DE3327822A1 - Verfahren und vorrichtung zum verdichten von kornfoermigen formstoffen z.b. giessereiformsand - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum verdichten von kornfoermigen formstoffen z.b. giessereiformsandInfo
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Description
JOSEF MERTES, Engineering für Gießereianlagen - 5928 Laasphe
Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten von kornförmigen
Formstoffen z.B. Gießereiformsand
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach dem Oberbegriff des Anspruches 6.
Neben den rein mechanischen Verfahren zur Formstoffverdichtung
durch Kutteln und Pressen sowie durch Einschießen des •Formstoffes mit anschließendem Nachpressen, sind Verfahren
bekannt, bei denen der Formstoff durch die Druckwirkung eines explodierenden Gases oder durch die unmittelbare Einwirkung
von Druckluft verdichtet wird. So sind z.B. entsprechende Vorrichtungen in den Druckschriften DE-3025993 und DE-2949340
(Explosionsverfahren) sowie in den Druckschriften DE-1 097622 und DE-3105350 (Druckluftverfahren) beschrieben.
Bei dem Explosionsverfahren ist es nachteilig, daß ein explosives Medium angewendet werden muß. Dieses macht erhebliche
Maßnahmen der Sicherheit und des Umweltschutzes erforderlich. Außerdem wird die Vorrichtung und der Formstoff erheblichen
Temperaturbelastungen ausgesetzt, was u.a. zu einer starken Austrocknung der Formstoffoberfläche führt. Ferner ist davon
auszugehen, daß sich die Druckwelle durch die Explosion stern-0 förmig ausbreitet und somit nicht an allen Stellen gleichmäßig
und senkrecht als frontale Druckwelle auf die lose Formstof foberflache
auftrifft.
Die bekannten Vorrichtungen mit den Druckluftverfahren haben den Nachteil, daß die Druckluft punktuell und nicht gleichmäßig
frontal auf die lose Formstoffoberfläche auftrifft.
Dies führt zu einer ungleichmäßigen Verdichtung und zu einer aufgewühlten, kraterahnliehen Oberfläche der Formrückseite.
Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die Druckluft nach einem zentralen Auslaß über. Schikanen auf die lose Formstoff-
oberfläche geleitet wird, was zu erheblichen Energieverlusten führt. Weitere Nachteile sind, daß die kegelförmigen Ventilteller
einen großen Ventilhub erfordern, und daß ein externer Antrieb mit fremder Engergieguelle und entsprechenden Abdichtungen
das Ventil oder die Ventile öffnet, was insgesamt gesehen die für das Verfahren bedeutsame Schnelligkeit des Systems
negativ beeinflußt.
Beim Auftreffen der Druckluft auf die lose Formstoffoberfläche,
wird die Formstoffmasse beschleunigt und durch nachfolgendes Abbremsen auf der Modellplatte verdichtet. Es entsteht
hierbei der charakteristische Formhärteverlauf mit hohen Werten an der Modellseite und niedrigen Werten an der Formrückseite,
die von der Druckluft direkt beaufschlagt wurde. Die für die Gießtechnik ideale Charakteristik hat aber den
Nachteil, daß die Formrückseite nicht den Anforderungen der Praxis entspricht, insbesondere im Hinblick auf Gießtümpel und
Eingußtrichter. Es bedarf daher einer integrierten Einrichtung die diesen Nachteil beseitigt ohne jedoch den vorteilhaften
Formhärteverlauf wesentlich zu beeinflussen. Vorteilhaft wäre, wenn diese gleiche Einrichtung auch die lose Forms to ff ober-'
fläche vor der Druckeinwirkung leicht andrückt. Dadurch wird einerseits das Luftporenvolumen in der losen Oberfläche des
Formstoffes reduziert und andererseits des Eindringen der Druckluft in den Formstoff vermindert. Die zuvor beschriebene
Einrichtung ist bei den bisher bekannten Vorrichtungen mit dem Druckluftverfahren nicht vorhanden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung
vorzuschlagen, womit eine frontale, gleichmäßige und senkrecht wirkende Druckwelle erzeugt wird, die mit hoher Ge- :
schwindigkeit den Formstoff gleichmäßig verdichtet und die eine integrierte Einrichtung zur Vor- und Nachbehandlung der
Formrückseite aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden
Merkmale der Ansprüche 1, 3, 5 und 6. Weitere Merkmale und besondere Ausführungsformen sind in den son-
stigen Ansprüchen angegeben.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden insbesondere durch folgende Merkmale gekennzeichnet:
- die Bodenplatte 54 weist eine große Anzahl kleiner kreis-
förmiger Öffnungen 53 mit lavaldüsenähnlichen Querschnitten
auf, die so ausgebildet sind, daß der Luftstrahl am Ausgang der Düse leicht aufplatzt. Dies bewirkt im Zusammenhang
mit einer definierten, minimalen Distanz 49 zwischen Bodenplatte 54 und der losen Formstoffoberfläche 50 die
Ausbildung einer frontalen Druckwelle, die senkrecht und
gleichmäßig auf die lose Formstoffoberfläche 50 auftrifft und somit zu einer gleichmäßigen Verdichtung führt.
