CH659782A5 - Verfahren und vorrichtung zum verdichten von koernigen formstoffen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von körnigen Formstoffen, insbesondere Giessereiformstoffen, mittels eines Gasdruckstosses, der zur Oberseite einer über eine lose geschüttete Formstoffmasse gesetzten Platte geführt wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Beim Verdichten, speziell von Giessereiformen, ist die Formhärte im Bereich der Kastenwand einer Giessform stets um einige Skalenwerte geringer als zur Formmitte zu. Dieser Übelstand beruht grösstenteils auf der Formstoffreibung entlang der Kastenwand. Zur Behebung oder Verminderung dieser Wandreibung wurden verschiedene Verfahren angewendet, auch solche, bei welchen die Formkastenwand speziell präpariert wurde. Dies führte jedoch dazu, dass der Formballen beim Formkastentransport ungenügende Haftung an der Formkastenwandung aufwies und dadurch zu Betriebsstörungen führte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde unter Nutzung eines Gasdruckstosses ein Verfahren zur Verdichtung von Formstoffmassen vorzuschlagen mittels welchem die Formhärte bzw. Formfestigkeit über die gesamte Giessform, speziell in der Trennebene annähernd gleich ist.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäss durch die in den Ansprüchen 1 und 7 angegebenen Lehre gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Nachstehend werden anhand der Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Einrichtung im Vertikalschnitt unter Verwendung einer Druckkammer für ein hochgespanntes Gas z.B. Druckluft, und

Fig. 2 als Variante eine Einrichtung unter Verwendung einer Druckkammer für die Erzeugung des Druckstosses aus der exothermen Reaktion eines Brennstoffgemisches.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Einrichtung mit einer Druckkammer 1 für die Druckstosserzeugung aus der Entspannung eines hochgespannten Gases z.B. von Druckluft.

In der Darstellung ist ein Füllrahmen 2 der mit einem auf einer Modellplatte 3 mit Modell 4 aufgesetzten Formkasten 5 verbunden ist, wobei diese als Formeinrichtung bezeichnete Anordnung von einem Hubaggregat 6 zur Verbindung mit einer Stützfläche 7 der Druckkammer 1 anhebbar ist. Diese Stützfläche 7 ist ein Teil der unteren Druckkammerwandung, welche eine Ausnehmung 8 umfasst, die zur Aufnahme einer Platte 9 vorgesehen ist. Der vom Füllrahmen 2 und dem Formkasten 5 gebildete Formraum ist mit einer körni5

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gen Formstoffmasse 10, z.B. Giessereisand, bis zur Trennebene von Füllrahmen 2 zur Stützfläche 7 angefüllt. Diese Stützfläche 7 ist ein Teil der unteren Druckkammerwandung, welche eine Ausnehmung 8 umfasst, die zur Aufnahme einer Platte 9 vorgesehen ist.

In diese Ausnehmung 8 mündet eine Öffnung 11 eines Ventiles 12 die mittels einer Ventilplatte 13 freigegeben bzw. verschlossen werden kann. Zur Betätigung der Ventilplatte 13 ist ein schlagartig wirkender Schubkolbenantrieb 14 vorgesehen, der in einem die Druckkammer 1 abschliessenden Deckel 15 eingesetzt ist. Anstelle des dargestellten Ventiles 12 können auch andere schlagartig wirkende Ventile vorgesehen sein, mit welchen grössere Druckgasmengen kurzzeitig umgesetzt werden können.

In einer Seitenwand der Druckkammer 1 ist eine Zuleitung 16 für ein Druckgas vorgesehen die ein Steuerventil 17 zur Steuerung der Druckgasmenge aufweist. In die Ausnehmung 8 mündet eine Entlüftungsleitung 18 zur Entspannung des in den Formraum umgesetzten Druckgases, z.B. Druckluft. Die Entlüftungsleitung 18 ist mit einem Entlüftungsventil 19 ausgerüstet. Durch eine den Raum la der Druckkammer 1 von der Ausnehmung 8 trennenden Bodenwand 20 ist eine Kolbenstange 21 des Kolbens 22 eines Schubkolbenantriebes 23 geführt die mit der Platte 9 verbunden ist. Dieser Schubkolbenantrieb 23 ist vorzugsweise mehrfach vorgesehen und dient dem Rücksteilen der Platte 9 nach erfolgtem Druckstoss bzw. hält die Platte in rückwärtiger Stellung während des Formkastenwechsels. Vor der Auslösung des Druckstosses wird erst der Hubdruck auf den Kolben 22 der Kolbenstange 21 entspannt und damit die Platte 9 auf die Formstoffoberseite 24 abgesetzt.

