CH660138A5

CH660138A5 - Vorrichtung zum verdichten von giessereiformstoffen mittels druckimpulsen.

Info

Publication number: CH660138A5
Application number: CH353883A
Authority: CH
Inventors: Hasso Dipl-Ing Hoeber; Heinz Dipl-Ing Buettner; Ekkehard Dipl-Ing Froehlich; Eberhard Fischer; Gunter Dipl-Ing Hayard; Juergen Goehler; Peter Griessbach
Original assignee: Gisag Veb
Priority date: 1982-06-29
Filing date: 1983-06-28
Publication date: 1987-03-31
Also published as: DE3319496A1; RO88050B; DE3319496C2; RO88050A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten von Giessereiformstoffen mittels Druckimpulsen, bestehend aus einem mit einer Druckgasquelle verbindbaren Speicherbehälter in dessen Bodenplatte mindestens ein schnellöffnendes Ventil angeordnet ist.

Aus der DE-AS 1 097 622 ist es bekannt, Formstoff durch impulsartiges direktes Beaufschlagen mit Druckluft zu verdichten. Dieses Prinzip findet in der DE-OS 3 202 395 eine Ausgestaltung, in der zum Auslösen der Druckimpulse eine Verschlusseinrichtung vorgeschlagen wird, die als grossflächiges Teller- oder Klappenventil ausgebildet ist. Mit einem solchen Ventil ist, wie die Praxis gezeigt hat, ein für die Formstoffverdichtung erforderlicher Druckimpuls (Druckanstiegsgeschwindigkeit über dem lose geschütteten Formstoff ca. 40 MPa/s bei einer Druckspitze von mind. 0,3 MPs) auf Grund der Öffnungscharakteristik eines derartigen Ventils kaum zu erreichen. Zur Überwindung dieser Schwierigkeit wird in der genannten OS eine Beschleunigung der als Freistrahl wirkenden Druckwelle mittels Lavaldüsen vorgeschlagen. Dadurch entsteht aber ein grosser maschinentechnischer Herstellungsaufwand für die Vorrichtung. Weiterhin bewirkt die Anordnung von Lavaldüsen eine Vergrösserung des Entspannungsvolumens, wodurch die Wirksamkeit des Verfahrens gemindert wird und durch erhöhten Energieeinsatz kompensiert werden muss.

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verdichten von Giessereiformstoff mittels Druckimpulsen zu schaffen, die mit geringem maschinellen Aufwand herstellbar ist und deren Energiebedarf beim Gebrauch gering und leicht bereitstellbar ist. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, die eine solche Öffnungscharakteristik des Ventils aufweist, dass bei einem Ausgangsdruck von 0,6 bis 1 MPa solche Druckimpulse auf unverdichteten Formstoff einwirken, die eine hohe Verdichtung des Formstoffes erzielen. Es soll möglich sein, die Wirkung der Druckimpulse entsprechend der Modellkontur partiell variieren zu können.

Erfmdungsgemäss wird die Aufgabe mittels der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Bodenplatte des mit einer Druckgasquelle verbindbaren Speicherbehälters für jedes Ventil eine Bohrung aufweist, in der ein Ventilkörper gleitend angeordnet ist, der als dünnwandiger auf der Innenseite mit dem Speicherdruck belasteter Hohlzylinder ausgebildet ist und, dass unter jeder Bohrung durch Rippen mit der Bodenplatte verbunden, ein Dichtungselement vorgesehen ist, auf dem die Stirnseite des Hohlzylinders bei geschlossenem Ventil dichtend aufliegt.

Mit einer derartigen Ausbildung gelingt es, in extrem kurzer Zeit eine grosse Durchströmfläche freizugeben.

Durch die Gestaltung der Ventilkörper als auf ihrer Innenseite mit dem Speicherdruck beaufschlagter Hohlzylinder können diese sehr dünnwandig und damit sehr leicht ausgeführt werden, wodurch wiederum kurze Öffnungszeiten (Massenbeschleunigung) erzielt werden. Auch ist die Vorrichtung mit allgemein üblichen Werkzeugmaschinen herstellbar.

Vorteilhaft ist es, wenn die scheibenförmigen Elemente trogartig ausgebildet sind, wobei der obere Rand des Troges den jeweiligen Hohlzylinder nahezu dicht umschliessend eine Steuerkante bildet und bei geschlossenem Ventil der Abstand zwischen der Stirnseite der Hohlzylinder und der Steuerkante so gross ist, wie der erforderliche Hub zur Beschleunigung der Hohlzylinder aus der Ruhelage bis zur maximalen Hubgeschwindigkeit.

