DE10052954C1 - Drucklufteinlass- und Auslasseinheit für Formmaschinen, insbesondere Kernschießmaschinen - Google Patents

Abstract

Bei der Anordnung für den Drucklufteinlass- und -auslass an Formmaschinen, insbesondere Kernschießmaschinen, wird die Schießluft aus einem Druckbehälter, der sich in unmittelbarer Nähe des Lufteinlasses befindet, impulsartig auf die Sandsäule im Inneren der Schießeinrichtung geleitet. Eine gleichförmige Durckbeaufschlagung des Kernsandes im Inneren des Schießrohres wird erreicht durch Luftleitkanäle, die unmittelbar in der Wandung des Schießrohres integriert sind und einen Neigungswinkel von 15 DEG bis 45 DEG gegenüber der vertikalen Längsachse des Schießrohres aufweisen. DOLLAR A Durch den Verzicht auf gesonderte Luftführungseinrichtungen und die Minimierung der Überströmwege zwischen Druckluftbehälter und Innenraum des Schießrohres wird der Übergangswiderstand der durchströmenden Luft signifikant reduziert. Zugleich sinken die Herstellungskosten der Schießeinrichtung, da die geneigten Luftleitkanäle mit einfachen Mitteln (z. B. Wasserstrahlschneiden) in die Wandung des aus hochfesten Stählen gefertigten Schießrohres eingearbeitet werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für den Drucklufteinlass- und -auslass an Formmaschinen, insbesondere Kernschießmaschinen.

Aus der DE 91 09 886 U1 ist ein Schießsystem für kalthärtende Sande mit einem innenliegenden, auswechselbaren Düsenring bekannt. Der Kernsand im Inneren des Schießrohres wird dabei mit Druckluft beaufschlagt, die über einen Lufteinlassstutzen im domartig geformten Oberteil des Schießsystems einströmt. Durch den waagerecht angeordneten Düsenring wird die Druckluft senkrecht nach unten geleitet. Dabei wird der Luftstrom nach dem Durchtritt durch den Düsenring zwischen der Innenwandung des Schießrohres und der beabstandeten Außenwandung eines als Hohlzylinder ausgebildeten Sandeinlaufs geführt. Somit trifft der durch den Düsenring zusätzlich beschleunigte Luftstrom unter einem Winkel von etwa 0°, bezogen auf die Längsachse des Schießrohres, auf den Kernsand im unteren Bereich des Schießsystems.

Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass durch den in den Arbeitsraum des Schießsystems ragenden, hohlzylinderförmigen Sandeinlauf die Sandeinfüllmenge begrenzt ist. Dieser Nachteil könnte durch eine größere Dimensionierung des haubenartigen Aufsatzes des Schießsystems, das Lufteinlass- und Luftauslass aufnimmt, kompensiert werden. Durch die größere Bauform werden die Fertigungskosten der Kernschießmaschine signifikant erhöht. Ebenso steigt proportional der tatsächliche Luftverbrauch pro Schuss und damit die direkt zurechenbaren Nebenkosten für Hilfsstoffe und Energie.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch die kreisringförmige Gestalt des waagerecht angeordneten Düsenrings eine Druckbeaufschlagung des Sandes ausschließlich in der peripheren Randzone im Inneren des Schießsystems erfolgt. Dadurch kommt es zu einem diskontinuierlichen Nachrutschen des Kernsandes und in der Folge zu einer ungleichmäßi­ gen Befüllung der Schießform. Bedingt durch die ungleichmäßige Befüllung der Schießform wird eine inhomogene Kernstruktur erreicht, welche sehr unterschiedliche Festigkeitseigenschaften aufweist.

Daneben ist aus der DE 299 22 733 U1 ein Schießsystem zur Verdichtung kalt aushärtender Sande mit einem Sandeinlaufrohr und mit einem, das Sandeinlaufrohr in koaxialem Verlauf umschließenden Schießrohr zur Durchleitung gespannter Luft bekannt. Dabei ist das an dem, den Sandeinlauf zugewandten Ende des Schießrohres eine Haube mit Lufteinlass- und Luftauslass angeordnet. Im Inneren der Haube befindet sich ein Luftverteilkorb mit einem koaxial zum Sandeinlaufrohr ausgerichteten und das Sandeinlaufrohr mit einem definierten Abstand umschließenden Ringabschnitt. Die in dem Ringabschnitt des Luftverteilkorbes angeordneten Luftdurchtrittsöffnungen sind schlitzartig ausgebildet und erstrecken sich koaxial, in Lufteintrittsrichtung sich stetig verjüngend, auf dem Umfang des Luftverteilkorbes.

