DD202114A5 - Verfahren und vorrichtung zum pneumatischen verdichten von formsand - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren z. pneumantischen Verdichten des Formsandes von Giessereiformen in einem abgeschlossenen Formraum, dessen eine Begrenzung von dem Modell gebildet ist, wird zunaechst der Formraum mit dem Formsand gefuellt und anschliessend mit Luft bei einem Druckgradient von groesser 100 bar/s bis zu 1000 bar/s, beaufschlagt, wobei der Absolutdruck vor und nach der Beaufschlagung zwischen 0,8 und 8 bar liegt, so dass die Druckbeaufschlagung im Bereich von Millisekunden erfolgt. Dadurch ist es moeglich, bei geringem konstruktivem Aufwand eine hohe und gleichmaessige Formhaerte bei geringem Energie- und Luftbedarf zu erzeugen. Statt dessen kann der in den Formraum eingefuellte Formstoff zunaechst einem Vakuum von 0,4 bis 0,2 bar ausgesetzt und anschliessend auf d. freie Formstoff-Oberflaeche ein Druckluft-Freistrahl mit bis zu 15 bar zur Wirkung gebracht werden. Der Freistrahl weist dabei Ueberschallgeschwindigkeit auf. Eine zur Durchfuehrung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung weist einen abgeschlossenen Formraum auf, der mit wenigstens einer Duesenoeffnung und einer dieser zugeordneten Verschlusseinrichtung versehen ist.

Description

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Verfahren und Vorrichtung zum pneumatischen Verdichten von Formsand

Anweηdungsgebiet der _Jrfindung

Die Erfindung betrifft Verfahren zum pneumatischen Verdichten des Formsandes von G-ießereiformen_s der in einem abgeschlossenen Formraum, dessen eine Begrenzung von einem von dem Formsand "eingehüllten Modell gebildet wird, eingeschlossen ist, sowie Vorrichtungen aur Durchführung dieser Verfahrene

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte pneumatische Verdichtungsverfahren arbeiten nach dem Schieß- oder Blasprinzip, Hierbei wird, in den leeren, abgeschlossenen Formraum eine? dosierte Menge an Formsand in Form eines Pfropfens eingeschossen oder eingeblasen_o Das Einschießen des Formsandes ist inabesondere bei den eigentlichen Formen üblich, während das Blasverfahren insbesondere bei Kerriformen verwendet wird, die ihre Endhärte nicht direkt durch das Verdichtungsverfahren, sondern durch Zusatz entsprechender Bindemittel erhalten. Bei Formen hingegen sind solche Bindemittel insbesondere in höheren Anteilen wegen der Schwierigkeiten bei der Altsandaufbereitung unerwünscht, so daß hier die Verdichtung durch das Schießverfahren selbst und dem dabei zur Anwendung kommenden hohen Druck erzielt wird. Es ist weiterhin bekannt, das Einschießen des Formsandes in den Formraum nicht durch auf den Formsandpfropfen wirkende Druckluft, sondern dadurch zu erzeugen, daß der leere Formraum unter Vakuum gesetzt und anschließend zum Füllgefäß geöffnet wird, so daß der Formsand unter Wirkung

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des auf ihm lastenden Atmosphärendrucks in den Formraum eingeschlossen wird, Dansben sind auch kombinierte Verfahren bekannt, bei denen vor and/oder während des Einschießens des Formsandes mit überdruck der Formraum evakuiert wird, wobei das Vakuum jedoch in erster Linie dazu dient, die überschüssige Schießluft so schnell als möglich aus dem Formraum zu entfernen und damit der Bildung von Luftpolstern oder Lufteinschlussen in dem Formsand vorzubeugen (z. B. DE-OS 2 727 297)ο

Es ist weiterhin bekannt (DE-AS 2 344 464), den Formsand auf das Modell aufzuschießen, "um dadurch nur eine Vorverdichtung zu erreichen, und anschließend auf die freie Formsand-Oberfläche Druckluftstöße bis au 7 bar bei einer Zeitdauer von weniger als 1 Sekunde aufzugeben. Hierbei ist jedoch ein . Nachverdichten der Form durch mechanisches Pressen erforderlich, wobei auch während des Preßvorgangs die Form evakuiert wird. Schließlich ist ee bekannt, auf den im Formkasten befindlichen Formsand eine von einem explodierenden Gas erzeugte Druckwelle einwirken zu lassen (z. B, DE-OS 2 949 340),

. Der Energieaufwand und der Gas- bzw. Luftbedarf bei den bekannten Verfahren ist ganz erheblich, ohne daß es bisher gelungen ist, mit diesen rein pneumatischen Verfahren eine ausreichende Formhärte zu erreichen. Außerdem ist der apparative und sicherheitstechnische Aufwand in allen Fällen erheblich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung pneumatischer Verdichtungsverfahren und zu deren Durchführung geeigneter Vor-

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richtungen^ bei denen keine Uachverdicht mag des Formsandes erforderlich ist«

Darlegung des Wesens der Srfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, pneumatische Verdichtungsverfahren und hierfür geeignete Vorrichtungen zu schaffen, die bei geringstniöglichem Aufwand mit einem vergleichsweise geringen Energie- und Luftbedarf auskommen, wobei eine hohe und gleichmäßige I¹ crmhärte erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach einer ersten Variante dadurch gelöst, daß der mit dein Formsand gefüllte Formraum mit Luft bei einem Druckgradient von größer 100 bar/s bis zu 100 bar/s beaufschlagt wird. Dabei beträgt mit Vorteil die Druckdifferenz vor und nach dem Füllen des Formraums zwischen 0,8 und 8 bar, Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang weiterhin, daß der mit Formsand gefüllte Formraum bis ca« 0,2 bar evakuiert und anschließend schlagartig mit Druckluft beaufschlagt wird.

