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Verfahren und Vorrichtung zum Einfüllen und Vorverdichten körniger
Massen in Gießereiformkasten Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Einfüllen und Vorverdichten körniger Massen in Gießereiformkasten, die im gefüllten
Zustand durch vorzugsweise durch Rütteln erzeugte, überwiegend senkrecht zur Modellebene
wirkende Massen-Trägheitskräfte vorverdichtet und anschließend nachverdichtet werden,
unter Verwendung eines die körnige Masse in abgemessener Menge enthaltenden, mit
einem Bodenverschluß versehenen Füllbehälter, dessen Ausflußquerschnitt annähernd
dem lichten Querschnitt des Formkastens entspricht.
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Beim Verdichten körniger Massen zur Herstellung von Gießformen oder
von keramischen Produkten usw. ist es bekannt, mit Füllrahmen, die auf die abzuformenden
Modellplatten oder auf die Formkasten aufgesetzt werden, zu arbeiten. Diese Füllrahmen
sollen beim Einfüllen der körnigen Masse ein Überströmen derselben möglichst verhindern
oder beim Herstellen hoher Formen das Einbringen einer genügend großen Menge ermöglichen.
Ferner sind Füllbehälter mit einem Bodenverschluß bekannt, in die eine für die Herstellung
von Formen notwendige Menge körniger Masse eingefüllt wird und die, nachdem sie
über die Modelle oder den Formkasten geschwenkt wurden, dieselbe ohne gegenseitige
Berührung entleeren. Weil die körnige Masse unverdichtet ein erheblich größeres
Volumen besitzt als verdichtet, bildet sich ein Schüttkegel, wobei ein Teil über
den Kastenrand abströmt, und weil beim Auftreffen der körnigen Masse sich dieselbe
hauptsächlich über den erhöhten Modellpartien vorverdichtet, ist die Gesamtmenge
ungenau und hauptsächlich die horizontale Verteilung ungünstig (in der Mitte zu
viel, am Kastenrand zu wenig). Es ist auch bekannt, zwischen einer Mengenmeßvorrichtung
und dem Formkasten einen Übergangstrichter anzuordnen. Die untere Öffnung dieses
Übergangstrichters weist nur einen Bruchteil der Formkastenfläche auf, so daß zwangläufig
eine starke SchüttkegelbiIdung der körnigen Masse entsteht. Ferner wurde die Benutzung
von Füllbehältern mit durch Federn zugehaltenen Bodenklappen vorgeschlagen, die
nach dem Aufsetzen auf einen Form-Kasten, der sich auf einer Modellplatte abstützt,
mit einem die Füllung belastenden, also vorpressenden Gewicht so belastet werden,
daß die durch Federkraft gehaltenen Bodenklappen die Füllung freigeben müssen, so
daß die Füllung und das diese belastende Gewicht auf die Modellplatte fällt. Hierdurch
entsteht eine noch schlechtere horizontale Verteilung, weil über den erhöhten Modellpartien
sofort eine Vorpressung entsteht, deren schädliche Wirkung beim nachfolgenden Rüttelprozeß
nur noch unwesentlich beeinflußt wird.
