DD235197A5 - Verfahren und vorrichtung zum verdichten von giessereiformstoff - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Verdichten von Giessereiformstoff, insbesondere Formsand, mittels einer der Formstoffoberflaeche unmittelbar aufliegenden Pressplatte, die auf eine Hubgeschwindigkeit bis zu 20 m/s beschleunigt wird, wird eine einwandfreie und gleichmaessige Verdichtung ueber die gesamte Formhoehe dadurch erreicht, dass die Pressplatte in einer Anlaufphase mit bis zu 50% der Gesamthubzeit bis zur maximalen Hubgeschwindigkeit progressiv beschleunigt, in der anschliessenden Hauptphase mit nahezu konstanter Hubgeschwindigkeit bewegt und in der Auslaufphase mit bis zu maximal 30% der Gesamthubzeit degressiv verzoegert wird, wobei die Antriebskraft vorzugsweise durch ein hochgespanntes Gasvolumen erzeugt wird, das unter Wirkung einer hydraulischen Gegenlast steht, die fuer den Verdichtungshub durch schnellen Ablauf des Hydraulikmediums abgebaut wird. Fig. 2

Description

Ziel der Erfindung

Die Erfindung zielt auf eine Verbesserung eines Verfahrens zum Verdichten von Gießereiformsand zwecks Herstellung einer Sandform höherer Qualität ab.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das letztgenannte Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine gleichmäßige und reproduzierbare Verdichtung erreicht wird.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Preßplatte in einer Anlaufphase mit bis zu 50% der Gesamthubzeit bis zur maximalen Hubgeschwindigkeit progressiv beschleunigt, in der anschließenden Bewegungsphase mit nahezu konstanter Hubgeschwindigkeit bewegt und in der Auslaufphase mit bis zu maximal 30% der Gesamthubzeit degressiv verzögert wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich zunächst eine weiche Anfangsbeschleunigung der Preßplatte und damit auch des Formstoffs, wodurch eine zu starke Vorverdichtung im Bereich des Formrückens vermieden wird. Die Verdichtung setzt sich nach dieser Anlaufphase in der Hauptphase, in der die maximale Hubgeschwindigkeit erreicht und annähernd konstant beibehalten wird, fort und führt zu einer zunehmenden Verdichtung des Formstoffs über die gesamte Formstoffhöhe. Gegenüber der reinen Stoßverdichtung wird der Vorteil erreicht, daß der Verdichtungsdruck aufgrund des Geschwindigkeitsverlaufs längere Zeit anhält und erst in der Auslaufphase degressiv abgebaut wird. Diese Drucknachführung führt zu einer gleichmäßigen Formhärte über die gesamte Formstoffhöhe. Der Absolutwert der Formhärte läßt sich durch die Einstellung der maximalen Hubgeschwindigkeit vorbestimmen.

Ein weiterer Lösungsgedanke der Erfindung, der insbesondere in Verbindung mit dem vorgenannten Verfahren, aber auch bei reinen Gasdruck- und Stoßverdichtungsverfahren anwendbar ist, besteht darin, daß die Hubgeschwindigkeit der Preßplatte umgekehrt proportional zur Formstoffhöhe gewählt wird.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß — anders als an sich zu erwarten — bei einer niedrigen Form eine höhere Hubgeschwindigkeit erforderlich ist, um zu einer gleich guten Verdichtung zu kommen wie bei einer höheren Form. Mit Vorteil beträgt die Hubgeschwindigkeit für Formen bis zu 200 mm Formstoffhöhe zwischen 20 und 12 m/s und für Formen mit 200 bis 400 mm Formstoff höhe zwischen 12 und 7 m/s und für Formen größer 400 mm zwischen 7 und 2 m/s. Hierdurch lassen sich reproduzierbare Verdichtungsgrade in Abhängigkeit von der Formstoffhöhe bzw. der Höhe der herzustellenden Form erhalten.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Preßplatte mittels eines vorgespannten Federantriebs, vorzugsweise mittels einer Gasfeder in Form eines abgeschlossenen, hochgespannten Druckgasvolumens angetrieben. Die von dem Druckgasvolumen erzeugte Antriebskraft wird also unmittelbar auf die Preßplatte übertragen und nicht, wie beim gatterungsgemäßen Stand der Technik, zunächst in die Beschleunigung eines Stoßkolbens umgesetzt, der dann auf der Preßplatte abgebremst wird. Durch den erfingungsgemäßen Direktantrieb läßt sich der gewünschte Verlauf der Hubgeschwindigkeit mit reproduzierbaren Verdichtungsergebnissen erreichen.

Mit Vorteil wird das Druckgas nach dem Entspannen rückkomprimiert, so daß das Antriebsgas stets im Antriebssystem verbleibt.

Gegenüber den üblichen Druckgas-Verdichtungsverfahren ergibt sich der große wirtschaftliche Vorteil, daß nicht bei jedem Verdichtungstakt neue Gasvolumina zur Verfügung gestellt werden müssen, und gegenüber dem Explosionsverfahren entfällt die Notwendigkeit der Abgasbeseitigung und Belüftung.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die maximale Hubgeschwindigkeit der Preßplatte durch die Höhe des Gasdrucks eingestellt und der zeitliche Gasdruckabfall und damit der zeitliche Verlauf der Hubgeschwindigkeit der Preßplatte durch hydraulischen Gegendruck gesteuert. Die Höhe des Gasdrucks bestimmt die maximale Hubgeschwindigkeit und wird entsprechend der Formstoffhöhe und/oder der gewünschten Verdichtung eingestellt. Dabei ist die Regel zu befolgen, daß der Gasdruck umso höher liegen muß, je höher die gewünschte Verdichtung sein soll und je niedriger die Formstoffhöhe ist. Der zeitliche Gasdruckabfall, der den Verlauf der Beschleunigung bzw. Verzögerung der Preßplatte bestimmt, läßt sich bei geringstem maschinentechnischem und apparativem Aufwand durch den hydraulischen Gegendruck steuern.

