Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten von Gießerei-
Formstoff mittels Druckgas, bestehend aus einem einen Vordruckraum
bildenden Druckbehälter für das Druckgas, einem darunter angeordneten
Formraum aus Formkasten mit Füllrahmen und einer den Formkasten
unten abschließenden Modellplatte mit Modell, auf das der Formstoff
vor der Verdichtung lose aufgeschüttet wird, und einem zwischen dem
Druckbehälter und dem Formraum angeordneten Ventil, dessen Ver
schlußorgan gemäß Patentanmeldung P 32 43 951.2 den Öffnungsquer
schnitt des Ventils vorwiegend unter Wirkung des Drucks im Druckbehäl
ter freigibt.
Gegenstand der in bezug genommenen Hauptanmeldung P 32 43 951.2
sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichten von Gießerei-
Formstoff, insbesondere Formsand, mittels Druckgas, z. B. Druckluft
oder durch explosive Verbrennung erzeugtes Druckgas, bei denen das
Druckgas schlagartig aus einem Druckbehälter in den Formraum entspannt
wird, dabei auf die freie Formstoff-Oberfläche einwirkt und die Formstoff
partikel unter gegenseitigem Impulsaustausch sowie durch Verzögerung
der beschleunigten Formstoffmasse auf der Modelloberseite und der
Modellplatte verdichtet, wobei zusätzlich Fluidisierungseffekte unter
Reduzierung der Partikelreibung eintreten. Wesentlich ist hierbei ein
hoher Gasmassendurchsatz bei schnellstmöglichem Druckanstieg im
Formraum. Diese Parameter müssen umso höher liegen, je niedriger
der Ausgangsdruck im Druckbehälter ist, wobei Ausgangsdrucke ange
strebt werden, die im Bereich des Drucks betrieblicher Druckluftnetze
liegen, um einerseits für die Druckgaserzeugung, andererseits für die
konstruktive Beherrschung des Drucks keinen allzugroßen konstruktiven
Aufwand betreiben zu müssen. Dies führt dazu, daß die Vorrichtung ein
Verschlußorgan aufweisen muß, das einerseits einen größtmöglichen
Querschnitt zum Überströmen des Druckgases verschließt, andererseits
eine geringstmögliche Masse aufweist, um den Querschnitt schnellst
möglich freizugeben. Ferner erfordert dies Öffnungsantriebe, die das
Verschlußorgan in wenigen Millisekunden in die Öffnungslage bringen
und somit den Querschnitt freigeben. Mit herkömmlichen Ventilkonstruk
tionen lassen sich die vorgenannten Voraussetzungen nicht erreichen.
In der Hauptanmeldung sind einige Ausführungsformen von Ventil-
Konstruktionen beschrieben, die diese Voraussetzungen erfüllen.
Dabei wird u. a. das Druckgas selbst benutzt, um zumindest den
Öffnungshub des Ventils einzuleiten und somit schnellstmöglich einen
Druckausgleich auf beiden Seiten des Verschlußorgans zu erreichen,
so daß die eventuell weitere Öffnungsbewegung nicht gegen den Druck
ausgeführt werden muß. Bei allen diesen Ausführungsformen ist das
Verschlußorgan so angeordnet, daß es im wesentlichen in den Druckbe
hälter hinein bewegt wird. Dies wiederum setzt einen besonderen
Aufbau des Verschlußorgans voraus.
Aufbauend auf dem in der Hauptanmeldung offenbarten Prinzip der
Ausnutzung des Druckgefälls zwischen Druckbehälter und Formraum
zur Öffnung des Ventils liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde,
weitere Ausführungsformen vorzuschlagen, bei denen die Freigabe des
Öffnungsquerschnittes allein unter Wirkung des Druckgases erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verschluß
organ innerhalb des Druckbehälters geführt und seine Öffnungsbewegung
zumindest weitgehend in den Formraum hinein gerichtet ist.
