DE102019116826A1

DE102019116826A1 - Vorrichtung zum Auftragen eines Trennmittels bei geschlossenem Kernkasten

Info

Publication number: DE102019116826A1
Application number: DE102019116826.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Kläs
Original assignee: Huettenes Albertus Chemische Werke GmbH
Current assignee: Huettenes Albertus Chemische Werke GmbH
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2020-12-24
Also published as: WO2020254468A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kernkasten (1) für die Gießereitechnik zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere verlorener Kerne, Speiser, Gießereiformen, aus einer Formstoffmischung, mit wenigstens einem ersten Kastenteil (2) und einem zweiten Kastenteil (4), die gemeinsam wenigstens einen Abschnitt des Kernkastens (1) bilden und einen Konturbereich (6) für einen herzustellenden Formkörper definieren, wobei der erste Kastenteil (2) eine erste Teilungsfläche (8) und der zweite Kastenteil (4) eine zweite Teilungsfläche (10) aufweist, die in einem geschlossenen Zustand des Kernkastens (1) dichtend aneinander anliegen und in einem geöffneten Zustand des Kernkastens (1) voneinander beabstandet sind. Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine oder mehrere Sprühöffnungen (14, 15) im Konturbereich (6) des ersten Kastenteils (2) zum Einsprühen von Trennmittel (12) in den Kernkasten (1), wenn dieser in einem geschlossenen Zustand ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren und eine Verwendung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernkasten für die Gießereitechnik zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere verlorener Kerne, Gießereiformen und/oder Speiser, aus einer Formstoffmischung, mit wenigstens einem ersten Kastenteil und einem zweiten Kastenteil, die gemeinsam wenigstens einen Abschnitt des Kernkastens bilden und einen Konturbereich für einen herzustellenden Formkörper definieren, wobei der erste Kastenteil eine erste Teilungsfläche und der zweite Kastenteil eine zweite Teilungsfläche aufweist, die in einem geschlossenen Zustand des Kernkastens dichtend aneinander anliegen und in einem geöffneten Zustand des Kernkastens voneinander beabstandet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern, insbesondere verlorener Kerne, Gießereiformen und/oder Speiser, aus einer Formstoffmischung sowie die Verwendung eines Kernkastens der vorstehenden Art.
In der Gießereitechnik werden Kernkästen verwendet, um Formkörper herzustellen. Diese Formkörper werden aus einer Formstoffmischung hergestellt, die in der Regel aus einem Formgrundstoff und einem Bindemittelsystem bestehen. Solche Bindemittelsysteme sind häufig unter Polyurethanbildung kalthärtende Bindemittelsysteme. Diese Bindemittelsysteme umfassen zwei Komponenten, ein (normalerweise in einem Lösemittel gelösten) Polyol mit mindestens zwei OH-Gruppen im Molekül (Polyolkomponente) und einem (in einem Lösemittel gelösten oder lösemittelfreien Polyisocyanat mit mindestens zwei IsocyanatGruppen im Molekül (Polyisocyanat-Komponente). Da solche Bindemittelsysteme Kalthärten sind, werden sie auch im sogenannten Cold-Box-Verfahren eingesetzt.
Ein anderes Verfahren arbeitet mit warmen Kernkästen und/oder Begasung mit warmer Luft zum Aushärten sogenannter Warm- oder Hot-Box Mischung bzw. anorganischer Bindemittelsysteme.
Kernkästen der vorstehend genannten Art weisen in der Regel wenigstens einen ersten Kastenteil und einen zweiten Kastenteil auf, die gemeinsam wenigstens einen Abschnitt des Kernkastens bilden und einen Konturbereich für einen zu bildenden Formkörper definieren. Teilweise können auch mehr als zwei Kastenteile vorhanden sein, je nach Komplexität des Formkörpers. In der Regel sind zwei Kastenteil ausreichend, die dann in diesem Fall den gesamten Kernkasten bilden. Als Konturbereich wird hierbei der gesamte Kontaktbereich innerhalb des Kernkastens mit der Formstoffmischung bezeichnet, also diejenige Oberfläche, die dem zu bildenden Formkörper schließlich die Gestalt gibt. Der Kernkasten selbst definiert dann das negativ der Form des Formkörpers.
Als Formkörper kommen insbesondere verlorene Kerne (Gießereikerne), Gießereiformen und Speiser in Frage. Als verlorene Kerne werden solche Kerne bezeichnet, die in der Gießereitechnik beim Gießen eines Metalls ausbrennen oder beim Entformen der gegossenen Form zerstört werden müssen, beispielsweise zerschlagen werden. Derartige verlorene Kerne werden in der Gießereitechnik dazu eingesetzt, einen Hohlraum in dem zu gießenden Produkt bereitzustellen. Sie müssen für jeden Vorgang neu angefertigt werden. Das gleiche gilt auch für Speiser und Gießereiformen. Speiser werden als Einsätze an Gießereiformen verwendet, um flüssiges Metall Gießereiformen zuzuführen. Gießereiformen bilden hingegen ebenfalls ein Konturbereich, jedoch für das zu gießende Produkt.
Da derartige Formkörper mit jedem Gießprozess neu hergestellt werden müssen, besteht Bedarf daran, solche Formkörper möglichst effizient und kostensparend herzustellen. Ein Prozess der sich etabliert hat ist das sogenannte Schießen der Formkörper. Hierbei wird die Formstoffmischung mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck in den Kernkasten geschossen um dort eine möglichst hohe Dichte zu erreichen. Eine Folge hiervon sind allerdings Verschleiß und Anbackungen an dem Konturbereich. Aus diesem Grund ist es erforderlich, den Konturbereich vor einem solchen Schuss mit Formstoffmischung zunächst mit einem Trennmittel zu benetzen. Hierzu wird der Kernkasten zunächst geöffnet, d.h. die ersten und zweiten Kastenteile auseinandergefahren. Anschließend wird eine Sprüheinrichtung zwischen die beiden Kastenteile geführt und die beiden Kastenteile werden dem Trennmittel besprüht.
Hierbei hat sich als nachteilig erwiesen, dass nicht nur der Konturbereich des Kernkastens mit Trennmittel benetzt wird, sondern auch andere Funktionsflächen des Kernkastens, wie insbesondere Teilungsflächen. Teilungsflächen sind diejenigen Flächen der ersten und zweiten Kastenteile, die im geschlossenen Zustand des Kernkastens aneinander liegen und eine Dichtung bilden. Problematisch an der Benetzung der Teilungsflächen mit Trennmittel ist, dass an diesen benetzten Flächen leichter einzelne Partikel der Formstoffmischung anhaften und beim Schließen des Kernkastens so zwischen den beiden Teilungsflächen der beiden Kastenteile eingeklemmt werden. Dies führt einerseits zu Verschleiß an den Teilungsflächen, andererseits umfasst die Formstoffmischung, wie oben beschrieben, ein Bindemittelsystem, welches dann an den Teilungsflächen aushärten kann. Die Teilungsflächen müssen folglich regelmäßig gereinigt werden, um ein korrektes Schließen auf Dauer zu gewährleisten.
Ein weiterer Nachteil an der herkömmlichen Technik liegt darin, dass die Sprüheinrichtung, die zwischen die ersten und zweiten Kastenteile geführt wird, nicht für jeden Abschnitt des Konturbereichs einen idealen Abstand aufweist. Der Konturbereich selbst kann bezogen auf die entsprechende Teilungsfläche Höhendifferenzen von bis zu 40 cm aufweisen, sodass diese Abschnitte des Konturbereichs jeweils einen größeren Abstand zur Sprüheinrichtung haben als andere Abschnitt des Konturbereichs, die beispielsweise nur einen Abstand von 1 cm zur Teilungsfläche aufweisen. In der Folge werden die näher zu einer Teilungsfläche liegenden Bereiche stärker benetzt, während zurückliegende Bereiche schwächer und oft zu schwach benetzt werden. Bei einer zu schwachen Benetzung kann es beim Entnehmen des Formkörpers zu Ausbrüchen an dem Formkörper kommen. Eine zu starke Benetzung allerdings führt ebenfalls zu einer unzureichenden Formkörperqualität und auch zu einem zu hohen Bedarf an Trennmittel.
Alternativ kann das Trennmittel auch manuell mit einer Sprühpistole aufgetragen werden wenn der Einsatz von Automaten nicht möglich ist. Dies kann den Nachteil eines ungleichmäßigen Trennmittelauftrags haben und führt zusätzlich oft zu höheren Trennmittelverbräuchen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kernkasten der eingangs genannten Art bereitzustellen, der in Bezug auf wenigstens eines der genannten Probleme verbessert ist.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch einen Kernkasten der eingangs genannten Art, wobei eine oder mehrere Sprühöffnungen im Konturbereich des ersten Kastenteils zum Einsprühen von Trennmittel in den Kernkasten vorgesehen sind, wenn dieser in einem geschlossenen Zustand ist.