Eine weitere Steuerungsmöglichkeit für den Geschwindigkeitsverlauf ergibt sich gemäß einem Ausführungsbeispiel dadurch, daß das Druckgasvolumen mit ein oder mehr abgeschlossenen, hochgespannten Gasvolumina in Verbindung steht, die im Verlauf des Druckabfalls zugeschaltet werden. Dadurch läßt sich beispielsweise bei gegebenem kleinem Druckgasvolumen die maximale Hubgeschwindigkeit über einen längeren Zeitraum bzw. einen längeren Hub aufrechterhalten, ohne daß hierfür große Druckspeicher erforderlich sind. Eine solche Serienschaltung mehrere Gasvolumina ermöglicht eine einfache Steuerung durch Zu- und Abschalten einzelner Gasvolumina.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Preßplatte in der Auslaufphase der Hubbewegung von der Antriebskraft des Gasvolumens abgekoppelt und allein aufgrund des ihrer Massenträgheit entgegenwirkenden Widerstands des Formstoffs bis zu ihrer Endlage verzögert.

Zur Durchführung des Verfahrens geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung, die in herkömmlicher Weise aus einer Modellplatte, einem den Formstoff aufnehmenden Formkasten mit Füllrahmen und einer darüber angeordneten Preßplatte mit einem Antrieb besteht, unter dessen Wirkung die Preßplatte in den Füllrahmen unter Verdichtung des Formstoffs eintaucht. Solche bekannten Vorrichtungen werden beispielsweise zum statischen Pressen mit hydraulischem Antrieb verwendet.

Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß als Antrieb ein Speicher mit hochgespanntem Druckgas dient, dessen eine Begrenzung von einem Antriebskolben gebildet ist, an dem die Preßplatte angeschlossen ist, und daß der Antriebskolben an seiner gegenüberliegenden Seite unter Wirkung einer hydraulischen Gegenlast steht. Die hydraulische Gegenlast ist durch die Abflußgeschwindigkeit des Hydraulikmediums entsprechend dem gewünschten Verlauf der Hubgeschwindigkeit der Preßplatte abbaubar. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Abflußgeschwindigkeit des Hydraulikmediums steuerbar.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, daß die Querschnitte der Zu- und Ablauföffnungen des Hydraulikraums so ausgelegt sind, daß das Hydraulikmedium mit einer Geschwindigkeit von mehr als 10 m/s ablaufen kann. Dies ermöglicht, die für niedere Formen erforderliche maximale Hubgeschwindigkeit von bis zu 20 m/s zu erreichen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Abfluß des Hydraulikraums über Schaltelemente vom sonstigen Hydraulik-Kreislauf abkoppelbar und über eine Leitung relativ großen Querschnitts an einen Ablauftank angeschlossen. Das Hydraulikmedium kann wegen Verringerung der Reibung verlustfreier und somit schneller abfließen.

Außerdem sieht die Erfindung in einem weiteren vorteilhaften Merkmal vor, daß der Druck der Hydraulikquelle zwischen 100 und 300 bar liegt. Bei Beaufschlagung des Hydraulikraums mit Hydraulikmedium von dieser Hydraulikquelle wird der Arbeitskolben nach

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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Volumen des Druckgasspeichers voreinstellbar, so daß der Gesamthub und die Druckhöhe an die Formstoffhöhe angepaßt werden können. Der Druckverlauf über den Gesamthub läßt sich ferner dadurch beeinflussen, daß der Druckgasspeicher mit wenigstens einem zuschaltbaren externen Druckgasspeicher verbunden ist.

Mit Vorzug ist der Druckgasspeicher von einem den Antriebskolben führenden Druckzylinder gebildet und sein Volumen mittels eines Stellkolbens veränderbar. Dadurch wird die direkte verlustfreie Einleitung des Gasdruckes auf den Antriebskolben ermöglicht, wobei das Volumen trotzdem noch einzustellen ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Antriebskolben doppeltwirkend ausgebildet und bildet einerseits den beweglichen Abschluß des Druckgasspeichers andererseits den beweglichen Abschluß des Hydraulikraums. In Arbeitsrichtung wirkt somit das Hydraulikmedium hemmend gegen den Druck des expandierenden Gases, in der Gegenrichtung wirkt das von der Hydraulikquelle geförderte Hydraulikmedium über den Antriebskolben auf das darüber eingeschlossene expandierte Druckgas und komprimiert es.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß der Antriebskolben über eine hohle, zum Druckgasspeicher offene Kolbenstange mit der Preßplatte verbunden ist, und daß der Stellkolben mit einem zylindrischen Ansatz in die Kolbenstange mit Spiel hineinragt.

Durch die Ausbildung der Kolbenstange als Hohlkörper wird die Massenträgheit wesentlich verringert und dadurch eine Vergrößerung der Beschleunigung erzielt. Das seitliche Spiel zwischen dem zylindrischen Ansatz und der Kolbenstange verhindert den Aufbau eines Unter- bzw. Überdruckes innerhalb des Hohlraums der Kolbenstange.