Dadurch entsteht der Vorteil, dass zu Beginn des Öffnungshubes (geringe anfangliche Hubgeschwindigkeit) die Durchströmfläche zunächst noch verschlossen bleibt und erst freigegeben wird, wenn die Unterkante der Hohlzylinder mit höchster Geschwindigkeit die Steuerkante passiert. Dadurch wird die Zeit zur Freigabe der Durchströmfläche weiter verkürzt.

Zweckmässig ist es, wenn die Hohlzylinder in ihrem oberen Bereich am äusseren Durchmesser einen Bund aufweisen, der bei geschlossenem Ventil dichtend auf der Bodenplatte aufliegt.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Passung zwischen Hohlzylinder und zugehöriger Bohrung in der Bodenplatte mit relativ grossem Spiel ausgeführt werden kann.

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Vorteilhaft kann es sein, wenn die Hohlzylinder an einem gemeinsamen Hubmechanismus befestigt sind.

Bei dieser Gestaltung ergibt sich der Vorteil des geringen maschinellen und steuerungstechnischen Aufwandes zum Anheben, sowie gleiche Hubcharakteristik für alle Hohlzylinder.

Zweckmässig kann es sein, wenn die Ventilkörper (Hohlzylinder) von nichtkreisförmigem Querschnitt sind.

Weiterhin kann es zweckmässig sein, dass die Bodenplatte und die Hohlzylinder so gestaltet sind, dass die einzelnen Ventile verschiedene Öffnungszeitpunkte aufweisen.

Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Druckwelle partiell der erforderlichen Verdichtungscharakteristik von Modell und/oder Formstoff angepasst werden kann.

Auch ist es vorteilhaft, wenn Hohlzylinder verschiedenen Durchmessers konzentrisch angeordnet sind und in der Bodenplatte konzentrisch angeordnete gestuft-keglige Leitringe vorgesehen und derart ausgebildet sind, dass die Innendurchmesser der Hohlzylinder mit einem Aussendurchm.es-ser der Leitringe und die Aussendurchmesser der Hohlzylinder mit einem Innendurchmesser der Leitringe korrespondieren und dass die Hohlzylinder im oberen Teil der Leitringe von diesen geführt werden.

Eine derartige Ausbildung ergibt den Vorteil, dass die Durchströmfläche des geöffneten Ventils extrem gross ist.

Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Hohlzylinder auf ihrer Aussenseite mit dem Speicherdruck belastet sind.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1: Ein Schnitt durch die erfmdungsgemässe Vorrichtung mit geschlossenem Ventil

Fig. 2: Detailansicht in vergrössertem Massstab des Ventils bei geschlossenem Zustand

Fig. 3: Detailansicht in vergrössertem Massstab des Ventils bei geöffnetem Zustand

Fig. 4: Ein Schnitt durch eine Vorrichtung mit konzentrisch angeordneten Ventilen

Fig. 5: Die Vorrichtung gemäss Fig. 4 mit geöffneten Ventilen.

Eine Modellplatte 11 und ein Formkasten 12 mit aufgelegtem Füllrahmen 13 sind mit der Auflagefläche 14 eines Speicherbehälters 1 verbunden. Der Speicherbehälter 1 weist weiterhin eine Bodenplatte 2 mit Bohrungen 5 auf. Unter den Bohrungen sind durch Rippen 3 mit der Bodenplatte 2 verbunden, scheibenförmige Elemente 6 angeordnet. In den Bohrungen 5 gleitend sind als Hohlzylinder 7 ausgebildete Ventilkörper vorgesehen, deren untere Stirnseiten 32 bei geschlossenem Ventil dichtend auf den scheibenförmigen Elementen 6 aufliegen. Die scheibenförmigen Elemente 6 sind vorzugsweise trogartig ausgebildet, wobei der obere Rand des Troges, der den jeweiligen Hohlzylinder 7 bei geschlossenem Ventil nahezu dichtend umschliesst, als Steuerkante 10 bezeichnet wird. Bevorzugt weisen die Hohlzylinder 7 an ihrem oberen Teil einen Bund 8 auf, der bei geschlossenem Ventil dichtend auf der Bodenplatte 2 aufliegt. An den Dichtstellen zwischen unterer Stirnseite 32 der Hohlzylinder 7 und den scheibenförmigen Elementen 6 ist eine erste Dichtung 15 und zwischen den Bünden 8 und der Bodenplatte 2 eine zweite Dichtung 16 vorgesehen. Die Hohlzylinder 7 sind über eine Traverse 17 mit dem Hubmechanismus 9 verbunden. Im Bereich der Rippen 3 sind vorteilhafterweise strö-mungsbegünstigende Luftleiteinrichtungen 4 angeordnet.

