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"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von
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Gießformteilen und -kernen"
Erfindungsbe schreibung
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Formteilen, insbesondere von Kernen für
Gießformen.
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Sie baut auf auf dem aus der DT-OS 28 33 999 bekannten Verfahren zum
pneumatischen Herstellen von Gießformteilen, insbesondere von Kernen, bei dem mehrere
Einschießöffnungen eines mit Luftabführungsöffnungen in seiner Wandung versehenen
Form- oder Kernkastens in einer druckdicht verschlossenen Kammer über eine entsprechend
mehrere Sanddurchflußkanäle aufweisende, aus einem Doppelschieber bestehende Verschlußeinrichtung
mit einem Sandvorratsbehälter verbunden und sodann der Formhohlraum des Kernkastens
nach dem Vakuum-Schießprinzip mittels eines schlagartig in der Kammer erzeugten
Unterdrucks mit Form- oder Kernsand gefüllt wird, der anschließend gegebenenfalls
nach dem Luftdruck- Impuls-Prinzip pneumatisch nachverdichtet und / oder mittels
Reaktions- oder Katalysatorgases ausgehärtet und mit Luft durchgespült wird.
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Bei der Herstellung verhältnismäßig langgestreckter Kerne aus schnell
abbindendem Sand, speziell bei Wassermantelkernen für Zylinderköpfe von Mehrzylinder-Reihenmotoren
nach dieser Verfahrensweise in der DU-OS 28 33 999 beschriebenen Vorrichtung waren
mitunter Zonen verminderter Abriebfestigkeit zu beobachten, die ziemlich gleichmäßig
mittig zwischen den Einschießstellen des Kerns lagen.
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Bei der Entstehung dieser Schwachstellen spielen vermutlich mehrere
Umstände eine Rolle. Eine Ursache kann die unterschiedliche kinetische Energie sein,
mit der die einzelnen Kernsandteilchen beim Kernaufbau im Formhohlraum aufeinandertreffen.
Beim Vakuumschies sen schreitet die Sandablagerung im Formhohlraum beim Kernaufbau
etwa halbkugelförmig von der Peripherie zur Einschießöffnung hin fort. Tritt der
Kernsand nundurch mehrere Einschießöffnungen in den Formhohlraum ein, so treffen
die aus zwei benachbarten Einschießöffnungen zuerst eintretenden Kernsandteilchen
mit einer anderen kinetischen Energie aufeinander als die anschließend nachfolgenden
Kernsandteilchen auf die bereits abgelagerte gernsandmasse des sich aufbauenden
Kerns.
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Eine andere Ursache kann darin liegen, daß der Kernsand zeitlich nicht
gleichmäßig aus dem Sandvorratsbehälter verarbeitet wird, sondern daß darin durch
Erater- und Brückenbildung Ablagerungen und Verkrustungen entstehen, in denen der
Binder schon teilweise reagiert oder kondensiert. Wenn solche schon teilweise abgebundenen
Sandpartien schließlich in den Kernkasten eingeschossen werden, erfolgt an den Auftreffstellen
der aus den benachbarten Einschießöffnungen einschießenden Sandströme keine ausreichende
Vermischung und Verbindung miteinander mehr.
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Wenn aber jeder Kern nach dem Aus schalen erst auf Texturstellen geprüft
werden muß, geht der zeitliche Vorteil durch den Einsatz schnell reagierender Bindertypen
wieder verloren.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von
GieBformteilen, insbesondere von Kernen durch UnterdruckschieBen zu schaffen, mit
dem auch komplizierte und langgestreckte Kerne aus schnell abbindenden Kernsanden
hergestellt werden können, die frei von Texturstellen und Zonen unterschiedlicher
Festigkeit sind.
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Dieses Verfahren sollte auch die Verarbeitung schwierig zu verschießender
hochplastischer tonbinderhaltiger Form-und Kernsande ermöglichen. Außerdem sollte
ein Lösungsweg gefunden werden, der sowohl die Weiterverwendung bereits vorhandener
Unterdruckkammer-Kernschießmaschinen ohne größeren Umrüstungsaufwand ermöglicht,
als auch bei geteilten Kernkasten mit integrierten Unterdruckkammern zu befriedigenden
Ergebnissen führt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Vakuum-, bzw.
Unterdruck-Schießverfahren der Form-, bzw.
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Kernsand nicht mehr wie bei dem Verfahren nach der DU=OS 28 33 999
durch mehrere, sondern durch eine einzige in der Wandung eines Kernkastens vorgesehene
Einschießöffnung eingeschossen. Um dabei aber bei horizontal langgestreckten Kernen
trotzdem eine gleichmäßige Verdichtung auch im Bereich von Schießschattenstellen
im
Kernkasten zu erreichen, wird dessen Formhohlraum durch derart abgestuft zur Einschießöffnung
angeordnete Luftabführungsöffnungen evakuiert, daß während des gesamten Füllvorganges
eine weitgehend gleichmäßige Fließgeschwindigkeit der eingeschossenen Sandteilchen
von der Einschießöffnung bis zu ihrer Auftreffstelle im Formhohlraum erreicht und
eingehalten wird.
