum wall thicknesses. Furthermore, clamping elements can be used which press the molded parts in a required position. When positioning the position of the molded parts to each other by optical or tactile measuring devices or with aids such as wall thickness tester or wall thickness gauge is tested. These tests are carried out by measuring specific measurements or by making a decision "in order / not in order".
  • the fixation of the moldings is done by the core brands and the own weight and if necessary by additional load iron.
  • the moldings are also fixed by molding boxes and locks.
  • a fixation by clamping elements is also common.
  • outer surfaces or parting surfaces between the molded parts which are not always part of the shaping geometry are always involved in the fixation with force or positive locking.
  • As a shaping geometry the areas of the mold parts are called, which form part of the later casting geometry. The sum of the shaping geometries of all moldings belonging to a mold results in the complete geometry of the cavity which forms the later casting.
  • the mold design is done by CAD system. This provides CAD data records of the complete mold and all molded parts. This is a prerequisite for the use of modern production technologies.
  • the position of the molded parts in combination with the form being built up can be checked much more precisely by modern measuring methods than in the case of one with core marks reached positioning accuracy. Due to the geometrically rigid core marks corrections with respect to the position of the moldings are not readily possible. If a misalignment is found by checking, the molded parts must be reworked or accepted the malposition or discarded the form as a scrap.
  • the core supports remain outside in the casting, they are not reusable and can cause leaks and / or a notch effect in the casting.
  • clamping elements can cause undesirable stresses in the moldings, which can lead to breakage of these moldings.
  • the clamping elements must remain on the mold until after the solidification of the casting, so that a relatively large number of clamping elements is required depending on the cycle time.
  • the clamping elements must be removed when unpacking the castings, which increases the workload again.
  • the mold parts can be pressed in unfavorable conditions by the tension forces occurring in an undesirable position within the mold without this error is inevitably noticed.
  • the core marks can be optimized by a model change. However, this is costly and the core marks on the model wear out in use again.
  • the core brands on the model can be made of very wear-resistant materials (eg steel) and manufactured very precisely with CNC machines.
  • the molded from such a model moldings do not reach the accuracy of modern manipulators and test methods, because these moldings are subject to dimensional and dimensional changes during curing, storage and processing.
  • the shaping geometry can be tested with optical or tactile measurement methods, but only on the open mold. Consequently, at least the position of the shaping geometry of the last form-closing molding element can not be measured with such optical or tactile measuring methods, unless cost-intensive computed tomography is used. This also applies to angled, complicated and low-lying shaping geometries.
  • the object of the invention is to provide a method with which a molding for a mold can be accurately positioned and fixed in a simple manner in its position. It should be achieved that the shaping geometry of the individual molded parts of a multi-part mold is aligned largely exactly to the target geometry according to CAD data set. Furthermore, the actual position of the shaping geometry of the completely constructed form should be determined in order to allow an evaluation of the dimensional accuracy of the casting to be produced on the basis of this data.
  • the basic approach is that a positioning and fixing of the mold parts of a multi-part mold is realized by matching the molding geometry with the given CAD dataset and filling of mold part-overlapping recesses.
  • the mold is provided with recesses, which are designed formteilschreibowed.
  • a recess in the mold is thus formed by recesses in several separate moldings. These recesses are designed so that they are accessible from the outside in the relevant assembly step.
  • the molded part is held in its desired position according to the CAD data set.
  • the current actual position is measured and corrected to the required accuracy.
  • the recesses are first filled with molding material. Once the molding material has cured, the molding no longer needs to be held, because it is now fixed by the recess filling the molding material with respect to the other moldings in the optimum position.
  • a special embodiment is provided when putting the mold.
  • an optical measuring system is preferably used, with which the actual geometry of the molded part including the outer surfaces is measured. Thereafter, the internal shaping geometry a molding are checked by the position of the outer surfaces is checked. Accordingly, even in the last molded part, which closes the mold and thus encloses the shaping geometry and thus makes it inaccessible, an alignment of the shaping geometry according to the target geometry according to CAD dataset possible.
  • the measurement of the entire molded part geometry can also be used for several or all moldings.
  • the method according to the invention has numerous advantages over the previously customary technical solutions, which are explained below.
  • a significant advantage is that a molded part, which always has a certain deviation in its shaping geometry, can be positioned without predetermined geometric constraints by core marks so that the shaping geometry is optimally aligned with respect to the forming geometries of the already assembled moldings.
  • the existing deviations can be averaged out, so it is a so-called best-fit fitment realized.
  • a remaining geometric deviation of the actual mold cavity geometry from the given CAD data is thus minimized.
  • the actual position of the shaping geometry of the form elements is detected. This creates a model of the merged form in the computer. On this model, the geometry of the mold cavity can be easily checked, which would otherwise be possible with the closed form only with complex computed tomography. Defective shapes can thus be eliminated quickly, ie even before the casting. This achieves greater accuracy and significantly reduces the reject rate of castings.
  • Another advantage is that the deviation is always smaller only over the shaping geometry than over the entire molded part.
  • no position determination is carried out by core marks, so that no inaccuracies caused by dimensional and positional deviations between the shaping geometry and other areas of the molding (eg core marks).
  • the accuracy of the position of the shaping geometry is limited in this method only by the accuracy of the movement of the tools used and the accuracy of the testers for geometry detection. As a result, the moldings can be positioned very accurately.
  • the moldings of a mold constructed in accordance with the invention are not subjected to any mechanical stress due to distortion due to over-determined, tightly tolerated core marks. As a result, the moldings are almost free of tension after installation, which improves the stability of the mold. Similarly, the risk of breakage for a molded part is reduced by the usual use of clamping elements and by a load with constraints.
  • the fixation of the molded parts through the filled in recesses and then curing molding material causes a stress-free fixation and prevents the slipping of moldings by acting forces.
  • the molded parts of a mold constructed according to the method have no play due to loosely tolerated core marks.