Gegenüber bekannten Verfahren hat das erfindungsgemäße Verfahren den großen Vorteil, daß der Formraum mit herkömmlichen einfachen Mitteln zunächst mit Formsand gefüllt wird und die Verdichtung ausschließlich durch die schlagartige Beaufschlagung des Formraums mit Luft erfolgt. Wichtig ist dabei, daß der Drückaufbau im Bereich von Millisekunden erfolgt, wobei der vorhandene Absolutdruck bis zu 8 bar je-, doch konstruktiv ohne weiteres beherrscht werden kann. Die Praxis hat gezeigt, daß es nicht - wie an sich anzunehmen wäre - auf einen höchstmöglichen Absolutdruck, sondern aus-

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schließlich auf einen größtmögliche:! Druckgradienten ankommt, d. h. der Überdruck muß in einer kürzestmöglichen Zeit zur Wirkung gebracht werden. In der Praxis läßt sich dies in einfachster Weise dadurch verwirklichen, daß der mit Formsand gefüllte, unter Normaldruck stehende Formraum schlagartig mit einem Druckluftspe.lcher verbunden wird.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Strömung der in den Formraum einströmenden Luft etwa, senkrecht zur Formsand-Oberfläche gerichtet ist,, auch wenn bei anderer Strömungsrichtung durchaus zufriedenstellende Ergebnisse erreicht werden können«

Eine zweite Variante zur Lösung der Erfindungsaufgabe geht aus von einem bekannten Verfahren zum Verdichten von Gießerei-Formstoff in einem evakuierbaren Formraum, in welchem der eingefüllte Formstoff unter Unterdruck gesetzt wird. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß auf die freie Formstoff-Oberfläche hochgespannte Druckluft bis zu 15 bar als Freistrahl zur Wirkung gebracht wird. Die kinetische Energie des Freistrahls wird bei Auftreffen auf die freie Formstoff-Oberfläche in eine auf den Formrücken wirkende Preßkraft umgesetzt, wobei die in den Formstoff eindringende Druckluft sich einerseits wegen des herrschenden Vakuums frei entspannen kann, andererseits die Preßwirkung durch Fluidisieren des Formstoffs unterstützt.

Vorzugsweise wird dabei so vorgegangen, daß der Formraum zunächst mit dem Formstoff gefüllt, anschließend auf 0,4 bis 0,2 bar evakuiert und daraufhin der Druckluft-Freistrahl zur Wirkung gebracht wird. Mit anderen V/orten erfolgt also das Evakuieren und das Pressen mittels Druckluft-Freistrahl

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zeitlich aufeinander-, Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Vakuum während des Freistrahl-Pressens und damit ein hohes Druckgefälle zwischen Forinrücken und Formfläone aufrecht erhalten wird. Damit wird insbesondere der Gefahr begegnet, daß beim Bindringen der Druckluft in die Formstoff-Schiittung Druckblasen entstehen.

Bei geringerer .Anforderung an die !Formfestigkeit kann das Verfahren auch-so· ablaufen; daß der Forinraum auf 0,4-bis 0,2 bar evakuiert, anschließend mit lern Formstoff gefüllt und der Druckluft-Freistrahl auf dia ~:'reie Oberfläche des Formstoffs zur Wirkung gebracht wird« Der Formstoff wird also in den evakuierten Formraurn aufgrund des Druckgefälles beschleunigt und beim Auftreffen auf das Modell vorverdichtet und während des -^infallens des Formsandes oder nach Beendigung des Füllvorgangs der Druckluft-Freistrahl zur Wirkung gebracht.

In bevorzugter Ausführung der Erfindung weist der Druckluft-Freistrahl Überschallgeschwindigkeit auf, da oberhalb, dieser kritischen Geschwindigkeit eine optimale Energieumsetzung möglich ist ο

Um den Staudruck an der freien Formstoff-Oberfläche, dessen Höhe für die Energieumsetzung maßgeblich ist, zu erhöhen, ist gemäß einem v/eiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß die freie Oberfläche des Formstoffs vor dem Aufbringen des Druckluft-Freistrahls mit "einer'den Strömungswiderstand der oberflächennahen Schicht erhöhenden Substanz bedeckt wird» Damit ist eine weitere Erhöhung der Preßwirkung möglich. Zweckmäßig ist dabei auch, wenn ' der Formstoff mechanisch nachgepreßt wird.

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Als Substanz kommen Flüssigkeiten wie Wasser, Wasser-Bindemittelgemische oder Kunststofflösungen, aber auch Peir.stau.be in Frage, die die Formstoffaufbereitung nicht stören.

Eine konstruktive Lösung der ersten VerfahrensVariante geht aus von einer Vorrichtung mit einem den Formsand aufnehmenden Formraum, der von einem Modell, einem dieses umgebenden Formrahmen und einem Formraum-Abschluß an der dem Modell gegenüberliegenden Seite gebildet ist. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß der Formraum mit wenigstens einer außerhalb der. Oberfläche des Formsandes ausmündenden Düsenöffnung und einer dieser augeordneten Verschlußeinrichtung versehen ist, die beim öffnen einen Druckaufbau von schneller 100 bar/s im Formrauin gestattet. Dieser Druckgradient läßt sich durch entsprechende Dimensionierung der Düsenöffnung(en) und der Verschlußeinrichtung sowie dessen Antriebs erreichen.

