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Für das Einführen eines zylindrischen Elementes in eine Bohrung ergibt sich nur eine definierte Fügerichtung (Bild Abb. a).

Besitzt die Öffnung eine kegelige Form so ergibt sich ein Fügebereich (Abb. b). Der Fügebereich ist um so größer, je größer der Kegelwinkel ausfällt.

Der Fügebereich einer ebenen Fläche (Abb. c) ist durch einen Winkel von 180° charakterisiert. Wenn man am selben Element diese Geometrie erneut vorfindet, stellt sich wieder ein Fügebereich von 180° dar. Bei der Analyse eines mehrflächigen Körpers werden die Fügebereiche der einzelnen Flächen überlagert, d.h. das Superpositionsprinzip angewendet. Somit ergibt sich für zwei senkrecht aufeinanderstehende Flächen ein Fügebereich von 90°. Verbindet man die beiden Fügebereiche (Abb. d), erhält man nur noch eine einzige Fügerichtung. Das gleiche könnte man auch auf kompliziertere Elemente übertragen, z.B. auf ein trapezförmiges Element (Abb. e).

Dabei werden die gleichen Überlegungen über die einzelnen Fügebereiche angestellt.

Es werden zunächst jeweils zwei Flächen betrachtet und in wie weit für diese beiden Flächen ein FügFür das Einführen eines zylindrischen Elementes in eine Bohrung ergibt sich nur eine definierte Fügerichtung (Bild Abb. a).
Besitzt die Öffnung eine kegelige Form so ergibt sich ein Fügebereich (Abb. b). Der Fügebereich ist um so größer, je größer der Kegelwinkel ausfällt.
Der Fügebereich einer ebenen Fläche (Abb. c) ist durch einen Winkel von 180° charakterisiert. Wenn man am selben Element diese Geometrie erneut vorfindet, stellt sich wieder ein Fügebereich von 180° dar. Bei der Analyse eines mehrflächigen Körpers werden die Fügebereiche der einzelnen Flächen überlagert, d.h. das Superpositionsprinzip angewendet. Somit ergibt sich für zwei senkrecht aufeinanderstehende Flächen ein Fügebereich von 90°. Verbindet man die beiden Fügebereiche (Abb. d), erhält man nur noch eine einzige Fügerichtung. Das gleiche könnte man auch auf kompliziertere Elemente übertragen, z.B. auf ein trapezförmiges Element (Abb. e).

Dabei werden die gleichen Überlegungen über die einzelnen Fügebereiche angestellt.

Es werden zunächst jeweils zwei Flächen betrachtet und in wie weit für diese beiden Flächen ein Fügebereich zustande kommt. Es ist immer der Winkelbereich, der diese beiden Flächen einschließt, ähnlich den Verhältnissen an einem Kegel.ebereich zustande kommt. Es ist immer der Winkelbereich, der diese beiden Flächen einschließt, ähnlich den Verhältnissen an einem Kegel.

Bild: Ausformrichtungen/Fügebereiche

Die konstruktiven Ergebnisse werden zunächst nur in einer Ebene betrachtet, es ist jedoch zu beachten, dass das zu diskutierende Problem dreidimensional behandelt werden muss.

Nach der Analyse der Teile gilt es zunächst herauszufinden, welche Fügebereiche vorhanden sind. Es ist nicht schwer zu erkennen, dass der Winkelbereich als Fügebereich in Frage kommt.

Bei der nun folgenden Betrachtung wird die Formteilungsebene berücksichtigt, d.h. es werden die Flächen innerhalb eines Formteiles und die Formteilungsebene überlagert.

Der zweite Gesichtspunkt ist die Frage nach der Ausformbewegungsrichtung. Es gäbe zwei Ausformungsbewegungsrichtungen, bei denen das Werkstück festgehalten und die Form entfernt wird.

Für den oberen Teil der Form ergibt sich ein Winkel von 180°, d.h. das Formteil könnte auch zur Seite weggezogen werden (Bild Abb. a).

Wenn man die Vereinigung der drei restlichen Flächen des Gusskörpers durchführt, so ergibt sich nur noch ein Fügebereich. Liegt in diesem Fügebereich die Ausformrichtung in Bewegungsrichtung, so ist eine Ausformung problemlos möglich. Wenn sie jedoch außerhalb dieses Winkels vorzunehmen wäre, könnten Form und Gussteil nicht voneinander getrennt werden.

Bild: Fügebereich und Ausformbewegungsrichtung

Für das Gussteil im Bild (Abb. b) gilt analog, dass die Entfernung des unteren Formteiles noch kein Problem mit der Ausformbewegungsrichtung ergibt (an jeder Fläche mit Halbkreis dargestellt).