Mit Vorteil steht der Gasdruckspeicher in der Ausgangslage der Preßplatte unter einem Gasdruck zwischen 50 und 200 bar, und beträgt das Verhältnis von Gasdruckspeichervolumen und Verdrängungsvolumen des Antriebskolben mindestens 5:1. Die Höhe des Gasdrucks bestimmt die maximale Hubgeschwindigkeit, die über sie eingestellt werden kann, und das Verdrängungsvolumen wirkt als Gegenlast, und steuert den zeitlichen Verlauf der Hubgeschwindigkeit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform münden wenigstens zwei Zu- und Ablauföffnungen des Hydraulikraum'es in wenigstens je einem Zu- und Ablaufkanal der Ringleitung. Eine schlagartige Entleerung des Hydraulikraumes ist durch diese Anordnung möglich.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hydraulikquelle über einen Steuerschieber, ein Rückschlagventil und eine Ringleitung mit den beiden Zu- und Ablauföffnungen des Hydraulikraums verbunden ist, und daß die Ringleitung über ein aufsteuerbares Rückschlagventil an den Ablauftank angeschlossen ist, und daß der Steuerschieber in einer ersten Stellung den Hydraulikraum mit der Hydraulikquelle verbindet und die Steuerleitung des aufsteuerbaren Rückschlagventils druckentlastet, so daß dieses schließt und in einer zweiten Stellung die Steuerleitung mit der Hydraulikquelle verbindet, so daß das Rückschlagventil gegen den Druck in der Ringleitung öffnet und den Hydraulikraum mit einem Ablauftank verbindet. Die Hydraulikquelle kann sowohl zum Befüllen des Hydraulikraums, als auch zum Ansteuern des Rückschlagventils eingesetzt werden.

Die Ansteuerung der Hydraulikquelle wird von einem Steuerschieber übernommen, der das Hydraulikmedium entweder in den Hydraulikraum oder zum Rückschlagventil leitet. Die Ringleitung dient dabei entweder der Befüllung oder der Entleerung des Hydraulikraums.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Preßplatte an dem Antriebskolben begrenzt axial verschieblich geführt. Dies gibt die Möglichkeit, die Preßplatte bei Entspannung des Gasvolumens direkt anzutreiben und nach erfolgter Entspannung aufgrund ihrer kinetischen Energie weiterzubewegen, um die Restverdichtung in der Auslaufphase zu bewirken.

In weiterer vorteilhafter Ausführung ist die Preßplatte entsprechend der Modellkontur profiliert. Sie kann insbesondere im Bereich tiefer Modellkonturen einzelne Erhöhungen aufweisen, um über die gesamte Formstoffhöhe unabhängig von der jeweiligen Modellhöhe eine gleichmäßige Verdichtung zu erreichen.

Mit Vorzug wird die Masse der Preßplatte umgekehrt proportional der Formstoffhöhe bzw. der Formstoff masse gewählt. Für die durch Aufprallverzögerung des Formstoffs über der Modellkontur stattfindende Formstoffverdichtung ist die zu verzögernde Masse aus Formstoff und Pressplatte mitentscheidend. Durch die umgekehrte Proportionalität der Masse wirkt bei geringer Formstoffhöhe die anteilig höhere Plattenmasse ersatzweise anstelle der geringeren Formstoffmasse und führt zusammen mit der angestrebt höheren Hubgeschwindigkeit bei geringen Formstoffhöhen zu einem vergleichbar höherem Verdichtungsimpuls mit entsprechend hoher Verdichtungsintensität.

Im übrigen ist es von Vorteil, wenn die Preßplattenmasse und die Formstoff masse in einem Verhältnis zwischen 1:1 und 1:10 stehen.

Auch durch Wahl der Preßplattenmasse lassen sich die Hubgeschwindigkeit und der Geschwindigkeitsverlauf in einfacher Weise beeinflussen. Bei gleicher Antriebskraft wird mit einer kleineren Preßplattenmasse eine kürzere Anlaufphase bei höherer Hubgeschwindigkeit erreicht.

Mit Vorteil ist der Spulenkörper freifliegend innerhalb der Spulen angeordnet und in der angehobenen Ausgangslage von einer Zentrier- und Rückhaltespule gehalten.

Ausführungsbeispiele

Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: ein Hub-Zeitdiagramm für das Verdichtungsverfahren gemäß dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung; Fig. 2: ein aus dem Diagramm gemäß Figur 1 abgeleitetes Diagramm Hubgeschwindigkeit/Hubzeit; Fig. 3: einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens; Fig. 4: einen der Figur 3 ähnlichen Schnitt einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 5: ein Schaltbild für die hydraulische Steuerung;

Fig. 6: einen der Figur 3 und 4 ähnlichen Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung.

In dem Hub/Zeitdiagramm der Figur 1 ist mit der Kurve a der Verlauf einer durch Stoß beschleunigten Bewegung gemäß dem Stand der Technik, das als sogenanntes „Hochgeschwindigkeitspressen" bekannt ist, wiedergegeben. Aus dem Kurvenverlauf läßt sich erkennen, daß der Hub pro Zeiteinheit zwar schnell anwächst, über den Gesamtverlauf jedoch stetig abnimmt. Die Kurve b gibt den Verlauf beim erfindungsgemäßen Verfahren wieder, indem die Pressplatte zunächst langsam anläuft und in der Hauptphase mit einer annähernd gleichbleibenden Geschwindigkeit bewegt wird, um schließlich in der Auslaufphase degressiv abgebremst zu werden. Die Anlauf phase nimmt dabei etwa 10 bis 50% des Gesamthubzeit ein, während die Auslauf phase bis maximal 30%, vorzugsweise zwischen 10 und 20% der Gesamthubzeit beträgt.