Ausbildung einer frontalen Druckwelle, die senkrecht und
gleichmäßig auf die lose Formstoffoberfläche 50 auftrifft und somit zu einer gleichmäßigen Verdichtung führt.
- die Bodenplatte 54 weist an der Unterseite zwischen den
kreisförmigen Düsenausgängen eine noch ausreichende
kreisförmigen Düsenausgängen eine noch ausreichende
ca. 50 prozentige Fläche 5 9 zum Andrücken und Nachpressen des Formstoffes auf. Die Bodenplatte 54 kann daher als
integrierte Preßvorrichtung benutzt werden. Außerdem ist
ein Nachverdichten auch durch Druckerhöhung des entspannten Gases möglich.
integrierte Preßvorrichtung benutzt werden. Außerdem ist
ein Nachverdichten auch durch Druckerhöhung des entspannten Gases möglich.
- Die Ventilstößel 52,65 und der Hauptkolben 41 bilden zusammen
ein Differentialkolbensystem. Das Druckmedium der
Druckgaskammer 17 steht ständig als potentielle Energie
am Hauptkolben 41 an. Eine fremde Energiequelle ist nicht erforderlich- Die Freigabe des gesamten Auslaßquerschnittes erfordert nur den sehr geringen Hub von d/4 einer kleinen kreisförmigen AuslaßÖffnung. Zusammen bewirken diese
Kriterien ein öffnen des gesamten Auslaßquerschnittes in
nur wenigen Millisekunden.
Druckgaskammer 17 steht ständig als potentielle Energie
am Hauptkolben 41 an. Eine fremde Energiequelle ist nicht erforderlich- Die Freigabe des gesamten Auslaßquerschnittes erfordert nur den sehr geringen Hub von d/4 einer kleinen kreisförmigen AuslaßÖffnung. Zusammen bewirken diese
Kriterien ein öffnen des gesamten Auslaßquerschnittes in
nur wenigen Millisekunden.
- Der Hauptkolben 41 benötigt keine Dichtungen, weil er mit dem Medium der Druckgaskammer angetrieben wird und weil
der geöffnete Zustand nur Bruchteile von Sekunden dauert.
- Der Rahmen 45 hat zum drosselfreien Nachströmen des Druckmediums
die großzügig bemessenen Öffnungen 14,57,67. Der
Kolbenhohlraum 20 und der untere Zylinderraum 24 sind
Kolbenhohlraum 20 und der untere Zylinderraum 24 sind
integrierte Bestandteile der Druckgaskammer 17. Letzteres bewirkt ein annähernd verzögerungsfreies Reagieren des
Hauptkolbens 41 .
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere in der
Gießerei zur Verdichtung von Formen und Kernen, sowie in der Bauindustrie zur Verdichtung von Baustoffen Anwendung
finden. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren auch
zur Verdichtung von irgendwelchen anderen Formstoffen verwendet werden.
Nachstehend wird nun die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.
