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Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten
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von Gießereiformstoff, z.B. Formscwd Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Verdichten von Gießereiformstoff, z.B. Formsand, über einem Modell mittels eines
in einem geschlossenen System auf den Formstoff wirkenden hohen Gasdrucks.
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Neben rein mechanischen Verfahren zum Verdichten von Gießereiformstoff,
z.B. durch Rütteln, Einschwingen oder Pressen des Formstoffs ist es auch bekannt,
den Formstoff mit pneumatischem D ruck in den Formkasten einzuschießen. Dies erfordert
allerdi ngs im allgemeinen eine Nachverdichtung durch Pressen. Im übrigen ergeben
sich dabei konstruktiv aufwendige Anlagen. Es ist weiterhin bekannt (US-PS'en 587
031, 3 170 202, DE-OS 2 949 340), den Verdichtungsdruck durch exotherme Reaktion
eines e>plosiven Gemischs zu erzeugen. Dies erfordert natürlich ein druckfestes
geschlossenes System. Die Handhabung solcher explosiven Gemische, insbesondere wenn
sie flüssig oder gasförmig sind, macht erhebliche Vorsichts
maßnahmen
und Sicherheitsvorkehrungen notwendig. Hierauf sind herkömmliche Gießereien weder
von der Anlagentechnik noch vom Personal her eingerichtet. Hinzu kommt, daß die
Höhe des Explosivdrucks maßgeblich von der Zusammensetzung und der Dosierung des
explosiven Gemischs abhängig ist und bei Verwendung von festen Explosivstoffen kaum
genau eingestellt werden kann. Es kommen deshalb und aufgrund der grossen Oberfläche
(Formkastenoberfläche), auf die der Explosivdruck gleichmäßig einwirken muß, praktisch
nur gasförmige und in begrenztem Umfang flüssige Brennstoffe in Frage, bei denen
eine Detonation mit ausreichend hohem Druck und eine breite Detonationsfront bei
einer entsprechenden Geometrie des druckfesten Raums und entsprechender Zündgeometrie
gewährl ei stet ist.
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Die Verwendung gasförmiger oder flüssiger Explosivstoffe erfordert
innerhalb des druckfesten Raums Mischeinrichtungen sowie Einrichtungen zum Füllen
des Raums mit den Brennstoffkomponenten sowie zum Abführen der Verbrennungsrückstände,
die im übrigen zu einer Umweltbelastung führen.
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Alle vorgenannten Erfordernisse sind insbesondere unter dem Gesichtspunkt
zu sehen, daß ein solches Verfahren nur dann wettbewerbsfähig ist, wenn es die bei
herkömmlichen Verfahren hohen Takt zeiten erreicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen,
das weder die Gefahren des zuvor beschriebenen Verfahrens mit sich bringt, noch
- abweichend von der herkömmlichen Formtechnik - aufwendige konstruktive Maßnahmen
erfordert.
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Ausgehend von einem Verfahren des eingangs geschilderten Aufbaus,
bei dem also die Verdichtung durch Gasdruck erfolgt, wird diese Aufgabe dadurch
gelöst, daß der Gasdruck durch Lichtbogen-Entladung eines hochgespannten Stroms
erzeugt wird.
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Aus der Elektrotechnik ist bekannt, daß bei der Lichtbogen Entladung
hohe Drücke auftreten, die bei vielen elektrotechnischen Anlagen, a.B, bei Transformatoren,
zu unliebsarnen Schäden führen. Auf einem speziellen technischen Gebiet, nämlich
der Verformung dünnwandiger Platinen zu Löffeln, hat man bereits versucht, die bei
der Spannungsentladung auftretenden Phänomene technisch zu nutzen, indem ein hochgespannter
Strom zwei Elektroden zugeleitet und über Funkenentladung entspannt wird, wobei
ein der Lichtbogenftihrung dienender Metalidraht explosionsartig geschmolzen wird
Hingegen sind bisher keine Vorschläge bekannt geworden, wonach man den sehr hohen
aber e>:trem kurzzeitigen Druck einer solchen Entladung zum Verdichten von Schüttgütern,
insbesondere Gießerei formsto ff, verwendet Das erfindungsgemäße Verfahren bringt
gegenüber dem attungsgemäßen Stand der Technik den großen Vorteil, daß einerseits
keine Verdichtungs-und Druckluftanlagen, wie bei Schießeinrichtungen, andererseits
keine besonderen Ausgangsstoffe, wie bei der Explosivverdichtung, erforderlich sind.
