DE202014100329U1

DE202014100329U1 - Vorrichtung zur automatisierten Prüfung der Eigenschaften von Gießereiformsand

Info

Publication number: DE202014100329U1
Application number: DE202014100329.0U
Authority: DE
Original assignee: Michenfelder Elektrotechnik & Co KG GmbH
Current assignee: Michenfelder Elektrotechnik & Co KG GmbH
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2014-02-18
Anticipated expiration: 2024-01-28

Abstract

Vorrichtung zur Prüfung der Eigenschaften von Gießereiformsand (2) mittels einer automatisierten Probenentnahmevorrichtung und einer Prüfhülse (1), in der der entnommene Gießereiformsand (2) zu einem Prüfkörper (5) verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Prüfhülse (1), in der der Gießereiformsand (2) zu einem Prüfkörper (5) verdichtet wird, gleichzeitig als Prüfhülse (1) für eine Gasdurchlässigkeitsprüfung fungiert, – wobei diese Prüfhülse (1) mit einem gasförmigen Prüfmedium definierten Drucks beaufschlagt wird und durch geeignete Messelemente in der Prüfhülse (1) erfasst wird, welche Gasdurchlässigkeit der Prüfkörper (5) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung der Eigenschaften von Gießereiformsand mittels einer automatisierten Probeentnahmevorrichtung und einer Prüfhülse, in der der entnommene Gießereiformsand zu einem Prüfkörper verdichtet wird.
Es ist im Stand der Technik bekannt, derartige Formsandprüfungen automatisiert durchzuführen, wobei das Hauptaugenmerk auf der Verdichtbarkeit, der Scherfestigkeit und der Druckfestigkeit liegt. Das Verfahren besteht hierbei darin, eine zylindrische Prüfhülse vollständig mit losem Gießereiformsand zu befüllen, wobei die Prüfhülse einseitig mit einer Gegenplatte verschlossen ist. Die gefüllte Prüfhülse definierten Volumens und Füllgrads wird nun im Stand der Technik einer Verdichtungsstation zugeführt, und der noch lose in der Prüfhülse aufgehäuft Gießereiformsand durch einen in die Prüfhülse eingreifenden Stempel zum Prüfkörper verdichtet. Auf diese Weise kann bereits eine erste Messung eines relevanten Parameters erfolgen, nämlich dem der Verdichtbarkeit des Gießereiformsandes. Dies erfolgt durch eine Wegmessung des Verdichtungsstempels bei der definierten Verdichtung des Gießereiformsandes in der Prüfhülse.
Neben den genannten Parametern ist es für eine qualitative Bewertung des Gießereiformsandes im Gießereiprozess wesentlich, weitere Eigenschaften des Gießereiformsandes zu ermitteln. So wird beispielsweise im Stand der Technik ebenfalls durch entsprechende Messglieder die Feuchte des Gießereiformsandes ermittelt.
Aus der Offenlegungsschrift DE 4312938 A1 ist eine Vorrichtung zur Charakterisierung von Gießereiformsand bekannt, bei der die Eigenschaften und die Zusammensetzung von Gießereiformsand auf der Basis einer in einer Prüfhülse verdichteten Probe des Formsandes durch einen Prüfkörper bestimmt werden. Die grundlegende Idee hierbei ist, dass der in der Prüfhülse verdichtete Prüfkörper mit Ultraschall beaufschlagt und so näher charakterisiert und bestimmt wird.
Der Ablauf ist hierbei, dass durch einen Probennehmer eine Sandprobe aus einem Sandbett entnommen wird und mittels eines Zylinders verdichtet wird. Die derart mit dem Sand befüllte Hülse wird hierbei mit der enthaltenen Probe auf ein Fördermittel, beispielsweise ein Drehteller oder ein Gliederband verschoben und einem Messestand zugeführt. D.h., grundsätzlich ist die Prüfhülse als bewegliches Bauteil konzipiert, welches erst zum Verdichtungsstempel bewegt wird. Nach der Verdichtung wird der Prüfkörper beispielsweise im der Prüfhülse zur Scherfestigkeitsmessung transportiert und durch eine entsprechende Gabel seitlich abgeschert.