Jedoch der Gusskörper ist nicht aus der oberen Form herausnehmbar. Für die genauere Analyse sind seitlich noch einmal die einzelnen Fügebereiche angegeben. Man erkennt anhand der Zusammenstellung, wenn man die drei Winkelflächen der Fügerichtungen zur Deckung bringt, dass zwischen den drei seitlichen Flächen kein Fügebereich übrig bleibt.

Die Ausformbewegungsrichtung kann also nur dann übernommen werden, wenn die Bewegungsrichtung tatsächlich in diesem Bewegungsbereich vorzufinden ist. Dies würde aber zunächst bedeuten, dass in einer Richtung die Fügebereiche überdeckt sein müssen. Wie zu erkennen ist, wird immer nur eine Deckung von zwei Flächen erreicht. Also ist die Ausformbewegungsrichtung beliebig wählbar, da sie keinen Einfluss hat. Das Formteil wird nicht, ohne Zerstörung der Form, ausformbar sein. Dies wird als Hinterschneidung bezeichnet.

Als Grundsatz gilt also, dass die Teile so zu gestalten sind, dass der gemeinsame Fügebereich die Ausformbewegungsrichtung enthält. Ausgehend von der Form des Teiles muss die Formteilungsebene, sie kann auch gestuft oder abgewinkelt sein, so gelegt werden, dass sie sich als günstig erweist. Außerdem ist zu überlegen, welches die Ausformbewegungsrichtung ist, die unbedingt verbleiben muss.

Im Bild ist dargestellt, welche Formteilungsebenen noch für die Ausformung des Teiles denkbar wären. Die Formteilungsebene muss dabei nicht horizontal oder vertikal sein, sondern kann auch Schrägen beinhalten.

Stellt sich nun die Frage, was zu tun ist, wenn Hinterschneidungen nicht zu vermeiden sind; was sich daraus für Nachteile ergeben und wie die Ausformung des Gussteiles dann realisierbar ist.

Einfachste und zugleich teuerste Möglichkeit ist die Zerstörung der Gussform oder das Verbleiben und Zerstören von Kernen im Gussteil.

Zweitens wäre es möglich, entsprechend mehr Formteile zu verwenden, um die Form mehrmals zu verwenden. Diese Formteile müssten aufgrund der gegebenen Toleranzen sehr genau gefertigt werden, was natürlich auch wieder Mehrkosten verursacht.

Eine dritte Möglichkeit würde darin bestehen, beim Ausformen der Teile die Elastizität des Werkstoffes zu nutzen.

Bild: Varianten der Formenteilung

Im Bild ist ein hohler Körper dargestellt, welcher mit zwei Auflageflächen versehen ist. Er ist das Gussmodell eines späteren Teiles. Bei der Herstellung der Gussform wurde das Modell so getrennt, das der Fußansatz extra in die Form eingesetzt wurde. Die Gießform ist in Abbildung a3 dargestellt. Das L-förmige Teil wird eingesetzt und der Hohlkörper wird danach hinzugesetzt. Wenn das Teil, wie in Abbildung a3 dargestellt, eingesetzt wird, so ist es nicht mehr aus der Form zu entfernen. Damit es herausnehmbar ist, benötigt es wenigsten den Weg, wie in Abbildung b3 dargestellt. Wenn der Fuß verlängert wird, muss auch das konstruierte Gebilde verändert werden. Die Auflagefläche muss vergrößert werden. Diese relativ geringe konstruktive Änderung der Auflagefläche gegenüber dem ersten Entwurf, ermöglicht eine einfachere Modellgestaltung; die Gussform ist herstellbar und das Modell trennbar.

Bild: Herstellen der Gußform

Im Beispiel im Bild ist ein Hohlkörper mit zwei seitlichen Auflageflächen dargestellt. Im Winkel von 90° zur Körperachse ist eine zylindrische Öffnung angeordnet und somit eindeutig als Hinterschneidung erkennbar. Auch im Hohlraum (Abb. a) findet sich eine solche Hinterschneidung, ebenso wie außen unterhalb der Öffnung (Sandecke). Nun stellt sich die Frage, wie ein solches Teil aussehen könnte, wenn diese Hinterschneidungen vermieden werden sollen. Die Lösung kann z.B. wie in Abbildung b aussehen. Das Teil verliert seine Funktionalität auch bei einer derartigen Umgestaltung nicht. Die Öffnung ist weiterhin vorhanden, jedoch wurde der Bereich unterhalb dieser Öffnung mit Material ausgegossen. Bei dieser Konstruktion ergibt sich trotzdem noch ein Problem. Durch die Umgestaltung wurde eine Materialhäufung erreicht. Es wäre nun vorteilhaft, wenn die Ecke noch herausnehmbar wäre. Die Frage der Materialstärke darf auch hier nicht vernachlässigt werden. Das Problem ist aber sicherlich funktionell lösbar.