Es entfallen ferner alle bei explosiven Gemischen erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen,
wie auch die Einrichtungen zum Dosieren und Mischen der Brennstoffe sowie zum Abführen
der Verbrennungsrückstände. Während bei der Explosivverdichtung das geschlossene
System einen ausreichend großen Raum für die Aufnahme und den Abbrand der Explosivstoffe
benötigt, kommt das erfindungsgemäße Verfahren mit weit kleineren Räumen aus.
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Gemäß einer bevorzugten Variante dieses Verfahrens wird der Lichtbogen
unter Anwesenheit von flüssiger und/oder fester Materie, die bei der Ent ladung
verdampft und/oder vergast wird, gezündet Als feste Materie kommen insbesondere
Kunststoffe oder Kurlststoff-Metal I mischungen in Frage.
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Durch diese Maßnahme können noch höhere Drücke erzeugt werden, wobei
die entstehenden Vergasungs- bzw. Verdampfungsprodukte zugleich den Entladungsfunken
löschen.
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Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann - wie bei der Verformung
von Platinen - ein Draht aus leitendem Werkstoff zur Führung des Lichtbogens eingesetzt
werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Gießereiformstoff
vor oder während der Lichtbogenentladung auf seiner druckseitigen Oberfläche befeuchtet,
da dort, wie Versuche gezeigt haben, eine unerwünschte Austrocknung aufgrund der
Hitzeentwicklung eintreten kann.
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Zur Durchführung des Verfahrens geht die Erfindung von einer herkömmlichen
Vorrichtung (US-PS 3 170 202) aus, die aus einem Tisch, der das Modell und einen
dieses umgebenden Formkasten aufnimmt, einem darüber angeordneten druckfesten Raum
und einem den Gießereiformstoff enthaltenden Behälter, aus dem der Formstoff über
den druckfesten Raum in den Formkasten abgegeben wird, besteht. Zur Lösung der Aufgabe
zeichnet sich eine solche Vorrichtung aus durch wenigstens zwei an einen Stoßkondensator
angeschlossene Elektroden verschiedenen Potentials, die in den druckfesten Raum
hineinragen und zwischen denen nach Aufgabe des Formstoffs auf das Modell der Lichtbogen
gezündet wird.
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Schon anhand dieser vorrichtungstechnischen Merkmale zeigt sich die
konstruktive Einfachheit des erfindungsgemäßen Vorschlags. Gegenüber herkömmlichen
Schießmaschinen werden alle zur Erzeugung des pneumatischen Drucks und zur Ubertragung
desselben auf den Formstoff erforderlichen Anlagen entbehrlich, während gegenüber
der Explosivverdichtung auf alle Anlagenteile, die sich mit der Zuführung und Herstellung
des explosiven Gemischs sowie der Abführung der Verbrennungsrückstände
befassen,
verzichtet werden kann. Gegenüber Schi eßmaschi -nen ist lediglich eine druckfestere
Ausbildung des Raums oberhalb des Formkastens und die zusätzliche Anordnung von
Elektroden erforderlich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Elektroden in Wandungen
des druckfesten Raums verschiebbar geführt und aus einer zurückgezogenen Stellung
- ihrer Ruhelage - bis in eine Stellung, in der sie den notwendigen Abstand für
die Entladung aufweisen, in den druckfesten Raum einfahrbar.