Hierbei zeigen:
Fig.1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung
linker Halbschnitt : in Ausgangsstellung rechter Halbschnitt: in Arbeitsstellung
Fig.2 einen Querschnitt durch die Ventilstößel gemäß Linie A-A, Fig.1
Fig.3 einen Querschnitt durch den Rahmen gemäß Linie B-B, Fig.1
Fig.4 eine Unteransicht der Bodenplatte gemäß Linie C-C, Fig.1
Fig.5 einen Längsschnitt durch einen Ventilstößel gemäß Linie D-D, Fig.3
Fig.6 ein Anordnungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung
Fig.7 einen Teilschnitt einer anderen Ventilstößelausführung
Fig-1 zeigt eine Modellplatte 5 mit Modell 5a zusammen mit
einem Formkasten 7 und einem Füllrahmen 8. Darüber befindet sich die Bodenplatte 54, die eine große Anzahl kleiner,
kreisförmiger Öffnungen 5 3 mit lavaldüsenähnlichen Querschnitten
aufweist. Die Bodenplatte 54 ist Bestandteil der darüber angeordneten Druckluftkammer 17. Die Druckluftkammer
17 ist zur Vergrößerung des Ausgangsvolumens über die großzügig
dimensionierten Leitungen 42 mit den zwei symetrisch
angeordneten Windkesseln 43 verbunden. Der Druck in der Druckluftkammer
beträgt 5 bar. In der Druckluftkammer 17 befindet sich der luftdurchlässige Rahmen 45, der die elastischen
Ventilstößel 52,65 trägt. Die großzügig ausgelegten Bohrungen 14,57,67 im Rahmen 45 ermöglichen ein drosselfreies Durchströmen
der Druckluft. Die elastischen Ventilstößel 52,65 verschließen die Öffnungen 53 in der Bodenplatte 54. Der Rahmen
45 ist am Kolben 41 befestigt. Der Kolben 41, der das Öffnen und Schließen der Bodenplattenöffnungen 53 bewirkt, gleitet
in einem Zylinder, dessen unterer Raum 21 integrierter Bestandteil der Druckluftkammer 17 ist. Ebenso ist der Kolbenhohlraum
20 integrierter Bestandteil der Druckluftkammer 17. Am Außenrand des Gehäuses 15 ist ein senkrecht beweglicher
Flansch 11 an vier Pneumatikzylindern 44. aufgehängt. Die Pneumatikzylinder
stehen kolbenseitig unter Dauerdruck und sie wirken somit als pneumatische Feder. In der Ausgangsstellung
werden die Kolben gegen die Anschläge 16 gedrückt. Der Flansch 11 hat die Aufgabe, mit seinen Dichtungen 9 und 13
eine druckdichte Verbindung zwischen dem Gehäuse 15 und dem
0 Füllrahmen 8 herzustellen. Die Dichtung 9 ist eine statische Dichtung, während die Dichtung 13 mit Druckluft aktivierbar
ist. Im nicht aktivierten Zustand zieht sich die Dichtung 13 hinter die Flanschinnenfläche zurück und das Gehäuse 15 kann
mit dem Spiel 46 berührungslos durch den Flansch 11 bewegt werden. Im aktivierten Zustand wird die Dichtung 13 gegen die
Außenwand des Gehäuses 15 gepreßt.
Fig.1 linker Halbschnitt zeigt die Vorrichtung in der Ausgangsstellung.
Die Modellplatte 5 mit Modell 5a, Formkasten und Füllrahmen 8 ist über die Rollenbahn 4 unter die Bodenplatte
54 gefahren. Der Formstoff 6 ist bis zur Oberfläche lose und gleichmäßig aufgeschüttet. Mit dem Hubtisch 3 wird
die Modellplatte 5 von der Rollenbahn 4 abgehoben und mit der weiteren Aufwärtsbewegung wird der Füllrahmen 8 unter den
Flansch 11 gedrückt, der dann gegen den pneumatischen Federdruck 44 ebenfalls nach oben bewegt wird. Die Aufwärtsbewegung
wird soweit geführt bis die Bodenplatte 54'die lose Formstoffoberfläche
5 0 zur Verminderung ihres Luftporenvolumens leicht angedrückt hat. Danach wird durch eine Abwärtsbewegung die
lose Formstoffoberfläche 50 in eine definierte Distanz 49
zur Bodenplatte 54 gebracht (Schußposition). Es kann aber auch darauf verzichtet werden, die Formstoffoberfläche leicht
anzudrücken. Die Aufwärtsbewegung wird dann direkt bis zur definierten Distanz 49 (Schußposition) geführt.
