BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verdichten von körnigen Formstoffen mittels eines Gasdruckstosses in einem geschlossenen Formraum, wobei der Druckstoss aus einem Druckraum mit einem bestimmten Druckanstiegsgradienten erzeugt und bis zu einem maximalen Druck aufgebaut wird, welcher im Formraum auf den zu verdichtenden Formstoff zum Einwirken gebracht und schliesslich der im Formraum aufgebaute Druck wieder auf Normaldruck abgebaut wird sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei den heute bekannten Verfahren zum Verdichten von körnigen Formstoffen mittels eines Gasdruckstosses wird der Durchlass zwischen dem Druckraum, in welchem üblicherweise ein vorbestimmter Gasdruck herrscht, und dem Formraum, in welchem sich der zu verdichtende körnige Formstoff befindet, mittels eines Ventils schlagartig geöffnet. Der Gasdruck im Druckraum überträgt sich dabei innerhalb sehr kurzer Zeit (es handelt sich dabei um eine Grössenordnung zwischen beispielsweise 0,005 und 0,1 Sekunden) als eigentlicher Verdichtungsschlag in den Formraum und dabei auf den zu verdichtenden Formstoff übertragen. Der erreichte Maximaldruck entspricht dabei dem sich einstellenden Ausgleichsdruck zwischen Druckraum und Formraum.
Bei Erreichen dieses Ausgleichsdruckes wird das Ventil im Durchlass wieder geschlossen und der Druck im Formraum üblicherweise während einer vorbestimmten Zeitspanne gehalten, bis schliesslich durch Entlüftung des Formraumes der Druck wieder auf Normaldruck abgebaut wird. Gleichzeitig wird der Druck im Druckraum wieder auf den Ausgangsdruck erhöht und die entsprechende Vorrichtung ist für einen neuen Verdichtungsvorgang bereit.
Der Druckverlauf im Formraum wird durch verschiedene Faktoren, wie zum Beispiel Geometrie der Anlage, Ausgangsdruck, Totvolumen im Formraum, Entlüftungszeit etc.
praktisch bestimmt und kann lediglich durch Veränderung dieser Faktoren variiert werden. Eine Optimierung der Verdichtung stösst dabei zwangsläufig auf Schwierigkeiten.
Grundsätzlich wird ein steiler Druckanstieg und ein nicht allzu hoher Enddruck angestrebt, da flache Druckanstiege zu einer schlechten Verdichtung des Formstoffes führen.
Eine Schwierigkeit besteht nun darin, einen gewünschten optimalen Enddruck bei steilem Druckanstieg zu erhalten. Dies liegt teilweise daran, dass die Bewegung des Schliesskörpers des Ventils in der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit nicht genau beherrscht werden kann, da die Masse des Schliesskörpers beschleunigt, zum Stillstand gebracht und zwecks Rückführung in die Schliessstellung erneut beschleunigt werden muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche das Einstellen eines optimalen Druckverlaufs erlaubt, um bei unterschiedlichen Enddrücken gute Verdichtungen zu erhalten.
Dies wird bei einem Verfahren der oben definierten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Druckstoss bei vorbestimmtem Druck im Druckraum mit einem im wesentlichen konstanten Druckanstiegsgradienten dp erzeugt und der Druckaufbau im Formraum in gesteuerter Weise bei einem beliebig wählbaren Wert zwischen Normaldruck und maximalem Ausgleichsdruck abgebrochen wird.
Wenn, wie üblich, der Gasdruckstoss durch Öffnen einer Ventileinrichtung mit hin- und herbeweglichem Schliesskörper vom Druckraum in den Formraum gelangt und durch Schliessen der Ventileinrichtung unterbrochen wird, erfolgt diese Steuerung vorzugsweise dadurch, dass die Ventileinrichtung am Beginn eines Ventilhubes geöffnet und am Ende dieses Hubes geschlossen wird, wobei durch Steuerung der durchschnittlichen Hubgeschwindigkeit die Druckwerte im Formraum einstellbar sind. Durch Veränderung der Hubgeschwindigkeit bzw. des Hubes können verschiedene Druckwerte im Formraum eingestellt werden.
Die ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem einen Druckraum aufweisenden Gehäuse, welches dazu vorgesehen ist, dichtend über den Formraum einer Formeinrichtung aufgesetzt zu werden, wobei in einem Durchlass des Gehäuses eine Ventileinrichtung mit hin- und herbeweglichem Schliessorgan und zugehörigen Steuermitteln vorgesehen ist.