Durch diese Anordnung wird eine gleichmäßige Belüftung sowohl beim Transport des Kernsandes in den Formkasten als auch beim nachfolgenden, unter hohem Druck erfolgenden Einschießen der hochgespannten Luft zur nachfolgenden Verdichtung des Sandes gewährleistet. Durch die Verjüngung der waagerecht verlaufenden Schlitze wird zudem ein Mitreißen von Kernsand beim anschließenden Entlüften weitestgehend vermieden.

Nachteilig an dieser Lösung ist der konstruktiv hohe Aufwand für die Gestaltung des Luftverteilkorbes. Durch die größeren Anordnungen des Luftverteilkorbes im Arbeitsraum des Schießsystems ist die maximal einzubringende Menge an Kernsand begrenzt. Eine Alternative bestünde auch hier in der größeren Dimensionierung des haubenartigen Aufsatzes des Schießsystems, mit den vorgenannten Nachteilen.

Ein weiterer Nachteil der Lösung nach der DE 299 22 733 U1 liegt darin begründet, dass die Teilluftströme beim Passieren der waagerecht angeordneten Schlitze im Inneren des Schießrohres aufeinanderprallen und verwirbeln, so dass durch die daraus resultierenden turbulenten Strömungsverhältnisse eine gleichmäßige, impulsartige Druckbeaufschlagung der Oberfläche des zu transportierenden und zu verdichtenden Kernsandes nicht gewährleistet ist.

Aus der DE 37 15 997 A1 ist ein Kopf zum Laden und Einfüllen von Gießereierde in Formmaschinen zum Formen von gepressten Erdkernen bekannt, bei dem die Schießluft über radiale, waagerecht verlaufende Eintrittsöffnungen in das Innere des Schießkopfes und nachfolgend durch einen ringförmigen Spalt zwischen der Innenwandung des Schießrohres und der Außenwandung eines in das Schießrohr mündenden Sandeinfüllstutzens senkrecht nach unten geleitet wird. Durch die damit verbundene Änderung der Strömungsrichtung der Druckluft kommt es insbesondere bei höheren Drücken bzw. größeren Strömungs­ geschwindigkeiten zu Turbulenzen, die ein ungleichmäßiges Befüllen und Verdichten der Kernform bewirken.

Diese bekannte Einfüllvorrichtung hat daneben den Nachteil, dass - bedingt durch die gewählte konstruktive Lösung - das Verhältnis von Durchmesser zu Länge der Füllkammer des Schießrohres zu einem wesentlich größeren Volumen gegenüber anderen Schießsystemen führt. Durch dieses größere Volumen wird mehr Druckluft als bei anderen Systemen benötigt. Der Kernformstoff wird somit von mehr Druckluft durchströmt. Bedingt durch die höhere Durchströmung werden aus dem Bindesystem mehr Lösemittel ausgetragen. Diese Lösemittelverluste senken die Festigkeitswerte ab. Wird das Schuss­ volumen, unter Beibehaltung der Ausführung Druckkessel unmittelbar um das Schießrohr angeordnet, z. B. von 201 auf 401 vergrößert, erfolgt ein nicht benötigter Volumenzuwachs im Schießrohr im Bereich des Druckkessels und die unerwünschte Durchströmung des Kernformstoffes wird noch verstärkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung für den Lufteinlass und -auslass an einer Formmaschine, insbesondere einer Kernschießmaschine zu schaffen, die die Nachteile des bekannten Standes der Technik eliminiert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorzugsweise Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Bei der Anordnung für die Lufteinlass- und Auslasseinheit wird die Schießluft aus einem Druckbehälter, der sich in unmittelbarer Nähe des Lufteinlasses befindet, impulsartig auf die Sandsäule im Inneren der Schießeinrichtung geleitet. Eine gleichförmige Druckbeaufschlagung des Kernsandes im Inneren des Schießrohres wird erreicht durch Luftleitkanäle, die unmittelbar in der Wandung des Schießrohres integriert sind und einen Neigungswinkel von 15° bis 45° gegenüber der vertikalen Längsachse des Schießrohres aufweisen.