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Es ist eine schon lange bekannte Erscheinung, daß beim Verdichten
einer körnigen Masse die Verdichtung größtenteils in der Kraftrichtung erfolgt,
während quer dazu die Verdichtungswirkung bedeutungslos ist und um so rascher abklingt,
je größer die Verdichtung an sich ist und je geringer die Höhe der zu verdichtenden
körnigen Masse ist. Dies ergibt, daß beim Pressen die körnige Masse über den hohen
Modellpartien zu stark und die über den tiefer liegenden Partien der Modelleinrichtung
ungenügend verdichtet wird. Viele Versuche, diese eine gleichmäßige Verdichtung
hindernde Erscheinung durch Anbringung horizontal wirkender Rüttel- oderVibrationsbewegungen
wenigstens teilweise zu beseitigen, haben vollständig fehlgeschlagen. Auch die Verwendung
dem Modell entsprechend geformter Preßklötze hat zu keiner befriedigenden Lösung
geführt, da sie nurTeilerfolge aufwies und den Wechsel der Modelleinrichtungen unzulässig
erschwerte und sowohl dadurch als auch durch die Erweiterung der Modelleinrichtungen
die Formherstellung verteuerte.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bezweckt, die beschriebenen Nachteile
mindestens größtenteils zu beseitigen und dadurch die Voraussetzung für eine zuverlässig
automatisch arbeitende Formmaschine zu schaffen. Das Verfahren besteht darin, daß
der eine
abgemessene Sandmenge enthaltende Füllbehälter auf den
Formkasten aufgesetzt, der Sand aus diesem Füllbehälter in den Kasten entleert und
bei aufgesetztem Füllbehälter vorverdichtet wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine große Fallhöhe oder
ein Vorpressen durch Gewichte und dadurch ein beim Einfüllen unerwünschtes, stellenweises
Verdichten der körnigen Masse vermieden, so daß diese sich locker und, durch den
Behälter seitlich gehalten, weitgehend ausgeebnet auf die Modelleinrichtung legt
und erst durch die in vorzugsweise senkrechter Richtung wirkenden Massenträgheitskräfte
der körnigen Masse selbst verdichtet wird, wobei an jeder Stelle genügend körnige
Masse in den Formkasten nachsinken kann. Von den drei bekannten Verdichtungsmöglichkeiten,
nämlich erstens durch von außen auf die körnige Masse wirkende Kräfte (z. B. Pressen),
zweitens durch Aufschleudern derselben mittels Schleuderräder oder Preßluft auf
die Modelleinrichtung und drittens durch Auslösung von Massenträgheitskräften in
der eingefüllten körnigen Masse selbst infolge plötzlicher Geschwindigkeitsänderungen,
benutzt die vorliegende Erfindung für die Vorverdichtung nur die dritte, ihrer besonders
geeigneten Eigenschaften wegen. Die erste fällt weg, da ihre Eigenschaften die Verdichtungsgleichmäßigkeit
erwiesenermaßen verschlechtert, und die zweite ist erfindungsgemäß nicht anwendbar.
Je mehr die Vorverdichtung der anzustrebenden, vollenVerdichtungnach dem Nachverdichten
angenähert wird, um so gleichmäßiger wird die fertig verdichtete Form. Deshalb sieht
die Erfindung vor, die Vorverdichtungsintensität so zu wählen, daß die untersten
Partien der höchsten Schichten der körnigen Masse bereits beim Vorverdichten voll
verdichtet werden.
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Sowohl der Versuch als auch die Berechnung zeigen, daß durch vorzugsweise
senkrechtes Rütteln allein eine vielfach stärkere Verdichtung erzielbar ist als
durch Vibration oder umlaufende Unwuchten (Schwingungen) allein. Aus diesem Grunde
und weil das Rütteln die größte Verdichtung der körnigen Masse nur in den der Modellebene
und den Modellen anliegenden Partien erzeugt und nach oben in der Verdichtung abnimmt,
spielt dasselbe für die Vorverdichtung eine besondere Rolle. Wird ein Formtisch
so gelagert, daß er sich von der Auflage nach oben abheben kann, und läßt man von
unten genügend große Massen mit der notwendigen Geschwindigkeit gegen denselben
schlagen, so kann in diesem Falle eine genügende Vorverdichtung erzielt werden.
Diese Ausführungsform wird aber im allgemeinen komplizierter in der Konstruktion.
Um am Ende eine möglichst gleichmäßig verdichtete Form zu erhalten, soll die vorverdichtete
Form aber in den tieferen Partien nach dem Vorverdichten durch Rütteln wesentlich
stärker verdichtet sein als über den höher gelegenen Partien über den Modellen.