Zweckmäßigerweise ist die Düsenöffnung an dem Formraum-Abschluß angeordnet.

Um den erwünschten Druckgradient erzeugen zu können, hat es sich als zweckmäßig"erwiesen, den Formraum in dem vom Formsand freien Bereich über die Düsenöffnung mit einem Druckspeicher zu verbinden»

Dabei können selbstverständlich auch zwei oder mehr Düsenöffnungen vorhanden sein, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Achse jeder Düsenöffnung etwa senkrecht zur Formsand-Oberfläche angeordnet ist«

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Düsenöffnung als Lavaldüse ausgebildet, so daß eine verlustarme Freistrahl-

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strömung gewährleistet ist, die im Überschallbereich liegen kann und aufgrund geringer Wirbelbildung dazu führt, daß sich ein annähernd ebener Formrücken ausbildet.

Bei größeren Formen wird der gleiche Effekt dann erreicht, wenn jede Lavaldüse so angeordnet und ausgebildet ist, daß die von diesen erzeugten Freistrahlen etwa auf die gesamte Formsand-Oberfläche auftreffen. Dabei ist ferner eine optimale Umsetzung der Strömungsenergie in Verdichtungsarbeit über äen gesamten Formquerschnitt gewährleistet.

Es hat sich als vorteilhaft, erwiesen, wenn der Formraum im Bereich des Modells mit Abströmöffnungen für die Luft, die gegebenenfalls zugleich an Vakuum angeschlossen sind, versehen ist» Dadurch wird, insbesondere bei zu hohem Absolutdruck bzw_o zu großer Luftmenge sichergestellt, daß diese die Verdichtung nicht behindert und abströmen kann₀

Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn im Grund von besonders tiefen Modellkonturen Abströmöffnungen vorgesehen sind. Damit ist gewährleistet, daß auch im Bereich solcher tiefen Modellkonturen eine hohe und gleichbleibende Formhärte erzielt wird. ·

Als günstig hat es sich auch gezeigt, wenn der Formraum über die Abströmöffnungen mit einem Vakuumanschluß versehen ist«

Im Sinne der Erfindung ist weiterhin, daß der Formraum-Abschluß als eine die Düsenöffnung aufweisende Platte ausgebildet ist« Vorzugsweise ist dabei die Düsenöffnung als Flachdüse großen Querschnittes und die Verschlußeinrichtung als mit der Platte zusammenwirkendes großflächiges Tellerventil ausgebildet» Vorteilhaft ist ebenfalls, wenn in die

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Platte wenigstens eine Lavaldüse eingesetzt und die Verschlußeinrichtung als Tellerventil ausgebildet ist, das mit der Einströmöffnung der Lavaldüse in Wirkverbindung steht» Dabei ist es möglich, daß zwei oder mehr Lavaldüsen an der Platte in gleicher Höhe angeordnet sind und die Verschlußeinrichtung aus einem einzigen, mit den Einströmöffnungen aller Lavaldüsen in Wirkverbindung stehenden Tellerventil gebildet ist*

Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß zwischen dem Formraum und dem Druckspeicher eine Vorkammer angeordnet ist, in der zumindest die bewegten Teile der Verschlußeinrichtung untergebracht sindβ Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Düsenöffnung mit der Verschlußeinrichtung an einer seitlichen Begrenzungswand der Vorkammer angeordnet ist. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, wenn die Vorkammer um eine außerhalb des Formraums liegende senkrechte Achse schwenkbar bzw. versetzbar ist.

Zweckmäßigerweise ve.st die Vorkammer eine Formsand-Füllöffnung auf, die druckdicht verschließbar ist«

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die den Formraum-Abschluß bildende Platte an den Innenwandungen des Formraums druckdicht geführt und mit einem Hubantrieb versehen.

Vorteilhaft ist auch, daß bei einem doppelseitigen Modell und je einem einer Modellseite zugeordneten unteren und oberen Formraum zumindest die dem unteren Formraum zugeordneten Düsenöffnungen mit einem Druckluftanschluß zum Fluidisieren des Formsandes versehen sind.

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Eine vorrichtungstechnische Lösung der aweiten Verfahrensvariante geht aus von einer bekannten Vorrichtung mit einem Modellplattenträger, einem aufgesetzten Formkasten, einem darüber befindlichen Füllaufsatz und einer Verschlußplatte, die zusammen den Formraum bilden, und mit einem den Formstoff enthaltenden Füllgefäß. Eine solche bekannte Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß aus durch ein oder mehr in den Formraum ausmündende, an eine Druckluftquelle angeschlossene Freistrahldüse(η), Der Mündungsquerschnitt der Freistrahldüse (n) und die Höhe ihrer Anordnung oberhalb der freien Formst of f-0b.er fläche müssen so beschaffen sein, daß der Freistrahl auf der gesamten Formstoff-Oberfläche zur Wirkung kommt, Um bei einer solchen Freistrahldüse im Mündungsquerschnitt Schallgesclnwindigkeit .zu erreichen, muß sie nach den Regeln der Strömungstechnik einen Öffnungswinkel von 10 bis maximal 14° besitzen.