Abweichend von den in der Hauptanmeldung beschriebenen Ausführungs
formen der Vorrichtung, bei denen das Verschlußorgan vollständig im
Druckbehälter angeordnet ist und innerhalb desselben auch öffnet, wird
bei der Erfindung das Verschlußorgan in Richtung des in den Formraum
überströmenden Druckgases geöffnet. Dies führt einerseits zu einer
effektiveren Arbeitsweise, andererseits läßt sich das Verschlußorgan
mit einfacheren konstruktiven Mitteln in der Schließlage halten.
Eine dem erfindungsgemäßen Prinzip folgende bevorzugte Ausführungs
form besteht darin, daß das Verschlußorgan eine mit einer Vielzahl
von Löchern versehene Ventilplatte ist, die mit einer oberhalb von ihr
und zwischen Druckbehälter und Formraum angeordneten ortsfesten Platte
mit einer Vielzahl von Löchern zusammenwirkt, wobei die Löcher von
Ventilplatte und ortsfester Platte zur Bildung eines dichten Verschlusses
gegeneinander versetzt sind, und daß die Ventilplatte in der Schließlage
fixiert und nach Lösen der Fixierung mittels des Druckgases in den Form
raum beschleunigbar ist.
Ventilplatte und ortsfeste Platte sind also jeweils nach Art eines Rostes
ausgebildet, wobei sich in der Schließlage die Löcher beider Platten
nicht überdecken. Es sind also die Löcher der ortsfesten Platte durch
die Ventilplatte und deren Löcher durch die ortsfeste Platte verschlossen.
Sobald die Ventilplatte auch nur um ein geringes Maß abgesenkt wird,
kann das Druckgas durch die Vielzahl von Löchern in der ortsfesten Platte
und der Ventilplatte in den Formraum überströmen. Damit ergibt sich der
Vorteil, daß für die Entspannung des Druckgases in den Formraum das
Verschlußorgan nur einen sehr geringen Hub ausführen muß, um einen
größtmöglichen Überströmquerschnitt freizugeben.
Da in der Regel Formkasten und Füllrahmen rechteckig ausgebildet sind,
weist die Ventilplatte mit Vorteil einen dem rechteckigen Querschnitt des
Formraums angepaßten rechteckigen Querschnitt auf, um auch dadurch
einen größtmöglichen Öffnungsquerschnitt und eine gleichmäßige Ver
teilung des Druckgases auf die Formstoff-Oberfläche zu erreichen.
Um in der Schließlage einen hermetischen Verschluß zu erreichen, sind
die Ventilplatte und/oder die ortsfeste Platte auf den einander zugekehr
ten Flächen mit einem sämtliche Löcher umfassenden Dichtungsbelag
versehen. Vorzugsweise sitzt dieser Dichtungsbelag auf der Ventilplatte.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Verschluß
organ als dünne Ventilplatte aus einem flexiblen Werkstoff ausgebildet,
die eine Öffnung zwischen Druckbehälter und Formraum überdeckt, in
der Schließlage randseitig dicht fixiert ist und nach Lösen der Fixierung
unter Wirkung des Druckgases zur Mitte hin und nach unten in den Form
raum verdrängt wird.
Diese Ventilplatte kann beispielsweise aus Gummi, gummielastischem
Kunststoff oder auch einem Kunststoff mit anderem Elastizitätsverhalten
bestehen, wesentlich ist nur, daß Querschnitt und Werkstoff so ausgewählt
sind, daß die Ventilplatte nach randseitiger Freigabe unter Wirkung des
Druckgases schnellstmöglich in den Formraum hineingeklappt wird und
dabei einen größtmöglichen Querschnitt der Öffnung freigibt. Auch hier
wird die Öffnungsbewegung ausschließlich unter Wirkung des Druckgases
durchgeführt, falls die randseitige Fixierung der Ventilplatte gelöst ist.