über welche Ventileinrichtung ein Gasdruckstoss vom Druckraum in den Formraum der Formeinrichtung übertragbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass das Schliessorgan in seiner Ausgangslage vor dem Einleiten einer Hubbewegung den Durchlass zwischen Druck- und Formraum verschlossen hält und diesen bei Beginn der Hubbewegung frei gibt, und dass Mittel vorgesehen sind, um den Durchlass am Ende eines jeden Hubes zu verschliessen.
Es können Mittel vorgesehen sein, um das Schliessorgan und die Schliessmittel am Ende jedes Hubes in ihre Ausgangslage zurückzuführen, ohne dabei den Durchlass zwischen dem eigentlichen Druckraum und dem Formraum zu öffnen, oder die Vorrichtung ist so ausgebildet, dass die Schliessstellung am Ende jedes Hubes gleichzeitig die neue Ausgangsstellung für den nächst folgenden Verdichtungsstoss bildet.
Die erfindungsgemäss gesteuerte Unterbrechung der Gasströmung aus dem Druckbehälter in den Formraum bringt mit sich, dass der Druck im Formraum zu jedem vergleichbaren Zeitpunkt immer kleiner ist als im Druckraum.
Damit lässt sich wirtschaftlicher arbeiten, da wesentlich kleinere Drücke erforderlich sind. Gleichzeitig wird mit diesem Vorgehen auch die Sicherheit der ganzen Vorrichtung wesentlich erhöht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch etwas näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein beispielsweises Druckdiagramm beim Verdichten nach der Erfindung;
Fig. 2 eine Vorrichtung, rein schematisch, zur Durchführung des Verdichtungsverfahrens;
Fig. 3a - 3e ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, rein schematisch, in verschiedenen Stellungen des Arbeitszyklus;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante der Vorrichtung (Ausschnitt), und
Fig. 5 eine weitere Variante einer erfindungsgemässen Vorrichtung (Ausschnitt, schematisch).
Fig. 1 der Zeichnung zeigt anhand eines Diagramms einen beispielsweisen Druckverlauf bei Durchführung des erfindungsgemässen Verdichtungsverfahrens. Bei gegebener Geometrie der Vorrichtung und gegebenem Druck im Druckraum sowie gleichartig ausgebildeten und gefüllten Formeinrichtungen wird der Druckanstiegsgradient dp dt immer im wesentlichen gleich und konstant ansteigen. Im Normalfall, d.h. bei den bisherigen Verfahren, würde in Punkt B der Ausgleichsdruck p erreicht. Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung wird nun der sich mehr oder weniger schlagartig vom Druckraum in den Formraum entladende Gasstrom vor Erreichen des Ausgleichsdruckes, beispielsweise im Punkt A, abgebrochen. Weitere bzw. andere Abbruchmöglichkeiten würden beispielsweise in den Punkten A2 oder A3 bestehen.
Das Ansteuern dieser Punkte erfolgt durch entsprechende Veränderung der durchschnittlichen Hubgeschwindigkeit bzw. des Hubes des Schliesskörpers des Ventils, d. h. durch Veränderung der Zeit zwischen dem Öffnen und Schliessen des Ventils am Ende eines Hubes. Da gemäss der Erfindung das Schliessen des Ventils am Ende eines Hubes erfolgt, kann die Ansteuerung des gewünschten Punktes ohne Schwierigkeiten erfolgen.
Nach dem Erreichen des maximalen Druckes im Formraum, d. h. sofort nach dem Schliessen des Ventils, wird der Druck vorerst etwas zusammenfallen, verursacht durch eine nach dem Schliessvorgang erfolgende Expansion des Formraumes, sei dies durch eine noch weitergehende Komprimierung des Formstoffes oder durch eine Komprimierung einer federelastischen Dämmasse auf dem Ventilsitz oder durch beides. Der eigentliche Druck im Formraum wird sich im Punkt A'1 stabilisieren und dieser Druck kann während einer beliebigen Zeit gehalten werden, bis schliesslich durch Entlüftung des Formraumes ein Druckabbau im Formraum auf Normaldruck erfolgt.
Im gezeigten Druckdiagramm zeigt Abschnitt I der Kurve den Druckschlag, Abschnitt II den gegebenenfalls anderweitig verursachten Druckabfall im Formraum nach Erreichen des Maximaldruckes und Abschnitt III bzw. III' den während einer bestimmten Zeit gehaltenen Druck. Daran anschliessen wird sich der eigentliche Druckabbau.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist rein schematisch in Fig. 2 dargestellt.
