DE2006023A1 - Schlagpreß-Formmaschine und Verfahren zum Formen von Naßsand - Google Patents

Description

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Bangor Punta Operations, Inc., 405 Park Avenue, New York, New York 10022 (V. St. V. A.)

Schlagpreß-Formmaschine und Verfahren zum Formen von Naßsand.

Für diese Anmeldung die Priorität aus der entsprechenden U.S. Anmeldung Serial No. 799 423 vom 14. Februar I969 in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Uaßgußformen und auf eine Formmaschine zum Herstellen von Uaßgußformen durch eine Schlagpreßvorrichtung, welche vermittels eines Schlages durch einen durch die Explosivkraft plötzlich freiwerdender Druckluft angetriebenen Schlagkopfes, der auf den Formsand auftrifft, seine kinetische Energie in der Form eines Impulses auf den Formsand überträgt und dadurch den um die Modelle herum befindlichen Sand verdichtet. Es hat sich gezeigt, daß bei Anwendung eines Impulsprinzips auf die Formherstellung der Formsand gleichförmig verdichtet wird und die Form eine gleichförmige Härte erhält.

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Das Prinzip des Schlagpressens wird mit Erfolg für Schmiedepressen hoher Energie und für Tiefziehmaschinen angewandt, ist bis jetzt jedoch noch nicht mit Erfolg für das Formen von Naßsand eingesetzt worden. Die Erfindung ist daher auf die Naßgußformung und insbesondere auf die Herstellung von Naßgußformen durch Schlagpressen vermittels eines Formkopfes auf einen Körper von losem Formsand gerichtet.

Jahrhundertelang werden bereits Sand oder andere Stoffe in Kästen gepreßt und die dabei erhaltenen Ergebnisse als "Formen" bezeichnet. In der ganzen Zeit ist stets versucht worden, diese Formen zu verbessern und diese schneller und preiswerter herstellen zu können. Es gibt heutzutage viele Formmaschinen der unterschiedlichsten Typen, die tagtäglich zur Herstellung von tausenden und abertausenden von serienmäßigen Naßgußformen verwendet werden.

Eine der besten Maschinen, die vor mehreren Jahren entwickelt wurde, ist die Formmaschine mit biegsamer Membran. Durch diese Maschine wurde das Hochdruckformen eingeführt. Der überaus große Erfolg der Formmaschine mit biegsamer Membran besteht darin, daß hinter der Membran und oberhalb der Form ein großes Volumen verdichteter Luft freigegeben wird. Die sich ausdehnende Luft hat nahezu die Wirkung einer momentanen Explosion. Durch die Geschwindigkeits-Schlagwirkung werden Formen erzielt, die eine ausgezeichnete Permeabilität aufweisen.

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Das Formen mit Membran ist jedoch mit einigen schwerwiegenden Nachteilen und Schwierigkeiten behaftet wie die Ausbildung weicher Ränder, das Unvermögen, wirksam um Stäbe herum zu pressen, eine begrenzte Pormtiefe und natürlich der an der Membran selbst auftretende Verschleiß. Die Versuche, diese Schwierigkeiten zu überkommen, haben zu verschiedenen mechanischen und hydraulischen Kombinationen geführt, wie z.B. die hydraulische Preßmaschine, das hydraulische Pressen mit Rütteln und verschiedene "stoßfreie" Rüttelmaschinen.

Es wurden auch viele Anordnungen von Preßköpfen, Druckwalzen und Hämmerblöcken entwickelt und in vielen Kombinationen verwendet, wobei jedoch das Schlagpressen mit hoher Geschwindigkeit wegen des Druckes zugunsten sich langsam entwickelnder hoher Drücke vernachlässigt wurde.

Diese Versuche, eine vollkommene Form herzustellen, haben wiederum ganz neue Schwierigkeiten und Nachteile zur Folge gehabt. Das Rütteln für sich allein ist unzweckmäßig, weil die dadurch erhaltene Form keine gleichförmige Härte erhält. Das Rütteln erfordert viel Energie und Zeit, sowie ein sehr festes Fundament, ferner zieht es die Formkästen und die Modelle in Mitleidenschaft und hat einen Abrieb der Modelle zur Folge. Schließlich ist Rütteln eine der größten Geräuschquellen in Gießereien.