Diese Ausführungsform gibt die Möglichkeit, daß die Öffnung zwischen
Druckbehälter und Formraum dem freien Querschnitt des Formraums entspricht,
wobei die Ventilplatte in der Schließlage im Druckbehälter angeordnet ist
und randseitig dessen die Öffnung begrenzenden Boden aufliegt. Aufgrund
des hierdurch möglichen großen Öffnungsquerschnittes und dessen schlag
artiger Freigabe durch Abklappen der Ventilplatte lassen sich der gewünschte
Gasmassendurchsatz und der schnelle Druckanstieg im Formraum in be
sonders einfacher Weise erreichen.
Die flexible Ventilplatte kann mittels eines Rings bzw. Rahmens, der
von oben auf ihren Umfangsrand wirkt und dem die Fixierung zugeordnet
ist, in der Schließlage gehalten sein. Dieser Ring bzw. Rahmen, der
gleichfalls unter Wirkung des Druckgases steht, preßt den Rand der Ven
tilplatte gegen den die Öffnung begrenzenden Boden des Druckbehälters.
Dieser Ring oder Rahmen kann eine relativ geringe Masse aufweisen,
so daß er auch mit geringer Antriebskraft abgehoben werden kann, um
die Öffnungsbewegung der Ventilplatte einzuleiten.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung besitzt der Werkstoff der Ventil
platte ein diese in eine ihrer Schließlage etwa entsprechende Lage
bringendes Rückstellvermögen. Die aufgrund ihrer Flexibilität während
der Öffnungsbewegung in den Formraum verdrängte Ventilplatte richtet
sich nach erreichtem Druckausgleich selbst auf und erreicht eine Lage,
in der sie sich wiederum innerhalb des Druckbehälters befindet und
mittels eines Schließantriebs, der auf den Ring bzw. Rahmen wirkt,
wieder randseitig angedrückt werden kann.
Bei den vorgenannten Ausführungsformen ist weiterhin vorgesehen, daß
die Ventilplatte an einer zentralen Führungsstange angeordnet ist, mittels
deren sie aus der Öffnungslage in die Schließlage bringbar ist, und die
mittels einer die Fixierung bildenden Klemmeinrichtung in der Schließ
lage der Ventilplatte festsetzbar ist.
Die Ventilplatte wird also mittels der Führungsstange aus der Öffnungs
lage in die Schließlage gebracht. Daraufhin wird die Führungsstange
mittels der Klemmeinrichtung festgesetzt, so daß der Druckbehälter mit
dem Druckgas gefüllt werden kann. Durch Lösen der Klemmeinrichtung
kommt die Ventilplatte frei und wird durch das auf ihr anstehende Druck
gas schlagartig in die Öffnungsstellung beschleunigt. Die erfindungsge
mäß vorgesehene Klemmeinrichtung hat aufgrund ihrer radialen Einwirkung
auf die Führungsstange den Vorteil, daß zum Lösen nur sehr geringe Wege
notwendig sind, so daß auch dieser Vorgang in kürzester Zeit ablaufen
kann.
Als Schließantrieb für das Verschlußorgan kann ein auf die Führungsstange
wirkender Druckmittelzylinder dienen, der nach Festsetzen der Führungs
stange mittels der Klemmeinrichtung zumindest zu Beginn der Öffnungs
bewegung von der Führungsstange abgekoppelt ist. Danach wird die An
triebsverbindung wieder hergestellt und die Ventilplatte mittels der
Führungsstange wieder in die Schließlage gebracht.