Alternativ kann auch eine Druckfestigkeitsmessung dergestalt durchgeführt werden, dass der Prüfkörper aus der Prüfhülse heraus auf eine Gegendruckplatte geschoben und dort zerdrückt wird, wobei die hierfür erforderlichen Kräfte durch einen Kraftaufnehmer ermittelt und festgehalten werden. Diese Stufen der Messung sowie das dahinter stehende Verfahren sind Stand der Technik, wobei durch die DE 4312938 eine zusätzliche quantitative Analyse der Zusammensetzung des Formsandes durch die Ultraschallmessung offenbart ist.
Nachteilig bei bekannten Lösungen ist, dass diese sowohl maschinentechnisch als auch räumlich aufwändig sind und in ihren Messgeschehen keine vollständigen Bestimmung der Eigenschaften des Formsandes zulassen. Durch die Zufuhr einer Prüfhülse mit Formsand zu verschiedenen Prüfstationen ergibt sich ein hoher konstruktiver Aufwand der einer automatisiert durchgeführten laborartige Analyse des Formsandes als Standard entgegenwirkt. Schließlich wird der Parameter der Gasdurchlässigkeit in bekannten Vorrichtungen nicht automatisiert und prozessintegriert. Eine zeit- und probengleiche Ermittlung ist nicht realisiert.
Die Gasdurchlässigkeit ist die Kenngröße für die Durchlässigkeitseigenschaften eines verdichteten Formsandes. Sie wird bestimmt von der Körnungscharakteristik des Formsandes, der Formsandzusammensetzung sowie der Verdichtungsintensität. Um in feuchten und verdichteten Sandformen Gussstücke bei möglichst geringem Ausschuss herstellen zu können, ist eine ausreichend hohe Gasdurchlässigkeit eine zwingende Voraussetzung, wobei die Gasentwicklung vor allem vom Wassergehalt sowie der Menge der im Formsand vorhandenen flüchtigen Bestandteile wie Kohlenstaub und organischen Restbindergehalten abhängt.
Das Fehlen genauer Prüfergebnisse der Gasdurchlässigkeit stellt in der Praxis eine zentrale Problematik bei Produktionsfehlern im Gießereisandformprozess dar. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur automatisierten Prüfung der Eigenschaften von Gießereiformsand zu schaffen, die eine Prüfung der Gasdurchlässigkeit umfasst und die verschiedenen Messverfahren auf konstruktiv vorteilhafte Weise miteinander verbindet.
Die Gasdurchlässigkeit einer Formsandmischung wird derart überprüft, dass der Formsand in einer vorgegebenen Weise so verdichtet wird, wie er auch als Gusswerkzeug verdichtet werden wird. Hierfür ist elementar, dass bei der Laboruntersuchung der Gasdurchlässigkeit ein Prüfkörper in einer bestimmten Form unter einem bestimmten Druck auf eine bestimmte Höhe verdichtet wird. Bei diesem Prüfkörper aus Formsand mit einer Höhe von 50 mm wird nun gemessen, wie gasdurchlässig dieser Körper noch ist. Hierfür wird ein bestimmter Luftdruck aufgebracht und gemessen, in welcher Zeit eine definierte Luftmenge den Prüfkörper aus Formsand durchströmt hat.
Die erfinderische Idee liegt darin, Probenentnahme, Verdichtung des Prüfkörpers und Ermittlung der Prüfungsparameter am Prüfkörper möglichst räumlich und konstruktiv in einer Vorrichtung zu vereinen. Hierbei liegt der Schwerpunkt darauf, dass die Prüfung auf Gasdurchlässigkeit in der Prüfhülse erfolgt, in der auch die Verdichtung des Prüfkörpers selbst innerhalb der automatisierten Vorrichtung erfolgt ist.
