DE102005039743B3

DE102005039743B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Verdichtung von Formsand

Info

Publication number: DE102005039743B3
Application number: DE200510039743
Authority: DE
Inventors: Jürgen Prof. Dr.-Ing.habil. Bast; Andrej Dr. Malaschkin; Manfred Dr. Ruffert
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-08-24

Abstract

Verfahren und Vorrichtung dienen der Verdichtung von Formsand, insbesondere zum Einbetten der Schaumstoffmodelle beim Loast-Foam-Gießverfahren unter Verwendung von Rütteltischen. DOLLAR A Der Vorteil der Lösung besteht darin, dass der Rütteltisch bei verschiedenen Vibrationsparametern keine Taumelbewegungen oder nur definierte bzw. einstellbare Kipp- bzw. Drehbewegungen ausführt. DOLLAR A Dazu ist am Rütteltisch wenigstens eine Kontermasse vorgesehen. Sie ist mit ihm massemäßig verbunden und relativ zu ihm in wenigstens einer Richtung verschiebbar. Jede Verschiebung der Kontermasse wirkt sich auf die Lage des Masseschwerpunktes des schwingenden Systems aus. Veränderungen seiner Position, zum Beispiel durch Einfüllen des Sandes in den Formkasten, können mit einer Gegenbewegung der Kontermasse kompensiert werden. Hierdurch wird es möglich, die Lage des Masseschwerpunktes in Bezug auf die Erregungsachsen einzustellen und in einer gewünschten Position zu halten oder auch während des Verdichtens auf eine andere Position umzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verdichtung von Formsand, insbesondere zum Einbetten der Schaumstoffmodelle beim Loast-Foam-Gießverfahren.
Mit dem Loast-Foam-Gießverfahren können Gussteile mit sehr komplizierten Geometrien, zahlreichen Hinterschneidungen und Hohlräumen gegossen werden. Je anspruchsvoller die Geometrie, je zahlreicher die Modelle in einer Modelltraube, um so schwieriger ist eine gleichmäßige Verdichtung des Formsandes um jedes Modell, in jedem Hohlraum in jeder Etage.
Es sind verschiedene Rütteltische im praktischen Einsatz oder vorgeschlagen, bei denen eine besondere Qualität der Verdichtungswirkung durch die jeweiligen Vibrationsparameter (ein-, zwei- oder dreidimensionale Erregungsrichtungen, Kreisschwingungen, verschiedene Frequenzen oder Frequenzfolgen usw.) erzielt wird bzw. werden soll.

Mit der Lösung nach DE 34 47 588 C2 sollen Taumelbewegungen des Rütteltisches weitgehend vermieden werden. Hierzu werden statt eines vertikal schwingenden Vibrationsantriebes nur horizontale Schwingungskräfte eingesetzt, und zwar in einer Ebene zwischen der obersten Schwerpunktebene (Rütteltisch plus Formkasten ohne Sand) und der untersten Schwerpunktebene (Rütteltisch plus Formkasten mit Sand gefüllt).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung anzugeben, mit der der Rütteltisch bei verschiedenen Vibrationsparametern keine Taumelbewegungen oder nur definierte bzw. einstellbare Kipp- bzw. Drehbewegungen ausführt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe insbesondere durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst.

Am Rütteltisch ist wenigstens eine Kontermasse vorgesehen. Sie ist mit ihm massemäßig verbunden und relativ zu ihm in wenigstens einer Richtung verschiebbar. Jede Verschiebung der Kontermasse wirkt sich auf die Lage des Masseschwerpunktes des schwingenden Systems aus. Veränderungen seiner Position zum Beispiel durch Einfüllen des Sandes in den Formkasten, können mit einer Gegenbewegung der Kontermasse kompensiert werden. Hierdurch wird es möglich, die Lage des Masseschwerpunktes in Bezug auf die Erregungsachsen einzustellen und in einer gewünschten Position zu halten oder auch während des Verdichtens auf eine andere Position umzustellen.

Vorzugsweise wird der Abstand zwischen einer Erregungskraftebene und der parallel zu dieser durch den Masseschwerpunkt gehenden Schwerpunktebene auf Null eingestellt bzw. geregelt. Das kann in Bezug auf alle drei Koordinatenrichtungen geschehen. Indem auf diese Weise sämtliche Erregungskräfte bzw. deren Resultierenden durch den Masseschwerpunkt des schwingenden Systems gehen sind Taumelbewegung ausgeschlossen.