Pressen für sich allein, auch in Verbindung mit Hämmerblöcken

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oder profilierten Preßplatten ist im allgemeinen unzureichend, da sich die Härte mit der Tiefe des in der Form über den Modellen befindlichen Sandes verändert. Die übliche Lösung ist eine Kombination von Rütteln und Pressen, welche die meisten Nachteile beider Verfahren in sich vereinigt.

Ein weiterer Versuch, der keinen besseren Erfolg gebracht hat, ist hydraulisches Pressen unter hohem Druck. Hydraulische Vorrichtungen sind oft verwickelt und aufwendig und in Gießereien nicht nur einer unzuträglichen Umgebung, sondern auch in vielen Fällen einem Mißbrauch durch nicht genügend erfahrenes Bedienungs- und Wartungspersonal ausgesetzt. Durch einwandfreien Entwurf und durch Verwendung feuerfester Betriebsmittel lassen sich die Sicherheitsprobleme hydraulischer Systeme überkommen, wobei jedoch Leckstellen und andere unaufschiebbare Wartungsarbeiten kostspielige Totzeiten bedingen können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Maschine zum Formen von Naßsand anzugeben, durch welche die vorgenannten Schwierigkeiten überkommen werden.

Der auf den Formsand ausgeübte Druck wirkt in den meisten Fällen in Richtung der angelegten Kraft ein, außer zu Beginn der Berührung, wenn die Fließfähigkeit des Sandes einen absoluten Höchstwert hat und den größten Teil des Druckes in alle Richtungen überträgt. In diesem Augenblick muß der Sand dem Druck folgen, so daß sich eine nahezu vollkommene Gleichförmigkeit

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von Dichte und Härte ergibt. Wenn der angelegte Druck sehr niedrig ist, wird er durch die gegenseitige innere Reibung der Sandkörner und die Trägheitskräfte schnell abgebaut. Wenn die Kraft jedoch groß genug ist, wird der Druck in gleichen Beträgen bis in alle Winkel der Sandform übertragen.

Ausgehend von dieser Voraussetzung hat die Anmelderin ein Verfahren des "Druckschlagpressens" (Hi-Impact molding) entwickelt. Die vorgeschlagene Schlagpreß-Formmaschine weist eine doppeltwirkende Kolbenanordnung zum Betrieb des die Schlagwirkung ausübenden Formkopfes auf und enthält zu diesem Zweck zwei Kolben großen Durchmessers, die durch einen mittleren Druckstempel mit einem Ausgleichkopf verbunden sind, wobei die ganze Einheit oberhalb des bereits mit Sand gefüllten Formkastens gehalten wird. Die ganze Einheit kann durch Druckluft nach unten zu einem Aufprall mit dem Sand beschleunigt werden.

Ein Luftdruck von 2,8 bis 4,2 at reicht zum Betrieb der Druckschlagmaschine (Hi-Impact machine) aus, und die Härte der Form läßt sich durch Veränderung des Luftdruckes sehr genau einstellen. Die Steuerung der Einheit ist ebenso einfach wie die Maschine selbst und kann entweder durch zwei Dreiwegventile oder ein Vierwegventil bzw. durch entsprechende Schieber erfolgen. Das Schlagpressen der Form benötigt weniger als 1,5 Sekunden. Der Ausgleichkopf und der in dem Formkasten befindliche Formsand absorbieren die Energie des nach unten gerichteten Hubes, während die Energie bei dem nach oben gerichteten Hub durch

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zwei Verzögerungspuffer von je 5,9 x 10,2 cm Größe absorbiert wird.

Die leistungsfähige Produktionseinheit ist an alle Modellvorrichtungen anpaßbar, und es lassen sich genormte Formkästen jeder angemessenen Tiefe mit Stäben nahezu jeder Anordnung verwenden. Es sind keine besonderen Fundamente erforderlich, die Maschine kann auf dem Boden, oberhalb des Bodens oder auf I-Trägern oberhalb einer Fördergrube aufgestellt werden. Die Formmaschine besitzt viele technische Vorzüge:

1. Sie läßt sich leicht und wirtschaftlich für Serienfertigung einsetzen.

2. Sie eignet sich vermittels verhältnismäßig einfacher Steuerungen für automatischen Taktbetrieb,

3. Sie verringert die Wartungsprobleme im Vergleich zu komplizierteren automatischen Maschinen.

4. Sie benötigt keine besonderen Fundamente.

5. Sie arbeitet mit niedrigen Luftdrücken (2,8 - 4,2 at).

6. Schneller Arbeitstakt (1-2 Sekunden).

7. Gleichförmige Dichte auf allen Oberflächen.

Durch diese vielseitige Formmaschine werden mit Erfolg die meisten Hindernisse beseitigt, die bislang einem leistungsfähigen Hochdruck-Pressen im Wege standen.