Die Prüfhülse weist entsprechende Anschlüsse zur Beaufschlagung des in der Prüfhülse komprimierten Prüfkörper mit dem gasförmigen Prüfmedium auf, welches den Prüfkörper durchdringt und somit die Gasdurchlässigkeit bestimmen lässt. D.h., die Prüfhülse in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vereint eine Vielzahl von Funktionen. Sie nimmt zum einen die definierte Formsandprobe auf, dient der Formung des Prüfkörpers, wobei hier direkt die Verdichtbarkeit über den Messweg des Verdichtungsstempels gemessen werden kann.
Die Druckluftzufuhr kann alternativ zumindest in dem die Prüfhülse verschließenden und abdichtenden Druckstempel integriert sein oder in einem anderen die Prüfhülse verschließenden Verschlusskörper angeordnet sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich um eine bewegliche Prüfhülse handelt, die unterschiedlichen Stationen innerhalb der Vorrichtung zugeführt wird.
Grundsätzlich ist eine Bauform vorgesehen, bei der die Prüfhülse im automatisierten Prüflabor fest angeordnet ist und die unterschiedlichen Prüfungen des Gießereiformsandes mittels beweglicher Bauteile wie dem Druckstempel, der Abschergabel (Scherfestigkeit) und der Druckplatte (Druckfestigkeit) direkt in und/oder an der Prüfhülse stattfinden, in der auch die Verdichtung des Prüfkörpers erfolgt ist. Dies ermöglicht eine kompakte Bauform, da kein Transport der Prüfhülse zwischen Prüfstationen erforderlich ist.
Eine alternative Bauform zeichnet sich dadurch aus, dass ein Transport der Prüfhülse im automatisierten Prüflabor erfolgt, da die unterschiedlichen Prüfungen des Gießereiformsandes mittels weiterer Bauteile wie dem Druckstempel, der Abschergabel und der Druckplatte an unterschiedlichen Prüfstationen innerhalb der Vorrichtung des Prüflabors stattfinden, zu denen der Prüfkörpers in der Prüfhülse transportiert wird.
In bzw. an dieser Prüfhülse wird nun der Prüfvorgang auf Scherfestigkeit und/oder Druckfestigkeit durchgeführt, aber insbesondere alternativ auch die Prüfung auf Gasdurchlässigkeit. Die Prüfhülse weist daher spezielle technische Merkmale auf, die sie neben den zuvor beschriebenen Funktionen auch als Prüfkammer für die Gasdurchlässigkeit geeignet machen.
Grundsätzlich sind zwei mögliche technische Lösungen bei der Herstellung des Prüfkörpers für die Gasdurchlässigkeitsprüfung vorgesehen. Zum einen kann der verdichtete Prüfkörper oberseitig aus der Zylinder der Prüfhülse etwas rausgeschoben werden, um diesen auf die definierte Höhe von 50 mm abzulängen, um dann im Hohlraum unter dem Prüfkörper entsprechend den Druck einzubringen und die Gasdurchlässigkeit zu messen.
Hierfür ist es relevant, dass ein definierter Druckaufbau in einem Hohlraum beispielsweise unterhalb des Prüfkörpers durch Druckluftzufuhr eingebracht wird und gleichzeitig über eine rechtwinklig hierzu angeordnete Messvorrichtung der sich einstellende Staudruck gemessen wird. Hierbei ist eine besondere konstruktive Herausforderung, dass der Verdichtungszylinder wieder an bzw. in die Prüfhülse geführt wird und hierdurch den Hohlraum erzeugt, gleichzeitig aber auch druckdicht abschließen muss.