  • This backlash-free position fixation increases the accuracy and rigidity of the mold and at the same time reduces deformation in the mold as it transitions from the load of the own weight of the mold parts in the empty mold to the load of the buoyancy in the filled mold.
  • clamping elements If clamping elements are used, they can be removed again immediately after curing of the filled in the mold part-overlapping recesses molding material. Consequently, these clamping elements do not get into the casting line and for unpacking. Rather, the clamping elements can be removed directly in the form assembly with little effort and are thus immediately available again. Since no core brands predetermine the position of the molded parts, no tensions arise due to the positioning of the molded parts by means of clamping elements.
  • Fig. 1 a a first of several separate moldings assembled mold
  • FIG. 1 b the moldings of the mold according to FIG. 1 a as separate items
  • FIG. 1 c the mold parts of FIG. 1 b in a partially preassembled arrangement
  • Fig. 2 shows a second of several separate moldings assembled mold
  • FIG. 3 different views of the operative connection of the mold and measurement technology
  • Fig. 1 a shows a mold, which is composed of a lower box 1, a plurality of side panels 2 and a top box 3.
  • continuous recesses 4 are provided, which are designed here as holes.
  • a plurality of guides 5 are provided in the transition region between the lower box 1 and the side parts 2, which are executed with play.
  • no such guides 5 are provided in the embodiment shown here between the side parts 2 and the top box 3.
  • the concrete shape division can be realized in the form of a straight guide, a plane, a cylinder surface cutout, a conical section, a spherical cutout or other geometry with at least one geometric degree of freedom.
  • FIGS. 1 b and 1 c each have a section with a shaping actual geometry 6.
  • These shaping actual geometries 6 in the assembled form (FIG. 1 a) form the cavity in which the melt solidifies into a cast part.
  • the geometry of this cavity determines the accuracy of the subsequent casting and should be made as accurate as possible.
  • the individual actual geometry ranges 6 must be positioned with each other as accurately as possible.
  • a sub-box 1 When constructing a mold, a sub-box 1 is typically started.
  • the lower box 1 is preferably used as a reference system such that the shaping actual geometry 6 is displaced by a coordinate transformation (in the three spatial directions and the three solid angles) so that this shaping actual geometry 6 best possible in the target geometry 7 according to CAD Record of sub-box 1 is fitted.
  • the target geometry 7 can be aligned according to the CAD data set of the sub-box 1 according to the shaping actual geometry 6. After that remain target geometry 7 and shaping actual geometry 6 of the sub-box 1 to each other unchanged.
  • the best possible fit is characterized in that the error measure from the deviation between the actual geometry 6 and target geometry 7 selected surfaces, here typically the entire shaping geometry 6 of a molded part 1, 2 or 3, minimal.
  • the accuracy with which the minimum of the error is achieved depends only on the numerics of the algorithm and the computer used and on the computing time.
  • the accuracy with which the minimum of the error is achieved also depends on the handling of the molded part and on the number of measurements and corrections. If the alignment process is aborted after a specified tolerance has elapsed before the minimum of the error is set, then the alignment is said to be justified.
  • the first side part 2 is held in the vicinity of its desired position.
  • the guided tours 5 are helpful.
  • the actual position of the side part 2 is checked and the side part 2 is displaced in the three spatial directions and the three solid angles, that its shaping actual geometry 6 is best fitted into the target geometry 7. This can be done for example by a robot / manipulator 10, with clamping elements or by hand, the latter elements are not shown in detail in the drawing.
  • the recesses 4 are filled with molding material 8. After this molding material 8 has cured, the side part 2 is fixed relative to the lower box 1 and can be released. Likewise, any clamping elements can now be removed. Thereafter, the next molded part - another side part 2 or the upper box 3 - held in the vicinity of its desired position and the process of positioning and fixing is repeated until the mold is completely assembled. If several moldings are accessible at the same time, they can also be positioned and fixed at the same time.
  • the recesses 4 are designed as through holes that go through several moldings. If these holes are not exactly on top of each other after aligning the moldings, there are no problems because the molding material can also be filled into slightly offset holes and completely fills these offset holes without play. Thus, after the curing of the molding material, the position of the molded parts is fixed. Regardless of the specific embodiment of the recesses 4, these are mapped in the same manner in the mold parts, as the shaping geometry. This is done for example by molding, molding material milling, laser sintering or molding printen. The recesses 4 are filled before or during the alignment of the molding with molding material, wherein for the alignment of the compressibility of the molding material is taken advantage of.
  • Fig. 2 shows an embodiment in which the recesses 4 are provided in the mold division and configured with an undercut.
  • the target geometry 7 has been aligned to the lower box 1.
  • the side parts 2 are aligned with the desired geometry 7 and fixed by molding material 8 in the lower recesses 4.
  • the upper box 3 is aligned with a robot / manipulator 10 according to the desired geometry 7.
  • the top recesses 4 between the side parts 2 and Upper box 3 filled with molding material 8 and the robot / manipulator 10 lets go of the upper box 3 after curing of the molding material 8.
  • a further embodiment provides for the use of a filling frame, which is constructed around the mold, so that the recesses 4 from the space between the filling frame and Au ndgeometrie 1 1 of the form.
  • the form divisions can be designed wedge-shaped starting from the shaping actual geometry 6. Furthermore, in wedge-shaped form divisions or in core brands with wedge-shaped play liners for positioning of the moldings can be used, these intermediate layers preferably also have wedge-shaped contours.
  • a further embodiment provides that a side part 2 closes the mold cavity formed by the shaping actual geometry 6.
  • the actual geometry 6 of the side part 2 is checked with a measuring device 9 so that the position of the shaping actual geometry 6 can be determined from the position of the outer geometry 1 1 of the side part 2.
  • a device for optical geometry detection is used, for example, a strip light projector, a laser scanner or a computed tomography.
  • the optimum fitting of desired and actual geometry 6 and 7 is known by continuous testing during mold assembly, see Fig. 4a.