Anstelle des Schubkolbenantriebes 23 können auch andere Mechanismen vorgesehen sein, z.B. Kurbeltriebe.

Die Rückseite 25 der Platte 9 d.h. die zur Formstoffober-seite 24 gerichtete Seite, ist mit einer Profilierung versehen, die darin besteht, dass die Randzone der Platte 9 mit einer als Steg 26 bezeichneten Erhebung ausgebildet ist. Die Höhe 28 dieses Steges 26 ist vorteilhaft in der Grössenordnung von 6% bis 35% der Höhe der bis zur Trennebene lose geschütteten Formstoffmasse 10 gewählt. Diese Höhe 28 richtet sich weitgehend nach der Art der Modelle 4 und deren Anordnung. Ebenso ist die Pressfläche 29 des Steges 26 der Modellanordnung angepasst und ist vorteilhaft im Bereich von 5% bis 20% zum Grösstmass des Formkastenformates gewählt. Diese Pressfläche 29 steht in direkter Beziehung zur Plattenoberseite 30 d.h. der vom Druckstoss des gasförmigen Mediums beaufschlagbaren Fläche der Platte 9. Diese Pressflä-che 29 bestimmt demnach in direkter Folge die Umsetzung des vom Druckstoss auf die Plattenoberseite 30 ausgeübten Druckes in einen spezifisch höher wirkenden Druck auf die Sandoberfläche 24. Diese Umsetzung des Druckes erfolgt mit zunehmendem Eindringen des Steges 26 in die Sandoberfläche 24 demnach in zeitlich begrenzter Folge bis zum wirksam werden der gesamten Rückseite der Platte 9. Bei Verwendung eines mit z.B. trapezförmiger Querschnittsfläche ausgeführten Steges 26 wird zudem die Druckkraft noch in Teilkräfte zerlegt. Der Keilwinkel 31 eines solchen Steges ist vorteilhaft im Bereich von 20° bis 54° gewählt wobei sich ein Keilwinkel 31 von ca. 38° als zweckdienlich erwiesen hat. Es besteht jedoch ohne weiteres die Möglichkeit, sowohl die Höhe 28, als auch die Breite der Pressfläche 29 für denselben umlaufenden Steg 26 sowie bei keilförmigen Stegen 26 auch den Keilwinkel 31 zu variieren. Mit einer solchen Massnahme können spezifische, an eine Modellanordnung sowie auch an ein Kastenformat angepasste Verdichtungseffekte erzielt werden. Diese Effekte können zudem noch weiter variiert werden, wenn die Stege 26 nur teilumfänglich vorgesehen werden. Als zweckmässige Materialien für die Platte 9

haben sich stabile Werkstoffe wie z. B. Holz, Metall. Kunststoff oder Kombinationen solcher Werkstoffe erwiesen, wobei ein Variieren des Plattengewichtes mit als ein Faktor der Wirkfähigkeit erreicht wird. Der Abstand 27 des Randes der Platte 9 zur Füllrahmeninnenseite bzw. Formkasteninnenseite soll vorzugsweise max. 5 mm betragen.

Beim Verdichten von Giessformoberteilen besteht die Möglichkeit, die Plattenrückseite mit einer Pressform 33 für einen Giesstümpel auszubilden.

Fig. 2 zeigt als Variante eine Einrichtung mit einer Druckkammer 35 für die Druckstosserzeugung aus der exothermen Reaktion eines Brennstoffgemisches.

Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus der bereits vorgängig beschriebenen Formkombination, bestehend aus Füllrahmen 2a, Formkasten 5a, Modellplatte 3a mit Modell 4a die gemeinsam von einem Hubaggregat 6a gegen eine Stützfläche 36 der Druckkammer 35 bringbar sind. Die Stützfläche 36 bildet das untere Ende der Druckkammer 35 und begrenzt mit der anliegenden Wandung 37 eine Ausnehmung 38 für die Aufnahme einer Platte 9a die sich einseitig an einer Bodenwand 39 der Druckkammer 35 abstützt. In der Bodenwand 39 ist eine Öffnung 40 für den Austritt des den Druckstoss erzeugenden Gases vorgesehen der durch die exotherme Reaktion eines von einer Leitung 41 zugeführten Brennstoffes erzielt wird. In der Leitung 41 ist ein Steuerventil 42 vorgesehen mittels welchem die Brennstoffzufuhr geregelt wird. Der in den Raum der Druckkammer 35 geleitete Brennstoff kann mit der im Raum befindlichen Luft mittels eines Gebläses 43 und eines Leitrohres 44 in erzwungene Bewegung gebracht werden und daselbst von einem Impulsauslöser 45 gezündet. Das Gebläse 43 ist hierbei in einem Dek-kel 46 der Druckkammer 35 eingesetzt.

In der zur Bodenwand 39 bzw. Öffnung 40 der Druckkammer 35 gerichteten als Vorderseite bezeichneten Fläche der Platte 9a sind Zugstangen 47 eingesetzt die die Bodenwand 39 durchdringend mit derem anderen Ende mit einem Flansch 48 ausgebildet sind. Zwischen der Bodenwand 39 und diesem Flansch 48 ist eine Druckfeder 49 eingesetzt, mit der bezweckt wird, die Platte 9a nach einem erfolgten Druckstoss wieder zur Anlage an die Bodenwand 39 zu bringen bzw. die Platte 9a in der rückwärtigen Lage zu halten. Mit einer Entspannplatte 50 wird die Möglichkeit geschaffen die Platte 9a vor Auslösung der exothermen Reaktion auf die Formstoffoberseite 24a zu entspannen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit die Platte 9a mit einem vorgegebenen Abstand zur Formstoffoberseite 24a einzusetzen, womit ein Schlageffekt erreichbar ist.

Im Gegensatz zur Fig. 1 ist die Formstoffoberseite 24a hierbei profiliert indem die Formstoffmasse 10a zur Mitte des Füllrahmens 2a hin ausgenommen ist und in der Randzone des Füllrahmens 2a eine Art Formstoffwall 51 geschaffen. Die Tiefe 52 der Ausnehmung 53 ist im Bereich von 12% bis 38% bezüglich der Höhe der lose bis zur Oberseite des Füllrahmens 2a geschütteten Formstoffmasse vorgesehen. Die Breite 54 dieses Formstoffwalles 51 ist im Bereich von 5% bis 30% zur grösseren Füllrahmenabmessung vorgesehen. Sowohl die Höhe bzw. die Tiefe 52 als auch die Breite 54 dieses Formstoffwalles 51 richtet sich weitgehend nach der Art der Modelle 4a und deren Anordnung auf der Modellplatte 3.

Mit Vorteil ist die Ausnehmung 53 derart vorzunehmen, damit im Vertikalschnitt, der Formstoffwall 51 eine trapezförmige Fläche bildet, d.h. dass der Formstoffwall 51 sich zur Formstoffmasse hin verbreitert. Der hierbei entstehende Abstreifwinkel 55 soll zweckmässigerweise zur Senkrechten 25° bis 55° betragen. Es ist auch möglich einen solchen Formstoffwall 51 auch nur partiell, d.h. nur zu beiden

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Längsseiten oder Breitseiten des Füllrahmens 2a oder Kombinationen davon vorzusehen.

Die Platte 9a weist an der zur Formstoffoberseite 24a gerichteten Rückseite der Platte 9a, im Bereich der zum Formstoffwall 51 weisenden Zone, eine Pressfläche 29a auf, die vorzugsweise bezüglich der gesamten Rückseite der Platte 9a entsprechend der Formstoffwallkontur profiliert ist. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, diese Rückseite der Platte 9a als ebene Fläche auszubilden. Hierbei wird die Tiefe der Ausnehmung 53 der Formstoffmasse 10a und die Breite 54 des Formstoffwalles 51 im grösseren Bereich der Abmessungen gewählt. Der umfängliche Abstand 56 der Platte 9a zur Innenseite der Ausnehmung 38 soll vorzugsweise max. 5 mm betragen.