Den kritischen Öffnungswinkel wird man ab einer bestimmten Formkastenabraessung nur noch mit sehr großen Düsenlängen erreichen können₀ Um die Düse bei größeren Formkasten nicht unvertretbar lang werden zu lassen, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß die Wandung der Freistrahldüse Öffnungen aufweist, die an Vakuum anschließbar sind« Mit dieser Maßnahme kann der Öffnungswinkel der Freistrahldüse vergrößert werden. Üblicherweise werden sich dann bereits an der Wandung Wirbel ablösen, die das Erreichen kritischer Geschwindigkeiten verhindern. Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme jedoch werden diese Wirbel abgesaugt, so daß sich trotz größerem Öffnungswinkel im Mundungsquerschnitt mindestens Schallgeschwindigkeit erreichen läßt. Aufgrund des größeren Öffnungsquerschnittes ist dann weiterhin sichergestellt, daß der Freistrahl auf die gesamte freie Formstoff-Oberfläche auftrifft.

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Bei einem Ausführungsbeispiel für das vorstehend genannte erfindungsgemäße Merkmal weist die Freistrahldüse eine doppelte Wandung "auf, und .ist der von den Wandungen gebildete Raum mit einem Vakuumanschluß versehen. Hierbei kann der Vakuumanschluß zur gleichen Vakuumquelle führen, an den auch der Formraum angeschlossen ist»

Wie bereits angedeutet, kann es vorteilhaft sein, den Strömungswiderstand der oberflächennah^,en Schicht des Formstoffs durch Aufsprühen einer Flüssigkeit zu erhöhen. In vorrichtungstechnischer Hinsicht gelingt dies dadurch, daß im oberen Bereich des Formraums eine Einrichtung zum Aufsprühen der Flüssigkeit auf die freie Formstoff-Oberfläche angeordnet ist. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn die Freistrahldüse und die Sprüheinrichtung an der Verschlußplatte angeordnet sind. Im Sinne der Erfindung ist auch, daß die Verschlußplatte- mit Freistrahldüse und Sprüheinrichtung und das Formstoff-Füllgefäß auf einem den Füllaufsatz überfahrenden Wagen oder Karussell angeordnet sind und an dem Wagen oder Karussell weiterhin eine Preßplatte angeordnet ist.

Die erfindungsgemäßen^ Verfahren und die zu ihrer Durchführung vorgeschlagenen Vorrichtungen eignen sich zur Endverdichtung, wobei nachfolgend ein statisches Pressen und/oder Abstreifen des Formsandes zur Egalisierung des Formrückens vorgesehen sein kann. Ebenso kann das Verfahren zum Nachverdichten von beliebig vorverdichteten Formen, sei es durch Schießen, Blasen od. dgl., dienen. Das Verfahren bietet weiterhin den Vorteil, daß die Verdichtung riehtungsunabhängig erfolgen kann, d. h. sowohl von oben als auch von unten, aber auch in horizontaler Lage des Modells. Ebenso ist es möglich,

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doppelseitige Modelle.gleichzeitig von oben and unten zu verdichten.

Aus führung g b.e is piele

Nachstehend ist die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung gezeigter AusführungsberspieIe der Vorrichtung beschrieben,, In der Zeichnung zeigen jeweils im schematiachen Längsschnitt:

Pig* 1: ein erstes Ausführungsbeispiel mit Piachdüse für einseitige Modelle;

Pig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel mit Lavaldüsen für einseitige Modelle;

Pig. 3*. ein drittes Ausführungsbeispiel mit seitlicher Düsenöffnung

Pig. 4: ein Ausführungsbeispiel für doppelseitige Modelle\

Pig» 5: eine schematische Ansicht einer nach der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitenden Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform und

Pig. 6: eine der Pig. 1 entsprechende schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform dieser Vorrichtimg.

Die Darstellungen in den Pig. 1 bis A zeigen nur einen schematischen Ausschnitt aus im übrigen herkömmlichen Pormmaschinen, die mit Einrichtungen zürn Pullen der Pormräume, zur Positionierung (Einfahren, Schwenken, Heben und Arretieren) von Modellplatte und Pormrahmen und zum Abdichten der

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Formräume versehen sind» Diese Einrichtungen sind der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt»

Der Formraum wird seitlich von einem Formrahmen oder Formkasten 1, einem aufgesetzten Füllrahmen 2, unterseitig von einer Modellplatte 3 mit dem Modell 4 und oberseitig von einem Abschluß 5 gebildet. Der Abschluß 5 ist als Platte gestaltet und mit einer Düsenöfxnung 6 in Form einer Flachdüse 7 versehen» Zugleich bildet die den Formraum-AbSchluß bildende Platte den unteren Abschluß einer Vorkammer 8, die über einen großdimensionierten Stutzen 9 mit ein oder mehr Druckspeichern 10 in Verbindung steht.

In der Vorkammer 8 sitzt eine Verschlußeinrichtung 11, die beim gezeigten Ausführungsbeispiel als 'tellerventil 12 ausgebildet ist, das die Flachdüse 7 verschließt und mit der Oberseite des Formraum-Abschlusses 5 zusammenwirkt„ Das 'tellerventil 12 ist mit einem außerhalb der Vorkammer 8 angeordneten Hubantrieb 13 ausgerüstet *

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen bildet die Modellplatte 3 den oberen Abschluß einer Abluftkammer 14» in die überschüssige Luft aus dem Formraum über Abströmöffnungen in der Modellplatte 3 eindringen und über einen. Abluftstutzen 16 abgeführt werden kann. Ferner sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 in tiefen Konturen 17 des Modells 4 gleichfalls Abströmöffnungen 18 vorgesehen, die auch in die Abluftkammer 14 münden» Gegebenenfalls kann an den Abluftstutzen 16 eine Vakuumpumpe angeschlossen sein. Ebenso ist es aber auch möglich, weitere Vakuumanschlüsse an dem Formrahmen bzw. Formkasten 1 vorzusehen.