So wird einerseits das Problem der Benetzung der Teilungsflächen dadurch gelöst, dass Trennmittel nur dann ein gesprüht wird, wenn der Kernkasten in einem geschlossenen Zustand ist und die Teilungsflächen folglich auf einander liegen. In diesem Zustand erreicht im wesentlichen kein Trennmittel die Teilungsflächen, sodass das Problem der Anhaftung von Partikeln der Formstoffmischung an diesen nicht besteht. Darüber hinaus kann auch das Problem der uneinheitlichen Benetzung von verschiedenen Abschnitten des Konturbereichs dadurch gelöst werden, dass die Sprühöffnungen im Konturbereich angeordnet sind. Diese können dort so angeordnet werden, dass der gesamte Konturbereich im Wesentlichen gleichmäßig benetzt werden kann. Es hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Anordnung von Sprühöffnungen insgesamt weniger Trennmittel verwendet werden muss, da einerseits der zu benetzende Bereich kleiner ist (Teilungsflächen werden nicht benetzt) und andererseits Trennmittel bedarfsgerecht an genau den Stellen eingesprüht werden kann, an denen es notwendig ist.
Durch die Erfindung ergibt sich ein weiterer Vorteil, der im Bereich des Arbeitsschutzes liegt. Trennmittel ist in der Regel lösungsmittelhaltig und kann daher unter Umständen Arbeitsschutzmaßnahmen notwendig machen. Solche Arbeitsschutzmaßnahmen sind beispielsweise Kapselung des Kernkastens sowie das Vorsehen von entsprechenden Abzügen oder die Beschränkung von Verweildauer von Arbeitspersonal in den entsprechenden Bereichen mit Kernkästen. Durch das Einsprühen von Trennmittel nur im geschlossenen Zustand des Kernkastens gelangt weniger Trennmittel in die Atmosphäre um den Kernkasten herum, sodass der Arbeitsbereich dort deutlich weniger mit möglicherweise gesundheitsgefährdenden Substanzen bzw. Dämpfen belastet ist. Auch hier liegt ein Vorteil der vorliegenden Erfindung.
Es soll verstanden werden, dass unter Umständen eine einzige Sprühöffnung ausreicht, um den gesamten Konturbereich zu benetzen. Es kann auch ausreichend sein nur einen Teil des Konturbereichs zu benetzen, wenn in anderen Abschnitten des Konturbereichs das Problem mit Anhaftungen nicht besteht. Es soll verstanden werden, dass der Fachmann je nach Gestaltung des Konturbereichs und Aufgabe bei der Herstellung der Formkörper, zwei oder mehr Sprühöffnungen vorsehen kann, die in einer solchen Weise positioniert sind, dass im Wesentlichen der gesamte Konturbereich benetzbar ist.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Sprühöffnung als Düse zum Zerstäuben des Trennmittels ausgebildet. Die Düse ist in dieser Variante direkt in das Material des Kernkastens eingebracht und mit diesem integriert.
In einer Variante hierzu ist in die Sprühöffnung eine Düse zum Zerstäuben des Trennmittels eingesetzt. In dem ersten Kastenteil ist gemäß dieser Ausführungsform lediglich eine Öffnung, wie beispielsweise eine Bohrung oder dergleichen vorgesehen, in die dann eine Düse, vorzugsweise eine kommerziell erhältliche Düse, eingesetzt ist. Diese Variante hat insbesondere den Vorteil, dass die Düse ausgewechselt oder gewartet werden kann und eine Materialwahl für Düse und Kastenteil unabhängig getroffen werden kann.
Besonders bevorzugt ist die Düse eine Zerstäubungsdüse, vorzugsweise eine Hohlkegeldüse. Grundsätzlich sind im Rahmen der Erfindung alle Arten von Düsen bevorzugt, mit denen sich Trennmittel in den Kernkasten einbringen lässt. Besonders bevorzugt sind Zerstäubungsdüsen und hierbei insbesondere Hohlkegeldüsen. Es hat sich herausgestellt, dass mit Hohlkegeldüsen eine besonders gute Benetzung des Konturbereichs erzielt werden kann. Allerdings sind auch andere Zerstäubungsdüsen, wie insbesondere Vollkegeldüsen oder auch Vollstrahldüsen bevorzugt.
Besonders bevorzugt sind die eine oder die mehreren Sprühöffnungen derart angeordnet, dass im Wesentlichen der gesamte Konturbereich mit Trennmittel benetzbar ist. Hierdurch wird ein besonders gleichmäßiger Eintrag von Trennmittel erreicht, ohne dass übermäßig Trennmittel eingesprüht werden müsste.
Weiterhin ist bevorzugt, dass eine oder mehrere weitere Sprühöffnungen im Konturbereich des zweiten Kastenteils zum Einsprühen von Trennmittel in den Kernkasten vorgesehen sind, wenn dieser in einem geschlossenen Zustand ist. Es soll verstanden werden, dass nicht nur im ersten Kastenteil, sondern auch im zweiten Kastenteil Sprühöffnungen vorgesehen sein können. Auf diese Weise lässt sich der Konturbereich noch besser und gleichmäßiger mit Trennmittel benetzen. Hierbei ist es nicht erforderlich, dass in jedem Kastenteil die gleiche Anzahl von Sprühöffnungen vorgesehen ist. Vielmehr ist es möglich, dass beispielsweise im ersten Kastenteil nur eine Sprühöffnung vorhanden ist, während im zweiten Kastenteil drei oder mehr Sprühöffnungen vorhanden sind. Je nach Gestaltung des Konturbereichs kann das eine oder das andere bevorzugt sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kernkasten ferner eine Trennmittelzuführeinheit, die mit der einen oder den mehreren Sprühöffnungen zum Zuführen von Trennmittel verbunden ist. Sind eine oder mehrere weitere Sprühöffnungen vorhanden, ist die Trennmittelzuführeinheit vorzugsweise auch mit der einen oder den mehreren weiteren Sprühöffnungen im zweiten Kastenteil zum Zuführen von Trennmittel verbunden. Die Trennmittelzuführeinheit kann in einer Variante mit den Kernkasten integriert sein, in einer anderen Variante aber separat von diesem und von diesem entnehmbar angeordnet sein. Die Trennmittelzuführeinheit kann ferner so ausgebildet sein, wie im Stand der Technik bekannt und wie bisher bei herkömmlichen Kernkästen verwendet. Im Rahmen der Erfindung ist in einer solchen Variante dann lediglich vorgesehen, dass sie Trennmittelzuführeinheit mit der einen oder den mehreren Sprühöffnungen bzw. weiteren Sprühöffnungen verbunden ist, anstelle mit den herkömmlichen Ausbringköpfen.
Vorzugsweise ist ferner eine Steuerung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, bei geschlossenem Zustand des Kernkastens, die Trennmittelzuführeinheit zu veranlassen, Trennmittel in den Kernkasten einzusprühen. Die Steuerung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass Trennmittel nur dann in den Kernkasten eingesprüht wird, wenn dieser geschlossen ist, und zwar kurz vor einem Schuss mit der Formstoffmischung. Vorzugsweise veranlasst die Steuerung die Trennmittelzuführeinheit unmittelbar nach Schließen des Kernkastens, Trennmittel einzusprühen. Zum Erfassen des geschlossenen Zustands können einer oder mehrere Sensoren vorgesehen sein, wie beispielsweise Kontaktsensoren, Positionssensoren oder dergleichen. Die Steuerung ist vorzugsweise mit einer übergeordneten Steuerung des Kernkastens integriert, oder an diese angeschlossen. Ferner kann die Steuerung mit der übergeordneten Steuerung einer Kernschießanlage oder dergleichen integriert sein.