Eine andere Alternative ist, dass der Prüfkörper nicht auf die definierten 50 mm verkürzt wird, sondern dass in Kauf genommen wird, dass dieser nach der definierten Verdichtung beispielsweise 55 mm hoch ist, wobei die Gasdurchlässigkeit auf diesen etwas hören Prüfkörper hin extrapoliert wird.
Anhand von Zeichnungen soll die Vorrichtung nochmals erläutert werden.
Die 1 bis 6 zeigen hierbei jeweils die Prüfhülse 1 mit Formsand 2 und unterseitig in die Prüfhülse 1 eingreifendem Stempel 3.
In 1 ist die Prüfhülse 1 mit noch losem Formsand 2 befüllt worden, wobei der Formsand 2 über die Oberkante 4 der Prüfhülse 1 aufgehäuft ist. Der Druckstempel 3 zur Komprimierung des Prüfsandes 2 zu einem Prüfkörper 5 befindet sich noch in seiner unteren Position und schließt somit lediglich die Prüfhülse 1 unterseitig ab.
2 zeigt die nun oberseitig geschlossene Prüfhülse 1. Der aufgehäufte Formsand 2 wird hierbei durch eine aus einer seitlichen Ausgangsposition auf die Prüfhülse 1 aufgeschobene Druckplatte 6 seitlich abgestreift, so dass die Prüfhülse 1 komplett mit Formsand 2 ausgefüllt und bereit zur Komprimierung ist.
Dieser Verdichtungsprozess des Formsandes 2 zum Prüfkörper 5 ist in 3 dargestellt. Der vertikal angeordnete Druckstempel 3 wird nun bei dieser beispielhaften Anordnung aus seiner unteren Position zur Erzeugung des Prüfkörpers 5 nach oben in Richtung der Druckplatte 6 geführt und erzeugt den Prüfkörper 5 unter Aufbringung eines definierten Drucks, wobei die gemessene Wegstrecke des Druckstempels 3 zur Bestimmung der Verdichtbarkeit des Formsandes 2 dient.
Der so erzeugte Prüfkörper wird nun verschiedenen Eigenschaftsprüfungen automatisiert unterzogen, die jeweils Rückschlüsse auf einen bestimmten für den Formsand relevanten physikalischen Parameter ermöglichen. In 4 ist vereinfacht die Gasdurchlässigkeitsprüfung dargestellt. In der beispielhaften Ausführung der Erfindung wurde der Druckstempel 3 wieder in seine Ausgangsposition zurückgeführt.
Hierbei ist relevant, dass der Druckstempel 3 in seiner unteren Ausgangsposition den Raum der Prüfhülse 1 unterseitig druckdicht abschließt. Da in der beispielhaften Ausführungsform der Prüfkörper 5 in etwa die obere Hälfte der Prüfhülse 1 ausfüllt, verbleibt der mit Druckluft 9 zu beaufschlagende Hohlraum 10 unterhalb des Prüfkörpers 5 und wird unterseitig durch den Druckstempel 3 abgeschlossen. Hierbei erfolgt mittels eines Messgliedes, welches in der Figur nicht näher dargestellt ist, die Messung des Staudrucks 11, die wiederum Rückschlüsse über die Gasdurchlässigkeit des in der Prüfhülse 1 befindlichen Prüfkörper 5 erlaubt. Hierfür ist ebenfalls relevant, dass die für die Herstellung des Prüfkörpers 5 die Prüfhülse 1 oberseitig abschließende Druckplatte 6 hierfür vollständig seitlich aufgeschoben ist, so dass der Prüfkörper 5 zur Oberseite der Prüfhülse 1 hin gasdurchlässig offen ist.