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Die Elektroden werden vor jeder Füllung des Formkastens in die zurückgezogene
Stellung bewegt und nach Abschluß des Füllvorgangs in die Entladungsposition eingefahren.
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Eine abgewandelte Ausführung der Vorrichtung zeichnet sich aus durch
eine Einrichtung zur Zugabe der flüssigen und/oder festen Materie in den druckfesten
Raum vor jeder Entladung, um auf diese Weise die bereits im Zusammenhang mit dem
Verfahren geschilderten Vorteile des Druckaufbaus und der Funkenlöschung zu erreichen.
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Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Einrichtung die flüssige und/oder
feste Materie konzentrisch zur negativen Elektrode in den druckfesten Raum zuführt,
um einerseits deren Vergasung oder Verdampfung sicherzustellen, andererseits deren
genaue Dosierung bei geringstmöglicher Menge zu ermöglichen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist die negative Elektrode von
einem Mantel aus die feste Materie bildendem Kunststoff umgeben, wobei der Kunststoffmantel
zusammen mit der Elektrode in den druckfesten Raum einfahrbar ist.
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Da der Kunststoffmantel bei der Entladung vergast, ist er vorzugsweise
entsprechend dem Abbrand gegenüber der Elektrode nachführbar, da sein Abbrand wesentlich
größer ist als der Elektrodenabbrand.
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Um einen gleichmäßigen Abbrand während der Entladung sicherzustellen,
kann weiterhin vorgesehen sein, daß zumindest die negative Elektrode, gegebenenfalls
zusammen mit dem Kunststoffmantel, drehbar ist.
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Zur Zuführung des elektrisch leitenden Drahtes, der vornehmlich der
Lichtbogenführung dient, kann eine der Elektroden, vorzugsweise die einem geringeren
Abbrand unterliegende positive Elektrode, einen zentralen Führungskanal zum Zuführen
und Ausrichten des Drahtes aufweisen. Der Draht kann endlos von einer Spule zugeführt
werden.
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Die konstruktiv einfache Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt sich an einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung daran, daß der druckfeste
Raum von einem auf dem Formrahmen aufsetzbaren Füllrahmen entsprechender Wandstärke
gebildet ist. Es sind also gegenüber herkömmlichen Gießerei maschinen lediglich
ei ne Verstärkung des Füllrahmens und die Anordnung der Elektroden erforderlich.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels beschrieben. Hierbei zeigen: Figur 1 Einen Längsschnitt durch
die Vorrichtung und Figur 2 ein Blockschaltbild für den Elektroden-Stromkreis.
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Die Vorrichtung zum Verdichten von Formsand besteht in herkömmlicher
Weise aus einem Hubtisch 1, auf dem ein Träger 2 für eine Modellplatte 3 montiert
ist. Auf der Modellplatte 3 sitzt das Modell 4, das von einem Formkasten 5 umgeben
ist.
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Zu der Vorrichtung gehört ferner ein den Gießereiformstoff, z.B. Formsand
enthaltender Behälter 6, der beim gezeigten Ausführungsbeispiel einen Jalousie-Verschluß
7 aufweist und in der verschlossenen Lage jeweils die für einen Formkasten 5 erforderliche
Formstoffmenge aufnimmt.
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Unterhalb des Jalousie-Verschlusses 7 kann gegebenenfalls eine diesen
gegen den Verdichtungsdruck schützende Blende, die beispielsweise drehbar oder verschiebbar
geführt ist, angeordnet sein. Der Behälter 6 sitzt an einem zum Maschinenrahmen
gehörenden Querhaupt Die Vorrichtung weist weiterhin einen Füllrahmen 9 auf, der
entsprechend dickwandig ausgebildet und innenseitig mit einem Verschleißschutz 10
versehen ist. Der Füllrahmen 9 i st über Säulen 8 en dem Querhaupt abgestützt.