Ist die Ventilplatte aus einem flexiblen Werkstoff gebildet, so sitzt der
die Ventilplatte randseitig andrückende Ring oder Rahmen an dem
unteren Teil einer zweiteiligen Führungsstange, der gegenüber dem oberen
Teil begrenzt axial verschieblich geführt ist. Der Ring bzw. Rahmen
ist mit Federspeichern versehen, die sich am Öffnungsrand abstützen
und bei der Schließbewegung vorgespannt werden, während sie nach
Lösen der Klemmeinrichtung den Ring bzw. Rahmen mit dem unteren
Teil der Führungsstange unter Freigabe des Ventilplattenrandes nach
oben beschleunigen. Unter Wirkung des Druckgases zieht sich die Ventil
platte aus dem Spalt zwischen Ring bzw. Rahmen einerseits und dem
die Öffnung begrenzenden Boden des Druckbehälters andererseits heraus
und klappt in den Formraum hinein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung der Zeichnung, die zwei Ausführungsformen
der Vorrichtung wiedergibt. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Ausführungsform mit einer starren
Ventilplatte im Längsschnitt und
Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt
mit der Ausführungsform einer flexiblen Ventil
platte.
In der Zeichnung sind nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen
Teile der Verdichtungsvorrichtung einer Gießerei-Formmaschine wieder
gegeben. Es sind insbesondere nicht gezeigt der Maschinenständer, die
Einrichtung zum Heben und Senken von Formkasten und Füllrahmen
sowie ggfs. zum Ausstoßen der fertigen Form aus dem Formkasten.
Ebensowenig sind die Einrichtungen zum Heranbringen des Modells und
zum Einfüllen des Formsandes wiedergegeben, da diese Bauteile im
Gießerei-Maschinenbau bekannt sind.
Auf einer Modellplatte 1 mit einem Modell 2 sitzt ein Formkasten 3 und
auf diesem ein Füllrahmen 4. Oberhalb des Formraums ist ein Druckbe
hälter 5 - beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel zur Aufnahme von
Druckluft - angeordnet, der über einen Anschluß 6 aus einem Druck
speicher oder - bei niedrigem Vordruck - aus dem betrieblichen Druck
luftnetz gespeist wird.
Der Druckbehälter weist als Boden 7 eine ortsfeste Platte auf, die im
Bereich oberhalb des Formraums rostartig mit einer Vielzahl von Löchern 8
versehen ist. An der Unterseite des Bodens 7 ist ein Rahmen 9 angeflanscht,
an den wiederum eine Abluftleitung mit einem Ventil 10 angeschlossen ist.
Der Druckbehälter 5 mit dem Rahmen 9 einerseits und die Modellplatte 1
mit Modell 2, Formkasten 3 und Füllrahmen 4 sind gegeneinander beweg
lich, um den Formraum mit Formstoff füllen zu können. Vor dem Ver
dichten werden diese beiden Baugruppen zusammen gebracht und an ihrer
Trennfläche dicht zusammengepreßt.
Mit dem Boden 7 bzw. dessen die Löcher 8 aufweisendem Bereich wirkt
ein Verschlußorgan in Form einer starren Platte 11 zusammen, die gleich
falls eine Vielzahl von koaxialen Löchern 12 besitzt. Ferner sitzt auf der
Oberseite der Ventilplatte innerhalb des Bereichs der Löcher 12, wie auch
der Löcher 8 im Boden 7, ein Dichtungsbelag 13. Wie aus der linken Hälfte
der Darstellung erkennbar, sind die Löcher 8 im Boden 7 und die Löcher 12
in der Ventilplatte 11 so gegeneinander versetzt, daß sie sich in der
Schließlage nicht überdecken.