Bei einer zweiten Ausführung der erfmdungsgemässen Vorrichtung (Fig. 4 und 5) sind in der Bodenplatte 2 konzentrisch gestuft-keglige Leitringe 30 angeordnet. Der untere und der obere Teil der Leitringe 30 ist jeweils zylindrisch ausgebildet und durch ein kegliges Mittelstück verbunden. Der untere Übergang zwischen dem zylindrischen und dem kegligen Teil bildet die Steuerkante 10. Zwischen den Leitringen 30 sind konzentrisch die Hohlzylinder 7 jeweils mit ihren Aussenseiten am benachbarten äusseren und mit ihren Innenseiten am benachbarten inneren Leitring 30 gleitend angeordnet. Bevorzugt weisen die Hohlzylinder 7 an ihrem oberen Teil ebenfalls einen Bund 8 und die Leitringe 30 an ihrem unteren Teil Vorsprünge 31 auf. Die obere Stirnseite der Leitringe 30 ist ebenfalls mit der zweiten Dichtung 16 und die Vorsprünge 31 am unteren Teil der Leitringe 30 mit der ersten Dichtung 15 versehen, die mit den Stirnseiten 32 und den Bünden 8 der Hohlzylinder 7 in deren abgesenkter Stellung jeweils eine Plansitzdichtung bilden. Die Hohlzylinder 7 sind über eine Traverse 17 mit dem Hubmechanismus 9 verbunden.

Der Hubmechanismus 9 besteht aus einem Zylinder 18. in dem ein Kolben 19 gleitet. Der Kolben 19 ist mittels einer Kolbenstange 20 mit der Traverse 17 verbunden. Im Boden des Zylinders 18 ist für den Durchtritt der Kolbenstange 20 eine Durchtrittsbohrung 21 vorgesehen, deren Querschnittsfläche etwas kleiner bemessen ist als die Summe der Kreisringquerschnitte aller Hohlzylinder 7. An der Durchtrittsbohrung 21 ist eine in den Zylinder 18 weisende Erhebung 22 mit der dritten Dichtung 23 vorgesehen. An der der Durchtrittsbohrung 21 gegenüberliegenden Seite des Zylinders 18 ist eine Kolbenbremseinrichtung 24 vorgesehen. Der Zylinderraum zwischen Kolben 19 und Kolbenbremseinrichtung 24 ist als Beaufschlagungsraum 25 gekennzeichnet. In den Beaufschlagungsraum 25 mündet eine Steuerleitung 26 und in den Speicherbehälter 1 eine Druckluftleitung 27 für die Zuführung des Arbeitsgases. Der untere Teil des Zylinders 18 ist mit dem Speicherbehälter 1 über eine Leitung 28 und ein Ventil 29 verbunden, so dass Arbeitsgas aus dem Speicherbehälter 1 unter den Kolben 19 geleitet werden kann.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende:

Die von der Modellplatte 11, Formkasten 12, Füllrahmen 13 und Bodenplatte 2 umgrenzte Formkammer sei mit lockerem Formstoff gefüllt. Über die Steuerleitung 26 wird der Beaufschlagungsraum 25 mit Druckluft beaufschlagt, wodurch der Kolben 19 und damit die Hohlzylinder 7 in ihre untere Stellung gelangen. Dabei schliessen die Hohlzylinder 7 mittels der ersten Dichtung 15 und der zweiten Dichtung 16 den Innenraum des Speicherbehälters 1 druckdicht von der Formkammer ab. Nachfolgend wird über die Druckluftleitung 27 der Innenraum des Speicherbehälters 1 mit Arbeitsgas bis zum üblichen Netzdruck von 0,6 bis 1 MPa gefüllt.

Nachfolgend wird der Beaufschlagungsraum 25 entlüftet. Bedingt durch den geringen kreisförmigen Querschnitt der extrem dünnwandig ausführbaren Hohlzylinder 7 wirkt weiterhin eine kleine Kraft in Schliessrichtung, die jedoch in Abhängigkeit von der Bemessung des Querschnittes der Durchtrittsbohrung 21 ausreicht, die Hohlzylinder 7 in ihrer unteren Stellung (Schliessstellung) zu halten.