  • this side part 2 is positioned by measurement of the Au .geometrie 1 1 so that its shaping actual geometry 6 is best fitted into the target geometry 7, see Fig. 4b.
  • the various geometries, positions and positional relationships are stored, compared and represented in computer technology, whereby deviations from the desired geometry can be displayed both as color representation and numerical values.
  • the fit, the actual position and necessary correction movements are calculated.
  • the actual position is corrected by rotating and / or displacing the molded part, either manually in accordance with the correction values displayed by the computer or alternatively by a manipulator or robot in accordance with the transferred correction values.
  • the actual geometry of the molded parts before or during the mold assembly and the actual position of the moldings are checked during or after the mold assembly.
  • a model of the actual mold cavity, which is used to assess the positioning of the moldings can be calculated from the likewise examined shaping geometries of the moldings.
  • Such a model of the actual mold cavity is calculated, for example with a computer by the actual position of the forming geometries is calculated from the externally accessible surfaces of the mold elements on the measured actual geometry of the moldings. From the shaping geometries of the individual form elements, in their respective measured and / or calculated actual position, a surface model of the mold cavity is calculated. Taking into account the shrinkage dimension, this surface model of the mold cavity represents a computer model of the future casting. The geometrical features of the blank, such as, for example, can be determined using this model. B. wall thicknesses and the location of cavities are checked before the casting. The computer model of the casting can even be used to test surfaces that are not accessible to the real cast part with conventional measuring methods.
  • the positioning of all molded parts can be evaluated. This is done by comparing the desired mold cavity geometry according to the predetermined CAD data set with the actual mold cavity geometry by means of a computer program and a best-fit fitting of the two geometries to each other and with a color representation of the deviation of the two geometries and / or an indication of the distance value of the corresponding surfaces.

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Description

Verfahren zur Positionierung und Fixierung von Formteilen in Gießformen
Für die Herstellung von Gussteilen werden oftmals Gießformen verwendet, bei denen mehrere Formteile zu einer kompletten Form zusammengesetzt werden. Eine derartige mehrteilige Form kann aus Unterkasten, Oberkasten, Seitenteilen, Außenkernen, Innenkernen, Kühleisen, Speisern und weiteren Teilen bestehen, die im Rahmen der vorliegenden Beschreibung mit dem Oberbegriff„Formteil" bezeichnet werden.
Derartige Gießformen sind bereits in verschiedenartigen Ausführungen bekannt. Beispielsweise beschreibt DE 20 2004 020 207 U1 eine Einrichtung zum Gießen von Leichtmetallgussteilen, die aus mehreren Segmenten zusammengefügt ist und insbesondere Details zum Positionieren unterschiedlicher Speiser umfasst.
Aus DE 10 2006 055 988 A1 ist eine Gießform bekannt, die mehrere teleskopartig ineinander angeordnete Baugruppen umfasst, mit denen unterschiedliche Kasten- und somit Formkonturen gebildet werden können.
DE 10 2010 003 824 A1 betrifft einen Gießereiformkasten, der mindestens einen Unterkasten und einen Oberkasten umfasst, wobei diese Druckschrift insbesondere Mittel zum Verspannen der beiden Kästen miteinander vorschlägt.
DE 103 42 147 A1 beschreibt ein Verfahren zum automatischen Berechnen einer Verformungen kompensierenden Geometrie des Formhohlraumes einer Spritzgießform.
In DE 10 2007 050 316 A1 wird eine Spritzgießform beschrieben, welche Vorhalteflächen enthält, die für eine Korrektur der beim Abguss auftretenden Geometrieabweichungen genutzt werden.
Unabhängig von der jeweils konkreten Ausführung müssen die separaten Formteile zunächst zueinander positioniert werden, um die Geometrie des zu erzeugenden Gussteils im Hohlraum maßhaltig abzubilden. Weiterhin müssen die Formteile auch fixiert werden, damit die erzielte Positionierung bis zum Abguss erhalten bleibt.
Es ist allgemein bekannt, dass eine Positionierung der Formteile durch starre Führungen erfolgt. Derartige starre Führungen werden überwiegend konstruiert und in das jeweilige Formteil als Anlagefläche, Erhebung oder Vertiefung hineingearbeitet, wobei diese Konturen als Kernmarke bezeichnet werden. Die Form- und Maßtoleranzen dieser Kernmarken sowie die
l Lagetoleranz zwischen der Bauteilgeometrie und den Kernmarken in den einzelnen Formteilen bestimmen letztlich die Genauigkeit der formgebenden Bauteilgeometrie in der zusammengebauten Form.
Die Positionierung der Formteile zueinander kann verschiedenartig erfolgen, zum Beispiel durch weitgehend genaue Kernmarken. Bei Notwendigkeit sind auch Nachbearbeitungen an den Kernmarken möglich. Ebenso können Kernstützen genutzt werden, mit denen die Formteile in die angestrebte Lage gedrückt werden, um beispielsweise geforderte Mindestwandstärken zu gewährleisten. Weiterhin können Spannelemente verwendet werden, welche die Formteile in eine geforderte Position drücken. Beim Positionieren wird die Lage der Formteile zueinander durch optische oder taktile Messgeräte oder auch mit Hilfsmitteln wie Wandstärkeprüfer oder Wandstärkelehre geprüft. Diese Prüfungen erfolgen, indem durch Messen konkrete Messwerte ermittelt werden oder indem mittels Lehren eine Entscheidung "in Ordnung / nicht in Ordnung" herbeigeführt wird.