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Durch diese Maßnahmen wird gewährleistet, daß die Sandteilchen mit
praktisch gleicher kinetischer Energie an der Stelle auftreffen, an der sie auch
im ausgeschalten Kern ihren endgültigen Platz haben.
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Bei Versuchen an einem ideal gestalteten Kern in Forn eines langgestreckten
liegenden Zylinders und an realen Wassermantelkernen für einen Zylinderkopf eines
Vierzylinder-Reihenmotors wurde als universellste Abstufung eine sogenannte 'tSechstel-Beziehung"
gefunden. Danach wird die gewünschte Gleichmäßigkeit der Sandverdichtung erreicht,
wenn 3/6 der sich aus Toleranzfugen zwischen den Kernkastenteilen und Luftabführungsöffnungen
in der Kernkastenwand ergebenden wirksamen Absaugfläche in dem Kastenwandungsbereich
vorgesehen werden, der 1/6 des von der Einschießstelle am weitesten entfernten VolumenS
des Formhohlraumes umgibt.
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2/6 der Absaugfläche verteilen sich zur Einschießöffnung hin abnehmend
auf die Kastenwandungsbereiche, die die nächsten 2/6 des Forihohlraum- bzw. Kernvolumens
ungeben,
während das letzte 1/6 der Absaugfläche in dem Bereich
der Kernkastenwandung vorgesehen wird, die die letzten 3/6 des Kernvolumens bis
zur Einschießöffnung hin umgeben.
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Diese Beziehung ist nicht starr, sondern wird außer von der geometrischen
Gestalt des herzustellenden Kerns vor allem von den physikalischen und technologischen
Eigenschaften des Jeweils zu verarbeitenden Sandes beeinflußt.
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Beim Verschießen von sehr feinkörnigen Kernsanden mit geringer Gasdurchlässigkeit
ist es zweckmäßig, den Hauptanteil der wirksamen Absaugfläche stärker zur Peripherie
des Formhohlraumes zu verlagern. Die Wirksamkeit der dort angebrachten Luftabführungsöffnungen
wird nämlich mit zunehmende Ablagerungsdicke des weniger gasdurchlässigen Kernsandes
auch stärker gedämpft als bei der Verarbeitung von gröberen Sanden mit höherer Gasdurchlässigkeit.
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Manche Form- oder Kernsande lassen sich Je nach Bindertyp nur schwer
nach dem Unterdruck-Schießprinzip verschießen und erfordern eine stärkere Fluidisierung
mittels zugemischter Luft. Das kann so weit gehen, daß es nicht mehr nöglich ist,
den Kernsand aus einem unmittelbar über dem Kernkasten angeordneten Sandvorratsbehälter
zu verschießen, sondern daß man ihn erfindungsgemäß in freiem Fall der Einschießöffnung
des Kernkastens in dem Augenblick zuführen muß, in dem sich das Vakuum im Formhohlraum
aufbaut.
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Wenn gegen Ende des Füllvorganges bereits sämtliche Luftabführungsöffnungen
in der Kernkastenwandung durch den im Formhohlraum abgelagerten Form- oder Kernsand
abgedeckt sind, kann die Fließgeschwindigkeit der Sandteilchen nachlassen, so daß
in einem engen Bereich unmittelbar hinter der Einschießöffnung die Verdichtung geringer
bleibt als in den übrigen Bereichen des Kerns.
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Um auch an diesen und anderen kritischen Stellen eine ausreichende
Verdichtung zu bekommen, kann deshalb erfahrungsgemäß der Vakuum- Schießprozeß durch
eine Luftstoß-Impuls-Verdichtung ergänzt werden. Dazu wird die Einschießöffnung
des Kernkastens mit einer Druckluftquelle verbunden, aus der ein kurzer Druckluftstoß
mit einem Druck von 1 bis 10 bar und 0,5 bis 3 Sekunden Dauer impulsartig durch
die Einschießöffnung auf den Sand im Kernkasten aufgeblasen wird. Das geschieht
in der Zeit, in der die Luft noch durch die Luftabführungsöffnungen abgesaugt wird.
