CH642288A5

CH642288A5 - METHOD AND DEVICE FOR COMPRESSING MOLDING MATERIAL, ESPECIALLY FOR CASTING MOLDS.

Info

Publication number: CH642288A5
Application number: CH129580A
Authority: CH
Inventors: Max Wernli
Original assignee: Fischer Ag Georg
Priority date: 1980-02-18
Filing date: 1980-02-18
Publication date: 1984-04-13
Also published as: IT1143509B; GB2069384A; GB2069384B; DE3105350C2; JPS56134046A; JPS646855B2; FR2475953A1; PL229742A1; IT8167221A0; DE3105350A1; DK69381A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des 1. Anspruches. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a device for carrying out the method.

Es sind bereits einschlägige Vorrichtungen bekannt, die nach dem Impulsverfahren arbeiten. So zeigt die DE-PS 1 097 622 eine Einrichtung zum Verdichten von Giessereiformsand durch Druckluft. In einer Bodenplatte einer Druckluftglocke befinden sich Öffnungen, die mit Ventilen versehen sind, die mittels eines Hebels ruckartig geöffnet werden können, so dass ein Druckstoss auf den Sand im darunter befindlichen Füllrahmen einwirkt und damit den Sand verdichtet. Nachteilig sind hierbei einerseits die Druckverluste beim Durchtritt der Luft durch die Bodenplatte und anderseits treten durch die nachfolgende Wirbelung zusätzliche Strömungsverluste auf. Zudem pflanzt sich die Druckwelle auch in Richtung gegen die Seitenwände des Füllrahmens fort, was ein weiterer Energieverlust ist. Relevant devices are already known which operate according to the pulse method. DE-PS 1 097 622 shows a device for compacting foundry sand by compressed air. There are openings in a base plate of a compressed air bell, which are provided with valves, which can be opened abruptly by means of a lever, so that a pressure surge acts on the sand in the filling frame underneath and thus compresses the sand. The disadvantages here are, on the one hand, the pressure losses when the air passes through the base plate and, on the other hand, additional flow losses occur due to the subsequent swirling. In addition, the pressure wave also propagates towards the side walls of the filling frame, which is a further loss of energy.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, denen zufolge die Energieverluste auf ein Minimum reduziert werden und eine wirksame Druckbeaufschlagung zielgenau ermöglicht wird. It is therefore an object of the invention to avoid these disadvantages and to propose a method and a device according to which the energy losses are reduced to a minimum and an effective pressurization is made possible in a targeted manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. und des 3. Anspruches. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den sonstigen Ansprüchen hervor. This object is achieved according to the invention by the characterizing features of the first and third claims. Advantageous further developments emerge from the other claims.

Dadurch, dass dem Gas bis zu Überschallgeschwindigkeit erteilt werden kann, wobei der Strömungsdruck entsprechend gross wird, vergrössert sich je nach Auftreffgeschwindigkeit des Gases auf die Formstoffoberfläche auch die Verdichtungskraft. Wie gross die tatsächliche Geschwindigkeit der Gase beim Auftreffen auf den Formstoff ist, hängt vom Anfangsdruck und vom Gegendruck (im Normalfall atmosphärischer Druck) ab. Mit einer Lavaldüse sind Wirkungsgrade bis zu 98% erreichbar, wobei als Wirkungsgrad das reziproke Verhältnis der im Gasraum kurz vor der Entspannung enthaltenen Energie zu der in den Verdichtungsraum transferierten Energie zu verstehen ist, so dass ein praktisch verlustfreies Expandieren ermöglicht wird. Ein Wirkungsgrad von 98% ist natürlich nur dann erreichbar, wenn der Gasraum ohne Einschnürung in die Lavaldüse mündet. Da die Druckwelle der Gase rechtwinklig auf die Formstoffoberfläche gerichtet ist, wird die kinetische Energie des Gases nur durch den Sand und nicht durch die Seitenwände aufgenommen. Durch die Expansion ohne nennenswerte Reibungs- und Strömungsverluste kann der Anfangsdruck in der Druckgaskammer gesenkt werden, was sich kostengünstig auswirkt. Ausserdem kann die Druckgaskammer auf einen niedrigeren Druck ausgelegt werden. The fact that the gas can be given up to supersonic speed, with the flow pressure becoming correspondingly high, also increases the compression force depending on the speed of impact of the gas on the molding material surface. The actual speed of the gases when they hit the molding material depends on the initial pressure and the back pressure (normally atmospheric pressure). Efficiencies of up to 98% can be achieved with a Laval nozzle, the efficiency being understood to be the reciprocal ratio of the energy contained in the gas space shortly before relaxation to the energy transferred to the compression space, so that practically loss-free expansion is made possible. An efficiency of 98% can of course only be achieved if the gas space opens into the Laval nozzle without constriction. Since the pressure wave of the gases is directed at right angles to the surface of the molding material, the kinetic energy of the gas is only absorbed by the sand and not by the side walls. By expanding without significant friction and flow losses, the initial pressure in the compressed gas chamber can be reduced, which has a cost-effective effect. In addition, the compressed gas chamber can be designed for a lower pressure.