Einige Auaführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Formmaschine werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

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mm 7 mm

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Maschine.

Fig. 2 ist eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung und zeigt den Schlitten, welcher den Formkasten trägt, aus einer unterhalb des Formkopfes in die Füllage verschobenen Lage.

Fig. 3 ist eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform der Maschine.

Fig. 4 ist eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Maschine.

Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des Formkopfes.

Fig. 6 ist eine Teilansicht und zeigt einen oberhalb eines Formschlittens gehaltenen und abgelösten Formkasten.

Fig. 7 ist eine Teilansicht der in Fig. 3 dargestellten Maschine.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Maschine weist eine Basis 10 auf, welche Schienen 11 trägt. Auf den Schienen ist ein Schlitten 12 auf Rädern 2H von einer unterhalb des Formkopfes 16 befindlichen Lage in eine unterhalb des Aufgabetrichters k9 befindliche Lage verfahrbar. Die Schienen weisen an einem Ende einen Puffer 31, und an ihrem anderen Ende einen Puffer 32 auf, wodurch der Schlitten zum Stillstand verzögert wird, wenn er in einen Eingriff mit den Puffern gelangt.

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Der Formkasten 13 ist auf dem Schlitten gelagert und kann durch den Aufgabetrichter 49 in bekannter V/eise mit Formsand 14 gefüllt werden. Dann wird der Schlitten 12 unter den Kopf

16 und in einen Eingriff mit dem Puffer 32 bewegt. Der Formkasten ruht auf einer Modellplatte 15, Vielehe die dargestellten Modelle trägt.

Der Ausgleich- oder Kompensationskopf 16 weist Füße oder Schuhe

17 auf, die an dem Kopf in kleinen Zylindern 18 gelagert sind. Der Kopf 16 ist seinerseits an einem mittleren Druckstempel 53 befestigt, der fest mit dem Spannkolben 20 und dem Druckkolben 22 verbunden ist. Die Kolben sind miteinander verbunden und bewegen sich als eine Einheit, wobei der Spannkolben 20 innerhalb eines Spannzylinders 19, und der Druckkolben 22 innerhalb eines Druckzylinders 23 gleitet. Zwischen dem Zylinder 19 und dem Zylinder 23 ist ein Zylinderkopf 28 eingespannt.

Der Einlaß 36 ist mit einer Druckluftzufuhr verbunden, und die Druckluft wird vermittels der dargestellten Schiebervorrichtung jeweils durch die Druckluftleitung 29 bzw. 30 den entsprechenden Zylindern und Kolben zugeführt.

Der Zylinderkopf 25 ist mit der Druckluftleitung 29, und der Zylinderkopf 52 ist mit der Druckluftleitung 30 verbunden.

Die Schieberbünde 37 und 5^ sind in einer Lage dargestellt, in welcher der Forrnkopf 16 nach unten getrieben wird, um in dem Formkasten 15 eine Form auszubilden. Wenn in dem Form-

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kasten 13 eine Form ausgebildet werden soll, wird der Handhebel 39 betätigt, um die von der Druckluftquelle 55 kommende Druckluft der Rohrleitung 40 zuzuführen. Dadurch wird der Schieberbund 37 in die dargestellte Lage verschoben, in welcher er die Druckluftzuleitung 36 mit der Rohrleitung 29 und über diese mit dem oberhalb des Druckkolbens 22 befindlichen Raum 26 verbindet. Die in diesem Raum 26 befindliche Luft kann durch die öffnung 56 in den Raum 57 oberhalb des Spannkolbens gelangen. Die auf die Oberseite des Spannkolbens 20 einwirkende Kraft wirkt in Reihe mit der auf den Kolben 22 einwirkenden Kraft, um den Pormkopf 16 nach unten zu treiben, so daß er einen Schlag auf den in dem Formkasten befindlichen Formsand ausübt.

Gleichzeitig befindet sich der Schieberbund 54 in der dargestellten Lage, in welcher die von dem Einlaß 36 kommende Luft durch den Schieber 54 abgesperrt wird, während die Rohrleitung 30 durch den Schieberbund 54 mit dem Auslaß 35 verbunden ist, so daß in dem Raum 58 unterhalb des Spannkolbens 20 kein Druck herrscht und der Formkopf 16 in eine oberhalb des Formsandes befindliche Lage kommen kann.