Die Ventilplatte 11 sitzt an einer Führungsstange 14, die mittels eines
auf ihr gleitenden Hubkolbens 15 aus der rechts wiedergegebenen Öffnungs
lage der Ventilplatte in die links gezeigte Schließlage anhebbar ist. Auf
dem innerhalb des Druckbehälters 5 ortsfesten Zylinder 16 für den Hub
kolben 15 sitzen Dämpfungszylinder 17, mit denen ein auf der Führungs
stange 14 befestigtes Querhaupt 18 zusammenwirkt. Gegen dieses Quer
haupt 18 wirkt die obere Stirnseite des Hubkolbens 15 bei seiner Auf
wärtsbewegung. Ferner ist der Führungsstange 14 eine insgesamt mit 19
bezeichnete Klemmeinrichtung zugeordnet, deren eines Klemmteil 20
innerhalb eines am Boden abgestützten Gehäuses 21 axial beweglich ist
und dessen anderes Klemmteil 22 an der Führungsstange sitzt. Bei den
Klemmteilen kann es sich um Keile od. dgl. handeln.
Auf dem Boden 7 sitzt schließlich noch ein Tragkörper 23, der zwischen
sich und dem Boden 7 einen Überströmraum 24 begrenzt. Der Tragkörper
weist umfangseitig koaxial verlaufende Schlitze 25 auf, die außenseitig
von einem drehbaren Ring 26, der wiederum Schlitze 27 aufweist, über
griffen sind.
Nachfolgend ist die Funktionsweise der Vorrichtung beschrieben:
In der in Fig. 1 wiedergegebenen Schließlage des Ventils, in der auch die
Schlitze 25 des Tragkörpers 23 von dem Ring 26 verschlossen sind,
wird der Druckbehälter 5 über den Anschluß 6 mit Druckgas gefüllt.
Die Klemmeinrichtung 19 befindet sich in der Klemmlage, so daß also
die Ventilplatte 11 dicht gegen den Boden 7 angepreßt ist. Form
kasten 3 und Füllrahmen 4 sind mit Formsand lose gefüllt. Zum Ein
leiten des Öffnungshubs wird zunächst der Ring 26 so verdreht, daß
dessen Schlitze 27 mit den Schlitzen 25 des Tragkörpers 23 in
Deckungslage kommen (s. rechte Hälfte der Darstellung), so daß das
Druckgas in den Überströmraum 24 gelangen kann. Nachfolgend wird
ein mechanischer Sicherheitsriegel 28 ausgefahren und der Hub
kolben 15 bei blockierter Klemmeinrichtung 19 abgesenkt, wobei er
auf der Führungsstange 14 nach unten gleitet. Anschließend wird die
Klemmeinrichtung 19 hydraulisch gelöst und damit werden die
Führungsstange 14 und die Ventilplatte 11 freigegeben. Das über die
Löcher 8 auf der Ventilplatte 11 anstehende Druckgas beschleunigt
diese schlagartig nach unten, so daß das Druckgas über die Löcher 12
und über den randseitigen Bereich in den Formraum entspannen kann.
Während des Öffnungshubs wird die Führungsstange 14 bei Aufprall
des Querhauptes 18 auf die Dämpfer 17 abgebremst. Die Ventilplatte
erreicht die in der linken Darstellung wiedergegebene Lage. Während
dessen wird der Formsand beschleunigt und zugleich auf Modell
platte 1 und Modell 2 abgebremst und dabei verdichtet. Nach Ab
schluß des Öffnungshubs wird zur Absicherung der Ring 26 wieder ver
dreht, so daß ein erneuter Füllvorgang einsetzen kann, ohne daß das
Druckgas überströmen kann. Mittels des Ringes 26 läßt sich im
übrigen der Gasmassendurchsatz voreinstellen und dadurch die Form
härte bestimmten. Mittels des Hubkolbens 15 wird dann über das
Querhaupt 18 die Führungsstange 24 mit der Ventilplatte 11 wieder an
gehoben und in der Schließlage (linke Hälfte der Darstellung) mittels
der Klemmeinrichtung festgesetzt. Der Sicherungsriegel 28 wird ein