Fig.1 rechter Halbschnitt zeigt die Vorrichtung in Schußposition,
wobei mit "Schuß" das schlagartige Austreten der Druckluft gemeint ist. In dieser Position wird zunächst die
Dichtung 13 aktiviert. Der pneumatische Federdruck 44 bewirkt
eine Anpressung der Dichtung 9. Außerdem wirkt dieser pneumatische Federdruck der Kraft entgegen, die durch die Druckeinwirkung
auf den Spalt 48 entsteht. Das System ist damit druckdicht verschlossen und die Druckwellenverdichtung kann
freigegeben werden. Das Gehäuse der Druckluftkammer 17 ist über den Kopfrahmen 22, den Säulen 55, dem Grundrahmen 1 und
dem Zylinder 2 mit Hubtisch 3 zu einem kraftschlüssigen System verbunden. -
Durch Anheben des Kolbens 41 werden über den biegesteifen Rahmen 45 alle Auslaßbohrungen 53 gleichzeitig geöffnet.
Weil zum Öffnen eines drosselfreien Querschnittes nur ein
kleiner Hub von wenigen Millimetern (d/4 einer Auslaßbohrung) erforderlich ist und weil weitere noch zu beschreibende,
vorteilhafte Kriterien vorliegen, werden nur wenige Millisekunden zum Öffnen eines drosselfreien Querschnittes benötigt.
Die Druckluft kann somit aus den Öffnungen 5 3 der Bodenplatte 54, die insgesamt einen sehr großen Querschnitt
ausmachen, schlagartig austreten. Die kreisförmigen Öffnungen 53, die gemäß Fig.4 in einem Rastersystem sehr nah
beieinanderliegen, haben lavaldüsenähnliche Querschnitte.
Durch eine entsprechende Ausbildung der Düse wird erreicht, daß der Luftstrahl am Ausgang der Düse leicht aufplatzt. Dies
hat zur Folge, daß die nah nebeneinander austretenden Luftstrahle sich vermischen und im weiteren Verlauf der Distanz
49 eine Druckwelle bilden. Die Druckwelle trifft mit hoher Geschwindigkeit auf die lose Formstoffoberfläche' 50 auf. Der
Formstoff 6 wird beschleunigt und durch nachfolgendes Abbremsen auf der Modellplatte 5 verdichtet. Die Druckluft entspannt
dabei in dem geschlossenen System mit adiabatischem COPY
Verlauf auf einen definierten Enddruck. Die stärkste Verdichtung entsteht im Bereich der Modellplatte, weil diese
als starre und unnachgiebige Masse die stärkste Verzögerung der Formstoffmassenteilchen bewirkt und weil.hier noch die
vollständige Masse des Formstoffes wirksam ist. Im Verlauf zur Oberfläche 51 hin nimmt die Formstoffverdichtung leicht
ab, weil die Formstoff masse und somit die Massenenergie abnimmt
und weil die oberen Schichten des Formstoffes nicht mehr unmittelbar auf der starren Modellplatte sondern in den
Zwischenschichten des Formstoffes abgebremst werden. Es entsteht hierdurch der charakteristische und gießtechnisch ideale
Formhärteverlauf. Falls die Formhärte der Oberflächenschicht 51 nicht ausreicht, um· Gießtümpel und Gießtrichter einzufräsen,
so kann die Formstoffoberfläche 51 nachverdichtet werden ohne
jedoch den idealen Formhärteverlauf wesentlich zu beeinflussen. Hierzu wird nach dem Verschließen der Bodenplattenöffnungen
53 das Ventil 12 geöffnet. Der Restdruck über der Formstoff oberfläche 51 wird dabei wieder auf den Systemdruck
6 bar erhöht und dieser wird für eine kurze Zeit als statischer
Druck über der Formstoffoberfläche 51 gehalten, über
das Ventil 10 wird der Raum zwischen Bodenplatte 54 und Formstoff ober fläche 51 wieder drucklos gemacht. Eine weitere
Möglichkeit der Nachverdichtung besteht darin, daß die' Formstoff ober fläche 51 mittels Hubtisch 3 gegen die Bodenplatte
54 gedrückt wird. Dies geschieht, indem zuvor der Restdruck über der Formstoffoberfläche 51 durch das Ventil 10 abgelassen
und die Dichtung 13 entspannt wird. Die wirksame Preßfläche 59 zwischen den Öffnungen 53 beträgt ca. 5 0% der gesamten
Formstoffoberfläche 51.