Dies ist bei den bisher bekannten Rütteleinrichtungen nicht der Fall, weil der Elastizitätsmodul
von mit tonigen Bindern durchsetzter körniger Masse nur etwa 500 kg/em2 ist und
dieselbe stark elastisch deformiert. Deshalb sieht die Erfindung, um das zu erreichen,
zusätzlich vor, die Rüttelmasse auf einen Körper aufschlagen zu lassen, dessen Material
eine hohe Druckbeanspruchung erlaubt, einen möglichst niedrigen Elastizitätsmodul
besitzt und ähnlich einer Büchse dünnwandig und lang geformt ist, also eine hohe
potentielle Energie zu speichern in der Lage ist. Sowohl die Berechnung als auch
der Versuch bestätigen die Richtigkeit dieser Überlegung. Es sind wohl Vorschläge,
Unterlagen zwischen Rüttelmasse und Amboß zu schalten oder membranartig federnde
Stahlteller zu verwenden, gemacht worden. Die Wirkung dieser Unterlagen ist jedoch
zu gering, um den höhenabhängigen Verdichtungsunterschied zu erzeugen. Neben diesen
Überlegungen bewirkt der Rüttelvorgang, wenn lockere, körnige Masse eingefüllt wird,
weil die oberste Schicht nicht verdichtet wird und deshalb die innere Reibung der
körnigen Masse in dieser sehr klein ist, ein verhältnismäßig starkes Ausebnen der
Oberfläche derselben, wenn durch Seitenwände, wie dies die vorliegende Erfindung
vorsieht, ein seitliches Abströmen der körnigen Masse verhindert wird.
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Um die so erhaltene, für eine'spätere Nachverdichtung günstige Vorverdichtung
noch zu verbessern, was bei zu verdichtenden Formen aus körniger Masse noch eine
weitere Gleichmäßigkeit der Verdichtung darstellt, sieht die Erfindung noch vor,
dem Füllbehälter mehr körnige Masse zuzuführen, als zur Herstellung der Form benötigt
wird, um diesen überschuß in einer dem späteren Nachverdichten entsprechenden, über
der Formkastenoberkante liegenden Ebene nach dem Vorverdichten so abzuschälen oder
abzutrennen, daß der die Formkastenoberkante überragende Teil vorverdichteter körniger
Masse einen nach oben konisch verlaufenden, abgestumpften Körper bildet. Dies wirkt
sich deshalb günstig aus, weil bei körnigen Massen auch kleine Verdichtungskräfte
schon eine wesentliche Zunahme des Raumgewichtes bewirken und weil durch starke
Modellüberhöhungen nach dem Vorverdichten verbleibende Überhöhungen der körnigen
Masse vor dem Nachverdichten abgetragen werden.
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Zur Ausübung des Verfahrens dient eine Einrichtung, die sich dadurch
kennzeichnet, daß sie einen auf den Formkasten aufsetzbaren und die zur Formherstellung
benötigte, aber nicht wesentlich übersteigende Menge an körniger Masse enthaltenden
Füllbehälter aufweist, der einen sich öffnenden Bodenverschluß aufweist, und dessen
Aus$ußquerschnitt annähernd der lichten Weite des Formkastens entspricht, daß ferner
Mittel vorgesehen sind, um in der körnigen Masse selbst vorzugsweise senkrecht zur
Modellebene wirkende Massenträgheitskräfte zu erzeugen, daß schließlich Vorrichtungen
zur Nachverdichtung nach Entfernung des Füllbehälters vorgesehen sind.
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In der Zeichnung wird das Verfahren durch eine beispielsweise Einrichtung
zur Ausübung desselben, nämlich eine Formmaschine mit Füllbehälter, näher veranschaulicht.