Die Erfindung wird nunmehr anhand einiger in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei auch weitere Vorteile ersichtlich werden. Es zeigen: The invention will now be explained in more detail with reference to a few exemplary embodiments shown in the drawing, further advantages also being apparent. Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Verdichten von Giesserei-Formstoff im Längsschnitt, 1 shows a device according to the invention for compressing foundry molding material in longitudinal section,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Druckgaskammer gemäss Linie I-I in Fig. 1, 2 shows a cross section through the compressed gas chamber according to line I-I in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Füllrahmen gemäss Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 shows a cross section through the filling frame according to line II-II in Fig. 1 and

Fig. 4 einen Teilschnitt einer anderen Ausführung einer Düsenplatte. Fig. 4 is a partial section of another embodiment of a nozzle plate.

Fig. 1 zeigt einen Formkasten 2 und einen Füllrahmen 3, die zusammen mit einer Modellplatte 4 samt Modell 5 mittels eines Schubkolbenantriebes 9 gegen eine Bodenplatte 10 anhebbar und auf Rollenpaare 13,14,15 in getrennter Folge absenkbar sind. Die Bodenplatte 10, die einstückig ausgeführt ist und eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen 19 in Form von Lavaldüsen aufweist, ist Teil einer Druckluftkammer 20. Die Druckluftkammer 20 steht über eine abschliess-bare Zufuhrleitung 21 mit einer Druckluftquelle 25 in Verbindung. Die Öffnungen 19 sind mittels Ventilen 26 ab-schliessbar, wobei alle Ventilstössel 27 mit einer Ventilbetätigungsplatte 28 verbunden sind. Vorzugsweise sind die Ventilstössel 27 mittels Muttern 29 einzeln höheneinstellbar, was 1 shows a molding box 2 and a filling frame 3 which, together with a model plate 4 together with model 5, can be raised against a base plate 10 by means of a thrust piston drive 9 and can be lowered on pairs of rollers 13, 14, 15 in a separate sequence. The base plate 10, which is made in one piece and has a plurality of passage openings 19 in the form of Laval nozzles, is part of a compressed air chamber 20. The compressed air chamber 20 is connected to a compressed air source 25 via a lockable supply line 21. The openings 19 can be closed by means of valves 26, all valve tappets 27 being connected to a valve actuation plate 28. The valve lifters 27 are preferably individually height-adjustable by means of nuts 29, which

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

642 288 642 288

ein gleichzeitiges Betätigen aller Ventilstössel 27 gewährleistet. a simultaneous actuation of all valve lifters 27 ensures.