Ferner ist die Steuerung vorzugsweise dazu ausgebildet, beim Einsprühen zunächst einen Druckstoß auszulösen, um eine Zerstäubung des Trennmittels zu initiieren. Da der Zeitraum zum Einsprühen des Trennmittels relativ kurz ist, nämlich den Zeitraum zwischen Schließen des Kernkastens und Einschießen der Formstoffmischung umfasst, ist es bevorzugt, den Sprühprozess so rasch wie möglich einzuleiten. Um die Zerstäubung des Trennmittels, welches einen gewissen Viskositätsgrad aufweist, unmittelbar einzuleiten, hat sich ein Druckstoß zu Beginn des Sprühens als vorteilhaft erwiesen. Hierdurch wird Trennmittel rasch zerstäubt, auch wenn der Druck danach abgesenkt wird.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Kernkasten eine Schussdüse zum Schießen der Formstoffmischung in den Konturbereich auf. Eine bevorzugte Schussdüse weist zumindest eine erste Düsenwand mit einer inneren Oberfläche, die eine Drallkammer definiert, eine Einlauföffnung zum Zuführen des Feststoffs, und eine Mündungsöffnung zum Abgeben der Formstoffmischung auf, wobei die erste Düsenwand eine gewendelte Struktur aufweist, die einen oder mehrere Gänge umfasst und dazu ausgebildet ist, die Formstoffmischung in Rotation um eine Zentralachse der Drallkammer zu versetzen. Die Rotation der Formstoffmischung resultiert in einer Streuung der an der Mündungsöffnung austretenden Formstoffmischung. Die Formstoffmischung ist partikelförmig und wird als Feststoffstrahl abgegeben. Es soll verstanden werden, dass nicht alle Partikel gleichmäßig rotieren müssen. Ebenso ist bevorzugt, dass nur ein Teil der zu schießenden Formstoffmischung rotiert. Beispielsweise kann nur ein Randbereich eines Feststoffstrahls rotieren, während ein Kernstrahl des Feststoffstrahls keine Rotation ausführt. Rotation bezeichnet dabei eine Drehbewegung der Formstoffmischung um die Zentralachse der Drallkammer. Eine Hauptströmungsrichtung der Formstoffmischung durch die Schussdüse ist bevorzugt parallel zur Zentralachse. Weiterhin kann die gewendelte Struktur bevorzugt dazu ausgebildet sein, die Formstoffmischung in Rotation um einen Massenmittelpunkt der Formstoffmischung zu versetzen. Die gewendelte Struktur kann dabei eine ebene Spirale und/ oder eine Helix sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gang eine Drallnut, die sich helixförmig entlang der Zentralachse erstreckt. Die Drallnut ist dabei als längliche Vertiefung in der Düsenwand ausgebildet. Bevorzugt ist ein Nutquerschnitt der Drallnut im Wesentlichen U-förmig. Es werden jedoch ebenso Drallnuten mit W-förmigen und/ oder V-förmigen Nutquerschnitten bevorzugt. Der Nutquerschnitt ist ein Querschnitt der Nut, senkrecht zu einer Längsrichtung der Nut. Eine Hauptströmungsrichtung der Formstoffmischung durch die Schussdüse verläuft entlang der Zentralachse von der Einlauföffnung zur Mündungsöffnung. Die Drallnut prägt der Formstoffmischung eine zusätzliche Rotationsbewegung quer zur Hauptströmungsrichtung auf. Bevorzugt ist eine Windungsrichtung der Drallnuten gleichgerichtet. Besonders bevorzugt sind mehrere Drallnuten parallel. Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass die gewendelte Struktur zumindest eine erste linksgängige Helix und zumindest eine erste rechtsgängige Helix auf. Eine Windungsrichtung der Drallnuten ist dabei gegensätzlich wodurch eine verstärkte Verwirbelung der Formstoffmischung erreicht werden kann.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Schussdüse auch eine Einlauföffnung zum Zuführen der Formstoffmischung, eine Mündungsöffnung zum Abgeben der Formstoffmischung, und eine Strömungskammer aufweisen, die die Einlauföffnung mit der Mündungsöffnung verbindet und eine innere Oberfläche aufweist. Zusätzlich weist die Schussdüse vorzugsweise eine Spülöffnung auf, die in die innere Oberfläche mündet und zum Zuführen eines Spülmediums in die Strömungskammer ausgebildet ist. Durch Zuführen eines Spülmediums in die Strömungskammer kann ein Aushärten des Rückstands der Formstoffmischung verhindert und/oder reduziert werden. Bei warmaushärtenden Formstoffmischungen wird der Rückstand und/oder die Schussdüse bevorzugt durch das Spülmedium gekühlt. Bei mittels eines Katalysators und/oder eines Härters aushärtenden Formstoffmischungen, wird mit Katalysator und/oder Härter belastete Umgebungsluft bevorzugt durch das Spülmedium aus der Schussdüse verdrängt, so dass ein Aushärten des Rückstands vermieden wird. Das Spülmedium ist vorzugsweise (saubere) Luft, Wasserdampf und/oder Nebel, wobei Nebel hier eine Dispersion aus feinen Wassertropfen und saubere Luft bezeichnet. Ferner werden Inertgase als Spülmedien bevorzugt. Vorzugsweise wird das Spülmedium der Schussdüse bei einem Spüldruck zugeführt, der größer ist als ein Umgebungsdruck. Besonders bevorzugt weist die Schussdüse mehrere Spülöffnung auf. Vorzugsweise sind die mehreren Spülöffnung entlang einer Zentralachse der Strömungskammer, die sich durch Querschnittsmittelpunkt der Strömungskammer von der Einlauföffnung zur Mündungsöffnung erstreckt, versetzt angeordnet. Bevorzugt ist die Zentralachse der Strömungskammer gerade, so dass die Einlauföffnung und die Mündungsöffnung sich gegenüberliegend ausgebildet sind. Ebenso bevorzugt kann die Zentralachse gekrümmt ausgebildet sein. Mittels einer gekrümmten Zentralachse kann bevorzugt eine Strömungsrichtung der aus der Mündungsöffnung abgegebenen Formstoffmischung angepasst werden. Vorzugsweise ist die Spülöffnung kreisförmig, oval oder eckig ausgebildet. Im Falle einer runden Mündungsöffnung entspricht das maximale Maß dem Durchmesser der Mündungsöffnung. Im Falle einer rechteckigen Mündungsöffnung entspricht das maximale Maß einer längeren Seite des Rechtecks. Bevorzugt verjüngt sich die Strömungskammer wenigstens Abschnittsweise in Richtung der Mündungsöffnung. Ebenso werden zylindrische Strömungskammern bevorzugt.
Eine derart ausgebildete Schussdüse bildet ferner einen unabhängigen Aspekt der Erfindung, wenn anstelle von Spülmedium Trennmittel durch die Spülöffnung eingeführt wird. In diesem Fall bildet die in dem Kernkasten vorgesehene Schussdüsenöffnung eine Sprühöffnung im Sinne des ersten Aspekts der Erfindung. Bevor dann mittels der Schussdüse die Formstoffmischung eingeschossen wird, wird in diesem unabhängigen Aspekt der Erfindung zunächst Trennmittel durch die Spülöffnung in der Schussdüse eingesprüht und anschließend die Formstoffmischung eingeschossen. Im Anschluss daran kann dann die Spülöffnung zum Abgeben des Spülmedium verwendet werden. Vorzugsweise kann die Spülöffnung auch zum Einsprühen von Trennmittel ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Spülöffnung als in die innere Oberfläche mündender Spalt, vorzugsweise Umfangsspalt, ausgebildet. Ein Spalt ist dabei eine schmale längliche Öffnung. Bevorzugt ist eine lange Seite des Spalts im Wesentlichen senkrecht zur Zentralachse der Strömungskammer, so dass der Spalt im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Ebenso werden vertikale und/ oder schräg verlaufende Spalte bevorzugt. Vorzugsweise weist der Spalt einen Knick auf, wobei der Knick besonders bevorzugt in Richtung der Mündungsöffnung oder der Einlauföffnung weist. Ein Umfangsspalt mündet in einer Querschnittsfläche, die senkrecht zur Zentralachse angeordnet ist, entlang eines wesentlichen Abschnitts eines inneren Umfangs der Strömungskammer in die innere Oberfläche. Bevorzugt weist ein relativer Anteil des Umfangsspalts an einem inneren Umfang der Strömungskammer einen Bereich von 10 % bis 100 %, vorzugsweise 30 % bis 100 %, besonders bevorzugt 50 % bis 80 %, auf. Besonders bevorzugt mündet der Umfangsspalt entlang des gesamten inneren Umfangs in die innere Oberfläche. Durch einen Spalt, vorzugsweise Umfangsspalt, kann ein Schleier des Spülmedium abgegeben werden. Ein Spülmediumschleier legt sich bevorzugt über die innere Oberfläche und verhindert ein auswerten der Formstoffmischung. Eine Höhe des Spalts, gemessen zwischen langen Seiten des Spalts, weist vorzugsweise einen Bereich von größer 0 mm bis 15 mm, vorzugweise 0,1 mm bis 10 mm, weiterhin bevorzugt 0,1 mm bis 5 mm, weiterhin bevorzugt 0,1 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt 0,5 mm bis 2 mm, auf. Durch einen Umfangsspalt wird eine möglichst gleichmäßige Zuführung des Spülmediums in die Strömungskammer erreicht.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern, insbesondere verlorener Kerne, Gießereiformen und/oder Speiser aus einer Formstoffmischung unter Verwendung eines Kernkastens gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eines Kernkastens gemäß dem ersten Aspekte Erfindung. Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst die Schritte, in dieser Reihenfolge: Schließen des Kernkastens, Einsprühen von Trennmittel bei geschlossenem Kernkasten zum Benetzen des Konturbereichs mit Trennmittel; Einschießen der Formstoffmischung zum Bilden des Formkörpers; Öffnen des Kernkastens; und Entnehmen des Formkörpers.