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Sofern das Füllen von iJ'ormrahmen 1 und Füllrahmen 2 nicht außerhalb der Maschine geschieht, ist die -Vorkammer 8 um eine außerhalb des Formraums liegende senkrechte Achse schwenkbar, so daß der Querschnitt des Füllrahmens 2 frei ist. In dieser Stellung kann dann der Formsand in entsprechend dimensionierter.Menge eingefüllt werden, bis er beispielsweise die in der Zeichnung angedeutete Füllhöhe 19 erreicht. Zweckmäßigerweise wird der Formraum so dimensioniert:, daß das freie- Volumen oberhalb der Formsand-Oberfläche so gering als möglich ist. Anschließend wird die Vorkammer 8 eingeschwenkt und verriegelt» Danach wird das Tellerventil 12 schlagartig geöffnet., so daß sich zumindest ein Teil der im Druckspeicher 10 enthaltenden Luft über die Flachdüse 7 in den Formraum entspannt und dabei den Formsand durch Kombination von Staudruck und Strahldruck verdichtete Der Querschnitt der Flachdüse 7 und des Tellerventils 12 sowie dessen Hubantrieb 13 sind so dimensioniert, daß der Druckaufbau im Formraum mit größer 100 bar/s erfolgt. Dies läßt sich bei entsprechender Dimensionierung mit einen absoluten Betriebsdruck bis zu 8 bar, der also noch unter dem üblichen Druckluft-letzdruck. liegt, erreichen« Aufgrund der extrem kurzen Verdichtungszeit, die im Millisekunden-Bereich liegt, ist die, für die Verdichtung erforderliche Energie im Vergleich zu anderen bekannten Verfahren sehr gering. Beispielsweise beträgt die erforderliche Luftmenge für einen Formkasten üblicher Abmessung von 800 χ 650 χ 300 mm ca. 1,3 kg bzw.

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1,5 Nm^ pro Formvorgang, ü's werden vor allem an den Modellkonturen, wie stets erwünscht, besonders hohe Verdichtungswerte erreichtj die zum Formrücken hin leicht abnehmen, für die weiteren Verfahrensschritte .aber völlig ausreichend sind»

Nach dem Verdichten sinkt die Füllhöhe 19 des Formsandes bis

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in den Bereich der Oberkante des Formrahmens bzw. Formkastens 1 ab. Die oberste Schicht von wenigen Millimeter Höhe ist - offenbar aufgrund von Fluidisierungseffekten ~ von lockerem Formsand gebildet, der entweder abgestreift oder durch einen Preßvorgang egalisiert werden kann»

.Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weicht von dem gemäß Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch ab, daß als Büsenöffnung zwei oder mehr Lavaldüsen 20 vorgesehen sind, deren Mündungen etwa bündig mit der Unterseite der oberen den Formraum-Abschluß 5 bildenen Platte enden. Den Einströmöffnungen 21 der Lavaldüsen 20 ist wiederum eine Verschlußeinrichtung 11 in Form eines Tellerventils 22 zugeordnet, das alle vorhandenen Lavaldüsen 20 gleichzeitig verschließt» Mit diesen Lavaldüsen 20 ist eine verlustarme und wirbelfreie Umsetzung der ^ruckenergie in kinetische Energie möglich. Im übrigen divergiert der Druckluftstrahl bei der Entspannung, so daß der Formsandrücken gleichmäßiger beaufschlagt wird. Die mit einer Lavaldüse 20 erreichbare Überschallgeschwindigkeit äußert sich ferner beim Auftreffen des Luftstrahls auf die Formsandoberfläche in einem erhöhten Staudruck aus, der zu noch besseren Formfestigkeiten führt.

Bei den in den Fig. -1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen liegt die Achse der Düsenöffnungen 6 etwa senkrecht zur Formsandoberfläche ο Hiervon abweichend zeigt Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel, bei der die obere den Formraum-Abschluß 5 bildende Platte des Formraums eine relativ große Öffnung 23 zur Vorkammer 8 aufweist. Die Düsenöffnung 6 ist in einer Seitenwand 24 der Vorkammer 8 angeordnet und beispielsweise mit einer schwenkbaren Verschlußeinrichtung 11 versehen. Beim öffnen der Verschlußeinrichtung 11 entspannt sich die

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Druckluft aus dem Druckspeicher 10 über die Düsenöffnung 6 zunächst in die Vorkammer 8 und erst dann in den Formraum. Auch wenn hier der Stralildruck bei der Verdichtung nicht mitwirkt, lassen sich gleichwohl befriedigende Formhärten erreichen. Dieses Ausführangsbeispie.l erleichtert das Einfüllen des Formsandes und - sofern notwendig -' das Nachverdichten in einer einzigen Arbeitsstation innerhalb der Formmaschine, da die Vorkammer 8 in einfacher Weise so gestaltet bzw. beweglich angeordnet sein kann, daß der Formraum frei zugänglich ist.

]?ig. 4 zeigt schließlich ein Ausfüiirungsbeispiel_s bei dem die Abluftkammer 14 oberseitig und unterseitig auf je eine Modellplatte 3j 3' ein Modell 4₅ 4' trägt. Die Formrahmen bzw. Formkasten 1 und Füllrahmen 2 können für das obere Modell 4 und das untere Modell 4' identisch ausgebildet sein. Die den Formraum-Abschluß 5? 5^! bildende Platte beider Formräume ist bei diesem Ausführungsbeispiel so gestaltet, daß sie an den Innenwandungen des Fülirahmens 2 geführt, also in den Formraum eintauchen kann_e Sie ist zu diesem Zweck mit einem nicht gezeigten Hubantrieb versehen. Gegebenenfalls braucht auch nur eine der den Formraum-Abschluß 5 oder 5' bildenen Platten mit einem solchen Antrieb versehen sein. In diesem Fäll sind dann die Modellplatten 3, 3', die Formrahmen und die Füllrahmen 2, 2' zusammen gegenüber der anderen Abschlußplatte in der Längsachse verschiebbar.