Durch den Verzicht auf gesonderte Luftführungseinrichtungen und die Minimierung der Überströmwege zwischen Druckluftbehälter und Innenraum des Schießrohres konnte der Übergangswiderstand der durchströmenden Luft minimiert werden. Zugleich sinken die Herstellungskosten der Schießeinrichtung, da die geneigten Luftleitkanäle mit einfachen Mitteln (z. B. Wasserstrahlschneiden) in die Wandung des aus hochfesten Stählen gefertigten Schießrohres eingearbeitet werden können.

In einer vorzugsweisen Weiterbildung weist die Schießeinrichtung eine zusätzliche Luftleiteinrichtung auf. Damit besteht die Möglichkeit, in Abhängigkeit von der zu trans­ portierenden Sandmenge und den Fließeigenschaften des jeweils verwendeten Kernsandes den Einfallswinkel der Teilluftströme mit einfachen Mitteln gezielt zu verändern. Die optionale Luftleiteinrichtung ist vorzugsweise als auswechselbare, dünnwandige Lochplatte ausgebildet.

In einer weiteren, gleichfalls bevorzugten Ausbildung sind zwei Luftleiteinrichtungen (z. B. in Form von Lochplatten) zueinander beabstandet angeordnet. Durch eine Verschiebung der Luftleiteinrichtungen gegeneinander wird die Strömungsrichtung der Druckluft gezielt verändert.

In einer weiteren, gleichfalls bevorzugten Ausbildung ist im Zwischenraum zwischen den beabstandeten Luftleiteinrichtungen ein Filter angeordnet, der insbesondere feinkörnige Komponenten des Schießsandes zurückhält und dadurch eine mechanische Zerstörung bzw. einen mechanischen Abrieb der Bauteile bzw. Baugruppen im Luftauslassbereich des Schießkopfes verhindert.

Durch die gerichtete Druckbeaufschlagung des Kernsandes im Inneren des Schießsystems ist es zudem gelungen, eine homogene Strömung des Kernformstoffes zu erreichen. Der Schüttkegel im Schießrohr bleibt nach jedem Schuss mit seiner Oberfläche zu erhalten. Die gleichmäßigere Verdichtung bewirkt eine bessere Homogenität des künftigen Kerns in seiner Konsistenz und führt insbesondere zu einer Verringerung der Oberflächenrauhigkeit und einer gleichmäßigen Festigkeit des Kernmaterials und damit einer besseren Oberfläche des späteren Gussteiles.

In einer besonders bevorzugten Ausbildung ist ein Druckluftbehälter kreisringförmig am Umfang der Schießeinrichtung angeordnet. Dadurch sind die Übertragungswege zwischen Druckluftbehälter und Innenraum des Schießsystems minimiert. So kann die vorgespannte Druckluft auf kürzestem Wege und ohne Druckabfall über eine oder mehrere verschließbare Lufteintrittsöffnungen in den Innenraum des Schießsystems dringen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben und in zugehörigen Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schießeinrichtung in einer stilisierten, geschnittenen Seitenansicht,

Fig. 2 in einer vergrößerten Einzelheit die Neigung der Lufteinschusskanäle gegenüber der Längsachse des Schiessrohres,

Fig. 3 die Anordnung gemäß Fig. 2 mit einem ringförmig angeordneten Filter, der die Mündungen der Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnung überdeckt,

Fig. 4 in einer stark stilisierten, geschnittenen Draufsicht die ringförmige Anordnung der Lufteinschusskanäle.