Es ist also erkennbar, dass sich durch konstruktive Veränderungen des Teiles gegenüber der ersten dargestellten Lösung wesentlich bessere Möglichkeiten für den Gießprozess ergeben.

Bild: Konstruktive Behebung von Hinterschneidungen

Im Bild ist ein Lagerbock dargestellt. In diesem Teil befinden sich im Fußbereich zwei rechtwinklig zur Lagerführung liegende zylindrische Öffnungen. Wenn diese funktionell so ausgeführt werden müssen, können zusätzliche Formelemente nicht vermieden werden.

Die Formteilungsebene dieses Gussteiles müsste in der Mitte vorgesehen werden (Abb. a2,a3), damit möglichst wenige Hinterschneidungen auftreten. So kann die Öffnung gleich mit gegossen werden. Jedoch besteht auch hier das Problem, der durch die unteren beiden Öffnungen verursachten Hinterschneidungen (Abb. a2, a3 Pfeil). Wenn in dieser Richtung ausgeformt werden soll, ist der hintere Bereich hinderlich. Diese Hinterschneidung lässt sich jedoch konstruktiv leicht beheben. Die aufgesetzten Zylinder müssen dafür so umgestaltet werden, dass diese Bereiche bis zur hinteren Wand gezogen werden (Abb. b2, b3).

Bild: Konstruktive Behebung von Hinterschneidungen

Das Beispiel im Bild ist ein relativ kompliziertes Teil. Es hat etwa die Form eines Topfes mit zwei zylindrischen Queröffnungen, was zur Folge hat, dass es über drei Formteile realisiert werden muss. Dadurch können die Hinterschneidungen, die normalerweise ein Problem darstellen, belassen werden. Einfacher und kostengünstiger ist es jedoch, das Teil so zu gestalten, dass man auf weniger Formteile zurückgreifen kann. Die prinzipielle Topfform und die Öffnungen sollen beibehalten werden und die Hinterschneidungen verschwinden. Bei der dargestellten Lösung (Abb. b) hat sich das Teil nur unwesentlich verändert. Der untere Bereich wurde einfach eingeengt und somit die Hinterschneidung beseitigt.

Betrachtet man den Ausformmechanismus beim ersten Beispiel näher, erkennt man den in drei Teile aufgeteilten Kern. Beim Ausformen wird zuerst das mittlere Teil herausgezogen und bietet somit den anderen Formteilen Raum, nach innen bewegt und entfernt zu werden, ohne die Hinterschneidungen beachten zu müssen. Dieser Mechanismus ist zwar herstellbar, jedoch ist die andere Lösung wesentlich kostengünstiger.

Bild: Konstruktive Behebung von Hinterschneidungen

Auch bei dem Teil im Bild sind wieder unterschiedliche Öffnungen erkennbar. Diese versucht man durch verschiedene Kerne zu realisieren. Bei der Öffnung (Kern 1) ist eindeutig, dass der Kern nur in der eingezeichneten Richtung ausformbar ist. Bei der Öffnung (Kern 2) ist die Ausformrichtung durch den Winkel a gekennzeichnet. Die Krümmung in Öffnung 3 wird realisiert, indem auch der Kern (Kern 3) eine Krümmung erhält, der somit auf einer Kreisbahn nach außen gezogen werden muss. Die konstruktive Lösung kann so durchaus realisiert werden. Dies ist ein sehr spezielles Beispiel, bei dem insgesamt sechs Teile nötig sind, um die endgültige Form zu erhalten.

Auch hier muss die Frage gestellt werden, ob Hinterschneidungen vermieden werden können. Dazu wird die gezeigte Ausformrichtung (Pfeil ABR) als optimal für dieses Problem erkannt. Bei dieser Ausformrichtung werden natürlich wieder durch andere Bereiche Hinterschneidungen erzeugt. Diese müssten dann wieder mit Hilfe eines Kernes umgesetzt werden. Es ist also ersichtlich, dass allein durch die Fülle der Formteile diese Form sehr kostenintensiv ausfallen wird.

Bild: Hinterschneidungen
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