In der oberen den ^ormraum-Abschluß 5 bildenden Platte sind wiederum zwei Lavaldüsen 20 und in der unteren Abschlußplatte zwei Lavaldüsen 20' entsprechend der Ausbildung gemäß Fig, 2 angeordnet. Den oberen Lavaldüsen 20 ist wiederum je eine Verschlußeinrichtung 11, den unteren Lavaldüsen 20' je eine

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Verschlußeinrichtung 11' zugeordnet, Diese sind in der Vorkammer 8 bzw«, 8^f untergebracht. Jede Vorkammer 8_} 8' wiederum ist an wenigstens einem Druckluftspeicher 10, 10* angeschlossen.

Während die obere den Formraum-Abschluß 5 bildende Platte in erster Linie zum Egalisieren und/oder Nachverdichten des Formsandes dient, erfüllt die untere noch eine weitere Aufgabe, Durch Einfahren in den Formraum wird nähmlich der auf ihr liegende Formsand 25 sow©it angehoben, bis er die Konturen des' Modells 4^! und die freie Oberfläche der Modellplatte 3« einhüllt bzw. bedeckt. Erst danach erfolgt die Entspannung der im druckspeicher 10' enthaltenen Druckluft nach Öffnen der Verschlußeinrichtung 11.

Um die Druckluftentspannung möglichst effektiv zu ermöglichen, •sind die unteren Lavaldüsen 20' weiterhin über seitliche Bohrungen 26 mit einem Druckluftanschiuß 27 verbunden, über den Druckluft zum Fluidisieren des Formsandes vo*. allem innerhalb der Lavaldüsen 20' zugeführt wird» Dadurch wird der Formsand' in einem Schwebezustand gehalten und zugleich verhindert, daß er beim Öffnen der Verschlußeinrichtungen 11» in den Verschlußbereich des Tellerventils gelangt.

Die in Fig. 5 und 6 gezeigte Formmaschine weist in herkömmlicher Weise einen Arbeitstisch 36 auf, der mittels eines Hubkolbens 35 heb- und senkbar ist_e Auf dem Arbeitstisch 36 sitzt ein Modellplattenträger 32 mit dem Modell 33, Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Modellplattenträger als Hohlkasten ausgebildet und an Vakuum anschließbar_o Die das Modell 33 tragende Platte des Modellplattenträgers 32 ist ferner mit Abströmöffnungen 41 versehen, durch die Luft aus dem Formraum abgesaugt werden kann.

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Auf dem Modellplattentr-äger 32 sitzt ein Formkasten 31 darauf ein Füllaufsatz 34 ₅ der gleichfalls mit einem Vakuumanschluß 42 versehen ist. Der Formraum wird oben schließlich durch eine Verschlußplatte 38 abgeschlossen, wobei zwischen dieser und dem Füilaufsatz sowie zwischen diesem und dem Formkasten 31 Dichtungen 40 eingeigt sind»

An der Verachlußplatte 33 ist eine Sprüheinrichtung 45 zum Aufsprühen von Flüssigkeiten auf die Forrnstoff-Oberfläche 46 angeordnete Ferner sitzt a~ der Verschlußplatte 38 eine in den Formraum mündende Freistracidüse 44 ₅ die über ein Ventil 43 an eine Druckluftquelle angeschlossen ist.

Die Verschlußplatte 38 mit Sprüheinrichtung 45 und Freistrahldüse 44 sitzt zusammen mit einem den Formstoff enthaltenden Füllgefäß 37 auf einem Wagen, der über dem Formraum verfahrbar ist, so daß wahlweise das Füllgefäß oder die Verschlußplatte 33 auf den Füllaufsatz 34 aufgesetzt wird.

Die Betriebsweise der Vorrichtung ist folgende:

Zunächst befindet sich das Füllgefäß 37 auf dem Füllaufsatz 34« Die darin enthaltene dosierte Menge an Formstoff wird durch öffnen eines Klappen- oder Jalousieverschlusses am Boden des Füllgefäßes 37 in den vom Modellplattenträger 32, den Formkasten 31 und dem Füllaufsatz 34 begrenzten Formraum abgegeben» Danach wird der Wagen verfahren, so daß die Verschlußplatte 38 mit Sprüheinrichtung 45 und Freistrahldüse 44 über den Füllaufsatz 34 gelangt. Anschließend wird der Hubkolben 35 betätigt, so daß der gesamte Formraum angehoben und die Verschlußplatte 38 gegen feste Anschläge

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gedrückt wird. In dieser Lage ist der Formraum dicht abgeschlossen, der dann über die Vakuumanschlüsse 42 im Püllaufsatz 34 und im Modellplattenträger 32 evakuiert wird„ Auf diese Weise wird die Porenluft aus der Formstoff-Füllung gesaugt. Bei Erreichen des gewünschten Unterdrucks von 0,4 bis 0,2 bar wird auf die Formstoff-Oberfläche mittels der Sprüheinrichtung 45' Flüssigkeit aufgesprüht und sofort das "Ventil 43 geöffnet, so daß die Druckluft in Form eines Freistrahls auf die Formstoffoberfläche 46 aufprallt und die kinetische Energie des Strahls in Preßluft umgesetzt wird»