Durch die Betätigung des Ventils 29 wird die untere Seite des Kolbens 19 mit dem Speicherdruck beaufschlagt und dadurch der Kolben 19 schlagartig nach oben bewegt, wo er durch die Kolbenbremseinrichtung 24 angehalten wird. Damit gelangen auch die Hohlzylinder 7 schlagartig in ihre obere Stellung, wobei nach dem Passieren der Steuerkanten 10 durch die Stirnseiten 32 das Arbeitsgas impulsartig auf den Formstoff einwirken kann und diesen dabei verdichtet.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die einzelnen Ventile verschiedene Öffnungszeitpunkte aufweisen. Das kann dadurch erreicht werden, dass die Steuerkanten 10 in verschiedenen Höhen angeordnet sind, dass die Hohlzylinder 7 verschieden lang sind und der Abstand zwischen Bodenplatte 2 und

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scheibenförmigem Element 6 bzw. die Länge der Leitringe 31 entsprechend unterschiedlich gross ist, oder dass einzelnen Ventilen oder Ventilgruppen separate Hubmechanismen 9 zugeordnet sind.

Nachfolgend wird der Kolben 19 über die Steuerleitung 26 beaufschlagt, so dass die Hohlzylinder 7 wieder in ihre untere Stellung gelangen und gleichzeitig wird das Ventil 29 auf «Entlüften» geschaltet. Danach erfolgt das erneute Füllen des Speicherbehälters 1 über die Druckluftleitung 27 mit Arbeitsgas. Im gleichen Zeitraum erfolgt in bekannter Weise der Abtransport der fertigen Form und der erneute Zusammenbau der Formkammer.

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1. Vorrichtung zum Verdichten von Giessereiformstoffen mittels Druckimpulsen, bestehend aus einem mit einer Druckgasquelle verbindbaren Speicherbehälter (1), in dessen Bodenplatte (2) mindestens ein schnellöffnendes Ventil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (2) des Speicherbehälters (1) für jedes Ventil eine Bohrung aufweist, in der ein Ventilkörper gleitend angeordnet ist, der als dünnwandiger auf der Innenseite mit dem Speicherdruck belasteter Hohlzylinder (7) ausgebildet ist und, dass unter jeder Bohrung (5), durch Rippen (3) mit der Bodenplatte (2) verbunden, ein Dichtungselement (6) vorgesehen ist, auf dem die Stirnseite (32) des Hohlzylinders (7) bei geschlossenem Ventil dichtend aufliegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungselemente (6) trogartig ausgebildet sind, wobei der obere Rand des Troges den jeweiligen Hohlzylinder (7) nahezu dicht umschliessend eine Steuerkante (10) bildet und bei geschlossenem Ventil der Abstand zwischen der Stirnseite (32) der Hohlzylinder (7) und der Steuerkante (10) so gross ist, wie der erforderliche Hub zur Beschleunigung der Hohlzylinder (7) aus der Ruhelage bis zur maximalen Hubgeschwindigkeit.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlzylinder (7) in ihrem oberen Bereich aussen einen Bund (8) aufweisen, der bei geschlossenem Ventil auf der Bodenplatte (2) dichtend aufliegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlzylinder (7) gemeinsam an einem Hubmechanismus (9) befestigt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlzylinder (7), die entsprechenden Bohrungen (5) und die entsprechenden Dichtungselemente (6) von nichtkreisförmigem Querschnitt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (2) und die Hohlzylinder (7) in Verbindung mit den Dichtungselementen (6) so gestaltet sind, dass die einzelnen Ventile verschiedene Öffnungszeitpunkte aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlzylinder (7) verschiedenen Durchmessers konzentrisch angeordnet sind und in der Bodenplatte (2) konzentrisch angeordnete gestuft-keglige Leitringe (30) vorgesehen und derart ausgebildet sind, dass die Innendurchmesser der Hohlzylinder (7) mit einem Aussen-durchmesser der Leitringe (30) und die Aussendurchmesser der Hohlzylinder (7) mit einem Innendurchmesser der Leitringe (30) korrespondieren und dass die Hohlzylinder (7) im oberen Teil der Leitringe (30) von diesen geführt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlzylinder (7) auf ihrer Aussenseite mit dem Speicherdruck belastet sind.