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Durch das Einblasen des Luftstoßes werden an besonders kritischen
Stellen im Kern noch vorhandene Lockerstellen pneumatisch nachverdichtet. Der dazu
erforderliche Sand wird dabei aus dem Reservoir in der Einschießöffnung des Kernkastens
und einem eventuell darüber liegenden Zufuhrkanal unter dem Sandtrichter der Kernschießmaschine
entnommen. Gegebenenfalls kann der Sand außerdem aus der Einschießöffnung mit Hilfe
eines in die Einschießöffnung
eintauchenden Preßstempels bis auf
die endgültige Kontur des herzustellenden Kernes heruntergepreßt werden, so daß
ein nachträgliches Verputzen des Sandbutzens an der Einschießstelle entfällt.
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Der derart verdichtete Kern kann Je nach verwendetem Bindertyp noch
im Kernkasten mittels durch die Einschießöffnung eingeblasenen Reaktions- oder Katalysatorgases
ausgehärtet und anschließend mit Luft durchgespült werden, so daß ein direkt einsatzfähiger
Kern nach dem Ausschalen erhalten wird.
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Das Aushärten mittels Katalysatorgas entfällt natürlich, wenn das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Gießformteilen für kastenlose Formen
aus bindetonhaltigen Formsanden angewendet wird, die anschließend zu einem Formenstrang
mit horizontaler oder vertikaler Eastenteilung zusammengestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Verfahrensweise kann sowohl in der aus der D-OS
28 33 999 bekannten UnterdruckkSmmer-Kernschießmaschine durchgeführt werden, wobei
dann die Sanddurchflußkanäle in der aus einem Doppelschieber bestehenden Verschluß
einrichtung bis auf einen einzigen Kanal stillgelegt werden. Zur Durchführung dieses
Verfahrens kann aber auch eine neue Vorrichtung benutzt werden, die in den Zeichnungen
dargestellt. ist.
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Dabei zeigt Figur 1 eine Form- oder Kernschießmaschine mit einem in
einer druckdicht verschließbaren Kammer angeordneten Kernkasten mit zur Einschießöffnung
hin abgestuft angeordneten Luftabführungsöffnungen, und Figur 2 eine Kernschießmaschine
mit einem Kernkasten, der eine in jedem Kernkastenteil integrierte evakuierbare
Kammer hat.
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Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem haubenförmigen
Gehäuse 1, das durch einen mittels Kolbens tange 3 vertikal bewegbaren Boden 2 druck-
und vakuumdicht verschließbar ist. Im geschlossenen Zustand bilden das Gehäuse und
der Boden eine Kammer 4, die durch einen an einer Seitenwand des Gehäuses angeschlossenen
Saugstutzen 5 mittels einer nicht dargestellten, mit Absperreinrichtungen ausgerüsteten
Absaugeinrichtung evakuierbar ist. Die Druckverhältnisse in der Kammer sind mittels
einer Meßeinrichtung 6, beispielsweise einem Druckmeßschreiber oder einem Manometer,
überwachbar.
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Am vertikal bewegbaren Boden ist eine Hubeinrichtung 7 angebracht,
deren Kolbenstange einen Hubtisch 8 vertikal bewegen kann. Dieser Hubtisch trägt
einen mehrteiligen Kernkasten, der im dargestellten Fall horizontal geteilt ist
und aus einem Kernkastenunterteil 9a und einem
Kernkastenoberteil
9b besteht. Sein Formhohlraum lo ist über mit Filtereinsätzen gegen Sanddurchtritt
abgedichtete Luftabführungsöffnungen 11 in der Kastenwandung evakuierbar.
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Der zusammengesetzte Kernkasten wird vom Hubtisch gegen die Decke
des Gehäuses gedrückt. Damit dabei aber auch die Luft aus dem Formhohlraum durch
an der Eernkastenober-und Unterseite mündende Luftabführungsöffnungen abgesaugt
werden kann, sind die entsprechenden Anlageflächen des Hubtisches und der Gehäusedecke
entweder mit Nuten, einer Riffelung oder dergleichen versehen, oder aber es ist,
wie im dargestellten Fall eine luftdurchlässige Platte 12, die beispielsweise aus
einem geflochtenen Drahtnetz bestehen kann, zwischen Kernkasten und Hubtisch, sowie
Gehäusedecke vorgesehen.
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Außen hat die Gehäusedecke Gleitführungen, in denen ein Schieber 13
in Pfeilrichtung translatorisch bewegbar ist.
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Der Schieber hat zwei runde Öffnungen, die in der jeweiligen Endlage
mit einer entsprechenden Öffnung in einem in der Gehäusedecke auswechselbar angeordneten
Schießmundstück 20 mit darunter liegender elastischer Dichtung korrespondieren und
einen Zufuhrkanal für Sand, Luft oder Gas bilden. tber jeweils einer Öffnung ist
auf dem Schieber ein trichterförmiger Sandbehälter 14 sowie eine mit Druckluft-,
Spülluft- und Reaktions- oder Katalysatorgasanschlüssen versehene Drucke in richtung
15 mit einem vertikal bewegbaren Preßstempel 16 angeordnet.