Durch die Erfindung ist es möglich, auf die Qualität der Verdichtung nicht nur durch die bisher bekannten Erregungsparameter sondern auch noch durch die Veränderung bzw. Einstellung der Schwerpunktposition des schwingenden Systems in Bezug auf die Erreger Einfluss zu nehmen. Der erfindungsgemäße Rütteltisch hat wesentlich mehr Einstellmöglichkeiten bei einer vollständig kontrollierten Vibrationserregung als die anderen.

Beispielsweise können definierte und reproduzierbare Kipp- bzw. Drehschwingungen des Rütteltisches beim Einsatz von streng linear gerichteten ein- zwei- oder dreidimensional gerichteten Schwingungserregern verschieden eingestellt werden. Einmal mit verschiedenen Erregungsparametern der Vibratoren in Phase, Frequenz oder/und Amplitude bei Übereinstimmung der Position von Masseschwerpunkt und Schnittpunkt der Erregungsachsen unabhängig vom Füllungsgrad des Formkastens, zum anderen mit gleichen Erregungsparametern, wenn der Abstand des Masseschwerpunkts zu dem Schnittpunkt der Erregungsachsen beim Einfüllen des Sandes auf einen konstanten Wert eingestellt wird.

In den Unteransprüchen und den folgenden Beispielen sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung genannt.
In den Zeichnungen zeigen
1 einen erfindungsgemäßen Rütteltisch ohne Schwingantriebe in allgemeiner, stark schematisierter Form und
2 eine spezielle Ausführung eines erfindungsgemäßen Rütteltisches mit einem vertikal verschiebbaren Kontermasse.
Gemäß 1 ist ein Rütteltisch 1 über Luftfedern 4 auf Fundamenten 5 gelagert. Auf dem Tisch ist ein Formkasten 2 befestigt. Im Formkasten 2 ist ein Modell 3 zur Einbettung in Sand gelagert. Der Rütteltisch 1 ist, von oben gesehen, rechteckförmig.
Es sind vier Kontermassen vorgesehen. Die Kontermasse Kz ist vertikal verschiebbar. Horizontal sind in x-Richtung in der Mitte des Tisches eine Kontermasse Kx und in der y-Richtung zwei Kontermassen Ky, je eine an den beiden Stirnseiten, verschiebbar. Die Verschiebungsrichtungen sind mit Pfeilen gekennzeichnet.
In 1 wurden die Schwingungserreger zur besseren Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet. Für das Ausführungsbeispiel werden Schwingungserreger, deren resultierende Erregungsrichtungen in den x-, y- und z-Richtung liegen und sich im Schnittpunkt S schneiden, angenommen.
Zur Beschreibung der Funktion wird als Modell 3 ein Tetraeder mit ungleichen Seitenlängen angenommen. Sein horizontaler Querschnitt ändert sich mit jedem Höhenschnitt. In den untersten Ebenen ist der Formkasten 2 vollständig mit Sand gefüllt. Danach nimmt die außerhalb des Tetraeders verbleibende Sandfläche ab. Ohne die Kontermassen Kx, Ky und Kz (bzw. bei deren unveränderter Tischposition) verändern sich die x-, y- und z-Koordinaten des Schwerpunktes des schwingenden Systems. In z-Richtung sinkt der Schwerpunkt. In x-Richtung wandert er zunächst erkennbar nach rechts, da der Schaumstoffanteil des Modells 3, auf der Zeichnung gesehen, links größer als rechts ist. Sofern die hintere Tertaederfläche mit der hinteren Formkastenwand parallel ist, so wandert der Schwerpunkt in y-Richtung im unteren Bereich nach hinten. Die Richtungen und Anteile der Schwerpunktverlagerungen in den einzelnen Richtungen ändern sich dabei von Höhenschnitt zu Höhenschnitt.
In z-Richtung sinkt der Masseschwerpunkt mit dem Füllungsgrad zunehmend, aber mit unterschiedlichem Zuwachs. Durch Verschieben der Kontermasse Kz nach oben kann die Schwerpunktverlagerung in z-Richtung vollständig kompensiert werden.
Gleichermaßen können die durch die Sandeinfüllung hervorgerufenen Schwerpunktverlagerungen in x- und y-Richtung mit dem horizontalen Verschieben der Kontermassen Kx und Ky kompensiert werden.
