BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von körnigen Formstoffen, insbesondere Giessereiformstoffen, mittels einer Druckbeaufschlagung, wobei der Formstoff in eine Formeinrichtung mit einer Modellplatte mit darauf angeordnetem Modell, einem Füll- und Formrahmen eingebracht wird.
Das Verdichten von körnigen Formstoffen zum Zwecke der Herstellung von Giessereisandformen ist aus verschiedenen Verfahren bekannt.
Aus der US-PS 3,170,202 ist ein Verdichtungsvorgang bekannt, der mittels eines Gasdruckes erfolgt. Dabei wird ein Gasgemisch durch Zündung zu einer exothermen Reaktion geführt. Der entstehende Gasdruck verdichtet in der Folge den Forrnstoff, so dass eine Sandform entsteht.
Aus DE-PS 1 097 622 ist ein Verdichtungsvorgang bekanntgeworden, bei dem die Verdichtung des Formstoffes durch Entspannung eines hochgespannten Druckgases bewerkstelligt wird.
Gasdruckfornunaschinen die zur Durchführung dieser Verdichtungsvorgänge verwendet werden, arbeiten ausschliesslich nach dem Prinzip der Beschleunigungsverdichtung. Es wird ein Druckstoss ausgelöst, der mit hoher Geschwindigkeit auf die Formstoffmasse einwirkt und diese beschleunigt. Durch Abbremsen auf der Modelleinrichtung erfolgt die Verdichtung. Im Idealfall müsste jedes Sandkorn von der Druckwelle getroffen werden und die aufgenommene Beschleunigungsenergie auf die nächstfolgende Körnerschicht übertragen bis zur Modelleinrichtung. Daraus würde eine gleichmässig verdichtete Form mit hoher Härte resultieren, mit deren Hilfe massgenaue Gussstücke mit hohen Güteeigenschaften zu fertigen wären.
Zur Verdichtung gelangen in der Praxis überwiegend tongebundene Formsande, die im Betrieb einen Transportweg von der Aufbereitungsstation bis zum Formkasten durchlaufen müssen.
Wenn die Formstoffmasse den Formkasten erreicht, ist sie zunächst keine vollständig homogene Masse, denn auf dem langen Transportweg kommt es schon zu knollenartigen Zusammenprallungen als Folge von leichten Verdichtungsvorgängen, die auf die Überwindung der beträchtlichen Fallhöhen zurückzuführen sind, die auf dem langen Transportweg in den Formkasten überwunden werden müssen.
Darüber hinaus gebietet die Forderung nach wirtschaftlicher Fertigung einen hohen Belegungsgrad der Modellplatten. Das führt dazu, dass der Abstand von der Fonnkasten- wand zum Modell immer kleiner wird. Um eine brauchbare und qualitativ hochwertige Form herzustellen, müssen aber diese immer kleiner werdenden Zwischenbereiche homogen mit Sand ausgefüllt werden. Durch die beschriebenen Umstände ist dies jedoch nicht immer möglich, so dass die gefürchteten Brückenbildungen schon beim Einfüllen der Formstoffmasse in den Formkasten vorprogrammiert werden.
Wird nun ein Druckstoss ausgelöst um eine Verdichtung der eingeführten Formstoffmasse herbeizuführen, so wirkt die Druckwelle, sobald sie die Brückenbereiche erreicht, mit gleichmässigen Kräften auf diese Bereiche ein. Da die Verdichtungskräfte gleichmässig auf die Stützbereiche der Brükken einwirken, werden sie in ihren Positionen verfestigt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Verfahren dahingehend zu verbessern, dass gleichmässig verdichtete Formen mit hoher Härte reproduzierbar gewährleistet werden. Zudem soll eine wirtschaftliche Arbeitsweise innerhalb der vorgegebenen kurzen Taktzeiten möglich sein.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Lehre des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Das Verfahren arbeitet mit der Umsetzung von grossen Mengen von Druckluft pro Zeiteinheit, wobei Drücke im Bereich von 1 bis 10 bar zur Anwendung kommen.
In eine Fonukastenanordnung wird Giessereiformstoff lose eingefüllt. Die Oberfläche der Formstoffmasse ist im wesentlichen eben und reicht in den Füllrahmen hinein.
Zum Zwecke der Verdichtung der eingefüllten Form stoffmasse wird ein Druckstoss ausgelöst. Bei der Auslösung eines Druckstosses trifft ein erster Druckstoss G1 im Zeitpunkt tl auf die freie Formstoffoberfläche auf und beginnt die Formstoffmasse in Richtung Modelleinrichtung Schicht um Schicht vor sich her zu schieben. Ein zweiter bzw. ein weiterer Druckstoss G2 wird im Zeitpunkt t2 auf einen Formstoffbereich A zur Einwirkung gebracht. Dieser Formstoffbereich A ist ein Teil der eingefüllten Formstoffmasse und ist von der freien Oberfläche der Formstoffmasse in Modellrichtung beabstandet angeordnet. Der Druckstoss G2 wird in der Regel vor der Einwirkung des Druckstosses G1 auf die Formstoffoberfläche im Formstoffbereich A zur Wirkung gebracht.