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Uber dem Sandbehälter kann eine Sandzufuhreinrichtung vorgesehen sein,
die wie im dargestellten Fall aus einem Zellenraddosierer 17 besteht. Der Sandbehälter
ist innen zweckmäßig mit einem Anti-Haftmittel, beispielsweise Polytetrafluoraethylen
beschichtet und im unteren Teil seiner Wandung mit Filtereinsätzen 18 versehen,
durch die Fluidisierungsluft zum Sand treten kann, wenn dieser in die einzige Einschießöffnung
19 im Kernkasten einschießt.
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Diese Vorrichtung eignet sich besonders zur Ermittlung der günstigsten
Evakuierungsweise des Formhohlraumes nach Lage und Größe des wirksamen Querschnittes
der Luftabführungsöffnungen, weil der in der Kammer erzeugte Unterdruck auf sämtliche
Außenflächen des Kernkastens einwirkt. Daher können jederzeit und an jeder beliebigen
Stelle des Kernkastens, der wegen der verhältnismäßig niedrigen Druckbelastung beim
Unterdruckschießen aus leicht bearbeitbarem Material wie Holz bestehen kann, nachträglich
zusätzliche Luftabführungsöffnungen durch die Kastenwand gebohrt und mit Filtereinsätzen
gegen Sanddurchtritt versehen werden, bzw. sich als überflüssig erweisende Luftabführungsöffnungen
wieder verschlossen werden. Auch für die Herstellung kleinerer Kernserien ist diese
Vorrichtung gut geeignet.
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Müssen dagegen größere Mengen gleicher Kerne in kurzer Zeit hergestellt
werden, kann es zweckmäßig sein, die mittels der Vorrichtung nach Figur 1 gewonnenen
Erkenntnisse bei der Herstellung spezieller Kernkästen auszunutzen und zur Serienfertigung
eine in Figur 2 im Prinzip dargestellte Vorrichtung zu verwenden.
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Diese besitzt ein Maschinenoberteil, das dem der Vorrichtung nach
Figur 1 entspricht.
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Anstelle des haubenförmigen Gehäuses hat die Vorrichtung nun aber
nur mehr eine Deckplatte 21, an der ein Kernkastenoberteil 9b fest angeschraubt
ist. Das korrespondierende Kernkastenunterteil 9a ist auf einem Hubtisch 8 fixiert
und mit diesem gegen das Kernkastenoberteil 9b andrückbar und zwar, mittels den
Kolbenstangen 3.
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Die Außenwände 23 einschließlich der den Formhohlraum 10 umgebenden
Flächen der Kernkastenteile bestehen aus einem luftdichten Werkstoff wie Metall
oder faserverstärktem Kunstharz und schließen einen Innenraum 24 ein. Dieser Raum
in jedem Kernkastenteil bildet eine evakuierbare Kammer, die über einen Luftabsaugstutzen
5 mit einer an sich bekannten Absaugeinrichtung und über in der den Formhohlraum
10 umgebenden Wandfläche angebrachte Luftabführungsöffnungen 11 mit dem Formhohlraum
in Verbindung steht.
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Das Kernkastenunterteil kann mit einer Eernausstoßeinrichtung 25 ausgerüstet
sein, deren Ausstoßstifte luftdicht durch die Wandungsteile und den Innenkern 24
zum Formhohlraum 10 geführt sind.
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Auch bei den solcherart ausgebildeten Kernkastenteilen bleibt die
Möglichkeit der - bis auf den unmittelbaren Bereich an der Kernkastenteilungsfläche
- allseitigen Anordnung von Luftabführungsöffnungen zwischen Formhohlraum und evakuierbarer
Kammer genau wie bei der Vorrichtung nach Figur 1 erhalten. Da nun der Kernkasten
aber nicht mehr für jeden Füllvorgang in eine verschließbare Kammer eingebracht
und danach wieder zum Ausschalen des Kern daraus entnommen werden muß, ermöglicht
die Vorrichtung nach Figur 2 eine Verkürzung der Taktzeit.
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Bezugßzeichenliste 1 Gehäuse 2 Boden 3 Kolbenstange 4 Kammer 5 Saugstutzen
6 Meßeinrichtung 7 Hubeinrichtung 8 Hubtisch 9a Kernkastenunterteil 9b Kernkastenoberteil
10 Formhohlraum 11 Luftabführungsöffnungen 12 Platte 13 Schieber 14 Sandbehälter
15 Druckeinrichtung 16 Preßstempel 17 Zellenraddosierer 18 Filtereinsatz 19 Einschießöffnung
20 Schi eßmunds tück 21 Deckplatte 22 Bodenplatte 23 Außenwand 24 Innenkern 25 Kernausstoßeinrichtung
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