Es soll verstanden werden, dass der Kernkasten gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gleiche und ähnliche Unteraspekte aufweisen, wie sie insbesondere in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt sind. Insofern wird vollumfänglich auf die obige Beschreibung Bezug genommen.
Es soll ferner verstanden werden, dass das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung in den Schritten, die in Anspruch 12 niedergelegt sind, nicht abschließend sein muss. Beispielsweise kann das Verfahren ferner den Schritt aufweisen: Aushärten der Formstoffmischung, welcher nach dem Einschießen der Formstoffmischung aber vor dem Öffnen des Kernkastens ausgeführt wird. Ein solches Aushärten der Formstoffmischung kann insbesondere ein Aushärten mit Amingasen oder dergleichen umfassen, wie es im sogenannten Cold-Box-Verfahren durchgeführt wird, oder ein Aushärten mittels Temperatur.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt des Einsprühens: Erzeugen eines Druckimpulses beim Beginn des Einsprühens zum initialen Zerstäuben des Trennmittels. Hierdurch wird, wie bereits oben beschrieben, das Zerstäuben des Trennmittels rascher initiiert, wobei der Druck nach dem Druckimpuls vorzugsweise absinkt, um auch einen Volumenstrom von Trennmittel nicht zu stark zu erhöhen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass nicht mehr Trennmittel als notwendig verwendet werden muss.
Ferner ist bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt umfasst: Anlegen eines Haltedrucks an die eine oder die mehreren Sprühöffnungen während des Einschießens der Formstoffmischung. Umfasst der Kernkasten auch eine oder mehrere weitere Sprühöffnungen, umfasst das Verfahren vorzugsweise den Schritt Anlegen eines Haltedrucks an die eine oder die mehreren weiteren Sprühöffnungen während des Einschießens der Formstoffmischung. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass Formstoffmischung während des Einschießens in die eine oder die mehreren Sprühöffnungen bzw. weiteren Sprühöffnungen gedrückt wird. Der Haltedruck soll dazu führen, dass ein entsprechender Gegendruck aufgebaut wird, ohne dass Trennmittel während des Einschießens der Formstoffmischung tatsächlich abgegeben wird. Anstelle des Trennmittels kann zum Aufbauen des Haltedrucks auch ein Gas, wie insbesondere CO2, N2 oder Luft verwendet werden.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, in welcher der Kernkasten eine erste und eine zweite Sprühöffnung aufweist, umfasst das Verfahren vorzugsweise die Schritte: Einsprühen des Trennmittels mittels der ersten Sprühöffnung bei einem ersten Druck; und Einsprühen des Trennmittels mittels der zweiten Sprühöffnung bei einem zweiten Druck, der höher ist als der erste Druck. Auch der umgekehrte Fall ist bevorzugt, wenn der erste Druck höher als der zweite Druck ist. Auf diese Weise können verschiedene Sprühöffnungen mit verschiedenen Gruppen betrieben werden. Beispielsweise ist dies denkbar bevorzugt für den Fall, dass die zweite Sprühöffnung in einem Abschnitt des Konturbereichs angeordnet ist, der relativ weit von der Teilungsfläche entfernt ist, dass ein Abstand zum gegenüberliegend Abschnitt des Konturbereichs verhältnismäßig weit ist. Hier ist es bevorzugt, einen höheren Druck anzulegen, sodass einerseits die Reichweite beim Sprühen vergrößert ist, andererseits aber auch ein Volumenstrom vergrößert werden kann. Es soll verstanden werden, dass in ähnlicher Weise auch dritte, vierte, fünfte usw. Sprühöffnungen mit dritten, vierten, fünften usw. Drücken betrieben werden können, die wiederum voneinander bzw. von dem ersten und zweiten Drücken abweichen können. Eine mögliche Realisierung kann hierbei einerseits über die Steuerung erfolgen, oder andererseits durch Vorsehen entsprechender Drosseln.
In einer Ausführungsform, bei der eine Schussdüse mit Spülöffnung zum Einsatz kommt umfasst das Verfahren vorzugsweise die Schritte: Spülen der Schussdüse mit Spülmedium durch die Spülöffnung bei einem Spüldruck, und/oder Reinigen der Schussdüse mit Spülmedium durch die Spülöffnung bei einem Reinigungsdruck, der größer ist als der Spüldruck. Beim Reinigen der Schussdüse tritt Spülmedium bei einem Reinigungsdruck aus der Spülöffnung in die Strömungskammer. Dadurch wird ein in der Schussdüse verbliebener Rückstand der Formstoffmischung aus der Düse entfernt. Bevorzugt wird der Rückstand durch die Einlauföffnung abgegeben. Ebenso bevorzugt kann der Rückstand auch aus der Mündungsöffnung abgegeben werden. Ein Verstopfen dergereinigten Schussdüse durch einen Rückstand der Formstoffmischung wird reduziert oder vermieden. Der Spüldruck und der Reinigungsdruck bezeichnen einen Versorgungsdruck des Spülmediums. Beim Reinigen tritt bevorzugt mehr Spülmedium und/oder Spülmedium bei einer höheren Geschwindigkeit aus der Spülöffnung als beim Spülen.
In einem dritten Aspekt löst die Erfindung die eingangs genannte Aufgabe durch eine Verwendung eines Kernkastens nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform eines Kernkastens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung in der Gießereitechnik zur Herstellung verlorener Kerne aus einer Formstoffmischung. Es soll verstanden werden, dass der Kernkasten gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sowie die Verwendung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung gleiche und ähnliche Unteraspekte aufweisen, wie sie insbesondere in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt sind. Insofern wird für weitere Ausführungsformen und Vorteile zu der Verwendung des Kernkastens vollumfänglich auf die obige Beschreibung Bezug genommen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr sind die Zeichnungen, wenn dies zur Erläuterung dienlich ist, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus den Zeichnungen unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, den Zeichnungen und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

1 einen schematischen Querschnitt durch einen Kernkasten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 einen Querschnitt durch einen Kernkasten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Düse gemäß einem ersten Beispiel;
4 eine schematische Darstellung einer Düse gemäß einem zweiten Beispiel;
5 einen Teilschnitt durch eine Düse;
6 einen Querschnitt durch einen Kernkasten gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 eine schematische Darstellung eines Kernkastens gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 einen Querschnitt durch eine Schussdüse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
9 einen Querschnitt durch eine Schussdüse gemäß einem zweiten Ausführu ngsbeispiel.

Gemäß 1 weist einen Kernkasten 1 für die Gießereitechnik zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere verlorener Kerne, Gießereiformen und Speiser aus einer Formstoffmischung einen ersten Kastenteil 2 und einen zweiten Kastenteil 4 auf. Der erste Kastenteil 2 ist in 1 der obere Kastenteil, und der zweite Kastenteil 4 ist in 1 der untere Kastenteil. Gemeinsam bilden sie einen Abschnitt des Kernkastens 1 und definieren einen Konturbereich 6 für den herzustellenden Formkörper. Der Konturbereich 6 ist die durch den ersten Kastenteil 2 und den zweiten Kastenteil 4 gebildete innere Oberfläche, die insgesamt die äußere Oberfläche des zu bildenden Formkörpers definiert.
Die ersten und zweiten Kastenteile 2, 4 sind in 1 in einem geschlossenen Zustand gezeigt und liegen mit ihren Teilungsflächen 8, 10 aufeinander. Dementsprechend weist der erste Kastenteil 2 eine erste Teilungsfläche 8 und der zweite Kastenteil 4 weist eine zweite Teilungsfläche 10 auf, die spiegelsymmetrisch ausgebildet sind. In dem in 1 gezeigten geschlossenen Zustand liegen diese dichtend aufeinander auf, sodass eine innere Kavität 7 (Formhohlraum) insgesamt geschlossen ist. In einem geöffneten Zustand des Kernkastens 1 (nicht gezeigt) sind die ersten und zweiten Teilungsflächen 8, 10 voneinander beabstandet, sodass ein in der inneren Kavität 7 gebildeter Formkörper entnommen werden kann.