Es ist aber auch möglich, dass dieser Druckstoss G2 des schon wirkenden Druckstosses G1 in den Formstoffbereich A geleitet wird.
Die Druckstösse G, und G2 können aus ein und derselben Druckquelle hergeleitet werden. Es können aber auch unabhängig voneinander angeordnete Druckquellen zum Einsatz gelangen.
Beim Auftreffen des Druckstosses G1 auf die freie Form stoffoberfläche wird die obere Schicht der Formstoffmasse verdichtet, d. h. zusammengedrückt. Diese Verdichtung erfolgt schlagartig, wobei die verdichteten Bereiche sich unter der Wirkung des Druckes in Richtung Modelleinrichtung bewegen. Der Druckstoss G2 trifft im Formstoffbereich A auf die Formstoffmasse, d. h. in einem bestimmten Abstand von der freien Formstoffoberfläche entfernt. Der Formstoffbereich A wird durch den Druckstoss in seinem Fliessverhalten beeinflusst. Die Sandkörner in diesem Formstoffbereich A werden von der Formkastenwand weggedrückt, so dass die Reibung zwischen den Sandkörner und der Formkastenwand nahezu aufgehoben wird.
Während der Einwirkung des Druckstosses G2 kann der Druckstoss G, bereits die Oberfläche der Formstoffmasse erreichen. Unter der Wirkung von G1 wird die Formstoffmasse in eine Verdichtungsbewegung versetzt. Durch die Auswirkung dieser Verdichtungsbewegung wird auch der Formstoffbereich A in Bewegung versetzt und in Richtung Modellanordnung verschoben. Diese Verschiebung dauert so lange bis der Druckstoss G1 den Einwirkungsbereich des Druckstosses G2 einholt.
Während der Dauer des Druckstosses G2 wird entlang des Verschiebeweges der Formstoffmasse. die sich infolge der Einwirkung des Druckstosses G1 in Bewegung befindet.
die Reibung zwischen der Formkastenwand und dem Formstoff nahezu aufgehoben. Die Dauer des Druckstosses G2 bedeutet die Zeit, die G, und G2 zum Druckausgleich benötigen, d. h. bis die Druckwelle G1 den Formstoffbereich A bzw. den Einwirkungsbereich von G2 erreicht hat.
Um die Wirkung der Druckstösse G1 und G2 optimal aufeinander abzustimmen, hat sich ein Unterschied in der Einwirkungszeit der beiden Druckstösse von maximal 195 millisec (ms), z. B. für eine Formkastenhöhe von 1000 mm bewährt. Es wurden auch gute Resultate erzielt bei Versuchen, bei denen der Druckstoss G2 in etwa 5 Sekunden vor dem Druckstoss G1 in den Formstoff eingeleitet wurde.
Durch die beschriebenen Massnahmen, die zur Herabsetzung der Reibung zwischen den Sandkörner und der Formkastenwand führen, wird die Fliessfähigkeit der Formstoffmasse direkt beeinflusst, was wiederum eine direkte Auswirkung auf die Verdichtungsfähigkeit der Formstoffmasse hat.
Voraussetzung für eine gute Verdichtung ist eine gute Fliessfähigkeit, die sich wiederum nur dann ergibt, wenn sich die Formstoffmasse in einem mehr oder weniger homogenen Zustand befindet.
Das vorgeschlagene Verfahren bietet Gewähr dafür, dass in den kritischen Formstoffbereichen, nämlich zwischen Modell und Formkasten, durch Herabsetzung der Reibung zwischen Formstoffmasse und Formkastenwand die Verdichtungsfähigkeit der Formstoffmasse in diesen Bereichen durch das verbesserte Fliessverhalten optimiert wird.
DESCRIPTION
The present invention relates to a method for compacting granular molding materials, in particular foundry molding materials, by means of pressurization, the molding material being introduced into a molding device with a model plate with a model arranged thereon, a filling and molding frame.
The compression of granular molding materials for the purpose of producing foundry sand molds is known from various processes.
A compression process is known from US Pat. No. 3,170,202, which is carried out by means of a gas pressure. A gas mixture is ignited to produce an exothermic reaction. The resulting gas pressure then compresses the molding material, creating a sand mold.
From DE-PS 1 097 622, a compression process has become known in which the compression of the molding material is accomplished by expanding a high-pressure gas.