Die Fixierung der Formteile erfolgt durch die Kernmarken und das Eigengewicht und bei Bedarf durch zusätzliche Lasteisen. Die Formteile werden auch durch Formkästen und Verriegelungen fixiert. Eine Fixierung durch Spannelemente ist ebenfalls gebräuchlich. Unabhängig von der jeweils konkreten Ausgestaltung sind stets nicht zur formgebenden Geometrie gehörende Außenflächen bzw. Trennflächen zwischen den Formteilen mit Kraft- oder Formschluss an der Fixierung beteiligt. Als formgebende Geometrie werden die Bereiche der Formteile bezeichnet, die einen Teil der späteren Gussteilgeometrie ausbilden. Die Summe der formgebenden Geometrien aller zu einer Form gehörenden Formteile ergibt die komplette Geometrie des Hohlraumes, der das spätere Gussteil ausbildet.
Die aus mehreren Formteilen zusammengefügten Gießformen und die für deren Positionierung und Fixierung bekannten Verfahren haben sich grundsätzlich bewährt. Dennoch besteht weiterhin Entwicklungsbedarf, um insbesondere durch Nutzung von inzwischen verfügbaren neuen technischen Lösungen noch bestehende Mängel zu überwinden. Nachfolgend werden einige diesbezügliche Ansatzpunkte erläutert:
Die Formkonstruktion erfolgt mittels CAD-System. Damit liegen CAD-Datensätze der kompletten Form und aller Formteile vor. Das ist eine Voraussetzung für die Nutzung moderner Fertigungstechnologien.
Des Weiteren kann durch moderne Messmethoden die Position der Formteile im Verbund der in Aufbau befindlichen Form deutlich genauer geprüft werden als bei einer mit Kernmarken erreichten Positioniergenauigkeit. Durch die geometrisch starren Kernmarken sind Korrekturen bezüglich der Position der Formteile nicht ohne weiteres möglich. Wird eine Fehlstellung durch Prüfen festgestellt, müssen die Formteile nachgearbeitet oder die Fehlstellung akzeptiert oder die Form als Ausschuss verworfen werden.
Sofern die Formteile beispielsweise durch Kernstützen in die geforderte Lage gedrückt werden, erfordert dies einen erhöhten Montageaufwand und zusätzliche Kosten für die Kernstützen. Dabei können unerwünschte Spannungen in den Formteilen auftreten, die einen Bruch des Formteiles auslösen können. Die Kernstützen verbleiben au ßerdem im Gussteil, sie sind nicht wiederverwendbar und können Undichtigkeiten und/oder eine Kerbwirkung im Gussteil verursachen.
Falls die Lage der Formteile durch Spannelemente korrigiert wird, erhöhen sich ebenfalls der notwendige Montageaufwand und die Kosten. Auch die Spannelemente können unerwünschte Spannungen in den Formteilen verursachen, die zum Bruch dieser Formteile führen können. Außerdem müssen die Spannelemente an der Form bis nach der Erstarrung des Gussteils verbleiben, so dass in Abhängigkeit der Taktzeit eine relativ große Anzahl an Spannelementen benötigt wird. Ferner müssen die Spannelemente beim Auspacken der Gussteile entnommen werden, wodurch sich der Arbeitsaufwand nochmals erhöht.
Sofern die Formteile mit Spannelementen fixiert werden, können die Formteile bei ungünstigen Bedingungen durch die auftretenden Spannkräfte in eine unerwünschte Lage innerhalb der Form gedrückt werden, ohne dass dieser Fehler zwangsläufig bemerkt wird.
Falls die Lage der Formteile durch nachträgliche Bearbeitungen wie Abreiben der Kernmarken oder durch Zwischenlagen im Kernspalt korrigiert wird, sind überwiegend arbeitsaufwändige und kaum automatisierbare Verfahrensschritte notwendig.
Die Kernmarken können an sich durch eine Modelländerung optimiert werden. Das ist jedoch kostenintensiv und die Kernmarken am Modell verschleißen im Gebrauch wieder. Zwar können die Kernmarken am Modell aus sehr verschleißfesten Werkstoffen (z. B. Stahl) hergestellt und mit CNC-Maschinen sehr präzise gefertigt werden. Die von einem solchen Modell abgeformten Formteile erreichen dennoch nicht die Genauigkeit moderner Manipulatoren und Prüfmethoden, weil diese Formteile während des Aushärtens, der Lagerung und der Verarbeitung Form- und Maßänderungen unterliegen. Die formgebende Geometrie kann mit optischen oder taktilen Messverfahren geprüft werden, allerdings nur an der offenen Form. Demzufolge ist zumindest die Lage der formgebenden Geometrie des letzten, die Form schließenden Formelements nicht mit derartigen optischen oder taktilen Messverfahren messbar, es sei denn, eine kostenintensive Computertomographie wird eingesetzt. Dies gilt ebenso für verwinkelte, komplizierte und tiefliegende formgebende Geometrien.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein Formteil für eine Gießform exakt positioniert und auf einfache Art und Weise in seiner Lage fixiert werden kann. Dabei soll erreicht werden, dass die formgebende Geometrie der einzelnen Formteile einer mehrteiligen Gießform weitgehend exakt zur Soll-Geometrie gemäß CAD-Datensatz ausgerichtet wird. Weiterhin soll die Ist-Lage der formgebenden Geometrie der komplett aufgebauten Form ermittelt werden, um auf Grundlage dieser Daten eine Bewertung der Maßhaltigkeit des herzustellenden Gussteiles zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen, die im Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Der grundlegende Lösungsansatz besteht darin, dass durch Abgleich der Formteilgeometrie mit dem vorgegebenen CAD-Datensatz und Füllen von formteilübergreifenden Aussparungen eine Positionierung und Fixierung der Formteile einer mehrteiligen Gießform realisiert wird. Dabei wird die Form mit Aussparungen versehen, die formteilübergreifend ausgestaltet sind. Eine Aussparung in der Form wird also durch Aussparungen in mehreren separaten Formteilen gebildet. Diese Aussparungen werden so gestaltet, dass sie im jeweils relevanten Montageschritt von au ßen zugänglich sind.