In einem Schießprozess, in welchem der Formkörper geschossen wird, indem die Formstoffmischung durch eine Schießdüse in die innere Kavität 7 eingebracht wird, ist es erforderlich, den Konturbereich 6 mit einem Trennmittel 12 zu benetzen, sodass Anbackungen und dergleichen der Formstoffmischung an den Konturbereich 6 vermieden werden können.
Zu diesem Zweck setzt die Erfindung wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Sprühöffnungen 14 im Konturbereich 6 des ersten Kastenteils 2 ein, zum Einsprühen von Trennmittel 12 in den Kernkasten 1, wenn dieser in dem in 1 gezeigten geschlossenen Zustand ist. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der erste Kastenteil 2 nur eine einzige Sprühöffnung 14 auf. Zusätzlich sind im zweiten Kastenteil 4 zwei weitere Sprühöffnungen 15 ausgebildet. In die Sprühöffnungen 14, 15 sind Düsen 16 eingesetzt, die dazu dienen, das Trennmittel 12 zu zerstäuben. Die Sprühöffnungen 14 und de weiteren Sprühöffnungen 15 könnten ebenso direkt als Düsen 16 ausgebildet sein, indem eine Düsenform in das Material der ersten bzw. zweiten Kastenteile 2, 4 eingebracht wird. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind separate Düsen 16 in die Sprühöffnungen 14, 15 eingesetzt. Hierdurch wird die Wartung vereinfacht, insbesondere durch einen möglichen Austausch von einzelnen Düsen 16 sowie eine freie Materialwahl für das Material der ersten und zweiten Kastenteile 2, 4 und der Düsen 16. Die Sprühöffnungen 14, 15 sind im Konturbereich 6 angeordnet und münden direkt in die innere Kavität 7. Auf diese Weise ist es möglich, dass Trennmittel 12 im geschlossenen Zustand des Kernkastens 1 eingesprüht wird, sodass nur der Konturbereich 6 mit Trennmittel 12 benetzt wird, aber insbesondere die Teilungsflächen 8, 10 frei von Trennmittel bleiben. Hierdurch kann vermieden werden, dass einzelne Partikel der Formstoffmischung an den Teilungsflächen 8, 10 haften bleiben, wenn der Kernkasten 1 in einem geöffneten Zustand ist, in welchem die ersten und zweiten Teilungsflächen 8, 10 voneinander beabstandet sind. Ferner wird durch das erfindungsgemäße Einsprühen von Trennmittel 12 im geschlossenen Zustand des Kernkastens 1 eine Aerosolbildung in der Umgebung des Kernkastens 1 vermieden, sodass auch der Arbeitsschutz verbessert ist. Ferner lässt sich durch die entsprechende Anordnung von Sprühöffnungen 14, 15 im Konturbereich 6 der Konturbereich 6 insgesamt besser mit Trennmittel 12 benetzen. Dies ist insbesondere bei komplexen Geometrien des Konturbereichs 6 der Fall.
Eine mögliche Düse 16 ist von der Fa. Lechler, Metzingen, Deutschland erhältlich, beispielsweise mit der Nummer 226.085.
Eine solche komplexe Geometrie ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel (2) zu sehen. Dort weist der Kernkasten 1 wiederum einen ersten Kastenteil 2 und einem zweiten Kastenteil 4 auf und wiederum ist der erste Kastenteil 2 der in 2 gezeigte obere Kastenteil und der zweite Kastenteil 4 der in 2 gezeigte untere Kastenteil. Ebenso kann es aber auch umgekehrt sein, dass der obere Kastenteil der zweite Kastenteil 4 ist und der untere Kastenteil der erste Kastenteil 2.
Wie sich leicht aus 2 entnehmen lässt, ist der Konturbereich 6 deutlich komplexer aufgebaut als der in 1 gezeigte. Ausgehend von den Teilungsfläche 8, 10, die in Bezug auf den jeweiligen Konturbereich 6, bzw. Abschnitt des Konturbereichs 6, der dem ersten Kastenteils 2 und dem zweiten Kastenteil 4 zugeordnet ist, ein Null-Niveau bildet, sind Höhenprofile mit deutlichen Höhenunterschieden zu sehen. So ist beispielsweise im zweiten Kastenteil 4 ein Flachbereich 18 zu erkennen, der in Bezug auf die zweite Teilungsfläche 10 sehr flach und nah an dieser angeordnet ist. Ein Tiefbereich 19 des Konturbereichs 6 in dem zweiten Kastenteil 4 hat einen verhältnismäßig großen Abstand zur zweiten Teilungsfläche 10. Wenn ein solch komplexer Konturbereich 6 auf eine herkömmliche Art und Weise mit Trennmittel 12 benetzt wird, nämlich indem bei geöffnetem Kernkasten 1 die beiden Kastenteile 2, 4 jeweils insgesamt mit einer Sprüheinrichtung besprüht werden, besteht das Problem, dass nicht jeder Abschnitt des Konturbereichs 6 gleichmäßig benetzt wird. Insbesondere werden Flachbereiche 18 deutlich mehr benetzen als beispielsweise Tiefbereiche 19.
Durch die erfindungsgemäße Positionierung von Sprühöffnungen 14, 15 im Konturbereich 6 kann eine bedarfsgerechte Benetzung des Konturbereichs 6 mit Trennmittel 12 realisiert werden. Die Sprühöffnungen 14, 15 können an genau den Stellen positioniert werden, die eine optimale Benetzung des Konturbereichs 6 erlauben.
Eine Entlüftung des Kernkastens 1 beim Einsprühen von Trennmittel 12 erfolgt über die ohnehin vorgesehenen Entlüftungen 20, die auch dafür sorgen, dass Gas aus der inneren Kavität 7 entweichen kann, wenn die Formstoffmischung eingeschossen wird.
Die 3 und 4 illustrieren nun zwei verschiedene Ausführungsformen von Düsen 16, die im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden können. 3 zeigt zunächst einen Kernkasten 1, bei dem die Düse 16 mit getrennten Zuführungen für Luft und Trennmittel 12 ausgestattet ist. So wird über einen ersten Schlauch 22 Trennmittel zugeführt und über einen zweiten Schlauch 24 Druckluft. Trennmittel 12 und Druckluft werden dann erst in der Düse 16 zusammengeführt und dadurch das Trennmittel 12 zerstäubt.
4 zeigt demgegenüber eine andere Ausführungsform, in der ein gemeinsamer Schlauch 26 für unter Druck stehendes Trennmittel-Luftgemisch vorgesehen ist. Dieses Trennmittel-Luftgemisch wird über eine Pumpe 28 bereitgestellt, die mit einem Reservoir 29 für Trennmittel 12 verbunden ist und über einen weiteren Schlauch 30 Luft zugeführt bekommt. Die in 4 dargestellte Art der Düse 16 ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung besonders bevorzugt, da nur ein Schlauch 26 zur Düse 16 geführt werden muss.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform kann aber ebenso verwendet werden und ist insbesondere dann bevorzugt, wenn beispielsweise eine gemeinsame Druckluftversorgung für einen Kastenteil 24 bereitgestellt werden kann. In diesem Fall kann dann die Pumpe 28 entfallen.
5 zeigt eine Detailansicht einer Düse 16. Die Düse 16 ist wie in 4 gezeigt ausgebildet und empfängt Trennmittel-Luftgemisch. Die Düse 16 ist als sogenannte Hohlkegeldüse 17 ausgebildet, kann aber ebenso als jede andere Zerstäubungsdüse ausgebildet sein. Neben Hohlkegeldüsen 17 sind auch Vollkegeldüsen bevorzugt, sowie andere Düsen, die einen konturierten Sprühbereich aufweisen.
Die Düse 16 weist einen Düsenkörper 32 auf, der in die Düsenöffnung 14, 15 eingesetzt werden kann. Im unteren Bereich weist der Düsenkörper 32 eine Verjüngung 34 auf, die auch als Anschlag dient (vergleiche 6). Zentral in der Verjüngung 34 sitzt die Sprühöffnung 36 der Düse 16. Im Inneren trägt die Düse 16 ein kuppelförmiges Sieb 38, das Verunreinigungen und dergleichen aus dem zugeführten Trennmittel 12 bzw. Trennmittel-Luftgemisch herausfiltert. Dieses Sieb 38 muss von Zeit zu Zeit gereinigt werden.
