Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

"Robotyping" in der Formenherstellung

11.12.2003


Motorblöcke und Schiffspropeller haben mindestens eines gemeinsam: Wie viele andere große Gussteile entstehen sie in "verlorenen Formen" aus einem Sand-Bindemittel-Gemisch. Solche Sandformen für großflächige Teile lassen sich nun auch mit Hilfe eines Industrieroboters herstellen - endkonturnah und ohne teure physische Modelle. Das "ROBOTYPING"-Verfahren von Walter Schaaf und Timo Schäfter arbeitet mit lokal wirkenden Verdichtungs- und Modellierwerkzeugen und kann eine Form innerhalb weniger Stunden aufbauen.


Festwalzen des Formsandes © Fraunhofer IPA


Für ihre automatische Herstellung großflächiger Sandgussformen mit Robotern erhielten Timo Schäfer und Walter Schaaf (rechts) den Fraunhofer IPA Innovationspreis 2003 © Fraunhofer IPA/Anne Mildner



Ob Schiffsschrauben, Motorblöcke, Glocken oder bronzezeitliche Götterstatuen: Das Gießen in der "verlorenen Form" hat eine lange Tradition. In der industriellen Produktion kommt es hauptsächlich bei Werkstoffen mit hohem Schmelzpunkt und Teilen in kleinen Losgrößen zum Einsatz oder wenn die Maßhaltigkeit eine wichtige Rolle spielt. Dauergussformen verschleißen mit der Zeit und werden ungenau. Die "verlorenen Formen" aus einem Sand-Bindemittel-Gemisch werden dagegen für jeden Guss neu aufgebaut und am Ende zerstört. Immer wieder frisch abgedrückt von maßgenauen Modellen entstehen für jeden Gießvorgang exakte Sandformen und -kerne. Diese Modelle herzustellen ist allerdings relativ kosten- und zeitaufwändig und lohnt sich nur bei großen Stückzahlen oder für hochpreisige Produkte. Walter Schaaf und Timo Schäfer vom Fraunhofer IPA haben ein Verfahren zur robotergestützten Formenherstellung entwickelt, das ohne physische Modelle auskommt. "ROBOTYPING" eignet sich zur direkten Herstellung von Sandformen für großflächige Teile wie Schiffspropeller. Das additive Verfahren, bei dem die Form schichtweise aufgebaut wird, nutzt die räumlichen Bewegungsmöglichkeiten eines Industrieroboters und arbeitet mit lokal wirkenden Verdichtungs- und Modellierwerkzeugen. "Im Vergleich zum Modellformverfahren kann die Herstellung einer Form damit von mehreren Tagen auf Stunden reduziert werden", stellt Schaaf fest.



Für große Gussteile in geringen Stückzahlen wie Schiffsschraubenblätter oder Maschinenbette wird der Sand bislang manuell in die Formkästen gefüllt, verteilt und verdichtet. Diese aufwändigen Arbeiten übernimmt beim "ROBOTYPING" der Roboter. Der Sand kann komplett oder portionsweise in den Kasten geschüttet werden. Im ersten Fall verteilt der Roboter den Sand mit einer Spachtel. Im zweiten Fall häuft ein Dosierwerkzeug am Roboter den Sand entsprechend der Werkstückgeometrie auf. Ist der Sand grob verteilt, wird er mit einer Walze oder einem Stampfwerkzeug verdichtet. Walzwerkzeuge arbeiten dabei leiser als Stampfwerkzeuge, verschleißen nicht so schnell und sind weniger anfällig gegenüber Schwingungen. Die Bahnen, auf denen der Sand verdichtet wird, generiert eine eigens dafür entwickelte Software - form- und prozessorientiert, basierend auf den CAD-Daten des zu erstellenden Gussteils. "So werden beispielsweise stets Bahnen generiert, die bergauf zeigen, damit über der Walze herabrutschender Sand immer gleich angedrückt wird. Zudem sind die Bahnen so gelegt, dass bei möglichst geringen Prozesszeiten ein flächendeckendes Fahren stets garantiert ist", erklärt Timo Schäfer.