Beim Verfahrensablauf wird das Formteil in seine Soll-Position gemäß CAD-Datensatz gehalten. Dabei wird die aktuelle Ist-Position gemessen und bis zur geforderten Genauigkeit korrigiert. Nachdem das Formteil genau positioniert ist, werden die Aussparungen zunächst mit Formstoff gefüllt. Sobald der Formstoff ausgehärtet ist, muss das Formteil nicht mehr gehalten werden, weil es nunmehr durch den die Aussparungen ausfüllenden Formstoff gegenüber den weiteren Formteilen in der optimalen Position fixiert ist.
Eine spezielle Ausgestaltung ist beim Zulegen der Form vorgesehen. Hierfür wird vorzugsweise ein optisches Messsystem verwendet, mit dem die Ist-Geometrie des Formteils einschließlich der Außenflächen gemessen wird. Danach kann die innen liegende formgebende Geometrie eines Formteils ausgerichtet werden, indem die Position der Außenflächen geprüft wird. Demzufolge ist auch beim letzten Formteil, welches die Form schließt und somit die formgebende Geometrie umschließt und damit unzugänglich macht, eine Ausrichtung der formgebenden Geometrie nach der Soll-Geometrie gemäß CAD-Datensatz möglich. Das Messen der gesamten Formteilgeometrie kann auch für mehrere oder alle Formteile angewendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist zahlreiche Vorteile gegenüber den bisher üblichen technischen Lösungen auf, die nachfolgend erläutert werden.
Ein wesentlicher Vorteil ist, dass ein Formteil, welches immer auch eine gewisse Abweichung in seiner formgebenden Geometrie aufweist, ohne vorgegebene geometrische Zwänge durch Kernmarken so positioniert werden kann, dass die formgebende Geometrie optimal gegenüber den formgebenden Geometrien der schon montierten Formteile ausgerichtet ist. Somit können die vorhandenen Abweichungen ausgemittelt werden, es wird also eine sogenannte Best-Fit- Einpassung realisiert. Eine verbleibende Geometrieabweichung der Formhohlraum-Ist- Geometrie gegenüber den vorgegebenen CAD Daten wird somit minimiert.
Eine Nacharbeit an den Kernmarken zur Verbesserung der Lage der Formteile kann entfallen und da für zahlreiche Ausführungen keine Kernmarken mehr notwendig sind, kann auch die Formkonstruktion (CAD) vereinfacht werden. Auch Modelle und Formteile vereinfachen sich.
Die Ist-Position der formgebenden Geometrie der Formelemente wird erfasst. Dadurch entsteht im Computer ein Modell der zusammengelegten Form. An diesem Modell kann die Geometrie des Formhohlraumes einfach geprüft werden, was ansonsten bei der geschlossenen Form nur mit aufwändiger Computertomographie möglich wäre. Fehlerhafte Formen können somit schnell, also auch schon vor dem Abguss, ausgesondert werden. Dadurch wird eine höhere Genauigkeit erreicht und die Ausschussquote an Gussteilen erheblich gesenkt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Abweichung nur über die formgebende Geometrie immer kleiner ist als über das gesamte Formteil. Beim vorgeschlagenen Verfahren erfolgt keine Positionsbestimmung durch Kernmarken, so dass keine Ungenauigkeiten durch Maß- und Lageabweichungen zwischen der formgebenden Geometrie und übrigen Bereichen des Formteils (z. B. Kernmarken) entstehen.
Weiterhin treten beim vorgeschlagenen Verfahren keine Fehlerfortpflanzung, Fehlersummation und Fehlerverstärkung durch ungünstige Winkelbeziehungen und Hebelverhältnisse auf. Dabei ist insbesondere bei einer Montage von Gießformen aus zahlreichen Formteilen die genauere Positionierung durch vermiedene Fehlerfortpflanzung besonders deutlich, da hier jedes einzelne Formteil gegenüber der Soll-Geometrie gemäß CAD-Datensatz ausgerichtet werden kann.
Vorhandene Geometriefehler in den Trennflächen zwischen benachbarten Formteilen können besser ausgeglichen werden, weil diese Trennflächen nicht mehr für die Positionierung und Fixierung maßgeblich sind.
Die Genauigkeit der Position der formgebenden Geometrie wird bei diesem Verfahren lediglich durch die Genauigkeit der Bewegung der eingesetzten Hilfsmittel sowie die Genauigkeit der Prüfgeräte zur Geometrieerfassung begrenzt. Dadurch lassen sich die Formteile sehr genau positionieren.
Die Formteile einer verfahrensgemäß aufgebauten Form sind keiner mechanischen Belastung durch Verspannung infolge überbestimmter eng tolerierter Kernmarken ausgesetzt. Demzufolge sind die Formteile nach erfolgter Montage fast spannungsfrei, wodurch sich die Stabilität der Form verbessert. Ebenso wird das Bruchrisiko für ein Formteil durch den sonst üblichen Einsatz von Spannelementen und durch eine Belastung mit Auflagen verringert.
Die Fixierung der Formteile durch den in Aussparungen eingefüllten und danach aushärtenden Formstoff bewirkt eine spannungsfreie Fixierung und verhindert das Verrutschen von Formteilen durch einwirkende Kräfte.
Weiterhin weisen die Formteile einer verfahrensgemäß aufgebauten Form kein Spiel infolge lose tolerierter Kernmarken auf. Diese spielfreie Lagefixierung erhöht die Genauigkeit sowie die Steifigkeit der Form und verringert gleichzeitig eine Verformung in der Form beim Übergang von der Belastung durch das Eigengewicht der Formteile in der leeren Form zu der Belastung durch den Auftrieb in der gefüllten Form.