Nach dem Verdichtungsvorgang wird der Hubtisch wieder abgesenkt, wodurch sich die Modellplatte 5 mit Modell 5a, Formkasten
?, Füllrahmen 8 und der verdichteten Form wieder auf die Rollenbahn 4 absetzt. Die Modellplatte 3 mit den aufliegenden
Einheiten wird herausgefahren. Gleichzeitig wird von der entgegengesetzten Seite die andere Modellhälfte
unter die Bodenplatte 5 4 gefahren und mit Anheben des Hubtisches 3 beginnt ein neuer Verdichtungszyklus. Dieses vorteilhafte
Anordnungsbeispiel einer Druckgaskammer für zwei
Modellhälften ist in Fig.6 dargestellt. Darüberhinaus sind
viele andere AnordnungsVarianten möglich.
Die Summe der Querschnittsflächen 47,60 und die Querschnittsfläche des Kolbens 41 bilden zusammen ein Differentialkolbensystem.
Die Querschnittsfläche des Kolbens 41 ist größer als
die Summe aller Querschnittsflächen 47,60. In den Zylinderräumen
21 und 2 4 sowie über den Ventilstößeln 52 stehen die gleichen Druckwerte der Druckluftkammer 17 an. Hieraus ergibt
sich eine resultierende Kraft, die die Ventilstößel 52,65 auf ihren Sitz drücken. Diese Kraft entspricht dem Produkt aus
der Summe aller Querschnittsflächen 47,60 und dem Druck der Druckluftkammer 17. Wird der Druck im Zylinderraum 24 auf
atmosphärischen Druck entspannt, dann ergibt sich eine nach oben gerichtete Kraft, weil die Querschnittsfläche des Kolbens
41 größer ist als die Summe aller Querschnittsflächen 47,60. Im Zeitpunkt, in dem die Ventilstößel zu öffnen beginnen, entspricht
diese Kraft dem Produkt aus der Differenzquerschnittsflache
und dem Druck der Druckluftkammer. Im weiteren Verlauf des Ventilstößelhubes erhöht sich diese Kraft, weil durch
0 das Freiwerden der Ventilstößel die gesamte Querschnittsfläche des Kolbens 41 wirksam wird. Zu berücksichtigen ist
jedoch hierbei, daß der Druck entsprechend der Volumenverhältnisse und des adiabatischen Verlaufes von 5 bar auf ca.
3,5 bar abnimmt. Die Flächenverhältnisse sind so ausgelegt, daß im Zeitpunkt des Hubbeginns der Ventilstößel eine Kraft
zur Verfügung steht, die die Überwindung des Eigengewichtes und der Reibung sowie die erforderliche Beschleunigung sicherstellt.
Die weitere Krafterhöhung kann somit eine zusätzliche Beschleunigung bewirken, was wiederum für das schnelle öffnen
von Bedeutung ist.
Die Kolbengleitflächen 18 und 23 sind mit Führungsbändern versehen, die einen sehr niedrigen Reibwert haben und hoch
verschleißfest sind. Sie verhindern außerdem eine metallische Berührung des Kolben- und Zylindermaterials. Dichtungen sind
an den Kolbengleitflächen 18 und 23 nicht erforderlich, weil
der Kolben 41 im geschlossenen Zustand der öffnungen 53 beidseitig
vom gleichen Systemdruck beaufschlagt wird. Der ge-
öffnete Zustand, indem der Zylinderraum 24 über die reichlich dimensionierten Schnellentlüfterventile 36 auf atmosphärischen
Druck entlastet wird, dauert maximal nur 1 Sekunde. Die dabei auftretenden geringfügigen Leckagen werden
in Kauf genommen, weil sie die Funktion nicht beeinflussen.