Es zeigt Fig. 1 einen Aufrißschnitt a-a, Fig. 2 einen Grundriß, Fig. 3 einen Schnitt
b-b durch den Füllbehälter und Fig. 4 einen Schnitt c-c eines Anwendungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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Eine Formmaschine besteht aus einem Maschinenständer 1, einem Preßkolben
2, einem Rüttelkolben 3, der in bekannter Weise durch ein Druckmedium angehoben
und nach Ablassen des Druckmediums durch sein Eigengewicht auf den Preßkolben zurückfällt,
welcher während des Rüttelprozesses in seiner tiefsten Stellung auf dem Boden des
Maschinenständers 1 aufliegt. Der Rüttelkolben 3 trägt den Rütteltisch 3 a, auf
dem eine Modellplatte 4 mit einem Modell 5 aufliegt. Sämtliche Steuerorgane und
Druckluftleitungen
sind der Übersichtlichkeit halber nicht in die
Figuren eingezeichnet.
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Auf der Modellplatte 4 sitzt der Formkasten 23, und auf dessen oberen
Rand wird der Füllbehälter 7 aufgesetzt. Dieser hat an seiner unteren Seite einen
verstärkten Rand 7a, der auf seiner Innenseite schräg nach unten und außen gerichtete
Flächen 7 b aufweist, welche zur Bildung einer abgestumpften Pyramidenform des Sandes
dienen und das Abheben des Füllbehälters vom Formkasten erleichtern. Die gegenüberliegenden
Stirnwände 7 c des Behälters sind durch zwei Parallelwände 7d miteinander verbunden,
wobei die Wände 7d gegenüber den vertikalen Rändern der Wände 7 c zurückstehen.
Die Wände 7 d sind an ihrer oberen Partie nach außen abgebogen und bilden ein Dach
für die Achsen 10, welche in den Seitenwänden 7 c gelagert sind. Auf den Achsen
10 sitzen fest auf diesen verkeilt innerhalb der Wände 7 c je zwei Hebel
11, an deren Hebelende um den Bolzen 12 schwenkbar je eine Schälplatte 15 angelenkt
ist, die mit ihren Kanten 16, 17 auf den Flächen 7 e (Fig. 3) des verstärkten Randes
7 f des Behälters 7 aufliegen. Auf den Achsen 10 sind außerhalb einer der Behälterwände
7 c je ein Hebel 18 befestigt, von denen der eine an den Kolben 19 und der andere
an den Zylinder 20 einer hydraulisch oder pneumatisch betätigten Presse angelenkt
ist. An den Zylinder 20 sind Leitungen 20 a und 20 b für das Druckmedium angeschlossen.
Durch die Presse können die beiden Schälplatten 15 aus der ausgezogenen Stellung
schnell in die punktierte Stellung der Fig. 1 bewegt werden. Fig. 1 zeigt die Stellung
der Schälplatten nach dem Vorverdichten und Fig. 4 diejenige beim Aufnehmen der
neuen Füllung körniger Masse in den Behälter 7. Der Füllbehälter 7 ist an einem
Arm 25 festgeschraubt und mittels Keil 26 (Fig. 3) in der festgeschraubten
Lage gesichert. Der Arm 23 sitzt auf der Kolbenstange 27, welche in dem Zylinder
28 gelagert ist, der am Maschinenständer 1 festgeschraubt ist. Der Zylinder 28 weist
an seinem oberen Ende einen Einschnitt 28 a auf, in welchen sich der Arm 25 einschiebt,
wenn sich der Behälter auf den Formkasten senkt, so daß ersterer in seiner Lage
gesichert ist. Die Kolbenstange 27 weist eine Bohrung auf, in welcher eine Schraubenfeder
29 gelagert ist, die sich auf einen Ring 30 der Stange 31 am oberen Ende der Stange
und bei 30 a im Boden 27 b des Kolbens 27 abstützt. Die Stange 31 ist im Boden des
Zylinders 28 festgeschraubt. Die Schraubenfeder zieht den Kolben 27 und damit den
Behälter 7 beim Rütteln auf den Formkasten 23. An dem Gestell 1 ist um den Zapfen
33 schwenkbar der Arm 34 gelagert, der die Preßplatte 35 trägt, welche mittels Gewindespindeln
36 in den Arm 34 gelagert und durch diese in der Höhe einstellbar ist. Über der
ausgeschwenkten Stellung A (Fig. 2) des Behälters 7 ist ein Silo 37 (Fig. 1 und