Wenn der Handhebel 39 in einer solchen Weise betätigt wird, daß der von der Druckluftquelle 55 kommende Luftdruck abgeschaltet und mit der Druckluftleitung 41 verbunden wird, kann die Druckluft durch die Rohrleitung 41 zu den Räumen 45 und 43 gelangen. Dadurch werden die Schieberbiinde 37 und 54 aus

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der dargestellten Lage verschoben, wodurch wiederum die in den Räumen 26 und 57 befindliche Luft durch die Rohrleitungen 29 und 35 entlüftet und die in der Leitung 36 befindliche Luft durch die Rohrleitung 30 dem unterhalb des Kolbens 20 befindlichen Raum 58 zugeführt wird, so daß der Formkopf 16 in die in Fig. 2 dargestellte Lage angehoben wird. Dadurch wird wiederum der Druckstempel 53 in die in Fig. 2 dargestellte Lage hochgedrückt. Die nach oben gerichtete Verschiebung des Kopfes 16 wird durch einen hydraulischen Puffer 51 gedämpft. Dann kann der Formkasten 13 auf dem Schlitten 12 in die in Fig. 2 dargestellte Lage gebracht und von neuem mit Sand gefüllt werden. Die fertiggestellte Form wird in der in Fig. 6 dargestellten Weise durch den Zylinder 76 von dem Modell abgelöst.

Bei der in den Figuren 3 und H dargestellten Ausführungsform ist die Maschine auf einer Basis 110 gelagert, und der Formschlitten 112 ist durch Räder 12¹I auf den dargestellten Schienen verfahrbar. Der Schlitten läßt sich von einer Seite aus einer unterhalb des Formkopfes 116 befindlichen Lage in eine andere Lage zu einer anderen Seite unterhalb eines Aufgabetrichters Ik k bewegen, wobei er jeweils in einen Eingriff mit den Puffern 131 bzw. 132 kommt, durch welche der Schlitten weich abgebremst wird.

Der Formkopf II6 wird von dem Druckstempel 153 gehalten, welcher seinerseite von dem Spannkolben 120 getragen wird.

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Eine Druckluftquelle ist vermittels einer geeigneten Ventiloder Schieberanordnung, die der in Fig. 1 dargestellten ähnlich ist j mit den Rohrleitungen 129 und I30 verbunden. Die nach oben gerichtete Verschiebung des Druckstempels wird durch die Pufferglieder I5I abgebremst, die den in Pig. I dargestellten Puffergliedern 51 der ersten Ausführungsform der Erfindung entsprechen. Der Schlitten wird von der einen zur anderen Seite vermittels eines Schlittenzylinders 133 über dessen Kolbenstange verfahren, wobei der Schlittenzylinder dem in der Ausführung der Fig. 1 dargestellten Schlittenzylinder 33 entspricht.

Bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann der Formkopf vermittels einer Bremsvorrichtung in der oberen, gespannten Lage gehalten werden, welche die Form einer aufblasbaren Manschette 159 aufweist, der Luft durch die Leitung I60 zugeführt werden kann, wodurch die Manschette in einen Eingriff mit der Spindel I6l kommt und den Kopf in der oberen Lage festhält.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführung der Erfindung ist die Spindel l62 mit einer Nut I63 versehen, in welche Sperrglieder 164 eingreifen können, welche sich an den äußeren Enden der Kolbenstangen von Kolben I65 befinden. Wenn in den Raum 166 oberhalb der Kolben Druckluft eingeführt wird, werden die Sperrglieder 164 durch die Kolbenstangen der Kolben I65 in die Hut I63 eingeschoben und halten den Kopf in der

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oberen Lage.

Figur 5 zeigt eine Ausführungsform eines Druckstempels mit einer ebenen Platte 262, die auf den Sand auftreffen kann. Dieser Druckstempel wird durch Druckluft innerhalb des Raumes 126 nach oben bzw. nach unten bewegt.

