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Vorrichtung zum Verdichten von Gießereiformstoffen
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mittels Druckimpulsen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Herstellung von Gießformen aus ton- oder quellbinderhaltigem Formstoff mittels einem
oder mehreren Druckimpulsen.
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Aus der DE - AS 10 97 622 ist es bekannt, Formstoff durch impulsartiges
direktes Beaufschlagen mit Druckluft zu verdichten. Dieses Prinzip findet in der
DE - OS 32 02 395 eine Ausgestaltung, in der zum Auslösen der Druckimpulse eine
Verschlußeinrichtung vorgeschlagen wird, die als großflächiges Teller- oder Klappenventil
ausgebildet ist. Mit einem solchen Ventil ist, wie die Praxis gezeigt hat, ein für
die Formstoffverdichtung erforderlicher Druckimpuls (Druckanstiegsgeschwindigkeit
über dem lose geschütteten Pormstoff ca. 40 MPa/s bei einer Druckspitze von mind.
0,3 MPs) auf Grund der Öffnungscharakteristik eines derartigen Ventils kaum zu erreichen.
Zur Überwindung dieser ochwierigkeit wird in der genannten OS eine Beschleunigung
der als Freistrahl wirkenden Druckwelle mittels Lavaldüsen vorgeschlagen.
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Dadurch entsteht aber ein großer maschinentechnischer Herstellungsaufwand
für die Vorrichtung. Weiterhin bewirkt die Anordnung von Lavaldüsen eine Vergrößerung
des Entspamlungsvolumens, wodurch die Wirksamkeit des Verfahren gemindert wird und
durch erhöhten Energieeinsatz kompensiert werden muß.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verdichten von Gießereiformstoff
mittels Druckimpulsen zu schaffen, die mit geringem maschinellen Aufwand herstellbar
ist und deren Energiebedarf beim Gebrauch gering und leicht bereitstellbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu
entwickeln, die eine solche Öffnungscharakteristik des Ventile aufweist, daß bei
einem aus gangsdruck von 0,6 bis 1 MPa solche Druckimpulse auf unverdichteten Formstoff
einwirken, die eine hohe Verdichtung des Formetoffes erzielen. Es soll möglich sein,
die Wirkung der Druckimpulse entsprechend der Modellkontur partiell variieren zu
können.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bodenplatte
eines mit einer Druckgasquelle verbindbaren Speicherbehälters Bohrungen aufweist,
in denen Ventilkörper gleitend angeordnet sind, die als extrem dünnwandige auf der
Innenseite mit dem Speicherdruck belastete Hohlzylinder ausgebildet sind und daß
unter den Bohrungen, bevorzugt durch Rippen mit der Bodenplatte verbunden, scheibenförmige
Elemente vorgesehen sind, auf denen die Stirnseiten der Hohlzylinder bei geschlossenem
Ventil dichtend aufliegen.
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Mit einer derartigen Ausbildung gelingt es, in extrem kurzer Zeit
eine große Durchströmfläche freizugeben.
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Durch die Gestaltung der Ventilkörper als auf ihrer Innenseite mit
dem Speicherdruck beaufschlagter Hohlzylinder können diese sehr dünnwandig und damit
sehr leicht ausgeführt werden, wodurch wiederum kurze Öffnungezeiten (Massenbeschleunigung)
erzielt werden.
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Auch ist die Vorrichtung mit allgemein üblichen Werkzeugmaschinen
herstellbar.
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Vorteilhaft ist es, wenn die soheibenförmigen Elemente trogartig ausgebildet
sind, wobei der obere Rand des
Troges den jeweiligen Hohlzylinder
nahezu dicht unschließend eine Steuerkante bildet und bei geschlossenem Ventil der
Abstand zwischen der Stirnseite der Hohlzylinder und der Steuerkante so groß ist,
wie der erforderliche Hub zur Beschleunigung der Hohlzylinder aus der Ruhelage bis
zur maximalen Hubgeschwindigkeit.
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Dadurch entsteht der Vorteils, daß zu Beginn des Öffnungshubes (geringe
anfängliche Hubgeschwindigkeit) die Durchströmfläche zunächst noch verschlossen
bleibt und erst frcigegiben wird, wenn die Unterkante der Hohlzylinder mit höchster
Geschwindigkeit die Steuerkante passiert. Dadurch wird die Zeit zur Freigabe der
Durchströmfiäche weiter verkürzt.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Hohlzylinder in ihrem oberen Bereich am
äußeren Durchmesser einen Bund aufweisen, der bei geschlossenem Ventil dichtend
auf der Bodenplatte aufliegt.
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Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Passung zwischen Hohlzylinder
und zugehöriger Bohrung in der Bodenplatte mit relativ großem Spiel ausgeführt werden
kann..
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Vorteilhaft kann es sein, wenn die Hohlzylinder an einem gemeinsamen
Hubmechanismus befestigt sind.
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Bei dieser Gestaltung ergibt sich der Vorteil des geringen maschinellen
und steuerungstechnischen Aufwandes zum Anheben, sowie gleiche Hubcharakteristik
für alle Hohlzylinder.