Gas pressure forming machines that are used to carry out these compression processes work exclusively on the principle of acceleration compression. A pressure surge is triggered, which acts on the molding material mass at high speed and accelerates it. The compression takes place by braking on the model device. Ideally, each grain of sand would have to be hit by the pressure wave and the acceleration energy absorbed would be transferred to the next grain layer up to the model set-up. This would result in a uniformly compressed form with high hardness, with the help of which dimensionally accurate castings with high quality properties could be produced.
In practice, mostly clay-bound molding sands are used for compaction, which have to pass through a transport route from the processing station to the molding box.
When the molding material reaches the molding box, it is initially not a completely homogeneous mass, because on the long transport route there are already bulbous collisions as a result of slight compression processes, which can be attributed to overcoming the considerable drop heights that occur on the long transport route into the molding box must be overcome.
In addition, the demand for economical production requires a high degree of occupancy of the model plates. This means that the distance from the wall of the dryer box to the model is getting smaller and smaller. In order to produce a usable and high-quality shape, these increasingly smaller intermediate areas must be filled homogeneously with sand. However, due to the circumstances described, this is not always possible, so that the dreaded formation of bridges is pre-programmed when the molding material is poured into the molding box.
If a pressure surge is now triggered to bring about a compression of the introduced molding material mass, the pressure wave, as soon as it reaches the bridge areas, acts on these areas with uniform forces. Since the compaction forces act evenly on the support areas of the bridges, they are consolidated in their positions.
It is therefore the object of the present invention to improve the known methods in such a way that uniformly compressed shapes with high hardness are reproducibly guaranteed. In addition, it should be possible to work economically within the specified short cycle times.
According to the invention, this object is achieved by the teaching of the characterizing part of claim 1.
Further preferred embodiments emerge from the dependent claims.
The process works with the conversion of large amounts of compressed air per unit of time, using pressures in the range from 1 to 10 bar.
Foundry molding material is poured in loosely in a fonu box arrangement. The surface of the molding material is essentially flat and extends into the filling frame.
A pressure surge is triggered for the purpose of compressing the filled molding material. When a pressure surge is triggered, a first pressure surge G1 hits the free molding material surface at the time t1 and begins to push the molding material layer in the direction of the model device layer by layer. A second or a further pressure surge G2 is brought to bear on a molding material area A at time t2. This molding area A is part of the filled molding compound and is arranged at a distance from the free surface of the molding compound in the model direction. The pressure surge G2 is generally brought into effect before the pressure surge G1 acts on the molding material surface in the molding material area A.
However, it is also possible for this pressure surge G2 of the pressure surge G1 already acting to be conducted into the molding material region A.
The pressure surges G and G2 can be derived from one and the same pressure source. However, pressure sources arranged independently of one another can also be used.
When the pressure surge G1 hits the free molding material surface, the upper layer of the molding material mass is compressed, i.e. H. pressed together. This compression takes place suddenly, the compressed areas moving under the effect of the pressure in the direction of the model device. The pressure surge G2 strikes the molding material mass in the molding material area A, i. H. at a certain distance from the free surface of the molding material. The flow behavior of the molded material area A is influenced by the pressure surge. The grains of sand in this molding area A are pushed away from the molding box wall, so that the friction between the grains of sand and the molding box wall is almost eliminated.
During the action of the pressure surge G2, the pressure surge G can already reach the surface of the molding material. Under the effect of G1, the molding material mass is set into a compression movement. Due to the effect of this compression movement, the molding material area A is set in motion and shifted in the direction of the model arrangement. This shift lasts until the pressure surge G1 catches up with the area of influence of the pressure surge G2.
During the duration of the pressure surge G2 along the displacement path of the molding material. which is in motion due to the impact of pressure surge G1.
the friction between the mold box wall and the molding material is almost eliminated. The duration of the pressure surge G2 means the time that G and G2 need to equalize the pressure. H. until the pressure wave G1 has reached the molding material area A or the area of action of G2.
In order to optimally coordinate the effects of the pressure surges G1 and G2, there has been a difference in the exposure time of the two pressure surges of a maximum of 195 millisec (ms), e.g. B. proven for a box height of 1000 mm. Good results have also been achieved in tests in which the pressure surge G2 was introduced into the molding material about 5 seconds before the pressure surge G1.
The measures described, which lead to a reduction in the friction between the sand grains and the molding box wall, directly influence the flowability of the molding material, which in turn has a direct effect on the compressibility of the molding material.
A prerequisite for good compression is good flowability, which in turn only arises when the molding material is in a more or less homogeneous state.
The proposed method ensures that in the critical molding material areas, namely between the model and the molding box, by reducing the friction between the molding material mass and the molding box wall, the compressibility of the molding material mass in these areas is optimized by the improved flow behavior.