Das Diagramm gemäß Figur 2 gibt Auskunft über den bei dem bekannten und dem erfindungsgemäßen Verfahren auftretenden Verlauf der Geschwindigkeit der Preßplatte. Bei dem bekannten Verfahren gemäß Kurve a nimmt die Hubgeschwindigkeit im Augenblick des Aufpralls des Stoßkolbens ihren Höchstwert an und fällt danach kontinuierlich über einen größeren Bereich linear und in der Auslaufphase degressiv ab. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Kurve b nimmt die Geschwindigkeit demgegenüber langsam und progressiv zu bis zum Erreichen der maximalen Hubgeschwindigkeit, die dann über einen größeren Bereich, die Hauptphase, annähernd konstant bleibt, um schließlich relativ schlagartig in eine degressive Verzögerung in der Auslaufphase überzugehen. Dabei wird die maximale Hubgeschwindigkeit an die Formstoffhöhe und den gewünschten Verdichtungsgrad angepaßt.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform einer vorrichtungstechnischen Lösung. Auf einer heb- und senkbaren Platte 1 sitzt ein Modell 2 und ein dieses umgebender Formkasten 3, auf den ein Füllrahmen 4 aufgesetzt ist. Formkasten 3 und Füllrahmen 4 werden in herkömmlicher Weise vor dem Verdichten mit Formstoff 5, z. B. bentonitgebundenem Formsand gefüllt. Oberhalb dieser Formeinheit ist eine insgesamt mit 6 bezeichnete Verdichtungseinheit angeordnet, die im wesentlichen aus einem Druckzylinder 7 und einer Preßplatte 8 besteht. Die Preßplatte 8 weist beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel einen nach unten gezogenen Umfangsrand 8a auf und ist mittels Führungsstangen 9 in dem ortsfesten Teil 6a der Verdichtungseinheit 6 geführt. Die Preßplatte ist weiterhin mittels eines Ansatzes 8b in ihrem Zentrum an einem Zapfen 10 geführt und auf diesem begrenzt axial beweglich, wobei als Begrenzungsanschlag 11 ein am Ende des Führungszapfens 10 angeordneter Bund dient, der mit dem Boden 12 einer Ausnehmung 12a in der Preßplatte 8 zusammenwirkt.

Der Führungszapfen 10 sitzt an der Kolbenstange 13 eines Antriebskolbens 15, der - ebenso wie die Kolbenstange 13 - mit einem zylindrischen Hohlraum 14 versehen ist. Die Kolbenstange 13 und der Kolben 15 stellen die untere Begrenzung eines Zylinderraums dar, der als Druckgasspeicher 16 dient. Die obere Begrenzung des Volumens des Druckgasspeichers 16 ist durch einen Stellkolben 17 gebildet, der mit einem Ansatz 18 in den zylindrischen Raum 14 des Kolbens 15 hineinragt. Der Stellkolben 17 begrenzt wiederum einen Druckraum 19, der über eine Öffnung 20 hydraulisch beaufschlagt ist. An dem Kolben 17 greift ferner eine Schaltstange 21 an, die den oberen Deckel des Druckzylinders 7 durchgreift.

Von dem Antriebskolben 15, der Kolbenstange 13, dem Druckzylinder 7 und dem unteren Zylinderdeckel wird ein Hydraulikraum 22 begrenzt, der über Anschlüsse, die ferner als Zu- und Ablauföffnungen 23, mit Hydrauliköl beaufschlagt werden kann. Der Gasdruckspeicher 16 kann über Anschlüsse 24 an ein oder mehr weitere Gasdruckspeicher konstanten Volumens angeschlossen sein, die zum Nachführen von Lekageluft oder aber als zu- und abschaltbare Gasvolumina zur Veränderung des Gesamthubs dienen können. Oberhalb des Antriebskolbens 15 steht ein Gasdruck zwischen 50 und 200 bar an, während der Hydraulikraum 22 an ein . Hydrauliksystem mit Arbeitsdrücken zwischen 100 und 350 bar je nach Verhältnis der Kolbenflächen angeschlossen ist. In Figur 3 ist die Ausgangslage vor einem Verdichtungshub wiedergegeben. Die Preßplatte 8 ist zuvor unter Auflage auf der Oberfläche der Formstoff-Füllung 5 zusammen mit dem Formkasten 3 und dem Füllrahmen 4 durch Anheben der Modellplatte 1 in ihre obere Lage verbracht worden, wobei sie auf dem Führungszapfen 10 bis zum Anschlag der oberen Stirnseite 25 ihres zentrischen Ansatzes 8 b an einer Anschlagscheibe 26 der Kolbenstange 13 geführt worden ist. Der Antriebskolben 15 steht unter einer Gasvorspannung im Druckgasspeicher 16 und einem hydraulischen Gegendruck im Hydraulikraum 22.

Bei Freigabe der im Hydraulikraum 22 eingespannten Hydrauliksäule werden der Arbeitskolben 15 mit der Kolbenstange 13 sowie die Preßplatte 8 und schließlich auch die Formstoff-Füllung 5 in Richtung auf das Modell 2 beschleunigt. Der Querschnitt der Ablauföffnungen 23 wird so ausgelegt, daß die Abflußgeschwindigkeit in jedem Fall über 10 m/s liegt, so daß Kolbengeschwindigkeiten zwischen 2 und 20 m/s erzeugt werden können. Der zeitliche Abbau des Gasdrucks im Druckgasspeicher 16, die wirksame Fläche des Antriebskolbens 15, die Kolbenmasse, die Masse der Preßplatte 8, die Hydraulik-Abflußleistung sowie die Formkastenfläche und die Höhe des Verdichtungshubs bestimmen die Verdichtungsgeschwindigkeit und damit das Verdichtungsergebnis. Mit mehreren Ablauföffnungen 23 in der Größenordnung bis etwa 100 mm lassen sich kurzzeitig Abflußgeschwindigkeiten bis zu 40 m/s erreichen. Weitere Details dieser Steuerung sind später mit Bezug auf Figur 5 beschrieben.