Eine andere Parameterbestimmung ist in 5 dargestellt, da hier mittels einer seitlich an den Prüfkörper 5 herangeführten Abschergabel 7 die Scherfestigkeit des Prüfkörpers 5 bestimmt wird. In der beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird hierfür die Druckplatte 6 seitlich aufgeschoben, so dass durch den Druckstempel 3 der bereits komprimierte Prüfkörper 5 in der beispielhaften Darstellung in etwa zur Hälfte aus der Prüfhülse 1 herausgeschoben werden kann. Der nun oberseitig aus der Prüfhülse 1 herausragende Prüfkörper 5 wird nun seitlich mittels der Abschergabel 7 seitlich angegriffen und mit einer Scherkraft beaufschlagt. Auf diese Weise ist feststellbar, welche Scherfestigkeit der Prüfkörper 5 bis zu dessen Zerstörung aufweist.
Schließlich ist in 6 eine weitere Prüfung eines Parameters des Prüfkörper 5 schematisch dargestellt, nämlich eine Prüfung aus Druckfestigkeit des Prüfkörpers 5. Hierfür ist analog zur zuvor beschriebenen Vorgehensweise die Druckplatte 6 seitlich von der Oberkante 4 der Prüfhülse 1 verschoben worden, nachdem der Prüfkörper 5 zuvor in der Prüfhülse 1 komprimiert worden ist. Der Druckstempel 3 schiebt den Prüfkörper 5 aus der Prüfhülse 1 in der beispielhaften Ausführungsform oberseitig heraus, wobei nun eine Gegendruckplatte 8 auf den Prüfkörper 5 aufgesetzt wird. Durch den Andruck des Prüfkörpers 5 an diese Gegendruckplatte 8 wird der Prüfkörper 5 zerdrückt, wobei die hierfür erforderlichen Kräfte durch einen nicht dargestellten Kraftaufnehmer ermittelt und als Wert der Druckfestigkeit des Prüfkörpers 5 erfasst werden.
Aus diesen Darstellungen wird deutlich, dass der Prüfkörper 5 automatisiert und räumlich immer der Prüfhülse 1 zugeordnet, in welcher der Prüfkörper 5 zuvor durch den Druckstempel 3 erzeugt worden ist, unterschiedliche Prüfungen durchlaufen kann. Dies ist insofern erfinderisch besonders relevant, da so sichergestellt ist, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung tatsächlich eine automatisierte umfangreiche Eigenschaftsprüfung des Gießereiformsandes auf engem Raum vornehmen kann.
Eine Förderung des in der Prüfhülse 1 erstellten Prüfkörpers 5 hin zu unterschiedlichen Messstationen ist so wirkungsvoll umgangen, wodurch die automatisierte Prüfvorrichtung als kompakte bauliche Komponente in den Giessereiformsand-Aufbereitungsprozess integriert werden kann. Insbesondere kann so die Prüfung des Gießereiformsandes auch unmittelbar vor der eigentlichen Formgebung noch abschließend überprüft werden.
Schließlich verdeutlicht 7 den Pneumatikplan der Gasdurchlässigkeitsprüfung. Hierbei haben das Ventil 1a–c die Funktion zu messen und die Ventil 2 a und b die Funktion zu reinigen.
In der Grundstellung sind beide Ventile aus, d.h. V1a ist offen und füllt den Druckluftspeicher 12 mit 2,5bar Druckluft. Nun wird V1 a–c geschaltet. Dadurch ist V1a geschlossen und V1b und V1c offen. Die Luft aus dem Druckluftspeicher 12 strömt durch die beiden Druckminderer 13 (7–13 mbar) und 14 (50 mbar) in die Hülse.
Die durchströmende Druckluftmenge wird durch eine Druckmessung am Druckluftspeicher 12 ermittelt. Gleichzeitig wird der Staudruck 11 in der Prüfhülse 1 über das offene Ventil V1c gemessen. Die Messung wird beendet, wenn ein definierter Druckwert am Druckluftspeicher 12 unterschritten wird.