6 zeigt die Düse 16, insbesondere Hohlkegeldüse 17, aus 5 in einer Einbausituation. Die Düse 16 ist in die Düsenöffnung 14, 15 so eingesetzt, dass eine untere Oberfläche 40 (vergleiche 5) im Wesentlichen mit dem Konturbereich 6 fluchtet. Dies ist wichtig, um eine möglichst gute Oberfläche an dem zu bildenden Formkörper zu erzielen. Aus diesem Grund ist es auch bevorzugt, die Verjüngung 34 möglichst deutlich auszubilden, sodass die Oberfläche 40 möglichst klein ist.
Die Düse 16 wird in der Düsenöffnung 14, 15 durch einen Blindschraube 42 gehalten, die ebenfalls in die Düsenöffnung 14, 15 eingeschraubt ist. Die Blindschraube 42 hält einerseits die Düse 16 an Ort und Stelle, dichtet die Düse 16 aber andererseits gegen die Umgebung ab. Über einen schräg verlaufenden Zuführkanal 44, der in dem ersten Kastenteil 2 ausgebildet ist, wird die Düse 16 mit Trennmittel-Luftgemisch versorgt. Das Trennmittel-Luftgemisch wird über den Schlauch 26 zugeführt, der hierzu über bekannte Schlauchverbinder mit dem einen das Ende des Zuführkanals 44 verbunden sein kann. Auf diese Weise ist eine einfach konstruierte und wartungsfreundliche Anordnung erreicht.
7 illustriert nun einen Kernkasten 1 mit weiteren Elementen. Die in 2 gezeigt Anordnung kann auch als Kernschießanlage bezeichnet werden oder Teil einer solchen sein. Wiederum weist der Kernkasten einen ersten Kastenteil 2 und einen zweiten Kastenteil 4 auf. Der Kernkasten 1 weist auch eine Trennmittelzuführeinheit 50 auf, die grundsätzlich schon mit Bezug auf 4 beschrieben wurde. Die Trennmittelzuführeinheit 50 weist die Pumpe 28 auf, die über eine gemeinsame Leitung 26 zunächst mit einem Regler 52 verbunden ist, von dem dann zwei gemeinsame Leitungen 26 abzweigen, die jeweils zum ersten bzw. zweiten Kastenteil 2, 4 führen. Die ersten und zweiten Kastenteile 2, 4 sind über eine Hubeinrichtung 54 relativ zueinander beweglich, insbesondere ist der erste Kastenteil 2 anhebbar, sodass die ersten und zweiten Teilungsflächen 8, 10 voneinander beabstandet werden können. Die Pumpe 28 wird in dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel von dem Kompressor 56 mit Druckluft versorgt. Dies erfolgt über die Kompressorleitung 57.
Die Trennmittelzuführeinheit 50 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel auch eine Steuerung 60 auf, die eine separate Steuerung für den Kernkasten 1 sein kann, oder mit einer übergeordneten Steuerung einer Kernschießanlage integriert sein kann. Die Steuerung 60 ist über eine erste Signalleitung 62 mit der Pumpe 28 verbunden, um die Pumpe 28 zu steuern. Über eine zweite Signalleitung 64 ist die Steuerung 60 mit dem Regler 52 verbunden, um so einen Druck zu regeln, der in den Leitungen 26, die vom Regler 52 zu den ersten und zweiten Kastenteilen 2, 4 führen, einzustellen. Schließlich ist die Steuerung 60 über eine dritte Signalleitung 66 mit der Hubeinrichtung 54 verbunden, um diese zu steuern. Es ist auch denkbar, dass die Hubeinrichtung 54 von einer weiteren oder übergeordneten Steuerung gesteuert wird, und die Steuerung 60 nur Signale von der Hubrichtung 54 empfängt, vorzugsweise Öffnung- und Schließsignale. Sobald die ersten und zweiten Kastenteile 2, 4 in einem geschlossenen zustand sind und die ersten und zweiten Teilungsflächen 8, 10 aufeinander liegen, veranlasst die Steuerung 60 die Trennmittelzuführeinheit 50, Trennmittel 12 in den Kernkasten 1 einzusprühen. Dazu wird zunächst einen Druckimpuls aufgebaut, um den Zerstäubungsprozess einzuleiten. Anschließend kann der Druck leicht abfallen, um eine gleichmäßige Zerstäuben zu erreichen. Hierbei können Drücke an einzelnen Düsen 16, die in verschiedenen Düsenöffnungen 14, 15 eingesetzt sind, unterschiedlich ausgestaltet sein. Dies ist beispielsweise bei einer Anordnung wie in 2 gezeigt bevorzugt. Beispielsweise könnte die ganz linke Düse 16 mit einem geringeren Druck betrieben werden, als in 2 ganz rechte Düse 16. Mit Bezug auf 2 wird klar, dass der Bereich, der von der ganz rechten Düsen benetzt wird deutlich größer als der Bereich, der von der ganz linken Düse in 2 benetzt wird, sodass Druck und auch der Volumenstrom bei der ganz linken Düse in 2 geringer sein kann. Solche unterschiedlichen Drücke können einerseits über den Regler 52 vorgegeben werden, oder fix über Drosseln entweder direkt an den Düsen 16 oder in einem zu den Düsen 16 führenden Schläuchen 26 eingestellt werden.
Nun wiederum Bezug nehmend auf 1 ist in gestrichelten Linien zunächst eine Schussdüsenöffnung 70 gezeigt, in die eine Schussdüse 73 eingesetzt werden kann, um Formstoffmischung in den Kernkasten 1, genauer gesagt in die innere Kavität 7 (Formholraum) einzuschießen. Die Schussdüse 72 kann auf herkömmliche Art und Weise ausgebildet sein. Bevorzugt wird aber im Rahmen der Erfindung eine Schussdüse 72 eingesetzt, wie sie in 8 oder 9 gezeigt ist.
Gemäß 8 umfasst eine Schussdüse 72 einen Düsenkörper 103 mit einem Bund 105 und einem Ansatz 107. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Schussdüse 72 einstückig ausgebildet. Der Bund 105 kann in einer geeigneten Aufnahmevorrichtung einer Fülleinrichtung einer Kernschießmaschine aufgenommen werden. Ein Einführabschnitt 109 der Schussdüse 72 wird dabei in der Fülleinrichtung aufgenommen wobei ein Mittelabschnitt 111 und der Ansatz 107 aus der Fülleinrichtung herausragen. Vorzugsweise kann an dem Einführabschnitt 109 und/oder dem Bund 105 der Schussdüse 72 ein Dichtungsring (in 8 nicht dargestellt) angebracht werden. Im Bereich des Ansatzes 107 verjüngt sich die Schussdüse 72 in Richtung der Mündungsöffnung 113. Auf einer der Mündungsöffnung 113 gegenüberliegenden Seite 115 der Schussdüse 72 ist eine Einlauföffnung 117 angeordnet. Eine Außenkontur eines Abschlussbereichs 119 des Ansatzes 107 ist zylindrisch ausgeführt. Ebenso sind hier Außenkonturen des Mittelabschnitts 111, des Bunds 105 und des Einführabschnitts 109 zylindrisch ausgebildet. In einer Variante ist eine Außenkontur des Mittelabschnitts 111, des Bundes 105, des Ansatzes 107 und/oder eine Außenkontur des Abschlussbereichs 119 vorzugsweise konisch. Vorzugsweise ist der Ansatz 107 dazu ausgebildet, in eine korrespondierende Füllöffnung 70 eines Formwerkzeugs (insbesondere Kernkasten; vgl. 1) eingesetzt zu werden, wobei der sich zylindrisch verjüngende Konusabschnitt 121 zur Anlage gebracht wird. Bevorzugt kann so die Schussdüse 72 mit einer Schließkraft, die parallel zu einer Zentralachse ZA der Schussdüse 72 wirkt, gegen den Kernkasten 1 gepresst werden. Somit kann ein dichtendes Anlegen der Schussdüse 72 an den Kernkasten 1 sichergestellt werden.