Das Einbringen des Kernsandes in die Kernkästen geschieht wie folgt (vgl. Fig. 1): Bei Erreichen einer minimalen Füllstandshöhe der Sandsäule 4 im Schießrohr 1 wird zur Befüllung der Schießeinrichtung die am höchsten Punkt angeordnete Drehklappe 9 geöffnet, so dass der im nicht näher dargestellten Sandtrichter befindliche Kernsand frei in den Arbeitsraum des Schießrohres 1 fallen kann. Nach Erreichen der maximalen Füllstandshöhe schließt die Drehklappe 9 den Arbeitsraum des Schießrohres 1 gasdicht. Zum Transport des Kernsandes in die Form des Kernkastens und zum gleichzeitigen Verdichten des Kernsandes wird Druckluft impulsartig über die in der Wandung des Schießrohres 1 angeordneten, unter einem Winkel Φ = 30° geneigt zur Längsachse 6 des Schießrohres 1 angeordneten Lufteintrittskanäle 7 gerichtet auf die Oberfläche des Kern­ sandes im Arbeitsraum des Schießrohres 1 aufgebracht. Die ringförmig angeordneten Lufteintrittsöffnungen 7 grenzen unmittelbar an einen umlaufenden kreisringförmig ausgebildeten Druckluftbehälter 3. Durch diese besondere Ausbildung sind die Übertra­ gungswege zwischen Druckluftbehälter 3 und Arbeitsraum des Schießrohres 1 minimiert. So kann die vorgespannte Schießluft S auf kürzestem Wege und ohne Druckabfall über eine oder vorzugsweise mehrere verschließbare Lufteintrittsöffnungen 7 in den Arbeitsraum des Schießrohres 1 dringen.

Durch das gerichtete Einströmen der Druckluft unter einem Winkel von vorzugsweise 15° bis 45° gegenüber der Längsachse 6 des Schießrohres 1 trifft die Schießluft quasi verwirbelungsfrei auf die Oberfläche des Sandkegels im Arbeitsraum des Schießrohres 1. Durch die quasi laminare Strömung, die durch die bevorzugte Anordnung und Größe der Lufteintrittsöffnungen 7 erreicht wird, ist der Druckabfall beim Passieren der Luft­ eintrittsöffnungen minimal.

Als weiterer Vorteil hat sich herausgestellt, dass durch die gewählte Anordnung der vergleichsweise großflächigen Lufteintrittsöffnungen üblicherweise auftretende Nebenge­ räusche (Pfeifen) beim Einströmen der Druckluft mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten vermieden werden. Damit geht eine bedeutend geringere Umweltbelastung einher.

Ein weiterer Vorteil der gefundenen Anordnung besteht darin, dass sowohl der Energiebedarf für die Erzeugung der Druckluft als auch die benötigte Luftmenge gegenüber den Lösungen des Standes der Technik signifikant minimiert werden konnte. Daraus resultieren geringere Fertigungsstückkosten.

Ein Mitreißen von Kernsandpartikeln beim Ausströmen der entspannten Druckluft nach dem Schuss wird durch geeignete Rückhaltemittel bewirkt, die im Kopfbereich des Schießrohres angeordnet sind und die vorzugsweise ringförmig angeordneten Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnungen 7 überdecken.

Als Rückhaltemittel zur Verhinderung des Mitreißens von Kernsandpartikeln beim Ausströmen der entspannten Abluft A werden bekannte Filter 5 eingesetzt.

In einer weiteren, gleichfalls bevorzugten Ausbildung befindet sich zwischen zwei parallel zueinander angeordneten, beabstandeten Prallblechen ein Filterstoff, der insbesondere beim Schießen von feinstkörnigen Sanden zuverlässig ein Mitreißen von Kernsandpartikeln in die Lufteintrittsöffnungen und den Druckluftbehälter des Schießsystems verhindert. Dadurch werden Kernsandverluste vermieden und insbesondere die mechanisch belasteten, bewegten Baugruppen des Schießsystems vor mechanischem Abrieb und Verschleiß wirksam geschützt.

Das Öffnen und Schließen der Lufteintrittsöffnungen 7 erfolgt über einen druckluftbetätigten ringförmigen Schieber 2, der an der Außenwandung des Schießrohres 1 axial verschiebbar angeordnet ist. Bei geöffnetem Schieber 2 kann die Schießluft S vom Druckluftbehälter 3 über die Lufteinschusskanäle 7 und den Filter 5 in das Innere des Schießrohres 1 überströmen. Nach dem Einschießen des Kernsandes erfolgt die Entlüftung des Schießkopfes über mehrere Luftaustrittskanäle. Vorteilhaft münden die Luftaus­ trittskanäle im Inneren des Schießrohres im Bereich von Filtern oder Luftleiteinrichtungen, so dass beim schlagartigen Entlüften des Innenraumes mitgerissene Sandpartikel von den Luftleiteinrichtungen zurückgehalten werden. Dadurch werden Kernsandverluste vermieden bzw. weitestgehend minimiert. Zudem werden Elemente der Luflauslasseinrichtung vor Zerstörungen bzw. mechanischem Abrieb durch die mitgerissenen Sandpartikel wirksam geschützt.

Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Einzelheit die Ausbildung des druckluftbetätigten Schiebers 2 in geöffneter Stellung. Die pneumatische Ansteuerung des Schiebers 2 erfolgt über Steuerkanäle 10 und 11, über die Druckluft auf den Kolben 12 des Schiebers einwirkt. Daneben ist die Lage und Neigung des Lufteinschusskanals 7 gegenüber der Längsachse 6 des Schiessrohres 1 sichtbar. Der Neigungswinkel Φ des Lufteinschusskanals beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 45°.

Fig. 3 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 2 mit einem ringförmig angeordneten Filter 7, der die Mündungen der Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnung 7, 13 überdeckt. Durch die benachbarte Anordnung der Mündungen der Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnung 7, 13 kann der Filter 5 klein dimensioniert werden, so dass der Strömungswiderstand minimiert wird und bei einem technologisch notwendigen Filterwechsel der Austausch in kürzester Zeit vorgenommen werden kann. Der Neigungswinkel α der Oberfläche des auswechsel­ baren Filters, die dem Arbeitsraum zugewandt ist, beträgt je nach verwendetem Kernsand 10° bis 60°.

Fig. 4 zeigt in einer stark stilisierten, geschnittenen Draufsicht die ringförmige Anordnung der Lufteinschusskanäle 7. Um den Strömungswiderstand bei der Einleitung der vorgespannten Schießluft S zu minimieren ist die Breite der Stege 14, die Ober- und Unterteil des Schießrohres 1 verbinden, minimiert. Die vier symmetrisch angeordneten Lufteintrittskanäle 7 weisen einen Öffnungswinkel β von jeweils 60° auf.

Übersicht verwendeter Bezugszeichen

1

Schießrohr

2

Schieber

3

Druckluftbehälter

4

Sandsäule

5

Filter

6

Längsachse des Schießrohres (Schießachse)

7

Lufteinschusskanal

8

Schießkopf

9

Drehklappe
A Abluft
S Schießluft

10

Steuerkanal (Steuerluft, offen)

11

Steuerkanal (Steuerluft, geschlossen)

12

Kolben

13

Abluftkanal
α Neigungswinkel der Oberfläche des Filters

5

β Öffnungswinkel des Lufteinschusskanals

7

Φ Neigungswinkel des Lufteinschusskanals

7

Claims (6)

1. Anordnung für den Drucklufteinlass- und -auslass an Formmaschinen, insbesondere Kernschießmaschinen, mit einem Druckluftbehälter (3), einem Schiessrohr (1), mindestens einem, am Umfang des Schiessrohres (1) angeordneten Luft­ einschusskanal (7) und mindestens einem Abluftkanal (13),
wobei die Mündungen von Lufteinschusskanal (7) und Abluftkanal (13) benachbart angeordnet sind,
der Lufteinschusskanal (7) den Druckluftbehälter (3) mit dem Inneren des Schiessrohres (1) oder mit einem Filter (5) verbindet,
der Lufteinschusskanal (7) als strömungsoptimierter Durchbruch der Wandung des Schiessrohres (1) ausgebildet ist
und der Lufteinschusskanal (7) gegenüber der Längsachse (6) des Schiessrohres (7) einen Neigungswinkel von 15° ⇐ Φ ⇐ 60° aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteinschusskanal (7) gegenüber der Längsachse (6) des Schiessrohres (7) einen Neigungswinkel von Φ = 45° aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Arbeitsraum des Schiessrohres (1) führenden Mündungen des Lufteinschusskanals (7) und des Abluftkanals (13) von einem Filter (5) überdeckt werden.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Druckbehälter (3) führende Mündung des Lufteinschusskanals (7) von einem Schieber (2) überdeckt wird, der axial verschiebbar auf dem Schiessrohr (1) angeordnet ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen der Lufteinschusskanäle (7) in einer Ebene angeordnet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel α des Filter (5), bestehend aus zwei beabstandeten Lochblechen mit dazwischenliegendem Feinstfilter, in Abhängigkeit vom Schüttwinkel der Sandsäule (4), der Füllmenge und/oder der Fließeigenschaft des Kernsandes einstellbar ist.