Nun wird V1a–c abgeschaltet und die Messung ist beendet. Zum Reinigen der Hülse wird V2a und V2b geöffnet und damit Druckluft mit 2,5 bar in die Hülse eingebracht. V1c muss hierbei unbedingt geschlossen sein, damit diese 2,5bar nicht die Druckmessdosen zerstören. Anhand der durchströmenden Luftmenge, dem Staudruck 11 und der Prüfkörperhöhe wird dann die Gasdurchlässigkeit berechnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4312938 A1 [0004]
DE 4312938 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Prüfung der Eigenschaften von Gießereiformsand (2) mittels einer automatisierten Probenentnahmevorrichtung und einer Prüfhülse (1), in der der entnommene Gießereiformsand (2) zu einem Prüfkörper (5) verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Prüfhülse (1), in der der Gießereiformsand (2) zu einem Prüfkörper (5) verdichtet wird, gleichzeitig als Prüfhülse (1) für eine Gasdurchlässigkeitsprüfung fungiert, – wobei diese Prüfhülse (1) mit einem gasförmigen Prüfmedium definierten Drucks beaufschlagt wird und durch geeignete Messelemente in der Prüfhülse (1) erfasst wird, welche Gasdurchlässigkeit der Prüfkörper (5) aufweist.
Vorrichtung zu automatisierten Prüfung der Eigenschaften von Gießereiformsand (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Druckluftzufuhr in der Prüfhülse (1) angeordnet ist, um den Innenraum der Prüfhülse (1) und den darin befindlichen Prüfkörper (5) für die Gasdurchlässigkeitsprüfung mit Druckluft zu beaufschlagen sowie Messeinrichtungen für den entstehenden Staudruck.
Vorrichtung zu automatisierten Prüfung der Eigenschaften von Gießereiformsand (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckluftzufuhr zumindest in dem die Prüfhülse (1) verschließenden und abdichtenden Druckstempel (3) oder einem anderen die Prüfhülse (1) verschließenden Verschlusskörper angeordnet ist.
Vorrichtung zu automatisierten Prüfung der Eigenschaften von Gießereiformsand (2) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfhülse (1) als Aufnahme für die Probe des Gießereiformsandes (2) dient bei deren Verdichtung zum Prüfkörper (5), bei der Druckfestigkeitsprüfung, bei der Scherfestigkeitsprüfung sowie bei der Gasdurchlässigkeitsprüfung.
Vorrichtung zur automatisierten Prüfung der Eigenschaften von Gießereiformsand (2) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konstruktiven baulichen Elemente zur Durchführung der Probenentnahme aus dem Sandbett, der Verdichtung der Probe zum Prüfkörper (5) in der Prüfhülse (1), der Zerstörung des Prüfkörpers (5) bei der Druckfestigkeitsprüfung, der Abscherung des Prüfkörpers bei der Scherfestigkeitsprüfung sowie der Beaufschlagung des Prüfkörpers (5) mit Druckluft bei der Gasdurchlässigkeitsprüfung als kompaktes, automatisiertes Prüflabor ausgebildet sind.
Vorrichtung zur automatisierten Prüfung der Eigenschaften von Gießereiformsand (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfhülse (1) im automatisierten Prüflabor fest angeordnet ist und die unterschiedlichen Prüfungen des Gießereiformsandes (2) mittels beweglicher Bauteile wie dem Druckstempel (3), der Abschergabel (7) und der Druckplatte (8) direkt in und/oder an der Prüfhülse (1) stattfinden, in der auch die Verdichtung des Prüfkörpers (5) erfolgt ist.
Vorrichtung zur automatisierten Prüfung der Eigenschaften von Gießereiformsand (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transport der Prüfhülse (1) im automatisierten Prüflabor erfolgt, da die unterschiedlichen Prüfungen des Gießereiformsandes (2) mittels weiterer Bauteile wie dem Druckstempel (3), der Abschergabel (7) und der Druckplatte (8) an unterschiedlichen Prüfstationen innerhalb des Prüflabors stattfinden, zu denen der Prüfkörpers (5) in der Prüfhülse (1) transportiert wird.