Sie besteht aus einem Gehäuse 1 mit einem Druckraum 2, welcher beispielsweise über das Druckluftsystem L eines Betriebes gespiesen wird. Dieses Gehäuse wird im Betrieb über einer Formeinrichtung 3 angeordnet. Im Gehäuse 1 ist ein Durchgang 4 vorgesehen, in welchem eine Ventileinrichtung 5 vorgesehen ist, welche über Steuermittel 6 einen Gasdruckstoss aus dem Druckraum 2 in den Raum 3' über dem Formstoff in der Formeinrichtung 3 übertragen kann. Der Schliesskörper 7 der Ventileinrichtung 5 wird durch die Steuermittel 6, welche beispielsweise aus einem doppelt wirkenden Arbeitszylinder bestehen, schrittweise hin- und herbewegt, wobei der Schliesskörper 7 am Ende jedes Hubes den Durchlass 4 zwischen Druckraum 2 und Formraum 3' dichtend verschliesst. Selbstverständlich sind auch Mittel 8 vorgesehen, um den Formraum nach Schliessen des Ventils zu entlüften.
Das Hauptproblem bei einer derartigen Vorrichtung besteht darin, dass der Durchlass zwischen Druckraum und Formraum am Ende jedes Hubes verschlossen sein muss und dieser Durchlass auch verschlossen bleiben soll, wenn die Ventileinrichtung in eine neue Ausgangsstellung gebracht wird.
Dieses Problem lässt sich auf verschiedene Arten lösen, beispielsweise mit der in Fig. 3 schematisch gezeigten Vorrichtung, bei welcher sich ein Schliesskörper 15 zwischen zwei sich in bestimmten Endstellungen befindenden Ventilplatten 18, 19 hin- und herbewegen lässt und dabei die eine oder andere Ventilplatte, und damit den Durchlass 4 zwischen Druckraum 2 und Formraum 3' verschliesst. In diesem Fall wird für jeden neuen Arbeitszyklus der Schliesskörper 15 wieder in die ursprüngliche Ausgangslage zurückgebracht. Ein ähnliches Vorgehen wäre auch möglich, wenn der eigentliche Druckraum 2 in der unmittelbaren Umgebung des Durchlasses 4 in einen zusätzlichen Raum 2' unterteilt würde. welcher über eine geeignete Ventileinrichtung gegenüber dem eigentlichen Druckraum abgetrennt werden könnte.
Solange die Abtrennung beibehalten wird, könnte der Schliesskörper jederzeit in die ursprüngliche Ausgangslage zurückgebracht werden, ohne dass dabei Druckgas aus dem Druckraum 2 entweichen würde.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Dort ist eine einzige Ventilplatte 10 vorgesehen. welche von beiden Seiten her durch je eine Schliessplatte 11 bzw. 12 in den Endstellungen jedes Hubes verschlossen werden kann. Dazu wird ein doppelt wirkender Arbeitszylinder 13 verwendet. Der Vorteil dieser relativ einfachen Lösung besteht darin. dass eine Rückführung des Schliesskörpers in die ursprüngliche Ausgangsstellung nicht mehr erforderlich ist.
Selbstverständlich sind auch noch andere Ausführungsformen denkbar, bei welcher die Durchgänge in der Ventilplatte von jeder Seite her mit Schliesskörpern zu verschliessen sind, wobei solche Schliesskörper miteinander bewegungsverbunden sind.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist die dem hin- und herbeweglichen Schliesskörper 15 gegenüberliegende Fläche wenigstens einer der Ventilplatten 18, 19 mit einer relativ dicken Schicht eines federelastischen Materials bedeckt, welches den Stoss des Schliessorgans am Ende eines Hubes federnd auffängt, bzw. dämpft und dabei zusammengedrückt wird. Selbstverständlich entsprechen die Durchgänge 16 der oberen Ventilplatte 18 den Durchgängen 17 in der Dämpfungsschicht.
Fig. 3 der Zeichnung zeigt ferner einen ganzen Arbeitszyklus der Vorrichtung, wobei Fig. 3a den Ausgangszustand bzw. die Ausgangsstellung darstellt, in welcher der Schliesskörper 15 die untere Ventilplatte 19 verschliesst, Fig. 3b zeigt die Vorrichtung während des Anhebens des Schliesskörpers 15, wobei in dieser Stellung der eigentliche Verdichtungsvorgang erfolgt, Fig. 3c das Ende des Verdichtens beim Schliessen des Durchlasses, sobald der Schliesskörper 15 die Durchgänge 16 der oberen Ventilplatte 18 verschliesst, Fig. 3d die Rückführung des Schliesskörpers in die Ausgangsstellung, d. h. in Schliessstellung auf der unteren Ventilplatte 19, wobei zu diesem Zweck auch die obere Ventilplatte 18 mittels geeigneter Vorrichtungen nach unten geführt wird, um während der Rückführung des Schliesskörpers 15 den Durchlass zwischen Druckraum und Formraum geschlossen zu halten, und Fig.