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Zweckmäßig kann es sein, wenn die Ventilkörper (Hohlzylinder) von
nichtkreisförmigem Querschnitt sind.
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Weiterhin kann es zweckmäßig sein, daß die Bodenplatte und die Hohlzylinder
so gestaltet sind, daß die einzelnen
Ventile verschiedene Öffnungszeitpunkte
aufweisen.
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Daraus ergibt sich der Vorteil, daß die Druckwelle partiell der erforderlichen
Verdichtungscharakteristik von Modell und/oder Formstoff angepaßt werden kann.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn Hohlzylinder verschiedenen Durchmessers
konzentrisch angeordnet sind und in der Bodenplatte konzentrisch angeordnete gestuft-keglige
Leitringe vorgesehen und derart ausgebildet sind, daß die Innendurchmesser der Hohlzylinder
mit einem Außendurchmesser der Leitringe und die Außendurchmesser der Hohlzylinder
mit einem Innendurchmesser der Leitringe korrespondieren und daß die Hohlzylinder
im oberen Teil der Leltringe von diesen geführt werden.
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Eine derartige Ausbildung ergibt den Vorteil, daß die Durchströmfläche
des geöffneten Ventils extrem groß ist.
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Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Hohlzylinder auf ihrer
Außenseite mit dem Speicherdruck belastet sind.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden.
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In der zugehörigen Zeichnung zeigt: Fig. 1:. Ein Schnitt durch die
erfindungsgemäße Vorrichtung mit geschlossenem Ventil Fig. 2: Eine Einzelheit "E"
nach Fig. 1 Fig. 3: Die Einzelheit "E" bei geöffnetem Ventil Fig. 4: Ein Schnitt
durch eine Vorrichtung mit konzentrisch angeordneten Ventilen Fig. 5: Die Vorrichtung
ge.raß Fig 4 mit geöffneten Ventilen
Eine Modellplatte 11 und ein
Formkasten 12 mit aufgelegtem Füllrahmen 13 sind mit der Auflagefläche 14 eines
Speicherbehälters 1 verbunden. Der Speicherbehälter 1 weist weiterhin eine Bodenplatte
2 mit Bohrungen 5 auf. Unter den Bohrungen 5 sind durch Rippen 3 mit der Bodenplatte
2 verbunden, scheibenförmige Elemente 6 angeordnet. In den Bohrungen 5 gleitend
sind als Hohlzylinder 7 ausgebildete Ventilkörper vorgesehen, deren untere Stirnseiten
32 bei geschlossenem Ventil dichtend auf den scheibenförmigen Elementen 6 aufliegen.
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Die scheibenförmigen Elemente 6 sind vorzugsweise trogartig ausgebildet,
wobei der obere Rand des Troges, der den jeweiligen Hohlzylinder 7 bei geschlossenem
Ventil nahezu dichtend umschließt, als Steuerkante 10 bezeichnet wird. Bevorzugt
weisen die Hohlzylinder 7 an ihrem oberen Teil einen Bund 8 auf, der bei geschlossenem
Ventil dichtend auf der Bodenplatte 2 aufliegt. An den Dicht stellen zwischen unterer
Stirnseite 32 der Hohlzylinder 7 und den scheibenförmigen Elementen 6 ist eine erste
Dichtung 15 und zwischen den Bünden 8 und der Bodenplatte 2 eine zweite Dichtung
16 vorgesehen. Die Hohlzylinder 7 sind über eine Traverse 17 mit dem Hubmechanismus
9 verbunden. Im Bereich der Rippen 3 sind vorteilhafterweise strömungsbegünstigende
Luftleiteinrichtungen 4 angeordnet.
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Bei einer zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Fig.
4 und 5) sind in der Bodenplatte 2 konzentrisch gestuft-keglige Leitringe 30 angeordnet.
Der untere und der obere Teil der Leitringe 30 ist jeweils zylindrisch ausgebildet
und durch ein kegliges Mittelstück verbunden. Der untere Übergang zwischen dem zylindrischen
und dem kegligen Teil bildet die Steuerkante 10. Zwischen den Leitringen 30 sind
konzentrisch die Hohlzylinder 7 jeweils mit ihren Außenseiten am benachbarten äußeren
und mit ihren Innenseiten am benachbarten inneren Gleitring 30 gleitend angeordnet.
Bevorzugt
weisen die Hohlzylinder 7 an ihrem oberen Teil ebenfalls
einen Bund 8 und die Leitringe 30 an ihrem unteren Teil Vorsprünge 31 auf. Die obere
Stirnseite der Leitringe 30 ist ebenfalls mit der zweiten Dichtung 16 und die Vorsprünge
31 am unteren Teil der Leitringe 30 mit der ersten Dichtung 15 versehen, die mit
den Stirnseiten 32 und den Bünden 8 der Hohlzylinder 7 in deren abgesenkter Stellung
jeweils eine Plansitzdichtung bilden. Die Hohlzylinder 7 sind über eine Traverse
17 mit dem Hubmechanismus 9 verbunden.