Bei der Ausführungsform gemäß- Fig. 6 sind gleiche Anlagenteile mit gleichen Bezugszeichen wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 bezeichnet. Insoweit erübrigt sich eine nochmalige Beschreibung. Abweichend von Fig. 5 weist die Freistrahldrüse 44 einen Doppelmantel auf, wobei ihre innere Wandung mit öffnungen, z.B. einer Perforation versehen ist, während die äußere Wandung einen Vakuumanschluß 49 besitzt. Über diesen Anschluß kann der Doppelmantel an die zum Evakuieren des Formraums vorgesehene Unterdruckquelle angeschlossen sein. Durch Anlegen von Unterdruck kann der Öffnungswinkel der Freistrahldüse 44 über den Grenzwert von 14° erhöht werden, da die sich bildenden Wirbel abgesaugt werden.

In weiterer Abweichung von der Ausführungsform gemäß Fig. 'sitzt auf dem das Füllgefäß 37 und die Verschlußplatte 38 mit ^Ter Freistrahldüse 44 und die - in Fig. 6 nicht gezeigte ^üheinrichtung führenden Wagen ein Preßkopf 4 7 mit einer platte 48 zum Nachverdichten des Formstoffs. Die i''unktionsentspricht dabei der zu Fig. 5 bereits geschilderten.

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Nach Verdichten mittels des Druckluft-Freistrahls wird der Arbeitstisch 36 abgesenkt, die Verschlußplatte 38 mit Freistrahldüse 44 nach rechts verfahren und zugleich der Preßkopf 47 eingefahren, bis er sich oberhalb des abgesenkten Füllaufsatzes 34 befindet. Dann wird der Arbeitstisch wieder hochgefahren, so daß die Preßplatte 48 auf der freien Formstoff-Oberfläche 46 zur Wirkung kommt, iiach dem Nachpressen erfolgt das Ausformen in üblicher Weise..

Claims (32)

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   1. Verfahren zum pneumatischen Verdichten von Gießereiformstoff, der in einem abgeschlossenen Formraum, dessen eine Begrenzung von einem von dem !Formsand eingehüllten Modell gebildet wii'ö_s eingeschlossen ist, gekennzeichnet dadurch, daß der mit Formsand gefüllte Formraum mit Luft bei einem Druckgradient von größer "100 bar/s beaufschlagt wird,
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckgradient bis zu 1000 bar/s beträgt.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Druckdifferenz vor und nach dem Pullen des Formraums zwischen 0,8 und 8 bar liegt.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der mit Formsant gefüllte Formraum bis ca. 0,2 bar evakuiert und anschließend schlagartig mit Druckluft beaufschlagt wird.
5. 5. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der mit Formsand gefüllte, unter Normaldruck stehende Formraum schlagartig mit einem Druckluftspeicher verbunden wird.
6. 6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömung der in den Formraum einströmenden Luft, in beliebigem Winkel, vorzugsweise senkrecht zur Formsand-Oberfläche gerichtet ist.

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7. 7. "Verfahren nach. Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß auf die freie Formstoff-Oberfläche hochgespannte Druckluft bis zu 15 bar als Freistrahl zur Wirkung gebracht wird.

   8ο Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Formraum zunächst auf 0,4 bis 0,2 bar evakuiert und daraufhin der Bruckluft-Freistrahl zur Wirkung gebracht wird.
8. 9. Verfahren nach Punkt 7 oder 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Formraum auf 0,4 bis 0,2 bar evakuiert, anschließend mit dein Formst off gefüllt und der Druckluft-Freistrahl auf die freie Oberfläche des Formstoffs zur Wirkung gebracht wird.
9. 10. Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckluft-Freistrahl Überschallgeschwindigkeit aufweist.
10. 11. Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die freie Oberfläche des Formstoffs vor dem Aufbringen des Druckluft-Freistrahls mit einer den Strömungswiderstand der oberflächennahen Schicht erhöhenden Substanz bedeckt wird*
11. 12. Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Formst off mechanisch nachgepreßt wir-cL

    13·" Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Punkte 1 b'is 6 mit einem pneumatischen Druckspeicher, einem den Formsand aufnehmenden Formraum, der von einem Modell, einem dieses umgebenden Formrahmen und einem Formraum-Abschluß an der dem Modell gegenüberliegenden

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    Seite gebildet ist, gekennzeichnet dadurch, daß der
    Formraum mit wenigstens einer außerhalb der Füllhöhe (19) des Formsandes ausmündenden mit dem druckspeicher· verbundenen Düsenöffnung (6) und einer dieser zugeordneten Verschlußeinrichtung (11) versehen ist, die beim öffnen einen Druckaufbau von'großer 100 bar/s im Formraum
    gestattet.
12. 14. Vorrichtung nach Punkt 13_S gekennzeichnet dadurch, daß die Düsenöffnung (6) an dem Formraum-Abschluß (5) angeordnet ist ο
13. 15. Vorrichtung nach Punkt 13 oder 14» gekennzeichnet dadurch, daß der Formraum in dem vom Formsand freien Bereich über die Düsenöffnung (6) mit dem Düsenspeicher (1O) direkt verbunden ist.
14. 16. Vorrichtung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß die Achse jeder Düsenöffnung (6) in senkrechter Richtung zur Formsand-Oberfläche angeordnet ist.
15. 17. Vorrichtung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß jede Düsenöffnung (6) als Lavaldüse (20) ausgebildet ist.
16. 18. Vorrichtung nach Punkt 17» gekennzeichnet dadurch, daß jede Lavaldüse (20) so angeordnet und ausgebildet ist, daß die von diesen erzeugten Freistrahlen etwa auf die

    gesamte freie Formsand-Oberfläche auftreffen.
17. 19. Vorrichtung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß der Formraum im Bereich des Modells (4) mit Abströmöffnungen (15) für die Luft versehen'ist.