Durch diese Kompensation wird es möglich, den Masseschwerpunkt immer im Schnittpunkt S der Erregungsachsen zu halten bzw. in einem konstanten oder mit dem Füllungsgrad veränderbaren Abstand zu ihm einzustellen.
Vorrangiges Ziel der Kompensation ist es, den Schwerpunkt möglichst in die Nähe des Schnittpunktes S zu bringen, da dann Taumelbewegungen des Rütteltisches 1 bei gleichen Erregungsparametern weitgehend ausgeschlossen sind.
Ziel kann es aber auch sein, den Abstand zwischen wenigstens einer Erregungskraftebene und der parallel zu dieser durch den festgelegten Schwerpunkt S des schwingenden Systems gehenden Schwerpunktebene auf einen konstanten Wert einzustellen oder zu begrenzen, um eine definierte Kipp- bzw. Drehbewegung zu garantieren.
Für die Kompensation der relativ raschen Schwerpunktveränderungen während des Einfüllens ist es erforderlich, den Kompensationsmassen Antriebe zuzuordnen und diese über Rechnerprogramme zu steuern oder zu regeln. Die Schwerpunktveränderungen über der Füllstandhöhe können aus den geometrischen Modelldaten in den Rechner eingegeben werden. Der jeweilige Füllstand kann gemessen werden. Beispielsweise kann die Masseveränderung eines (nicht dargestellten) im allgemeinen über dem Formkasten befindlichen Vorratsbehälters mit Formsand während des Einfüllens fortlaufend gemessen werden.
In vielen Fällen sind mehrere Gießmodelle symmetrisch zur z-Achse im Formkasten befestigt. Die Verstellung der horizontal wirkenden Kontermassen Kx und Ky in Abhängigkeit vom Füllstand ist dann nicht mehr erforderlich. Dennoch können auch hierbei horizontale Abweichungen zwischen der z-Schwerpunktachse des Modells und der z-Erregungsrichtung beim Wechsel auf ein geometrisch neues Modell 3 auftreten. In einigen Fällen genügt es dann die horizontalen Kompensationsmassen Kx oder/und Ky von Hand zu verstellen, ehe die Position des Formkastens verändert werden muss.
In 2 Ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Der Rütteltisch 1 ist wieder über Luftfedern 4 auf einem Fundament 5 gelagert und der Formkasten 2 auf ihm befestigt.
Es ist nur die Kompensationsmasse Kz vorgesehen. Diese Lösung trägt dem häufigsten Anwendungsfall Rechnung, dass das einzubettende Modell, z. B. für eine Gießtraube, bezüglich der z-Erregungsachse symmetrisch ist.
Die Kompensationsmasse Kz wird zwischen zwei hydraulischen Teleskopzylindern 6 gehalten und mit diesen in z-Richtung verstellt.
An den Rütteltisch 1 sind 3 elektrodynamische Vibratoren 7, je einer in x-, y- und z-Richtung angekoppelt. (Der in der y-Richtung wirkende Vibrator liegt nicht sichtbar hinter dem Rütteltisch 1.) Ihre Frequenz, Amplitude und Beschleunigung ist unabhängig voneinander einstellbar. Die Erregung erfolgt durch eine Kernbewegung relativ zu einer befestigten Erregerbasis (Body). Die auf das Fundament übertragenen Kräfte sind gering.
Die Erregungskräfte werden von den Vibratoren 7 auf den Rütteltisch 1 mittels hydrostatischer kugelförmiger Kopplungen übertragen. Sie ermöglichen die gleichzeitige zwei- und dreidimensionale Erregung, ohne die radialen Kräfte bzw. Drehmomente auf die Kerne der Vibratoren zu übertragen. Dadurch kann jeder Vibrator getrennt vom Rütteltisch 1 gelagert werden. Die Erregungskräfte werden nahezu verlustlos auf den Rütteltisch übertragen
Um zu sichern, dass die Erregungskräfte der extern gelagerten horizontalen Schwingantriebe auch beim Füllen der Form immer noch durch den Schwerpunkt S laufen, wird der Druck in den Luftfedern 4 während des Füllens in Abhängigkeit vom Massezuwachs erhöht. Zur Regelung kann wie im ersten Beispiel die Gewichtsabnahme des Vorratsbehälters gemessen werden.