Vor Erreichen seiner Endlage wird der Antriebskolben 15 abgebremst. Hierzu weist die Kolbenstange 13 an ihrem oberen Ende eine konische Erweiterung 13a auf. Ferner ist in das untere Ende des Zylinders 7 ein Dämpfungsring 7a eingesetzt, durch dessen Öffnung 7b die Kolbenstange 13 hindurchgreift. Der Querschnitt des zwischen der Kolbenstange 13 und der Wandung der Öffnung 7b vorhandenen Ringraums ist nennenswert größer als der Querschnitt der Ablauföffnungen 23. Sobald die Erweiterung 13a an der Kolbenstange 13 in die Öffnung 7b einzutauchen beginnt, verengt sich deren Querschnitt zunehmend, so daß die Hydraulikflüssigkeit gedrosselt wird, bis schließlich der Antriebskolben zum Stehen kommt.

Die begrenzte Verschieblichkeit der Preßplatte 8 auf dem Führungszapfen 10 führt zu einem Freihub, der in Figur 3 mit 27 angedeutet ist. Damit können schwankende Eigenschaften des Formstoffs und damit verbundene unterschiedliche Verdichtungshübe automtisch ausgeglichen werden. Hat nämlich der Arbeitskolben 15 seine Endlage erreicht, so wird die Preßplatte 8 sich aufgrund ihrer Massenträgheit bis zur Endlage, die von dem noch vorhandenen Fließvermögen der Formstoffpartikel bestimmt wird weiterbewegen und darüber hinaus auf dem Formrücken eine zusätzliche Verdichtungswirkung erzeugen.

Da es bei hohen Verdichtungsgeschwindigkeiten zu Lufteinschlüssen innerhalb der Formstoffsäule und unterhalb der Preßplatte 8 kommen kann, ist die Preßplatte 8 zur Vermeidung von Formfehlern mit Schlitzen, Löchern oder Düsen 28 versehen. Das Volumen des Gasdruckspeichers 16, das auch das Volumen des zylindrischen Hohlraums 14, der aus Gründen der Gewichtsersparnis vorgesehen ist, einschließt, kann über den Stellkolben 17 eingestellt werden. Dadurch läßt sich der Ausgangsdruck und damit die Anfangsbeschleunigung des Arbeitskolbens variieren. Der Enddruck bleibt unabhängig von der Anordnung des Stellkolbens 17 bei konstantem Kolbenhub gleichfalls konstant. Der zeitliche Ablauf der Beschleunigung läßt sich aber, wie bereits angedeutet, durch Zuschaltung externer Gasspeicher über die Anschlüsse 24 variieren. Auch diese zusätzlichen Gasspeicher werden bei der Rückstellung des Arbeitskolbens 15 mittels des Hydraulikmediums wieder auf ihren Ausgangsdruck zurückkomprimiert.

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In Figur 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, die eine Einstellung des Verdichtungshubs, z. B. zur Anpassung an unterschiedliche Modellgeometrien ermöglicht. Im unteren Bereich des Hydraulikraums 22 ist statt des ortsfesten Dämpfungsrings 7a der Figur 3 eine Dämpfungshülse 29 angeordnet, die auf einem Teil ihrer Mantelfläche vom Druckzylinder 7 durch einen Ringraum 30 abgesetzt ist. Die Dämpfungshülse 29 ist ferner mit mehreren Durchbrüchen 31 versehen, die die Verbindung zwischen dem Hydraulikraum und den Ablauföffnungen 23 herstellen. Die Dämpfungshülse 29 kann über eine auf ihre Unterseite wirkende Hydraulik mit einem Anschluß 32 axial angehoben und eingestellt werden, während das Absenken durch die Hydraulikflüssigkeit im Hydraulikraum 22 geschieht. Die Hublänge der Dämpfungshülse 29 sollte dabei etwa 20 bis 30% des Verdichtungshubs betragen. Statt dieser Variation der Dämpfungslage des Antriebskolbens 15 ist es auch möglich, die Hublage der Modellplatte 1 mittels eines entsprechenden Hubaggregates einzustellen, so daß ein beliebiger Teil des in Figur 3 mit 27 bezeichneten Freihubs als freier Vorlauf 33 der Preßplatte 8 zur Verfügung steht, so daß sich bei vollem Hub des Arbeitskolbens 15 ein geringerer Hub der Preßplatte 8 ergibt. Vor allem bei dieser Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, an der Stirnseite 25 des zentrischen Ansatzes 8b der Preßplatte 8 einen elastischen Aufschlagring 34 einzulegen, um Aufschlaggeräusche zu vermeiden.

Bei ausgefallenen Modellen mit stark unterschiedlicher Modellhöhe sind bereichsweise unterschiedliche Verdichtungshübe notwendig. Dies läßt sich durch zusätzliche Massen 35 an der Preßplatte 8 verwirklichen, die an die Modellkontur angepaßt sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, auch diese zusätzlichen Massen an der Preßplatte 8 axial beweglich zu führen, um ein selbsttätiges Nachlaufen dieser Massen bei formstoffbedingten Schwankungen des Verdichtungshubs zu ermöglichen. In Figur 4 ist eine solche zusätzliche Verdichtungsmasse 35 wiedergegeben, die für ein großes Ballenmodell vorgesehen ist, dessen Grundfläche 36 bis unterhalb der Trennebene 37 reicht. Die zusätzliche Masse 35 ist über Stehbolzen 38 an der Preßplatte geführt. In der Ausgangslage ist aufgrund der Hubbewegung der Modellplatte 1 die zusätzliche Masse 35 zur Anlage an die Unterseite der Preßplatte 8 gebracht worden. Beim nachfolgenden Verdichtungshub wird zunächst der Formstoff unterhalb der zusätzlichen Masse 35 vorbeschleunigt, bis schließlich die restliche Unterfläche der Preßplatte auf den Formstoffrücken aufläuft. Danach wird die gesamte Formstoffmasse weiterbeschleunigt. Hat der Antriebskolben 15 seine Endlage erreicht, werden die Preßplatte 8 und die zusätzliche Masse 35 infolge Massenträgheit jeweils unabhängig voneinander und abhängig von der bereichsweise erreichten Verdichtung des Formstoffs in ihre jeweilige Endlage weiterlaufen.