4) angeordnet, dessen Ausflußöffnung mittels Schiebern 36 (Fig. 4) geöffnet und
geschlossen werden kann. Die Schieber sind mittels Segmente 39 um die Zapfen 40
am Silo schwenkbar befestigt, sie sind beispielsweise mit Gewichten 42 versehen,
so daß sie sich von selbst schließen können. An dem Behälter 7 sind zwei Anschläge
43 befestigt, welche gegen die Bolzen 44, die an dem Segment 39 befestigt sind,
stoßen und den Siloverschluß beim Hochstoßen des Behälters 7 öffnen. Die Anschläge
43 sind auswechselbar oder in ihrer Höhe verschiebbar, so daß durch die Verwendung
verschieden hoher Anschläge oder deren Höheneinstellung die Höhenlage des Behälters
7 gegenüber dem Silo 37 bestimmbar ist, weil die Hubbewegung durch das Anschlagen
der Schieber 38 an die Silowände 37 gestoppt wird.
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Als elastisches Aufschlagorgan, das beim Rütteln die senkrechten Schläge
aufnimmt, dient eine auf dem Gegenkolben 2 aufgesetzte büchsenartige Zwischenlage
46, die aus einem hochelastischen Stoff, beispielsweise Kunstharzen mit Gewebe oder
Papier armiert, hergestellt ist.
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Die Einrichtung arbeitet wie folgt: Angenommen, ein Formkasten sei
gefüllt und die Masse vorverdichtet, dann werden zunächst die Schälplatten 15 betätigt,
so daß der Füllbehälter, wie in Fig. 1 ersichtlich, nach unten verschlossen ist.
Hierdurch wird die noch im Behälter oberhalb des Formkastens verbleibende kegelstumfförmige
körnige Masse derart geteilt, daß über dem oberen Formkastenrand nach Entfernen
des Behälters nur ein pyramidenstumpfförmiger Massenaufbau bleibt, während der Überschuß
oberhalb der Schälplatten 15 in den Behälter gelangt. Nach erfolgtem Abtrennen des
Schüttkegels wird der Füllbehälter 7 durch Einströmen von Druckluft in den Zylinder
28 angehoben. Diese wird durch die Öffnung 50 über den Hohlraum 51, der durch die
Aussparung 27 a des Kolbens 27 gebildet ist, sowie durch die Verbindungsbohrungen
52 im ausgesparten Kolbenteil 27a zur zentralen Bohrung des Kolbens 27 geführt,
in welcher die Feder sitzt, so daß das Druckmedium unter die Kolbenfläche 27 b gelangt.
Der Kolben 27 wird angehoben, bis der Behälter 7 in die Schwenkstellung gelangt.
Diese Schwenkstellung entspricht derjenigen Höhe des Kolbens 27, in der dieser die
öffnung 50 eben schließt. In dieser Schwebestellung wird der Füllbehälter 7 an einem
Anschlag 54 (Fig. 2) unter den Silo 37 geschwenkt. Nun wird auch durch die Öffnung
55 Druckluft zugeführt, so daß sich der Kolben 27 und damit der Füllbehälter 7 weiter
anhebt, wobei Anschläge 43, die auswechselbar auf dem Füllbehälter befestigt sind,
gegen die Bolzen 44 der Siloklappen 38 drücken und diese voll öffnen. Je nach der
Länge der auswechselbaren Anschläge 43 wird die Füllung an körniger Masse größer
oder kleiner. Während der Schwenkung des Füllbehälters unter den Silo wird die Preßplatte
35 über den Formkasten geschwenkt. Gleichzeitig mit dem Heben des Füllbehälters
7 und dem Öffnen der Siloklappen 38 erfolgt auch das Pressen der bereits gefüllten
und vorverdichteten Form, indem der Preßkolben 2 angehoben wird, was durch ein kombiniertes
Druckluftsteuerorgan, das nicht eingezeichnet ist, erfolgt. Mit dem gleichen Steuerorgan
wird nachher das Senken des Preßkolbens 2 eingeleitet und gleichzeitig auch die
öffnung des Zylinders 55 auf Auspuff gestellt, während die Öffnung 50 noch geschlossen
bleibt. Der nun gefüllte Behälter sinkt auf die in Fig. 3 gezeichnete Schwebestellung
zurück, wobei sich die Siloklappen 38 durch die Belastungsgewichte 42 selbsttätig
schließen. Die Preßplatte 35 wird nun ausgeschwenkt und der Formkasten abgehoben.