Claims

1) Verfahren zur Verdichtung von Formsand mit einem Rütteltisch, gekennzeichnet dadurch, dass gegen die Schwerpunktveränderung des aus Rütteltisch (1), Formkasten (2), Modell und Formsand bestehenden schwingenden Systems beim Befüllen des Formkastens (2) mit Formsand oder/und beim Einrichten eines geometrisch neuen Modells (3) in wenigstens einer Koordinatenrichtung x, y oder/und z wenigstens eine Kontermasse (Kx, Ky oder/und Kz), die massemäßig mit dem schwingenden System verbunden ist, verschoben wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Abstand zwischen wenigstens einer Erregungsachse und der parallel zu dieser durch den Masseschwerpunkt des schwingenden Systems gehenden Schwerpunkachse durch das Verschieben der wenigstens einen Kontermasse (Kx, Ky oder/und Kz) auf einen konstanten Wert eingestellt bzw. geregelt wird.

3) Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass Masseschwerpunkt des schwingenden Systems im Schnittpunkt S der Erregungsachsen liegt.

4) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass bei einem Rütteltisch mit wenigstens einem horizontal wirkenden Schwingungserreger eine vertikal verschiebbare Kontermasse (Kz) zugeordnet ist.

5) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass einem Rütteltisch mit einem vertikal wirkenden Schwingungserreger wenigsten eine in der horizontalen Ebene verschiebbare Kontermasse (Kx oder/und Ky) zugeordnet ist.

6) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Verschiebung wenigstens einer Kontermasse (Kx, Ky oder/und Kz) geregelt wird.

7) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Verschiebung wenigstens einer Kontermasse (Kx, Ky oder/und Kz) programmgesteuert wird.

8) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Verschiebung wenigstens einer Kontermasse (Kx, Ky oder/und Kz) beim Füllen des Formkastens in Abhängigkeit vom Füllstand geregelt wird.

9) Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass die Masseveränderung des Formsand-Vorratsbehälters während des Füllens gemessen wird.

10) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Verschiebung wenigstens einer Kontermasse (Kx, Ky oder/und Kz) in Abhängigkeit vom Verlauf der Verdichtung gesteuert wird.

11) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Position wenigstens einer Kontermasse vor dem Einbetten eines neuen Modells auf einen neuen Wert eingestellt wird.

12) Vorrichtung zur Verdichtung von Formsand mit einem Rütteltisch, gekennzeichnet dadurch, dass am Rütteltisch (1) wenigstens eine mit ihm massemäßg verbundene und relativ zu ihm in wenigstens einer Richtung verschiebbare Kontermasse (Kx, Ky oder/und Kz) vorgesehen ist.

13) Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass bei einem Rütteltisch mit wenigstens einem horizontal wirkenden Schwingungserreger eine vertikal verschiebbare Kontermasse (Kz) vorgesehen ist.

14) Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass bei einem Rütteltisch mit einem vertikal wirkenden Schwingungserreger wenigsten eine in der horizontalen Ebene verschiebbare Kontermasse (Kx oder/und Ky) vorgesehen ist.

15) Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens ein Antrieb zur Verschiebung von wenigstens einer Kontermasse (Kx, Ky oder/und Kz) vorgesehen ist.

16) Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet dadurch, dass als Antrieb ein hydraulischer Arbeitszylinder (6) vorgesehen ist.

17) Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet dadurch, dass als Antrieb ein Schraubantrieb vorgesehen ist.

18) Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet dadurch, dass der wenigstens eine Antrieb programmgesteuert ist.

19) Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet dadurch, dass der wenigstens eine Antrieb geregelt ist.

20) Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, dass die Höhe des Rütteltisches gegenüber der Höhe der wenigstens einen horizontalen Erregungskraft einstellbar ist.

21) Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet dadurch, dass der Rütteltisch (1) auf Luftfedern (4) mit veränderbarem Luftdruck gelagert ist.

22) Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens ein Schwingungserreger (7) getrennt vom Rütteltisch gelagert ist.

23) Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet dadurch, dass der extern gelagerte Schwingungserreger (7) mittels einer hydrostatischen kugelförmigen Kopplung mit dem Rütteltisch verbunden ist.

24) Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens ein Schwingungserreger (7) ein elektrodynamischer Vibrator ist.