Sofern Spannelemente verwendet werden, können diese direkt nach dem Aushärten des in die formteilübergreifenden Aussparungen eingefüllten Formstoffes wieder entfernt werden. Folglich gelangen diese Spannelemente nicht in die Gießstrecke und zum Auspacken. Vielmehr können die Spannelemente direkt im Formzusammenbau mit wenig Aufwand entnommen werden und stehen dadurch sofort wieder zur Verfügung. Da keine Kernmarken die Lage der Formteile vorbestimmen, entstehen durch die Positionierung der Formteile mittels Spannelementen keine Verspannungen. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 a eine erste aus mehreren separaten Formteilen zusammengefügte Gießform
Fig. 1 b die Formteile der Gießform gemäß Fig. 1 a als separate Einzelteile
Fig. 1 c die Formteile gemäß Fig. 1 b in einer teilweise vormontierten Anordnung
Fig. 2 eine zweite aus mehreren separaten Formteilen zusammengefügte Gießform
mit zugeordneter Messtechnik und zugeordnetem Manipulator
Fig. 3 verschiedene Ansichten zur Wirkverbindung von Gießform und Messtechnik
Fig. 4a eine dritte aus mehreren separaten Formteilen zusammengefügte Gießform
Fig. 4b die Gießform gemäß Fig. 4a mit einem zusätzlichen Seitenteil als Verschluss
Fig. 1 a zeigt eine Gießform, die aus einem Unterkasten 1 , mehreren Seitenteilen 2 und einem Oberkasten 3 zusammengefügt ist. In diesen Bauteilen sind durchgehende Aussparungen 4 vorgesehen, die hier als Bohrungen ausgestaltet sind. Weiterhin sind im Übergangsbereich zwischen dem Unterkasten 1 und den Seitenteilen 2 mehrere Führungen 5 vorgesehen, die mit Spiel ausgeführt sind. Hingegen sind beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen den Seitenteilen 2 und dem Oberkasten 3 keine derartigen Führungen 5 vorgesehen. Die konkrete Formteilung kann in Form einer Geradführung, einer Ebene, eines Zylindermantelflächenausschnitts, eines Kegelausschnitts, eines Kugelausschnitts oder einer anderen Geometrie mit mindestens einem geometrischen Freiheitsgrad realisiert werden.
Aus Fig. 1 b und Fig. 1 c ist ersichtlich, dass der Unterkasten 1 , die Seitenteile 2 und der Oberkasten 3 jeweils einen Abschnitt mit formgebender Ist-Geometrie 6 aufweisen. Diese formgebenden Ist-Geometrien 6 bilden in der zusammengesetzten Form (Fig. 1 a) den Hohlraum, in dem die Schmelze zu einem Gussteil erstarrt. Die Geometrie dieses Hohlraumes bestimmt die Genauigkeit des späteren Gussteils und soll möglichst genau hergestellt werden. Dazu müssen die einzelnen Ist-Geometriebereiche 6 zueinander möglichst genau positioniert werden.
Beim Aufbau einer Form wird typischer Weise mit einem Unterkasten 1 begonnen. Der Unterkasten 1 wird vorzugsweise als Bezugssystem derart genutzt, dass die formgebende Ist- Geometrie 6 durch eine Koordinatentransformation (in den drei Raumrichtungen und den drei Raumwinkeln) so verlagert wird, dass diese formgebende Ist-Geometrie 6 bestmöglich in die Soll-Geometrie 7 gemäß CAD-Datensatz des Unterkastens 1 eingepasst ist. Alternativ kann auch die Soll-Geometrie 7 gemäß CAD-Datensatz des Unterkastens 1 nach der formgebenden Ist-Geometrie 6 ausgerichtet werden. Hinterher bleiben Soll-Geometrie 7 und formgebende Ist-Geometrie 6 des Unterkastens 1 zueinander unverändert. Die bestmögliche Einpassung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlermaß aus der Abweichung zwischen Ist-Geometrie 6 und Soll-Geometrie 7 ausgewählter Flächen, hier typischerweise die gesamte formgebende Geometrie 6 eines Formteiles 1 , 2 oder 3, minimal wird. Bei einer Koordinatentransformation der Soll-Geometrie 7 ist die Genauigkeit, mit der das Minimum des Fehlers erreicht wird, nur von der Numerik des verwendeten Algorithmus und des Computers und von der Rechenzeit abhängig. Bei der Ausrichtung eines Formteiles nach der Soll- Geometrie gemäß CAD-Datensatz ist die Genauigkeit, mit der das Minimum des Fehlers erreicht wird, auch von der Handhabung des Formteiles und von der Anzahl der Messungen und Korrekturen abhängig. Wenn der Vorgang des Ausrichtens nach Einhaltung einer vorgegebenen Toleranz abgebrochen wird, bevor das Minimum des Fehlers eingestellt ist, wird die Ausrichtung als anforderungsgerecht bezeichnet.
Nachdem Unterkasten 1 und Soll-Geometrie 7 ausgerichtet worden sind, wird das erste Seitenteil 2 in die Nähe seiner Soll-Position gehalten. Dabei sind die mit Spiel ausgeführten Führungen 5 hilfreich. Die Ist-Position des Seitenteils 2 wird geprüft und das Seitenteil 2 wird so in den drei Raumrichtungen und den drei Raumwinkeln verlagert, dass seine formgebende Ist- Geometrie 6 bestmöglich in die Soll-Geometrie 7 eingepasst ist. Dies kann beispielsweise durch einen Roboter/Manipulator 10, mit Spannelementen oder von Hand erfolgen, wobei letztgenannte Elemente in der Zeichnung nicht näher dargestellt sind.