Ein neuer Formkasten wird aufgesetzt und der gefüllte Füllbehälter über den Formkasten
zurückgeschwenkt. Indem die Öffnung 50
auf Auspuff gestellt wird, senkt sich
der Behälter auf den Formkasten. Die Zufuhr von Preßluft über die Öffnung
20 a zu den Zylindern 20 wird geöffnet, so daß der Bodenverschluß
geöffnet wird, wodurch sich die körnige Masse über die Modellplatte in den Formkasten
23 entleert. Bei dem nun einsetzenden Rütteln bewirkt die Federkraft der Feder 29
ein sicheres Aufsitzen
des Füllbehälters auf dem Formkasten, so
daß dieser und der Formkasten dauernd in Berührung bleiben. Die Aufschläge des Rütteltisches
werden von der büchsenförmigen Zwischenlage aufgenommen, durch welche eine von der
Höhe der körnigen Masse' abhängige Vorverdichtung in den Partien über der Modelleinrichtung
entsteht. Nach einigen Rüttelschlägen ist die Vorverdichtung beendet, und durch
Umstellung der Druckluft bei der Öffnung zum Zylinder 20 schälen die Schälplatten
den überschüssigen Teil körniger Masse oberhalb des Formkastens ab und schließen
gleichzeitig den Behälterboden. Mit dem Abheben des Füllbehälters beginnt die Operationsfolge
von neuem.
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Die Idee der Erfindung läßt sich auch mit anderen Siloformen und Siloverschlüssen
durchführen. Im speziellen ist der Bodenverschluß des Füllbehälters nicht an die
dargestellten Schälplatten gebunden. Diese haben sich jedoch besser bewährt als
geradlinig bewegte oder um Achsen drehbare Abschälplatten, da sie sich nicht durch
Einzwängen von körniger Masse verklemmen und beim Abschälen der überschüssigen körnigen
Masse dieselbe durch Brechen wieder auflockern. Große Silos können selbstverständlich
auch dadurch geöffnet und geschlossen werden, daß der Füllbehälter einen Druckluft-
oder Preßwasserschieber steuert, der dann einen den Siloverschluß betätigenden Preßwasser-
oder Druckluftzylinder steuert. Im besonderen ist darauf hinzuweisen, daß die Verwendung
der Idee nicht an bestimmte Formmaschinentypen gebunden ist; die Idee kann sowohl
für Abhebe- als auchWendeformmaschinen verwendet werden. Die Anwendung der Idee
ist ausschließlich an das Vorhandensein von entsprechenden Mitteln für die beschriebene
Vorverdichtung und eine anschließende Nachverdichtung gebunden.
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Anstatt mit geradlinig geführten, flachen Schälplatten einen ebenen
Masseabschnitt über dem Formkasten zu erzeugen, kann die Abschnittfläche auch dreidimensional
uneben erzeugt werden, wodurch ein weiteres Angleichen der Massehöhe über extremen
Modellformen an die Verdichtungserfordernisse möglich ist. Dies kann dadurch erfolgen,
daß die Führungsflächen 7e (Fig. 3) nicht geradlinig, sondern entsprechend geformt
und die Schälplatten der Form entsprechend uneben sind.