Figur 6 zeigt eine Variante, die insbesondere für größere Formkästen geeignet ist. Hierbei sind auf einem gemeinsamen Träger 39 zwei Verdichtungseinheiten 6 mit je einer Preßplatte 8 nebeneinander angeordnet, wobei jede Preßplatte 8 etwa den halben Querschnitt des Formkastens 3 bzw. des Füllrahmens 4 überdeckt. Der Verdichtungshub der beiden Verdichtungseinheiten 6 kann gemeinsam ausgelöst werden, erfordert jedoch keine exakte Gleichlaufbewegu.ng. Zweckmäßig sind jedoch die Schaltorgane, die den Abfluß des Hydraulikmediums aus dem Hydraulikraum 22 des Druckzylinders 7 steuern, parallel angeordnet und vor den Schaltorganen eine Druckausgleichsleitung vorgesehen. Die Variante gemäß Figur 6 kann auch in der Weise abgewandelt werden, daß zugleich Ober- und Unterkasten einer kompletten Kastenform in einem einzigen Arbeitstakt hergestellt werden können. In Figur 5 ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuerung wiedergegeben. Die Anschlüsse der Zu- und Ablauföffnungen 23 liegen in einem Hydraulik-Hochdruckkreislauf, dessen Quelle, z. B. eine Hydraulikpumpe, mit 41 bezeichnet ist. Sie wird aus einem Tank 46 gespeist. Von der Hochdruckquelle 41 gelangt das Druckmittel über einen Steuerschieber 42 und ein Rückschlagventil 43 in eine Ringleitung 44, die das Druckmittel zu den beiden Anschlüssen der Zu- und Ablauföffnungen 23 des Hydraulikraums 22 führen. Die Ringleitung 44 sind über ein aufsteuerbares Rückschlagventil 45 an einen Ablauftank 47 angeschlossen, dessen Abfluß 48 in den Tank 46 mündet und der ferner eine Entlüftung 50 aufweist. Das Rückschlagventil 45 liegt über eine Steuerleitung 49 am Steuerschieber 42 und kann somit von der Hydraulikpumpe 41 beaufschlagt werden. Gegebenenfalls kann der Hydraulikraum 22 noch über eine Leitung 51 und eine Drossel 52 zur Feineinstellung mit der Ringleitung 44 verbunden sein.

In der Position „B" des Steuerschiebers 42 wird der Hydraulikraum 22 von der Hydraulikpumpe 41 beaufschlagt, so daß der Arbeitskolben 15 das Gasvolumen im Speicher 16 auf den gewünschten Enddruck bringt. Das aufsteuerbare Rückschlagventil 45 befindet sich dabei in der Schließstellung. Die Preßplatte 8 ist durch Nachführen der Modellplatte 1 mit Formkasten 3 und Füllrahmen 4 in ihre obere Ausgangslage bewegt worden.

Durch Umschalten des Steuerschiebers 42 in die Position „A" wird der Hydraulikraum 22 über das Rückschlagventil 43 gegenüber der Hydraulikpumpe 41 abgeschlossen, während zugleich die Pumpe über die Steuerleitung 49 das Rückschlagventil 45 öffnet. Die Hydraulikflüssigkeit kann über die Ablauföffnungen 23, die Ringleitung 44 und das offene Rückschlagventil 45 schlagartig in den Ablauftank 47 abfließen, dessen Volumen groß genug ist, um die gesamte Hydraulikmenge des Systems aufzunehmen und den Druck schlagartig abzubauen. Dabei bewegen sich der Arbeitskolben 15 und die Preßplatte 8 mit dem gewünschten Geschwindigkeitsverlauf nach unten, um die Formstoff-Füllung 5 zu verdichten.