- Patentansprüche -

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Claims (11)

- 13 Patentansprüche :

1. Verfahren zum Formen von Naßsand, dadurch gekennzeichnet, daß der um ein in einem Formkasten (13, 113) angeordnetes Modell (15) herum befindliche Formsand (14) vermittels eines in einem Abstand von dem Formsand befindlichen Formkopfes (16, 116) eingepreßt wird, indem der Formkopf durch einen einzigen Schlag in Berührung mit dem Sand gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkopf mit einer ausreichend hohen Energie auf den in dem Formkasten befindlichen Sand zum Aufschlag gebracht wird, so daß der Sand durch einen einzigen Schlag in eine Form gepreßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkasten um ein Modell herum mit losem Sand gefüllt und der Formkopf mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit in einen Eingriff mit dem Sand gebracht wird, um den um das Modell herum befindlichen Sand in eine Form verhältnismäßig gleichförmiger Dichte und Härte zu bringen.

4. Formmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch eine Basis (10, 110) zur Lagerung eines zur Aufnahme von Formsand (14) dienenden Formkastens (13, 113), einen Formkasten, eine auf dem Form-

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kasten befindliche Modellplatte (15), einen in einen Abstand von dem Sand einstellbaren Formkopf (16, 1.16), und durch mit dem Formkopf in Verbindung stehende Vorrichtungen (20, 23), welche dazu dienen, den Formkopf mit einer solchen Aufprallenergie in einen Eingriff mit dem Sand zu bringen, daß der das Modell umgebende Sand zu einer Sandform verdichtet wird.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Formkopf ein Ausgleichkopf mit mehreren Schuhen (17, 117) befestigt ist, die in einen Eingriff mit dem Sand gebracht werden können und dazu dienen, die durch den Aufprall des Kopfes auf den Sand ausgeübte Kraft gleichförmig innerhalb des gesamten Sandes zu verteilen.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkopf an einem doppeltwirkenden Kolben (22, 122) in einem Zylinder (23, 123) gelagert ist und Vorrichtungen (29, 30, 129, 130) zur Druckluftzufuhr und eine Schiebervorrichtung (37, 54) vorgesehen sind, durch welche Luft in einer solchen Weise in den Zylinder eingeführt werden kann, daß der Formkopf entweder zu dem Sand hin getrieben oder in eine gespannte Lage in einem Abstand von dem Sand gebracht wird.

7. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylinder (23, 20), in dem ein Formkolben (22) und ein Spannkolben (20) gleitend verschiebbar gelagert sind, und

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eine Schiebervorrichtung (37_S 5¹O vorgesehen ist, die dazu dient, eine Druckluftquelle (36) mit dem Zylinder oberhalb des Formkolbens und oberhalb des Spannkolbens zu verbinden und den Formkopf in einen Eingriff mit dem Formsand zu treiben, sowie Luft von oberhalb des Formkolbens und von oberhalb des Spannkolbens zu entlüften und Luft unterhalb des Spannkolbens zuzuführen, um den Formkolben in eine gespannte Lage zu bringen.

8. Maschine nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß Puffervorrichtungen (51» 151) vorgesehen sind, um die nach oben gerichtete Bewegung des Kopfes zu dämpfen.

9j Maschine nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aus einem Spannkolben (20, 120) und einem an der Spindel (21, I6I, 162) des Formkopfes befestigten Druckkolben (22, 122) besteht, ein zwischen den Kolben befindlicher Zylinderkopf (28, 128) in dem Zylinder oberhalb des Druckkolbens einen ersten Raum (26) und oberhalb des Spannkolbens einen zweiten Raum (57) bildet, und Vorrichtungen (29, 30, 37, 5¹O vorgesehen sind, welche dazu dienen, den ersten Raum mit dem zweiten Raum zu verbinden und den Druckkolben durch Einwirkung eines Luftdrucks auf den Druckkolben und auf den Spannkolben nach unten zu treiben.

10. Maschine nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange (I6I, 162) bis

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zum oberen Ende des Zylinders durchgeführt ist und eine an der Maschine angeordnete Bremsvorrichtung (159, 164) dazu dient, in einen Eingriff mit der Kolbenstange gebracht zu werden und den Druckkolben in der gespannten Lage zu halten.

11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkasten (13, 113) auf einem auf Schienen (11) verfahrbaren Schlitten (12, 112) gelagert, und ein Aufgabetrichter (49, 144) für Formsand in einem Abstand von dem Formkopf angeordnet ist, sowie eine Vorrichtung (33» 133) vorgesehen ist, die dazu dient, den Schlitten zwischen einer unterhalb des Formkopfes befindlichen Lage und einer unterhalb des Trichters befindlichen Lage hin und her zu bewegen.

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