Die Versuche am Fraunhofer IPA fanden mit tongebundenem Formsand statt, der höchste Ansprüche an den Prozess stellt. Er muss sehr stark verdichtet werden, damit er die zum Gießen benötigte Härte erreicht: auf 1,4 bis 1,7 g/cm3, mit Druckbruchfestigkeiten von 10 bis 30 N/cm2. Die Profilformtoleranzen sind abhängig von der Anwendung und betragen nach DIN-Norm ± 1,4 bis ± 6,0 mm mit Formseitenabmessungen von 0,5 bis 5 m. Zur Erprobung der entwickelten Verfahren haben Walter Schaaf und sein Team eine Roboterzelle für den vollautomatischen Betrieb realisiert. "Bei unseren Versuchen konnten wir alle vorgegebenen Werte einhalten", berichtet Schaaf. Das Verfahren eignet sich damit nicht nur für den anspruchsvollen tongebundenen Formsand, sondern auch für chemisch härtenden Formsand, der kaum verdichtet werden muss. Die im vollautomatischen Prozess erreichte Prozessgeschwindigkeit liegt bei ca. 25 l/h und damit um das Fünfundzwanzigfache höher als beim selektiven Lasersintern. Die Vermessung mit dem optischen Sensor ergab, eine Zielgenauigkeit von ± 1,5 mm.

Im "ROBOTYPING"-Verfahren lassen sich auch Formstoffrohlinge herstellen: Die Formen für Gussteile mit komplexen Geometrien werden häufig aus einem Formstoffblock herausgefräst. Ist dieser Block kein massiver Quader, sondern ein bereits an die endgültige Form angenäherter Rohling, fällt dabei weniger Abraum an. Zudem können bei großen Formen die Prozesszeiten erheblich verringert werden. Sowohl für die additive Formherstellung als auch für das Formstofffräsen wurden Demonstratoren aufgebaut - bei drei Projektpartnern des Verbundprojekts "Robots in Prototyping - ROBOTYPING: Neue flexible Verfahren zur direkten Herstellung großer Sandformen mit Roboter". Ein wesentlicher Teil der "ROBOTYPING"-Entwicklungsarbeiten fand innerhalb dieses BMBF-Projekts von März 2001 bis Ende November 2003 statt. Projektpartner des Fraunhofer IPA waren der Formenbauer ACTech GmbH, Freiberg, die Firma Mauersberger Maschinenbau, Thum, sowie der Formstoffhersteller Foseco GmbH, Borken. Zwei Ergebnisse der ROBOTYPING-Projekts und der vorausgehenden Forschungsarbeiten wurden bereits patentiert: das "Verfahren zum Herstellen von definierten Freiformflächen in Formstoff und Vorrichtung zum Ausführen desselben" und das "Verfahren zum Herstellen von Prototypen oder Formen aus Formmaterial".

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Ing.Walter Schaaf, Tel. 0711-970-1225, E-Mail: walter.schaaf@ipa.fraunhofer.de
Dipl.-Ing.Timo Schäfer, Tel.: 0711-970-1221, E-Mail: timo.schäfer@ipa.fraunhofer.de

Michaela Neuner | idw
Weitere Informationen:
http://www.robotyping.de
http://fifserver.iai.fzk.de/pft

Weitere Berichte zu: Formenherstellung Formsand Gussteil Roboter Sandform

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Mitarbeiter der Hochschule Ulm entwickeln neue Methode zur Desinfektion von Kontaktlinsen
17.07.2017 | Hochschule Ulm

nachricht Form aus dem Vakuum: Tiefziehen von Dünnglas eröffnet neue Anwendungsfelder
07.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: 3-D scanning with water

3-D shape acquisition using water displacement as the shape sensor for the reconstruction of complex objects

A global team of computer scientists and engineers have developed an innovative technique that more completely reconstructs challenging 3D objects. An ancient...

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungen

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungen

Recherche-Reise zum European XFEL und DESY nach Hamburg

24.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Lupinen beim Trinken zugeschaut – erstmals 3D-Aufnahmen vom Wassertransport zu Wurzeln

24.07.2017 | Biowissenschaften Chemie