Bei geschlossenen Ventilen 26 wird aus dem Druckluftbehälter 25 Druckluft in die Kammer 20 eingelassen, wonach das Absperrorgan 33 in der Leitung 21 nach dem Druckaus- 5 gleich zwischen Kammer 20 und Behälter 25 geschlossen wird. Dann wird die Ventilbetätigungsplatte 28 mittels eines Hubkolbens 34 schlagartig gehoben, so dass die Ventile 26 die Öffnungen 19 freigeben. Die Luft expandiert bzw. entspannt sich durch die Lavaldüsen, die senkrecht zum lose ge- x0 schütteten Formsand im Füllrahmen 3 ausgerichtet sind und wird so beschleunigt. Dabei stellt sich eine überkritische Ausströmung der Gase ein, bei welcher der Druck auch im erweiterten Querschnitt, in Durchströmrichtung nach der Kehle mit dem engsten Querschnitt der Lavaldüse, ab- i5 When the valves 26 are closed, compressed air is admitted from the compressed air tank 25 into the chamber 20, after which the shut-off device 33 in the line 21 is closed immediately after the pressure compensation 5 between the chamber 20 and the tank 25. Then the valve actuation plate 28 is suddenly raised by means of a lifting piston 34, so that the valves 26 open the openings 19. The air expands or relaxes through the Laval nozzles, which are aligned perpendicular to the loosely poured molding sand in the filling frame 3 and is thus accelerated. This results in a supercritical outflow of the gases, in which the pressure, even in the enlarged cross section, in the flow direction downstream of the throat with the narrowest cross section of the Laval nozzle, i5

nimmt, was einer weiteren Beschleunigung des Gases über die im engsten Querschnitt herrschende Schallgeschwindigkeit hinaus bedeutet. takes, which means a further acceleration of the gas beyond the narrowest cross-section speed of sound.

Obgleich zufriedenstellende Ergebnisse mit nur einer Durchtrittsöffnung 19 erreichbar sind, ist es vorteilhafter, 2o die Bodenplatte 10 über annähernd ihre ganze Fläche mit so nah wie möglich aneinanderliegenden Öffnungen 19 zu versehen, wie es Fig. 2 zeigt. So kann eine gleichmässige Wirkung der Gasströmung über die ganze Formstoffoberfläche erreicht werden. Die Öffnungen 19 sind auf ein Rastersystem 2s ausgerichtet, das aus rechtwinklig sich schneidenden gedachten Linien 36, 37 besteht, womit die Fläche der Platte 10 vorteilhaft genutzt ist. Although satisfactory results can be achieved with only one passage opening 19, it is more advantageous to provide the bottom plate 10 with openings 19 that are as close as possible to one another over almost their entire surface, as shown in FIG. 2. In this way, a uniform effect of the gas flow over the entire surface of the molding material can be achieved. The openings 19 are aligned with a grid system 2s, which consists of imaginary lines 36, 37 intersecting at right angles, with which the surface of the plate 10 is advantageously used.

Als Druckgas wird hier Druckluft verwendet. Es können jedoch auch (Wasser) Dampf oder andere Gase angewendet 30 werden. Bereits bei relativ niedrigen Drücken von etwa 8 bar in der Kammer 10 können Formen hergestellt werden, die Druckfestigkeiten von etwa 20 N/cm2 aufweisen. Compressed air is used here as the compressed gas. However, (water) steam or other gases can also be used. Even at relatively low pressures of approximately 8 bar in the chamber 10, molds can be produced which have compressive strengths of approximately 20 N / cm 2.

Mit Vorteil wird der Formstoff bis an den oberen Rand des Füllrahmens 3 gefüllt, derart, dass durch Abstreifen eine ebene Formstoffoberfläche gebildet wird. Dadurch wird vermieden, dass die einzelnen Luftströme aus den Lavaldüsen miteinander in Kontakt kommen und sich gegenseitig beeinträchtigen können. The molding material is advantageously filled up to the upper edge of the filling frame 3 in such a way that a flat molding material surface is formed by stripping. This prevents the individual air flows from the Laval nozzles from coming into contact with one another and from interfering with one another.