gefahren. Während dieses Ablaufs wird das im Formraum noch vor
handene Druckgas über das Ventil 10 abgeblasen.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Boden 7 des Druckbe
hälters 5 mit einer etwa der lichten Weite des Füllrahmens ent
sprechenden, also rechteckigen oder mit einer größtmöglichen kreis
förmigen Öffnung 29 versehen. Diese Öffnung 29 wird von einer
flexiblen Ventilplatte 30 übergriffen, die in ihrem Zentrum an dem
unteren Teil 14′ der hier zweiteiligen Führungsstange 14 eingespannt
ist. In der Schließlage verläuft die Ventilplatte 30 etwa horizontal und
ist mit ihrem Rand 31 mittels eines Rings bzw. Rahmens 32 dichtend
an den die Öffnung begrenzenden Boden 7 des Druckbehälters 5 ge
preßt. Auch der Ring bzw. Rahmen 32 sitzt an den unteren Teil 14′
der Führungsstange 14 und ist mit dieser axial verschieblich, wobei
der Axialhub durch Dämpfer 33, die am oberen Teil 14′′ der Führungs
stange 14 befestigt sind, begrenzt ist. Ferner ist der Führungsstange
eine Klemmeinrichtung 19, ähnlich der Fig. 1, zugeordnet. Schließlich
besitzt die Führungsstange 14 einen Hubantrieb 34, der die gleiche
Funktion hat wie der Hubkolben 15 gemäß Fig. 1. Dem Ring bzw.
Rahmen 32 sind umfangsseitig mehrere Federspeicher 35 zugeordnet,
die beim Andrücken des Rings 32 an den Ventilplattenrand 31 bzw.
den Boden 7 vorgespannt werden. Sie weisen zu diesem Zweck einen
nach unten reichenden, auf die Feder wirkenden Bolzen 36 auf, der
sich auf dem Boden 7 des Druckbehälters 5 abstützt.
Bei der in Fig. 2 links wiedergegebenen Schließlage befindet sich das
Teil 14′ der Führungsstange 14 in ihrer unteren Stellung. Die Ventil
platte 30 ist im Bereich ihres Randes 31 mittels des Rings 32 dicht
an den Boden 7 angepreßt. Die Federspeicher 35 sind vorgespannt. Die
Führungsstange 14 ist mittels der Klemmeinrichtung 19 festgesetzt.
Zur Einleitung der Öffnungsbewegung werden zunächst die Klemmein
richtung und dadurch die Federspeicher 35 freigegeben, so daß der Ring
bzw. Rahmen 32 schlagartig nach oben abhebt und gegen die Dämpfer
33 anläuft. Zugleich wird die gesamte Führungsstange 14 mittels des
Hubantriebs 35 angehoben. Unter Wirkung des auf der Ventilplatte 30
anstehenden Druckgases kann sich diese zwischen Ring 32 und Boden 7
herausziehen. Sie wird dann durch das Druckgas zur Mitte und nach
unten hin in die in Fig. 2 recht wiedergegebene Lage verdrängt, so daß
der größte Teil des Öffnungsquerschnittes freigegeben wird. Während
dieses Öffnungsvorgangs wird der Formsand im Formkasten 3 und Füll
rahmen 4 verdichtet. Sobald vollständiger Druckausgleich stattge
funden hat, richtet sich die Ventilplatte wieder auf und gelangt auf
grund ihres Rückstellvermögens zur Anlage an den Ring 32 (s. obere
Stellung der Ventilplatte in der rechten Darstellung der Fig. 2). An
schließend fährt die Führungsstange 14 zusammen mit dem Ring 32 nach
unten, bis die Bolzen 36 der Federspeicher 35 auf den Boden 7 treffen
und dabei vorgespannt werden. Schließlich klemmt der Ring 32 wiederum
den Rand 31 der Ventilplatte 30 gegen den Boden 7 dicht an. Der obere
Teil 14′′ der Führungsstange wird mittels des Hubantriebs wieder etwas
angehoben, so daß der Ring bzw. Rahmen 32 wieder das notwendige
Spiel gegenüber den Dämpfern 33 hat.