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Der Füllrahmen 9 und die nicht gezeigte Blende sowie gegebenenfalls
der Formkasten 5 bilden einen druckfesten Raum. Dabei braucht der Formrahmen 5 nur
geringeren Drucken standhalten, da er vor Erzeugung des Verdichtungsdrucks zunächst
mit Formsand 11 gefüllt wird, und zwar mit einem bis in den Füllrahmen 9 hineinreichenden
L)berstana.
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In der Wandung des Füllrahmens 9 sind psr gegenüberliegenden Seiten
je eine Elektrode 12, 13 geführt, die mittels eines schematisch angedeuteten Antriebs
14 in den vom Füllrahmen 9 umschlossenen Druckraum 15 eingefahren und in umgekehrter
Richtung ausgefahren werden können Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die negative
Elektrode 13 mit einem Kunststoffmantel 16 oder einem eine Flüssigkeit enthaltenden
Mantel umgeben, der gegenüber der Stirnseite der Elektrode einen gewissen Überstand
17 aufweist. Dieser KunslEitoffmantel 16 ist zusammen mit der Elektrode 13 mittels
des Antriebs 14 in den Raum 15 einfahrbar, zugleich aber gegenüber der Elektrode
13 entsprechend dem Pfeil 18 nachführbar, so daß nach jeder Entladung ein etwa gleichgroßer
Oberstand 17 eingestellt werden kann. Ferner ist die negative
Elektrode
13 und gegebenenfalls der Kunststoffmantel 16 unabhängig davon drehbar, wie dies
mit dem Pfeil 19 angedeutet ist.
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Die positive Elektrode 12 ist mit einem zentralen Kanal 20 versehen,
durch den von einer Spule 21 ein Metalldraht 22 endlos und taktweise in den Raum
zwischen die Elektroden 12, 13 zugeführt wird.
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Die Funktionsweise ist folgende: In der zurückgezogenen Stellung der
Elektroden 12, 13, in der sie mit ihrer vorderen Stirnseite etwa bündig mit dem
Verschleißschutz 10 des Füllrahmens 9 abschließen, wird der Formsand aus dem Behälter
6 bei geöffnetem Jalousie-Verschluß 7 durch Schwerkraft in den Formkasten 5 und
auf das Modell 4 entleert. Unmittelbar danach werden die Elektroden 12, 13.in den
Druckraum eingefahren, bis ihre inneren Stirnseiten den für die Entladung erforderlichen
Abstand, die gegebenenfalls durch eine Zündung eingeleitet wird, erreicht haben.
Durch die bei der Entladung entstehende Druckwelle wi rd der im Formkasten 5 enthaltene
Formsand 11 verdichtet. Die Formsandmenge wird so bemessen, daß nach dem Verdichten
ein Überstand über dem Formkasten vorhanden ist. Danach wird der Hubtisch 1 abgesenkt
und dabei oder anschließend der Formkasten 5 mit der Form von dem Modell 4 abgezogen.
Während dieses Vorgangs werden auch die Elektroden 12, 13 zurückgezogen und der
Behälter 6 erneut gefüllt. Sofern notwendig, kann während dieses Vorgangs der Druckraum
15 belüftet werden, beispielsweise durch eine kurzzeitige Luftströmung. Nach Aufsetzen
eines neuen Formkastens 5 auf die Modellplatte 3 und Hochfahren des Hubtisches 1
gegen den Füllrahmen 9 kann ein neuer Arbeitszyklus beginnen.
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Der in Fi gur 2 gezeigte Elektrodenstromkreis weist eine an eine Spannungsquelle
23 angeschlossene Ladeanlage 24 auf, an der in Parallelschaltung einerseits ein
mehrstufiger Stoßkondensator 25, andererseits
eine Drossel 26 und
ein Widerstand 27 hintereinander liegen. Uber einen Schalter 28 kann die Ladung
der Stoßkondensatoren 25 abfließen und der Lichtbogen zwischen den Elektroden 12,
13 gezündet werden