In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen des Formstoffverdichtungsprozesses unter Einbeziehung von Methoden der Kontinuumsmechanik und mathematischen Modellierung durchgeführt. Es wurden der mathematische Apparat, der Algorithmus und die rechnerlauffähige Software "FormCompact" entwickelt. Damit ist es erstmals möglich, den Einfluss unterschiedlichster maschinen- technischer und formstofftechnologischer Parameter auf die Verteilung der Dichte und des Spannungszustandes in Formen aus tongebundenen Formstoffen zu berechnen. Die Ergebnisse der Berechnungen werden mit Hilfe des Visualisierungsmoduls in eindeutiger Übersicht dargestellt. Die vorgelegte Lösung wurde unter den Bedingungen des zweidimensionalen Zustandes durchgeführt. Zu Erhöhung der Genauigkeit wurden den Eckpunkten der Form und des Modells eine besondere Berücksichtung geschenkt. Als effektivstes Programmiersystem zur Lösung dieser Aufgabe erwies sich Borland Delphi. Die Validierung der Software erfolgte mit Hilfe von Daten, die einerseits aus eigenen experimentellen Untersuchungen und andererseits aus der Gegenüberstellung mit Literaturangaben gewonnen worden sind. Dabei konnte eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den theoretischen, mit der Software berechneten und den experimentellen Werten festgestellt werden. Die Software stellt ein ausgezeichnetes Werkzeug zur Arbeitsvorbereitung in den Gießereien und bei der Konstruktion von Gießereimaschinen.

Im Rahmen der Arbeit wurde die neuartige Messmethode und Messeinrichtung zur Erfassung der von der Formstoffbewegung in dem Messpunkt hervorgerufenen Kräfte vorgeschlagen. Die erarbeiteten Kalibrier- und Berechnungsmethoden lassen es zu, die direkt an der Gießform während der Produktion erfassten Signale in Formdichte- und unterschiedliche Festigkeitswerte umzurechnen. Die erarbeiteten Messeinrichtungen und Berechnungsmethoden wurden sowohl durch die Laborprüfungen als auch durch den direkten Praxiseinsatz geprüft. Während dieser Prüfungen wurde festgestellt, dass die Formqualitätskennzeichen mit ausreichender Genauigkeit festgestellt werden können. Die Auswirkung der veränderlichen Formstoffzusammensetzung auf die zur Berechnung der Formqualitätskennzeichen benötigten Koeffizienten wurde ebenfalls untersucht. Abschließend wurde eine Methode zur Ermittlung „formbezogener“ und „energetischer“ Qualitätsmerkmale der Formanlagen vorgeschlagen. Die Methode lässt den Vergleich der Formmaschinen auf der Basis der erreichten Formqualität und des zum Erreichen dieser Qualität geleisteten Energieaufwandes.

Es wurde ein System zur Regelung der Formstoffqualität entwickelt und im Praxisbetrieb erprobt. Die Regelung der Wasserzugabe am Mischer erfolgt dabei anhand der Verdichtbarkeit des Altsands. Zur Online-Messung der Verdichtbarkeit wurde ein automatisch arbeitendes Messgerät entwickelt, aus dessen Messwerten mit Hilfe eines Fuzzy-Reglers die notwendige Wasserzugabe bestimmt wird. Zur Steuerung der Aktivbentonit- bzw. Glanzkohlenstoffbildnerkonzentration wird eine Kombination verschiedener Regelstrategien benutzt. Dabei werden durch eine präventive Formstoffsteuerung die notwendigen Zugabemengen prognostiziert, und diese Werte dann durch die Analyse des Fuzzy-Reglers und der erreichten Formstoffqualität korrigiert. Weitere Korrekturdaten können durch eine Auswertung des Gussfehlerkollektivs gewonnen werden.

Die nachhaltige und dauerhafte Reduzierung von Emissionen und prozessbedingten Gerüchen in Gießereien kann nur durch den Einsatz emissionsarmer und geruchsfreier Einsatzstoffe direkt im Prozess erreicht werden. Obwohl bisher bekannte anorganische Kernbindemittel diese Vorteile bieten, konnten diese aber aufgrund unzureichender Produktivität im Fertigungsprozess nicht zur Herstellung von Aluminiumgussteilen für den Motorenbau, in hohen Stückzahlen, eingesetzt werden. Mit der vorliegenden Arbeit konnte erstmalig nachgewiesen werden, dass ein Kernbindemittel auf Basis von Magnesiumsulfat zur Fertigung von Aluminiumgussteilen für PKW-Motore geeignet ist. Zusätzlich werden alle umwelttechnischen Anforderungen erfüllt. Es ist zu erwarten, dass Gießereien weltweit dieses Verfahren in naher Zukunft einsetzen werden.

Auf der Grundlage eines mathematischen Modells zur Beschreibung der Druckentwicklung in pneumatischen Verdichtungsanlagen, welche zur Herstellung von Kernen und Formen dienen, wurden Computerprogramme erstellt. Mit deren Hilfe können Parameteridentifikationen zur Ermittlung maschinentechnischer Größen (Durchflusskoeffizienten, Ventilfunktionen) durchgeführt und Druckverläufe berechnet werden. Es erfolgt der Nachweis, dass das mathematische Modell die Prozesse hinreichend genau wiedergibt. Im theoretischen Teil werden Betrachtungen zu Einflussgrößen auf die Druckentwicklung angestellt. Dabei wurde festgestellt, dass das Maschinenbehältervolumen den größten Einfluss ausübt. Weiterhin sind Untersuchungen bzgl. der Druckentwicklungsabhängigkeit von Ventileigenschaften durchgeführt worden. Als Kriterium zur Bewertung von pneumatischen Anlagen wurden die Energiebilanz und der Druckanstieg über dem Formstoff diskutiert.