Berechnungen zum Schwerkraftgießen

Wird eine Schmelze in eine Form gegossen, so wirkt der Gießdruck infolge des hydrostatischen Paradoxons gleichmäßig in alle Richtungen. Sobald die Form vollständig ausgefüllt ist, besteht bei horizontal geteilten Formen die Gefahr, dass die obere Formhälfte einem zusätzlichen Druck ausgeliefert ist. Diese auf die obere Formhälfte wirkende Kraft bezeichnet man als Abhebekraft:

$ A_p $ = Fläche der oberen Formhälfte

$ \rho_S $ = Dichte der Schmelze

$ h $ = Höhe der oberen Formhälfte

$ g = 9,81 \frac{m}{s^2} $ = Erdbeschleunigung

Liegt in der Form zusätzlich ein Kern, so erhöht sich der Druck infolge der Auftriebskraft $ F_{Auf} $, die auf den Kern wirkt, auf die obere Formhälfte. Es gilt folgender mathematischer Zusammenhang zwischen der Auftriebskraft und der Gewichtskraft des verdrängten Volumens der Schmelze $ F_{GS}$:

Die Gesamtkraft, die auf die Fläche der oberen Formhälfte wirkt, ergibt sich aus der Summe von Auftriebskraft und Abhebekraft:

Damit es infolge des auftretenden Drucks nicht zu einem Abheben kommt, müssen die horizontal geteilten Formen entweder miteinander fixiert werden, z. B. mit Klammern oder die obere Formhälfte muss entsprechend beschwert werden, z. B. mit Beschwereisen. Bei vertikal geteilten Formen kann dem Druckanstieg durch Stützen der Formhälften beispielsweise durch Hinterfüllen mit Formstoff wirksam entgegengewirkt werden.

Nur wenn eine feste Verbindung zwischen oberer und unterer Formhälfte gewährleistet ist, kann das Gießen und das Erstarren wie gewünscht ablaufen.