Eine innere Oberfläche 123 einer ersten Düsenwand 125 definiert eine Drallkammer 127. Die Drallkammer 127 verjüngt sich in einer ersten Richtung R1, die parallel zur Zentralachse ZA ist und von der Einlauföffnung 117 in Richtung der Mündungsöffnung 113 weist, bis zu einem Übergang 137 zu einem Auslaufbereich 139 der Drallkammer 127. Vom Übergang 137 bis zur Mündungsöffnung 113 weitet sich die Drallkammer 127 in der ersten Richtung R1 vorzugsweise auf. In diesem Ausführungsbeispiel verjüngt sich die Drallkammer 127 bis zum Übergang 137 stetig und mit einem im Wesentlichen konstanten Verjüngungsverhältnis. Das Verjüngungsverhältnis beschreibt eine Änderung des inneren Durchmessers D1 der Drallkammer 127 entlang der Zentralachse ZA und liegt bevorzugt in einem Bereich von 0 % bis 60 %, besonders bevorzugt 20 % bis 40 %. Es werden auch Schussdüsen 72 mit einer sich in Richtung R1 variabel verjüngenden Drallkammer 127 bevorzugt. Ferner kann die Drallkammer 127 sich in der ersten Richtung R1 aufweitend und/oder sich aufweitend und verjüngend ausgebildet sein. Ebenso werden zylindrische Drallkammern 127 bevorzugt. Ein erster Innenwandabschnitt 141 im Auslaufbereich 139 ist hier konvex ausgebildet. Bevorzugt liegt eine Auslaufbereichslänge L2, gemessen entlang der Zentralachse ZA vom Übergang 137 bis zur Mündungsöffnung 113, des Auslaufbereichs 139 in einem Bereich von größer 0 % bis 50 %, bevorzugt 5 % bis 30 %, besonders bevorzugt 10 % bis 20 %, der Gesamtlänge L1 der Schussdüse 72, gemessen entlang der Zentralachse ZA von der Einlauföffnung 117 bis zur Mündungsöffnung 113. Weiterhin bevorzugt liegt eine Abschlusslänge L3 des Abschlussbereichs 119, gemessen entlang der Zentralachse ZA, in einem Bereich von größer 0 % bis 50 %, bevorzugt 5 % bis 40 %, besonders bevorzugt 15 % bis 30 %, der Gesamtlänge L1. Ein Öffnungswinkel ε des Auslaufbereichs 139 bestimmt sich zwischen der Zentralachse ZA und eine Tangente TA1. Die Tangente TA1 ist eine Verbindungsgerade zwischen einem ersten Punkt 145, der am Übergang 137 in der Schnittebene liegt, und einem zweiten Punkt 147, der in der Schnittebene an der Mündungsöffnung 113 liegt. Ein Mündungswinkel β, gemessen zwischen einer Mündungstangente TA2 an den ersten Innenwandabschnitt 141 an der Mündungsöffnung 113 und der Zentralachse ZA, liegt bevorzugt in einem Bereich von kleiner 90° bis größer 0°, bevorzugt 80° bis 40°, besonders bevorzugt 75° bis 60°, weiterhin bevorzugt 20° bis 60°, besonders bevorzugt 35° bis 50°.
Eine gewendelte Struktur 129 der Drallkammer 127 weist in diesem Ausführungsbeispiel in der ersten Düsenwand 125 ausgebildete Drallnuten 131 auf, die sich entlang der Zentralachse ZA bis zur Mündungsöffnung 113 erstrecken. Die Drallnuten 131 definieren dabei die Gänge 132 der gewendelten Struktur 129. Zwischen den Drallnuten 131 sind Stege 133 ausgebildet. Die Drallnuten 131 verlaufen helixförmig um die Zentralachse ZA. Zudem sind in diesem Ausführungsbeispiel die Drallnuten 131 symmetrisch ausgebildet. Ebenso werden Schussdüsen 72 bevorzugt, deren Drallnuten 131 unsymmetrisch sind.
Die Drallnuten 131 weisen in einem Einlaufbereich 149 je einen Anfangsabschnitt 151 auf. Der Einlaufbereich 149 ist derjenige Abschnitt der Drallkammer 127 der sich an die Einlauföffnung 117 anschließt. In dem Anfangsabschnitt 151 nimmt eine Nuttiefe der Drallnuten 131 in der ersten Richtung R1 stetig zu. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind seitliche Nutübergänge 155 der Drallnuten 131 zu den Stegen 133 abgerundet. Die Nutübergänge 155 können bevorzugt auch als Kanten ausgebildet sein. Ebenso ist der Anfangsabschnitt 151 abgerundet. Eine Länge L4 der Drallnuten 131, gemessen entlang der Zentralachse ZA zwischen der Mündungsöffnung 113 und dem Anfangsabschnitt 45, liegt bevorzugt in einem Bereich von größer 10 % bis 100 %, bevorzugt größer 30 % bis 100 %, besonders bevorzugt 70 % bis 100 %, insbesondere bevorzugt 80 % bis kleiner 100 %. Ebenso werden Auslaufbereiche 139 bevorzugt, die keine gewendelte Struktur 129 aufweisen, sondern im Wesentlichen glatt sind. Ein Steigungswinkel α, gemessen zwischen der Zentralachse ZA und einer Geraden GA1, die eine Projektion der Hauptachse HA der Drallnut 131 in die Schnittebene ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel konstant (aufgrund der sich verjüngenden Drallkammer 127 erscheint der Steigungswinkel α in 1 variabel) und beträgt etwa 20°. Vorzugsweise ist der Steigungswinkel α in der ersten Richtung R1 variabel. Beispielsweise kann der Steigungswinkel α entlang der Zentralachse ZA bis zur Mündungsöffnung 113 zunehmen. Bevorzugt ist der Steigungswinkel α am Übergang 137 stetig. Es werden jedoch auch Ausführungsformen bevorzugt in denen die Drallnuten 131 am Übergang 137 einen Knick aufweisen.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Schussdüse 72 weist diese einen Hauptkörper 203 und einen Mantelkörper 205 auf. Hier ist die Schussdüse 72 mehrteilig ausgebildet. Der Bund 207 kann in eine geeignete Aufnahmevorrichtung einer Schießeinheit der Kernschießmaschine aufgenommen werden. Ein Einführabschnitt 109 der Schussdüse 72 wird dabei (wie oben beschrieben) in der Schießeinheit aufgenommen, wobei der Mittelabschnitt 111 und der Mündungsabschnitt 113 aus der Schießplatte herausragen. Im Bereich des Mündungsabschnitt 113 verjüngt sich die Schussdüse 72 in Richtung der Mündungsöffnung 215. Auf einer der Mündungsöffnung 215 gegenüberliegenden ersten Seite 217 ist die Einlauföffnung 219 angeordnet. Bevorzugt weist der Einführabschnitt 109 und/oder der Bund 207 Befestigungsmittel auf. Vorzugsweise ist der Mündungsabschnitt 113 dazu ausgebildet, in eine korrespondierende Füllöffnung 70 des Formwerkzeugs (Kernkasten 1) eingesetzt zu werden. Bevorzugt kann so die Schussdüse 72 mit einer Schließkraft, die parallel zur Zentralachse ZA der Schussdüse 72 wirkt, gegen den Kernkasten 1 gepresst werden. Somit kann ein dichtendes Anlegen der Schussdüse 72 an den Kernkasten 1 sichergestellt werden.
Der Mantelkörper 205 weist am Einführabschnitt 109 einen Verteiler 225 auf, die er zum Zuführen von Spülmedium zur Schussdüse 72 ausgebildet ist. Der Verteiler 225 umfasst auf einer Außenwand 227 des Mantelkörper 205 einen Verteilerkanal 229, der sich hier vollumfänglich um die Außenwand 227 erstreckt. Weiterhin umfasst der Verteiler 225 Versorgungsöffnungen 231 zum Zuführen von Spülmedium zu einem Zuführkanal 233 der Schussdüse 72. Bevorzugt sind die Versorgungsöffnungen 231 gleichmäßig über den Umfang der Schussdüse 72 verteilt. In Verbindung mit dem vollumfänglichen Verteilerkanal 229 ermöglicht dies eine gleichmäßige Zuleitung von Spülmedium zum Zuführkanal 233. Zum abdichten des Verteilerkanals 229 weist der Verteiler 225 einen ersten Dichtungsringe 235 auf, der teilweise zwischen dem Hauptkörper 203 und dem Mantelkörper 205 angeordnet ist. Ein zweiter Dichtungsringe 237 liegt hier am Bund 207 an.