Sobald die formgebende Ist-Geometrie 6 des Seitenteils 2 mit der jeweils geforderten Genauigkeit positioniert ist, werden die Aussparungen 4 mit Formstoff 8 gefüllt. Nachdem dieser Formstoff 8 ausgehärtet ist, ist das Seitenteil 2 gegenüber dem Unterkasten 1 fixiert und kann losgelassen werden. Ebenso können nunmehr eventuell eingesetzte Spannelemente abgenommen werden. Danach wird das nächste Formteil - ein weiteres Seitenteil 2 bzw. der Oberkasten 3 - in die Nähe seiner Soll-Position gehalten und der Vorgang des Positionierens und Fixierens wird wiederholt, bis die Form komplett aufgebaut ist. Sind mehrere Formteile gleichzeitig zugänglich, können diese auch gleichzeitig positioniert und fixiert werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 a bis Fig. 1 c sind die Aussparungen 4 als durchgehende Bohrungen ausgestaltet, die durch mehrere Formteile gehen. Falls diese Bohrungen nach dem Ausrichten der Formteile nicht genau übereinander stehen, ergeben sich keine Probleme, weil der Formstoff auch in etwas zueinander versetzte Bohrungen eingefüllt werden kann und diese versetzten Bohrungen ohne Spiel komplett füllt. Somit ist nach dem Aushärten des Formstoffs die Lage der Formteile fixiert. Unabhängig von der jeweils konkreten Ausgestaltung der Aussparungen 4 werden diese in der gleichen Weise in den Formteilen abgebildet, wie die formgebende Geometrie. Dies erfolgt beispielsweise durch Abformen, Formstoff-Fräsen, Lasersintern oder Formstoff-Printen. Die Aussparungen 4 werden vor oder während des Ausrichtens des Formteils mit Formstoff gefüllt, wobei für die Ausrichtung die Verdichtbarkeit des Formstoffs mit ausgenutzt wird.
Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei der die Aussparungen 4 in der Formteilung vorgesehen und mit einem Hinterschnitt ausgestaltet sind. Hierbei ist eine Variante dargestellt, bei der die Soll- Geometrie 7 nach dem Unterkasten 1 ausgerichtet worden ist. Die Seitenteile 2 sind nach der Soll-Geometrie 7 ausgerichtet und durch Formstoff 8 in den unteren Aussparungen 4 fixiert worden. Der Oberkasten 3 wird mit einem Roboter / Manipulator 10 nach der Soll-Geometrie 7 ausgerichtet.
Sobald mit einem Messgerät 9 die korrekte Lage des Oberkastens 3 - also eine Position, bei der die formgebende Ist-Geometrie 6 des Oberkastens 3 mit der Soll-Geometrie 7 weitgehend übereinstimmt - festgestellt wird, werden die oberen Aussparungen 4 zwischen den Seitenteilen 2 und dem Oberkasten 3 mit Formstoff 8 ausgefüllt und der Roboter / Manipulator 10 lässt den Oberkasten 3 nach dem Aushärten des Formstoffs 8 los.
Eine weitere Ausführungsvariante sieht die Verwendung eines Füllrahmens vor, der um die Form herum aufgebaut wird, so dass sich die Aussparungen 4 aus dem Zwischenraum zwischen Füllrahmen und Au ßengeometrie 1 1 der Form ergeben.
Die Formteilungen können ausgehend von der formgebenden Ist-Geometrie 6 keilförmig erweitert ausgestaltet werden. Weiterhin können in keilförmigen Formteilungen oder auch in Kernmarken mit keilförmigem Spiel Zwischenlagen zur Positionierung der Formteile eingesetzt werden, wobei diese Zwischenlagen vorzugsweise ebenfalls keilförmige Konturen aufweisen.
Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass ein Seitenteil 2 den durch die formgebende Ist-Geometrie 6 gebildeten Formhohlraum schließt. Gemäß Fig. 3 wird dabei die Ist-Geometrie 6 des Seitenteils 2 mit einem Messgerät 9 geprüft, so dass die Lage der formgebenden Ist- Geometrie 6 aus der Lage der Au ßengeometrie 1 1 des Seitenteils 2 bestimmt werden kann.
Als Messgerät 9 wird ein Gerät zur optischen Geometrieerfassung eingesetzt, zum Beispiel ein Streifenlichtprojektor, ein Laserscanner oder ein Computertomograph. Die optimale Einpassung von Soll- und Ist-Geometrie 6 und 7 ist durch eine ständige Prüfung während des Formzusammenbaus bekannt, siehe hierzu Fig. 4a. Nachdem die Form durch das Seitenteil 2 geschlossen wurde, wird dieses Seitenteil 2 durch eine Messung der Au ßengeometrie 1 1 so positioniert, dass seine formgebende Ist-Geometrie 6 bestmöglich in die Soll-Geometrie 7 eingepasst ist, siehe hierzu Fig. 4b. Die verschiedenen Geometrien, Positionen und Lagebeziehungen werden dabei computertechnisch gespeichert, verglichen und dargestellt, wobei Abweichungen zur Soll-Geometrie sowohl als Farbdarstellung als auch Zahlenwerte angezeigt werden können. Außerdem werden die Einpassung, die Ist- Position und notwendige Korrekturbewegungen berechnet. Dabei erfolgt die Korrektur der Ist- Lage durch Verdrehen und/oder Verschieben des Formteils, entweder manuell entsprechend der vom Computer angezeigten Korrekturwerte oder alternativ durch einen Manipulator oder Roboter entsprechend der übertragenen Korrekturwerte.
In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, dass die Ist-Geometrie der Formteile vor oder während der Formmontage und die Ist-Lage der Formteile während oder nach der Formmontage geprüft werden. Dabei kann aus den ebenfalls geprüften formgebenden Geometrien der Formteile ein Modell des Ist-Formhohlraumes berechnet werden, das zur Beurteilung der Positionierung der Formteile verwendet wird.
Ein derartiges Modell des Ist-Formhohlraumes wird zum Beispiel mit einem Computer berechnet, indem aus den von au ßen zugänglichen Flächen der Formelemente über die gemessene Ist-Geometrie der Formteile die Ist-Lage der formgebenden Geometrien berechnet wird. Aus den formgebenden Geometrien der einzelnen Formelemente, in ihrer jeweiligen gemessenen und/oder berechneten Ist-Lage, wird ein Oberflächenmodell des Formhohlraumes berechnet. Dieses Oberflächenmodell des Formhohlraumes stellt unter Beachtung des Schwindmaßes ein Computermodell des zukünftigen Gussteils dar. An ihm können die geometrischen Merkmale des Rohteils, wie z. B. Wandstärken und die Lage von Hohlräumen schon vor dem Abguss geprüft werden. An dem Computermodell des Gussteils können sogar Oberflächen geprüft werden, die am realen Gussteil mit konventionellen Messverfahren nicht zugänglich sind.