3e wiederum den Ausgangszustand bzw. die Ausgangsstellung nach Rückführung der oberen Ventilplatte 18 in die normale Arbeitsstellung.
Demgegenüber zeigt Fig. 4 eine wesentlich einfachere Ventileinrichtung, bei welcher der Durchlass bzw. die Ventilplatte 10 wahlweise vom Schliesskörper 11 oder Schliesskörper 12 verschlossen wird, je nach Stellung des Arbeitshubes des Arbeitszylinders 13. Auch bei dieser Ausführungsmöglichkeit könnte auf der Ventilplatte 10, diesmal auf beiden Seiten, jeweils eine Schicht 10' bzw. 10" aus federelastischem Dämpfungsmaterial vorgesehen sein.
Das Komprimieren dieses Dämpfungsmaterials bewirkt im übrigen einen Teil des Druckabbaus unmittelbar nach Erreichen des Maximaldruckes, d.h. unmittelbar nach Schliessen des Ventils. Als Dämpfungsmaterial eignen sich beispielsweise verschiedene gummielastische Stoffe, wie Polyurethan-Elastomere, Vulkollan (eingetragenes Warenzeichen der Bayer AG) usw.
Fig. 5 zeigt eine Variante, rein schematisch, der Ventileinrichtung. Dabei wird von einer vom Arbeitszylinder 13 schrittweise hin- und herbewegten Kolbenstange 13' ein gelochter Schliesskörper 20 zwischen zwei gelochten Ventilplatten 21, 22 bzw. 22' hin- und herbewegt und auf diesen jeweils in Schliessstellung gehalten.
Auf der linken Seite der Figur trägt die Unterseite der oberen Ventilplatte 22 ein Dämpfungspolster 23 aus gummielastischem Material. Bei Auftreten auf das Polster 23 wird der Durchlass verschlossen und damit der Druckaufbau schlagartig abgebrochen. Das Polster 23 wird dabei auf etwa die Hälfte seiner Dichte komprimiert, was zu einer entsprechenden Expansion des Formraumes führt.
Auf der rechten Seite der Figur ist eine Abwandlung dieser Variante dargestellt: Die obere Ventilplatte 22' ist im Gehäuseteil 24 verschiebbar geführt und wird normalerweise mittels Federpuffern 25 nach unten gegen Anschläge 26 gedrückt. Bei Auftreffen des Schliesskörpers 20 auf die Platte 22' wird der Durchlass verschlossen und damit der Druck aufbau ebenfalls unterbrochen. Die Platte 22' wird sich jedoch, zusammen mit dem daran anliegenden Schliesskörper 20 gegen die Wirkung des Federpuffers 25 noch um eine gewisse Strecke nach oben bewegen. Auch durch diese Verschiebung erfolgt eine Expansion des Formraumes, ähnlich wie bei der Anordnung auf der linken Seite der Figur, was zu einem entsprechenden Druckabfall im Formraum führt.
Der Schliesskörper wird dann, in einer der weiter oben beschriebenen Art, wieder in seine Ausgangsstellung auf der Ventilplatte 21 zurückgeführt.
Durch entsprechende Steuerung des Arbeitszylinders, welcher die Schliesskörper schrittweise hin- und herbewegt, kann die durchschnittliche Hubgeschwindigkeit eingestellt werden, so dass beliebig wählbare Maximalwerte für den Druck im Formraum eingestellt werden können.
Dank dieser präzisen Steuermöglichkeit kann mit wesentlich kleineren Drücken gearbeitet werden, was nicht nur wirtschaftlicher ist, sondern auch die Sicherheit der Vorrichtung wesentlich erhöht.
Die federelastischen Beläge auf den dem Schliessorgan zugekehrten Flächen der festen Ventilplatten (welche als Lochplatten ausgebildet sind) haben den Vorteil neben der Dämpfung des Aufpralls, dass eine sofort wirkende einwandfreie Abdichtung entsteht.
Unabhängig vom im Druckraum vorhandenen Druck kann im Formraum im Vergleich zu bekannten Einrichtungen mit niedrigeren Drücken gearbeitet werden.
Der sofort nach dem Schliessen der Ventileinrichtung einsetzende Druckabfall (Expansion des Formraumes durch Komprimierung der elastischen Dichtflächen und damit Weiterlaufen des Dichtorgans) ist ohne weiteres erfassbar und hat keine nachteiligen Folgen.