Die Wirkungsweise der Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass ausgehend von derjenigen Formoperation, wie in den Figuren dargestellt, in der die Form für den Verdichtungsvorgang vorbereitet ist und die die Platte 9, 9a zurückhaltenden Mechanismen 23 bzw. 49, 50 gelöst sind, wird der Gasdruckstoss, ausgelöst und bewirkt auf der zum Druckraum gerichteten Vorderseite der Platte 9,9a einen Flächendruck, der durch die auf der Unterseite der Platte 9, 9a vorgesehenen Pressflächen die, bezüglich der mit der Formstoffmasse in Erstberührung gelangenden Fläche, in einen spezifisch höheren Flächendruck umgesetzt wird. Die Wirkung daraus besteht darin, dass nun stossartig die im Bereich der Füllrahmenwand- bzw. Formkastenwand sich befindende Formstoffmasse mit einem spezifisch höheren Flächendruck zuerst verdichtet wird und in einer zeitlichen Folgestufe die übrige Formstoffmasse von der restlichen Plattenebene beaufschlagt wird.

Durch die in gestufter Folge schockartige Bewegung der Formstoffmasse, wird die Formfestigkeit bzw. die Formhärte über die gesamte Giessform ausgeglichen.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zum Verdichten von körnigen Formstoffen, insbesondere von Giessereiformstoffen, mittels eines Gas-druckstosses, der zur Oberseite einer über eine lose geschüttete Formstoffmasse gesetzten Platte geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Druckstoss oberseitig auf die Platte ausgeübte Druck, von der Platte in einer ersten von zeitlich aufeinanderfolgenden Stufen, mit einem spezifisch höheren Flächendruck auf die Formstoffmasse zur Wirkung gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Auslösung des Druckstosses, die Platte auf die Formstoffoberseite gesetzt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte mit Abstand über der Formstoffmasse gehalten wird und vom Druckstoss nach Überwindung des Ab-standes auf die Formstoffmasse einwirkt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstoffoberseite planiert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstoffoberfläche profiliert, z.B. partiell in unterschiedliche Formhöhen aufgeteilt, wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung der Formstoffoberfläche auf mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten der Formstoffoberfläche vorgenommen wird.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer aus Füllrahmen, Form-rahmen und Modellplatte bestehenden Form Vorrichtung, die mit einer Druckeinheit, zur Erzeugung des Druckstosses, verbindbar ist und mindestens einer auf die Oberseite der Formstoffmasse bringbaren Platte, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Formstoffmasse (24) gerichtete Unterseite (25) der Platte (9,9a) Pressflächen (29,29a) aufweist, die in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Pressflächen (29) die Oberseite eines am Rand (32) der Platte (9) entlanglaufenden Steges (26) ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die senkrecht zur Plattenfläche geführte Quer-schnittsfläche des Steges (26) eine polygonale z. B. trapezförmige oder rechteckige Form oder eine Kombination dieser geometrischen Formen bildet.

10. Einrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (28) des Steges (26) im Bereich von 6% bis 35% der Höhe der geschütteten Formstoffmasse (10) vorgesehen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der auf der Unterseite umlaufende Steg (26) gleiche Höhe (28) aufweist.

12. Einrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Pressfläche (29) des umlaufenden Steges (26) im Bereich von 5% bis 20% zum Grösstmass der Formkastenformates vorgesehen ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass umlaufend des Plattenrandes (32) eine Pressfläche (29a) vorgesehen ist, die bezüglich der Plattenunterseite vertieft vorgesehen ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (27) zwischen der Füllrahmeninnenwand (2) oder der Innenwand des Formkastens (5) und dem Plattenrand (32) max. 5 mm beträgt.

15. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Pressfläche (29) des umlaufenden Steges (26) für dieselbe Platte (9) unterschiedlich vorgesehen sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (28) des Steges (26) für dieselbe Platte (9) unterschiedlich vorgesehen ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Breite des Steges (26) als auch dessen Höhe (28) unterschiedlich vorgesehen sind.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilwinkel (31) bei einem Steg (26) mit z. B. trapezförmigem Querschnitt unterschiedlich ist.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (26) nur teilumfänglich angeordnet ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenunterseite (25) mit einer Pressform für einen Giesstümpel oder Einguss ausgebildet ist.