Ebenso kann die Positionierung aller Formteile bewertet werden. Dies geschieht durch einen Vergleich der Formhohlraum-Soll-Geometrie entsprechend dem vorgegebenen CAD-Datensatz mit der Formhohlraum-Ist-Geometrie mittels eines Computerprogramms und einer Best-Fit- Einpassung der beiden Geometrien zueinander und mit einer Farbdarstellung der Abweichung der beiden Geometrien und/oder einer Angabe des Abstandswertes der jeweils einander entsprechenden Flächen. Bezugszeichenliste Unterkasten
Seitenteile
Oberkasten
Aussparungen
Führungen
formgebende Ist-Geometrie
Soll-Geometrie gemäß CAD-Datensatz
Formstoff in Aussparung
Messgerät
Roboter / Manipulator
Au ßengeometrie

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Positionierung und Fixierung von Formteilen in Gießformen, die mehrere, mindestens jedoch zwei separate Formteile aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
dass zunächst die Ist-Geometrie und die Ist-Lage eines ersten Formteils gemessen und mit dem vorgegebenen CAD-Datensatz dieses Formteiles verglichen werden,
dass danach die Ist-Lage und die Soll-Lage dieses Formteils zueinander so korrigiert werden, dass die formgebende Geometrie innerhalb vorgegebener Toleranzen in die Soll-Geometrie entsprechend dem vorgegebenen CAD-Datensatz eingepasst ist,
dass danach das Formteil in dieser Lage verbleibt, die nachfolgend als Bezugsbasis für eine Positionierung weiterer Formteile verwendet wird,
wobei für die weiteren Formteile ebenfalls die Ist-Geometrie und die Ist-Lage gemessen und mit dem vorgegebenen CAD-Datensatz verglichen werden und danach die jeweilige Ist-Lage so korrigiert wird, dass die formgebende Geometrie innerhalb vorgegebener Toleranzen in die Soll- Geometrie entsprechend CAD-Datensatz eingepasst ist und
dass die Formteile formteilübergreifende Aussparungen aufweisen, die mit benachbarten Formteilen in Wirkverbindung stehen, und die mit einem aushärtbaren Formstoff gefüllt werden, der danach aushärtet und damit die Formteile in der entsprechend dem vorgegebenen CAD- Datensatz korrigierten Position fixiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Ist-Geometrie und die Ist-Lage durch ein Gerät zur Geometrieerfassung und mittels eines Computers gemessen und dargestellt werden, wobei Abweichungen zur Soll-Geometrie entsprechend CAD-Datensatz als Farbdarstellungen und/oder als Zahlenwerte angezeigt und/oder als Steuerbefehle an einen Roboter oder Manipulator ausgegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein für die Positionierung eines Formteiles ausgestalteter Geometriebereich an mindestens einem der in Wirkverbindung stehenden Formteile mit Spiel ausgeführt ist, das größer als die Toleranz des Formteiles ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass Formteilungen, definiert als Trennflächen zwischen benachbarten Formteilen, die Form einer Geradführung, einer Ebene, eines Zylindermantelflächenausschnitts, eines Kegelausschnitts, eines Kugelausschnitts oder einer anderen Geometrie mit mindestens einem geometrischen Freiheitsgrad hat.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass sich Formteilungen, definiert als Trennflächen zwischen benachbarten Formteilen, ausgehend von der formgebenden Geometrie keilförmig erweitern und wobei in diese Abschnitte Zwischenlagen zur Positionierung der Formteile einsetzbar sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Aussparungen (4) als Bohrungen ausgeführt werden, die mindestens zwei Formteile durchdringen.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Aussparungen (4) in Formteilungen, definiert als Trennflächen zwischen benachbarten Formteilen, angeordnet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Aussparungen (4) durch die Außengeometrie (1 1 ) der Formteile in Kombination mit einem Füllrahmen ausgebildet werden.
9. Verfahren zur Ermittlung der Formhohlraum-Ist-Geometrie von Gießformen, die mehrere, mindestens jedoch zwei separate Formteile aufweisen, wobei die Ist-Geometrie der Formteile vor oder während der Formmontage sowie die Ist-Lage der Formteile während oder nach der Formmontage gemessen und mit einem vorgegebenen CAD-Datensatz verglichen werden, wobei aus den erfassten formgebenden Geometrien der Formteile ein CAD-Modell des Ist- Formhohlraumes berechnet wird, welches zur Bewertung der Positionierung der Formteile innerhalb vorgegebener Toleranzen verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass das CAD-Modell des Ist-Formhohlraumes (6) mittels eines Computers berechnet wird, indem aus den von außen zugänglichen Flächen der Formelemente über die gemessene Ist- Geometrie der Formteile die Ist-Lage der formgebenden Geometrien berechnet wird und indem aus den einzelnen formgebenden Geometrien der einzelnen Formelemente in ihrer jeweils gemessenen und/oder berechneten Ist-Lage ein Oberflächenmodell des Formhohlraumes berechnet wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Bewertung der Positionierung durch einen Vergleich der Formhohlraum-Soll- Geometrie (7) mit der Formhohlraum-Ist-Geometrie (6) mittels eines Computerprogramms und einer Best-Fit-Einpassung oder einer auf den speziellen Anwendungsfall bezogenen Einpassung der beiden Geometrien zueinander und einer Farbdarstellung der Abweichung der beiden Geometrien und/oder einer Werteangabe des Abstandes der jeweils einander entsprechenden Flächen durchgeführt wird.
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