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Der Hubmechanismus 9 besteht aus einem Zylinder 18, in dem ein Kolben
19 gleitet. Der Kolben 19 ist mittels einer Kolbenstange 20 mit der Traverse 17
verbunden. Im Boden des Zylinders 18 ist für den Durchtritt der Kolbenstange 20
eine Durchtrittsbohrung 21 vorgesehen, deren Querschnittsfläche etwas kleiner bemessen
ist als die Summe der Kreisringquerschnitte aller Hohlzylinder 7. An der Durchtrittsbohrung
21 ist eine in den Zylinder 18 weisende Erhebung 22 mit der dritten Dichtung 23
vorgesehen.
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An der der Durchtrittsbohrung 21 gegenüberliegenden Seite des Zylinders
18 ist eine Kolbenbremseinrichtung 24 vorgesehen. Der Zylinderraum zwischen Kolben
19 und Kolbenbremseinrichtung 24 ist als Beaufschlagungsraum 25 gekennzeichnet.
In den Beaufschlagungsraum 25 mündet eine Steuerleitung 26 und in den Speicherbehälter
1 eine Druckluftleitung 27 für die Zuführung des Arbeitsgases, Der untere Teil des
Zylinders 18 ist mit dem Speicherbehälter 1 über eine Leitung 28 und ein Ventil
29 verbunden, so daß Arbeitsgas aus dem Speicherbehälter 1 unter den Kolben 19 geleitet
werden kann.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende: Die von der Modellplatte
11, Formkasten 1?, Füllrahmen 1¢ und Bodenplatte 2 umgrenzte Fortikammer sei mit
lockerem Formstoff gefüllt. Über die Steuerleitung Xb wird der 3eaufschlagungsraum
25 mit Dzuclfluft beaufschiagt, WOdllrGt
der Kolben 19 und damit
die Hohlzylinder 7 in ihre untere Stellung gelangen. Dabei schließen die Hohlzylinder
7 mittels de: ersten Dichtung 15 und der zweiten Dichtung 16 den Innenraum des Speicherbehälters
1 druckdicht von der Formkammer ab. Nachfolgend wird über die Druckluftleitung 27
der Innenraum des Speicherbehälters 1 mit Arbeitsgas bis zum üblichen Netzdruck
von 0,6 bis 1 MPa gefüllt.
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Nachfolgend wird der Beaufschlagungsraum 25 entlüftet.
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Bedingt durch den geringen kreisförmigen Querschnitt der extrem dünnwandig
ausführbaren Hohlzylinder 7 wirkt weiterhin eine kleine Kraft in Schließrichtung,
die jedoch in Abhängigkeit von der Bemessung des Querschnittes der Durchtrittsbohrung
21 ausreicht, die Hohlzylinder 7 in ihrer unteren Stellung (Schließstellung) zu
halten.
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Durch die Betätigung des Ventils 29 wird die untere Seite des Kolbens
19 mit dem Speicherdruck beaufschlagt und dadurch der Kolben 19 schlagartig nach
oben bewegt, wo er durch die Kolbenbremseinrichtung 24 angehalten wird. Damit gelangen
auch die Hohlzylinder 7 schlagartig in ihre obere Stellung, wobei nach dem Passieren
der Steuerkanten 10 durch die Stirnseiten 32 das Arbeitsgas impulsartig auf den
Formstoff einwirken kann und diesen dabei verdichtet.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn die einzelnen Ventile verschiedene
Öffnungszeitpunkte aufweisen. Das kann dadurch erreicht werden, daß die Steuerkanten
10 in verschiedenen Höhen angeordnet sind, daß die Hohlzylinder 7 verschieden lang
sind und der Abstand zwischen Bodenplatte 2 und scheibenförmigem Element 6 bzw.
die Länge der Leitringe.31 entsprechend unterschiedlich groß ist, oder daß einzelnen
Ventilen oder Ventilgruppen separate Hubmechanismen 9 zugeordnet sind.
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Nachfolgend wird der Kolben 19 über die Steuerleitung 26 beaufschlagt,
so daß die Hohlzylinder 7 wieder in ihre untere Stellung gelangen und gleichzeitig
wird das Ventil 29 auf entlüften" geschaltet. Danach erfolgt das erneute Füllen
des Speicherbehälters 1 über die Druckluftleitung 27 mit Arbeitsgas. Im gleichen
Zeitraum erfolgt in bekannter Weise der Abtransport der fertigen Form und der erneute
Zusammenbau der Formkammer.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen t Speicherbehälter 2 Bodenplatte
3 Rippe 4 Luftleiteinrichtung 5 Bohrung 6 scheiberlförmiges Element 7 Hohlzylinder
8 Bund 9 Hubmechanismus 10 Steuerkante 11 Modellplatte 12 Formkasten 13 Füllrahmen
14 Auflagefläche 15 erste Dichtung 16 zweite Dichtung 17 Traverse 18 Zlinder 19
Kolben 20 Kolbenstange 21 Durchtrittsbohrung 22 Erhebung 23 dritte Dichtung 24 Kolbenbremseinrichtung
25 Beaufschlagungsraum 26 Steuerleitung 27 Druckluftleitung 28 Leitung 29 Ventil
30 Leitring 31 Vorsprung 32 Stirnseite