Zur besseren Trennung der Luftströme ist die Bodenplatte 10 mit Vorsprüngen 40 versehen, die sich etwa über den ganzen Querschnitt des Füllrahmens 3 erstrecken und eine Höhe 41 aufweisen. Diese Vorsprünge 40 ragen in den Füllrahmen 3 und damit in den Formstoff. Um jedoch zu vermeiden, dass der Formstoff durch die Vorsprünge mechanisch verdichtet wird, sind diese als scharfkantige Ränder For better separation of the air flows, the base plate 10 is provided with projections 40 which extend approximately over the entire cross section of the filling frame 3 and have a height 41. These projections 40 protrude into the filling frame 3 and thus into the molding material. However, in order to avoid that the molding material is mechanically compressed by the projections, these are in the form of sharp-edged edges

42 ausgebildet. Das wird dadurch erreicht, dass die Partien 42 trained. This is achieved through the games

43 zwischen den einzelnen Rändern 42 und auch zwischen Rändern 42 und dem Füllrahmen 3 mindestens um die Höhe 41 des Vorsprungs 40 zurückversetzt sind. 43 between the individual edges 42 and also between edges 42 and the filling frame 3 are set back at least by the height 41 of the projection 40.

Eine andere, vorteilhafte Ausführung der Wand- oder Düsenplatte 10 ist in Fig. 4 gezeigt. Hier sind Laval-Düsen-einsätze 46 in ein gerüstähnliches Gehäuse eingesetzt. Das Gehäuse hat eine obere Abschliessplatte 47, deren freie Oberfläche bündig mit den Eintrittsenden der Lavaldüsen 46 verläuft, und eine untere, dem Füllrahmen 3 zugewandte Abschliessplatte 48, aus der die Austrittsenden der Düsen 46 um die Höhe 41 des Vorsprungs 40 hervorragen, so dass auch hier eine wirksame Trennung der Teilströme gewährleistet ist. Another advantageous embodiment of the wall or nozzle plate 10 is shown in FIG. 4. Here Laval nozzle inserts 46 are inserted into a frame-like housing. The housing has an upper closure plate 47, the free surface of which is flush with the inlet ends of the Laval nozzles 46, and a lower closure plate 48 facing the filling frame 3, from which the outlet ends of the nozzles 46 protrude by the height 41 of the projection 40, so that also an effective separation of the partial flows is guaranteed here.

Die Düsenöffnungen können konisch ausgebildet sein, so dass sie aus runden Querschnitten bestehen. Möglich sind auch polygonale Querschnitte, z. B. viereckige, oder beide gemischt. The nozzle openings can be conical, so that they consist of round cross sections. Polygonal cross sections, e.g. B. square, or both mixed.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

642 288 PATENT CLAIMS

1. A method for compressing molding material by the action of a gas under pressure on the loosely poured molding material, characterized in that the gas under pressure is accelerated in its expansion by means of a supersonic nozzle in one direction up to supersonic speed, which direction perpendicular to Surface of the molding material to be compacted.

2. The method according to claim 1, characterized in that the surface of the molding material is leveled and the outlet end of the supersonic nozzle is slightly immersed in the molding material.

3. Device for carrying out the method according to claim 1, with a pressurized gas chamber (20) which can be connected to a pressurized gas source (25), the bottom plate (10) of which is provided with at least one closable gas passage opening (19), and with a filling frame (3), a molding box (2) and a model plate (4), which can be connected together to this base plate (10), characterized in that the gas passage opening (19) is designed as a Laval nozzle oriented perpendicular to the filling frame cross section.

4. Device according to claim 3, characterized in that the bottom plate (10) is provided over nearly its entire area with gas passage openings (19) lying close together.

5. Device according to claim 4, characterized in that the openings (19) are arranged on a grid system, preferably consisting of lines intersecting at right angles (36, 37).

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the base plate (10) is integrally formed.

7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the base plate (10) has projections (40) which project over the entire cross section into the filling frame (3).

8. Device according to claim 7, characterized in that the parts (43) between the projections (40) are formed as sharp-edged edges (42).

9. Device according to one of claims 3 to 5, 7 or 8, characterized in that the base plate (10) is a frame-like housing, in which the Laval nozzles (46) are inserted.

10. The device according to claim 9, characterized in that the housing has a lower end plate (48) from which the outlet ends of the Laval nozzles (46) protrude by a height (41).

11. Device according to one of claims 3 to 10, characterized in that each gas passage opening (19) has round and / or polygonal cross sections.

12. Device according to one of claims 4 to 11, characterized in that all the gas passage openings (19) closing valves (26) are connected to a valve actuating plate (28).