Wie 9 zeigt, verbindet eine Strömungskammer 249 die Einlauföffnung 219 mit der Mündungsöffnung 215. Die Strömungskammer 249 wird dabei durch einen ersten Strömungskammerwandabschnitt 251 des Hauptkörper 203 und einen zweiten Strömungskammerwandabschnitt 253 des Mantelkörpers 205 gebildet. Die Zentralachse ZA erstreckt sich durch Querschnittsmittelpunkte der Strömungskammer 249 von der Einlauföffnung 219 zur Mündungsöffnung 215. Hier liegen sich die Mündungsöffnung 215 und die Einlauföffnung 219 gegenüber, so dass die Zentralachse ZA gerade ist. Die Strömungskammer 249 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel gestuft ausgebildet. Der erste Strömungskammerwandabschnitt 251 des Hauptkörper 203 weist einen ersten Knick 255 auf. Ferner weist auch der zweite Strömungskammerwandabschnitt 253 des Mantelkörper 205 einen zweiten Knick 257 auf. Es soll verstanden werden, dass der erste Knick 255 und der zweite Knick 257 auch nur im ersten Strömungskammerwandabschnitt 253 oder im zweiten Strömungskammerwandabschnitt 253 ausgebildet sein können. Ein erster Knickwinkel π, gemessen an einer inneren Oberfläche 261, ist größer 90°. Ein zweiter Knickwinkel ζ des zweiten Knicks 257 ist in diesem Ausführungsbeispiel gleich dem ersten Knickwinkel π, sodass ein stromaufwärts des ersten Knicks 255 gelegener erster Strömungswandabschnitt 263 der Strömungskammer 249 und ein stromabwärts des zweiten Knicks 257 gelegener zweiter Strömungswandabschnitt 265 der Strömungskammer 249 parallel sind. Bevorzugt kann sich die Strömungskammer 249 im Bereich des ersten Strömungswandabschnitts 263 und/oder im Bereich des zweiten Strömungswandabschnitts 265 verjüngen und/oder aufweiten. Hier verjüngt sich die Strömungskammer 249 nur in einem Verjüngungsabschnitt 259 zwischen dem ersten Knick 255 und im zweiten Knick 257, wobei ein innerer Durchmesser D1 der Strömungskammer 249 in einer ersten Richtung R1, die von der Einlauföffnung 219 in Richtung der Mündungsöffnung 215 weist, abnimmt.
Der Absatz 243 des Hauptkörpers 203 liegt auf dem Mantelkörper 205 auf. Zur Fixierung am Mantelkörper 205 weist der Hauptkörper 203 ein Außengewinde 267 auf, das in ein korrespondierendes Innengewinde 269 des Mantelkörper 205 eingeschraubt ist. Es soll verstanden werden, dass der Hauptkörper 203 auch formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig am Mantelkörper 205 fixiert sein kann.
Die Versorgungsöffnung 231 des Verteilers 225 verbindet den Verteilerkanal 229 mit einem Zuführkanal 271. Der Zuführkanal 271 ist zwischen einer Innenwand 273 des Mantelkörpers 205 und einer Außenwand 275 des Hauptkörper 203 ausgebildet. Der Zuführkanal 271 dient der Verbindung der Versorgungsöffnung 231 mit einer Spülöffnung 277 der Schussdüse 72. Die Spülöffnung 277 mündet in die Strömungskammer 249, so dass Spülmedium in die Strömungskammer 249 eingeleitet werden kann. Hier ist die Spülöffnung 277 als Umfangsspalt 279 ausgebildet, der über den vollen Umfang der Strömungskammer 249 in die Strömungskammer 249 mündet. Vorzugsweise weist die Schussdüse 72 mehrere Spülöffnung 277 auf. Die Spülöffnung 277 ist hier im Verjüngungsabschnitt 259 angeordnet wobei auch vorgesehen sein kann, dass die Spülöffnung 277 im ersten Strömungswandabschnitt 263 und/oder im zweiten Strömungswandabschnitt 265 angeordnet ist.
Auch eine Kombination der Schussdüsen gemäß den 8 und 9 ist bevorzugt, also eine Schussdüse 72, die sowohl eine gewendelte Struktur als auch eine Spülöffnung aufweist.

Claims

Kernkasten (1) für die Gießereitechnik zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere verlorener Kerne, Gießereiformen und/oder Speiser, aus einer Formstoffmischung, mit wenigstens einem ersten Kastenteil (2) und einem zweiten Kastenteil (4), die gemeinsam wenigstens einen Abschnitt des Kernkastens (1) bilden und einen Konturbereich (6) für einen herzustellenden Formkörper definieren, wobei der erste Kastenteil (2) eine erste Teilungsfläche (8) und der zweite Kastenteil (4) eine zweite Teilungsfläche (10) aufweist, die in einem geschlossenen Zustand des Kernkastens (1) dichtend aneinander anliegen und in einem geöffneten Zustand des Kernkastens (1) voneinander beabstandet sind, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Sprühöffnungen (14, 15) im Konturbereich (6) des ersten Kastenteils (2) zum Einsprühen von Trennmittel (12) in den Kernkasten (1), wenn dieser in einem geschlossenen Zustand ist.
Kernkasten nach Anspruch 1, wobei die Sprühöffnung (14, 15) als Düse (16) zum Zerstäuben des Trennmittels (12) ausgebildet ist.
Kernkasten nach Anspruch 1, wobei in die Sprühöffnung (14, 15) eine Düse (16) zum Zerstäuben des Trennmittels (12) eingesetzt ist.
Kernkasten nach Anspruch 3, wobei die Düse (16) eine Zerstäubungsdüse, vorzugsweise Hohlkegeldüse (17), ist.
Kernkasten nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die eine oder mehreren Sprühöffnungen (14, 15) derart angeordnet sind, dass im Wesentlichen der gesamte Konturbereich (6) mit Trennmittel (12) benetzbar ist.
Kernkasten nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend eine oder mehrere weitere Sprühöffnungen (14, 15) im Konturbereich (6) des zweiten Kastenteils (4) zum Einsprühen von Trennmittel (12) in den Kernkasten (1), wenn dieser in einem geschlossenen Zustand ist.
Kernkasten nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Trennmittelzuführeinheit (50), die mit der einen oder den mehreren Sprühöffnungen (14, 15) zum Zuführen von Trennmittel (12) verbunden ist.
Kernkasten nach Anspruch 7, umfassend eine Steuerung (60), die dazu ausgebildet ist, bei geschlossenem Zustand des Kernkastens (1) die Trennmittelzuführeinheit (50) zu verlassen, Trennmittel (12) in den Kernkasten (1) einzusprühen.
Kernkasten nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (60) dazu ausgebildet ist, beim Einsprühen zunächst einen Druckstoß auszulösen zum Initiieren einer Zerstäubung des Trennmittels (12).
Kernkasten nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Schussdüse (72) zum Schießen der Formstoffmischung in den Konturbereich (6), aufweisend zumindest eine erste Düsenwand (125) mit einer inneren Oberfläche (123), die eine Drallkammer (127) definiert, eine Einlauföffnung (117) zum Zuführen der Formstoffmischung, und eine Mündungsöffnung (113) zum Abgeben der Formstoffmischung, wobei die erste Düsenwand (125) eine gewendelte Struktur (129) aufweist, die einen oder mehrere Gänge umfasst und dazu ausgebildet ist, die Formstoffmischung in Rotation um eine Zentralachse (ZA) der Drallkammer (127) zu versetzen.
Kernkasten nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Schussdüse (72) zum Schießen der Formstoffmischung in den Konturbereich (6), aufweisend eine Einlauföffnung (219) zum Zuführen der Formstoffmischung, eine Mündungsöffnung (215) zum Abgeben der Formstoffmischung, und eine Strömungskammer (249), die die Einlauföffnung (219) mit der Mündungsöffnung (215) verbindet und eine innere Oberfläche (261) aufweist, und aufweisend eine Spülöffnung (277), die in die innere Oberfläche (261) mündet und zum Zuführen eines Spülmediums in die Strömungskammer (249) ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen von Formkörpern, insbesondere verlorener Kerne, Gießereiformen und/oder Speiser, aus einer Formstoffmischung unter Verwendung eines Kernkastens (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die Schritte in dieser Reihenfolge: - Schließen des Kernkastens (1); - Einsprühen von Trennmittel (12) bei geschlossenem Kernkasten (1) zum Benetzen des Konturbereichs (6) mit Trennmittel (12); - Einschießen der Formstoffmischung zum Bilden des Formkörpers; - Öffnen des Kernkastens (1); und - Entnehmen des Formkörpers.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Einsprühens umfasst: - Erzeugen eines Druckimpulses beim Beginn des Einsprühens zum initialen Zerstäuben des Trennmittels (12).
Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, umfassend den Schritt: - Anlegen eines Haltedrucks an die eine oder die mehreren Sprühöffnungen (14, 15) während des Einschießens der Formstoffmischung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Kernkasten eine erste und eine zweite Sprühöffnung (14, 15) aufweist, und das Verfahren ferner die Schritte umfasst: - Einsprühen des Trennmittels (12) mittels der ersten Sprühöffnung (14, 15) bei einem ersten Druck; und - Einsprühen des Trennmittels (12) mittels der zweiten Sprühöffnung (14, 15) bei einem zweiten Druck, der höher als der erste Druck ist.
Verwendung eines Kernkastens (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in der Gießereitechnik zur Herstellung verlorener Kerne aus einer Formstoffmischung.