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18. 20. Vorrichtung nach Punkt 19, gekennzeichnet dadurch,

    daß auch im Grund besonders tiefer Konturen des Modells (4) Abströmöffnungen (18) vorgesehen sind.
19. 21. Vorrichtung nach Punkt 20, gekennzeichnet dadurch, daß der Formraum über die Abströmöffnungen (15; 18) mit . einem Vakuumanschluß versehen ist.
20. 22. Vorrichtung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß der Pormraum-AbSchluß (5) als eine die Düsenöffnung· (6) aufweisende Platte ausgebildet ist.
21. 23. Vorrichtung nach Punkt 22, gekennzeichnet dadurch, daß die Düsenöffnung (6) als Plachdüse (7) großen Querschnittes und die Verschlußeinrichtung dl) als mit der Platte zusammenwirkendes großflächiges Tellerventil (12) ausgebildet ist.
22. 24. Vorrichtung nach Punkt 17 und 23_s gekennzeichnet dadurch, daß in die Platte wenigstens eine Lavaldüse (20) eingesetzt und die Verschlußeinrichtung (11) als Tellerventil (12) ausgebildet ist, das mit der Einströmöffnung (21) der Lavaldüse (20) in Wirkverbindung steht.

    25« Vorrichtung nach Punkt 24, gekennzeichnet dadurch, daß zwei oder mehr'Lavaldüsen (20) an der Platte in gleicher Höhe angeordnet sind und die Verschlußeinrichtung (11) aus einem einzigen, mit den Einströmöffnungen (21) aller Lavaldüsen (20) in Wirkverbindung stehenden Tellerventil (12) gebildet ist.

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23. 26. Vorrichtung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Formraum und dem druckspeicher (10) eine Vorkammer (8) angeordnet ist, in der zumindest die bewegten Teile der Verschlußeinrichtung (11) untergebracht sind.
24. 27. Vorrichtung nach Punkt 26, gekennzeichnet dadurch, daß die Düsenöffnung (6) mit der Verschlußeinrichtung (11) an einer seitlichen Begrenzungswand der Vorkammer (8) angeordnet isto
25. 28. Vorrichtung nach Punkt 26 oder 27? gekennzeichnet dadurch, daß die Vorkammer (8) um eine außerhalb des Formraums liegende senkrechte Achse schwenkbar bzw« versetzbar ist.
26. 29. Vorrichtung nach Punkt 26, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorkammer (8) eine Formsand-Füllöffnung aufweist, die druckdicht 'verschließbar ist,
27. 30. Vorrichtung nach Punkt 13> gekennzeichnet dadurch, daß die den Formraum-Abschluß (5, 5') bildende Platte an den Innenwandungen des Formraums druckdicht geführt und mit einem Hubantrieb versehen ist.

    ο Vorrichtung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß bei einem doppelseitigen Modell und je einem einer Modellseite zugeordneten unteren und oberen Formraum zumindest die dem unteren Pormraum zugeordneten Düsen-Öffnungen mit einem Druckluftanschluß (27) zum Fluidisieren des Formsandes (25) versehen sind.

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28. 32. Vorrichtung .zur Durchführung des Ve.rfah.rena nach einem der Punkte 7 bis 12 mit einem Modellplattenträger, einem aufgesetzten Formkasten, einem darüber befindlichen Füllaufsatz und einer Verschlußplatte, die zusammen den Formrauin bilden, und mit einem den.Formstoff enthaltenden Füllgefäß, gekennzeichnet- dadurch, daß ein oder mehr iii den Formraum ausmündende, an eine Druckluftquelle angeschlossene Freistrahldüsen (44) vorgesehen sind.

    33· Vorrichtung nach Punkt 32, gekennzeichnet dadurch, daß die Wandung der Freistrahldüse (44) öffnungen aufweist, die an Vakuum anschließbar sind.
29. 34. Vorrichtung nach Punkt 33» gekennzeichnet dadurch, daß die Freistrahldüse (44) eine doppelte Wandung aufweist und der von den Wandungen gebildete Ra,um mit einem Vakuumanschluß (49) versehen ist,
30. 35. Vorrichtung nach Punkt 32, gekennzeichnet dadurch, daß Im oberen Bereich des Formraunis eine Einrichtung zum Aufsprühen' von Flüssigkeit auf die freie Formstoff-Oberflache (46) "angeordnet ist.
31. 36. Vorrichtung nach Punkt 35, gekennzeichnet dadurch,, daß die Freistrahldüse (44) und die Sprüheinrichtung (45) an der Verschlußplatte (38) angeordnet sind»

    37* Vorrichtung nach Punkt 32 und 36, gekennzeichnet dadurch, daß die Verschlußplatte (38) mit Freistrahldüse (44) und

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    Sprüheinrichtung (45) und das Formstoff-Püllgefaß (37) auf einem den Füllaufsatz (34) überfahrenden Wagen oder Karussell angeordnet sind.
32. 38. Vorrichtung nach Punkt 37, gekennzeichnet dadurch, daß an dem Wagen oder Karussell weiterhin eine Preßplatte (48) angeordnet ist. · '

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