Claims (31)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zum Verdichten von Gießereiformstoff, insbesondere Formsand, mittels einer der Formstoffoberfläche unmittelbar aufliegenden Preßplatte, die auf eine Hubgeschwindigkeit bis zu 20 m/s beschleunigt wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Preßplatte (8) in einer Anlaufphase mit bis zu 50% der Gesamthubzeit bis zu maximalen Hubgeschwindigkeit progressiv beschleunigt, in der anschließenden Bewegungsphase mit nahezu konstanter Hubgeschwindigkeit bewegt und in der Auslauf phase mit bis zu maximal 30% der Gesamthubzeit degressiv verzögert wird.
2. 2. Verfahren, insbesondere nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Hubgeschwindigkeit der Preßplatte (8) umgekehrt proportional zur Formstoff höhe gewählt wird.
3. 3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Hubgeschwindigkeit bis zu 200 mm Formstoffhöhe zwischen 20 und 12 m/s von 200 bis 400 mm Formstoff höhe zwischen 12 und 7 m/s und für Formstoffhöhen größer 400 mm zwischen 7 und 2 m/s beträgt.
4. 4. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Preßplatte (8) mittels eines vorgespannten Federantriebes, vorzugsweise mittels einer Gasfeder in Form eines abgeschlossenen hochgespannten Durckgasvolumens angetrieben wird.
5. 5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Druckgas nach dem Entspannen rückkomprimiert wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die maximale Hubgeschwindigkeit der Preßplatte (8) durch die Höhe des Gasdrucks eingestellt und der zeitliche Gasdruckabfall durch hydraulischen Gegendruck gesteuert wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß das Druckgasvolumen mit ein oder mehr abgeschlossenen hochgespannten Gasvolumina in Verbindung steht, die im Verlauf des Druckabfalls zugeschaltet werden.
8. 8. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Preßplatte (8) in der Auslauf phase der Hubbewegung von der Antriebskraft des Gasvolumens abgekoppelt und allein aufgrund des ihrer Massenträgheit entgegenwirkenden Widerstandes des Formstoffs (5) bis zu ihrer Endlage verzögert wird.
9. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Punkte 1 bis 8, bestehend aus einer Modellplatte, einem den Formstoff aufnehmenden Formkasten mit Füllrahmen und einer darüber angeordneten Preßplatte mit einem Antrieb, unter dessen Wirkung die Preßplatte in den Füllrahmen unter Verdichten des Formstoffs eintaucht, gekennzeichnet dadurch, daß als Antrieb ein Speicher (16) mit hochgespanntem Druckgas dient, dessen eine Begrenzung von einem Antriebskolben (15) gebildet ist, an den die Preßplatte (8) angeschlossen ist, und daß der Antriebskolben (15) an seiner gegenüberliegenden Seite unter Wirkung einer hydraulischen Gegenlast steht.
10. 10. Vorrichtung nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß die hydraulische Gegenlast durch die Abflußgeschwindigkeit eines Hydraulikmediums aus einem Hydraulikraum (22) entsprechend dem gewünschten Verlauf der Hubgeschwindigkeit der Preßplatte (8) abbaubar ist.
11. 11. Vorrichtung nach Punkt 9 oder 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Abflußgeschwindigkeit des Hydraulikmediums steuerbar ist.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß der Hydraulikraum (22) mit Zu- und Ablauföffnungen mit großen Querschnitten (23) versehen ist und diesen eine verstellbare Dämpfungshülse (29) im Hydraulikraum (22) vorgeschaltet ist, mittels der die Endlage des Antriebskolbens (15) einstellbar ist.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß die Querschnitte der Zu- und Ablauföffnungen (23) des Hydraulikraums (22) so ausgelegt sind, daß das Hydrauli.kmedium mit einer Geschwindigkeit von mehr als 10 m/s ablaufen kann.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß der Abfluß des Hydraulikraums (22) über Schaltelemente vom sonstigen Hydraulik-Kreislauf abkoppelbar und über eine Leitung relativ großen Querschnitts an einen Ablauftank (47) angeschlossen ist.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß der Druck der Hydraulikquelle (41) zwischen 100 und 300 bar liegt.
16. 16. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 15, gekennzeichnet dadurch, daß der Arbeitsdruck des Druckgasspeichers (16) durch Volumenveränderung voreinstellbar ist.
17. 17. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckgasspeicher (16) mit wenigstens einem zuschaltbaren externen Druckgasspeicher verbunden ist.
18. 18. Vorrichtung nach Punkt 16 oder 17, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckgasspeicher (16) von einem der Antriebskolben (15) führenden Druckzylinder (7) gebildet ist und sein Volumen mittels eines Stellkolbens (17) veränderbar ist.
19. 19. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß der Antriebskolben (15) doppeltwirkend ausgebildet ist und einerseits den beweglichen Abschluß des Druckgasspeichers (16) andererseits den beweglichen Abschluß des Hydraulikraums (22) bildet.
20. 20. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 19, gekennzeichnet dadurch, daß der Antriebskolben (15) über eine hohle, zum Druckgasspeicher (16) offene Kolbenstange (13) mit der Preßplatte (8) verbunden ist und daß der Stellkolben (17) mit einem zylindrischen Ansatz (18) in die Kolbenstange (13) mit Spiel hineinragt.
21. 21. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 20, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckgasspeicher (16) in der Ausgangslage der Preßplatte (8) unter einem Gasdruck zwischen 50 und 200 bar steht.
22. 22. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 21, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis von Druckgasspeichervolumen und Veränderungsvolumen des Antriebskolbens mindestens 5:1 beträgt.
23. 23. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 22, gekennzeichnet dadurch, daß wenigstens zwei Zu- und Ablauföffnungen (23) des Hvrlraiilikraums 122\ in weninstens ie einem Zu- und Ablaufkanal der Rinaleituna (441 münden.

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24. 24. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 23, gekennzeichnet dadurch, daß die Hydraulikquelle (41) über einen Steuerschieber (42), ein Rückschlagventil (43) und eine Ringleitung (44) mit den beiden Zu- und Ablauföffnungen (23) des Hydraulikraums (22) verbunden ist, und daß die Ringleitung (44) über ein aufsteuerbares Rückschlagventil (45) an den Ablauftank (47) angeschlossen ist.
25. 25. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 24, gekennzeichnet dadurch, daß der Steuerschieber (42) in einer ersten Stellung den Hydraulikraum (22) mit der Hydraulikquelle (41) verbindet und die Steuerleitung (49) des aufsteuerbaren Rückschlagventils (45) druckentlastet, so daß dieses schließt und in einer zweiten Stellung die Steuerleitung (49) mit der Hydraulikquelle (41) verbindet, so daß das Rückschlagventil (45) gegen den Druck in der Ringleitung (44) öffnet und den Hydraulikraum (22) mit dem Ablauftank (47) verbindet.
26. 26. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 25, gekennzeichnet dadurch, daß die Preßplatte (8) an dem Antriebskolben (15) begrenzt axial verschieblich geführt ist.
27. 27. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 26, gekennzeichnet dadurch, daß der Kolben (15) an seinem freien Ende mit einem Führungszapfen (10) versehen ist, auf der die Preßplatte (8) axial beweglich angeordnet ist, und daß der Führungszapfen (10) mit einem die axiale Beweglichkeit der Preßplatte (8) begrenzenden Anschlag (11) versehen ist.
28. 28. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 27, gekennzeichnet dadurch, daß die Preßplatte (8) entsprechend der Modellkontur profiliert ist.
29. 29. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 28, gekennzeichnet dadurch, daß die Masse der Preßplatte (8) umgekehrt proportional der Formstoffhöhe bzw. der Formstoffmasse gewählt wird.
30. 30. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 29, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis von Preßplattenmasse und Formstoffmasse zwischen 1:1 und 1:10 beträgt.
31. 31. Vorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 30, gekennzeichnet dadurch, daß an der Preßplatte (8) axial verschiebbare Zusatzmassen (35) anbringbar sind.

    Hierzu 5 Seiten Zeichnungen .

    Anwendungsgebiet der Erfindung

    Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichten von Gießereiformstoff, insbesondere Formsand, mittels einer der Formstoffoberfläche unmittelbar aufliegenden Preßplatte, die auf eine Hubgeschwindigkeit bis zu 20 m/s beschleunigt wird.

    Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

    Die Technik der Verdichtung von Gießereiformstoff hat in den letzten Jahren eine sprunghafte Entwicklung gemacht, die weitgehend von der Verbesserung der Arbeitsbedingungen, insbesondere der Umweltbedingungen in der Gießerei bestimmt war. So ist das früher übliche Rütteln und Preßrütteln wegen der erheblichen Lärmentwicklung in zunehmendem Maß durch pneumatisch arbeitende Formmaschinen, beispielsweise Schießmaschinen ersetzt worden, bei denen eine Vorverdichtung durch Abbremsen eines pneumatisch beschleunigten Formstoffvolumens auf dem Modell und der Modellplatte erfolgt. Hierbei ist im allgemeinen ein mechanisches Nachpressen notwendig, um eine ausreichende Formfestigkeit an der Modellkontur zu erreichen. In neuerer Zeit sind rein pneumatische Verdichtungsverfahren entwickelt worden, bei denen der Formstoff in den Formkasten eingefüllt und anschließend mit einem schlagartigen Gasdruckstoß beaufschlagt wird. Hierfür wird entweder hochgespanntes Druckgas oder ein zur Explosion gebrachtes gasförmiges Brennstoffgemisch verwendet. Mit diesem Verfahren konnten zwar die Formkosten gegenüber den herkömmlichen Verfahren drastisch gesenkt und die Qualität der Form bei einem großen Anteil von Modellen gesteigert werden, doch ergeben sich bei anderen Modellen wieder unerwartete Schwierigkeiten. Mit diesem Verfahren ist es ferner nicht möglich, Gießtrichter oder Gießtümpel direkt einzuformen, da der Formrücken relativ weich bleibt. Bei einigen Gußarten, ζ. B. Sphäroguß oder Stahlguß, ist ein harter Formrücken und wegen der Belastung beim Gießen eine durchgehend hohe Härte erwünscht, was wiederum dazu zwingt, die Form mechanisch nachzupressen, womit der technische Aufwand zu groß wird. Insgesamt läßt sich für diese Verdichtungsverfahreh feststellen, daß die Formkasten gegenüber herkömmlichen Verdichtungsverfahren zwar gesenkt werden können, die praktischen Einsatzmöglichkeiten aber begrenzt sind. Es ist schließlich bereits seit einiger Zeit bekannt, Preßorgane, wie Preßplatten, Preßstempel, Membranen oder dgl. durch Gasdruck zu beaufschlagen, doch haben diese Verfahren bisher keine praktische Bedeutung erlangt, offensichtlich deshalb, weil die Verdichtungswirkung den Bereich bekannter hydraulischer oder pneumatischer Preßverfahren nicht überstieg. Es ist schließlich bekannt („Litejnoe Proizvodstvo in Deutsch" Jg. 1963 H. 3, S. 6 bis 9), eine dem Formstoff frei aufliegende Platte durch Stoßimpuls zu beschleunigen. Dieses sogenannte „Hochgeschwindigkeitspressen" geschieht dadurch, daß ein Schlagkolben in einem Zylinder durch einen gezündeten Explosivstoff schlagartig beschleunigt wird und seine kinetische Energie beim Aufprall auf die Preßplatte abgibt. Dadurch wird die Preßplatte im Augenblick des Impulses schlagartig auf Maximalgeschwindigkeit beschleunigt und während des Verdichtungshubs durch die innere Reibung der Formstoffpartikel bis zum Stillstand abgebremst. Der zeitliche Verlauf der Verzögerung wird vom Elastizitätsverhalten der Preßplatte und vom Dämpfungsverhalten der Formstoffmasse maßgeblich beeinflußt. Schwankende Eigenschaften der Formstoffmasse, wie sie in der Praxis üblich sind, sowie unterschiedliche Formstoffhöhen bei verschieden hohen Modellen führen zu unterschiedlicher Verdichtungswirkung, die im übrigen durch überlagerte Stoßwellen gestört wird. Um den Aufbau axialer Stoßwellen zu vermeiden, wird das Antriebsgas über dem Schlagkolben bereits vor dem Aufschlag auf die Preßplatte durch Auspufföffnungen drucklos entspannt. Es wird ferner in der Literatur darauf hingewiesen, daß es im Bereich des Formrückens zu Abplatzungen und Rissen, sogar zur Kornzerstörung beim Formstoff kommen kann, weil offensichtlich der Formrücken aufgrund der sehr hohen Anfangsbeschleunigung zu stark verdichtet wird, so daß die Form nach dem Entlasten „springt". Dieses Verfahren scheint bisher nur im Labormaßstab durchgeführt worden zu sein. Die Ursachen dürften nicht nur die vorgenannten Nachteile, sondern auch die Tatsache sein, daß bei üblicher Bauhöhe von Formkästen und entsprechend großem Verdichtungshub hochbrisante Explosivstoffe mit entsprechendem Energieinhalt eingesetzt Werden müßten die natlirOfimäR mmh sirherhCNtstD^hnicnha Rici^on in ci/»h hnmon Δίο γ-ιλοΙ+μ/ an WIocom Ainamicrkon Orocion