Nachfolgend werden nochmals die Kriterien zusammengefaßt, die für das schnelle, nur wenige Millisekunden dauernde
Öffnen von besonderer Bedeutung sind:
- kleiner,nur wenige Millimeter langer Hub
- Kolbenflächen 18 und 23 ohne Dichtung
- Kolbenflächen 18 und 23 mit reibungsarmen Führungsbändern
- auf Grund des kleinen Hubes nur ein kleiner Zylinderraum 24, der über die Schneilentlüftungsventile 36 sehr schnell entlüftet
werden kann.
- Druck steht im Zylinderraum 21 als potentielle Energie an.
- große Beschleunigungskraft zum Anheben des Systems
Die hohe Beschleunigung führt trotz des geringen Hubes zu einer hohen Kolbengeschwindigkeit. Um bei Hubende ein zu
hartes Aufschlagen des Kolbens 41 zu vermeiden, ist im ZyI-inderraum
24 eine Federdämpfung 39 eingebaut, die den Kolben 41 über einen definierten Bremsweg zum Stillstand bringt. Auf
der Kolbenfläche ist eine entsprechend belastbare Kunststoffscheibe 40 aufgebracht, die ein metallisches Aufschlagen des
Kolbens auf die Fläche der Federdämpfung 3 9 verhindert. Wenn der Kolben 41 den zum öffnen des gesamten Auslaßquerschnittes
erforderlichen Hub 39a zurückgelegt hat, schlägt die Kunststoff
scheibe 40 am Flansch 39 an. Die Federn 3 8 haben in dieser Ausgangsstellung nur eine sehr geringe Vorspannung,
sodaß der Bremsbeginn annähernd stoßfrei ist. Die Federn 38 sind so ausgelegt, daß sie den Kolben 41 zum Stillstand
bringen, bevor er den Zylinderflansch 25 berührt.
Die gehärteten Gleitflächen 56 verhindern ein Verdrehen des
Rahmens 45. Sie sind mit einem geringfügigem Spiel eingestellt, sodaß die Hubbewegung des Rahmens nicht behindert
wird.
Die Ventilstößel 52,65 bestehen aus einem elastischen
Material 64 (z.B. Gummi), welches auf einem Stahlkern 63 aufvulkanisiert ist. Der Stahlkern 63 und der Schraubenkopf
62 stützen das elastische Material gegen den nach Außen wirkenden Systemdruck ab. Die Flächen 68 und 70 verlaufen
geanau planparallel. Die Länge 69 der Ventilstößel 52,65
entspricht in einem definierten Toleranzbereich diesem planparalle.len Abstand. Toleranzdifferenzen werden durch
die Elastizität der Ventilstößel angeglichen. Die genaue Länge 69 wird innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches
durch die Distanzscheiben 66 festgelegt. Die Distanzscheiben werden in einer Schablone ermittelt und dem Ventilstößel
während einer Zwischenlagerung unverlierbar beigegeben. Für das Auswechseln der Ventilstößel 52,65 wird das
Gehäuseunterteil 15 am Schnellverschluß 19 gelöst und mit
dem Hubtisch 3 abgesenkt und mittels einer einfachen Palette über die Rollenbahn 4 seitlich weggefahren. Die Ventilstößel
52,65 sind dann von unten frei zugänglich.
Fig.1 zeigt neben der mechanischen Vorrichtung auch das pneumatische
Steuerungssystem. Die Druckluft wird vom Netz mit dem Nenndruck 6 bar über den Absperrhahn 27 und über das
Filter 2 6 eingespeist. Die Arbeitsluft wird von dort über
das Ventil 30 und über den Druckregler 31 den zwei Windkesseln 43 zugeführt. Die Steuerluft wird hinter dem Druckluftöler
29 abgenommen und über die Ventile 32 und 34 dem Zylinderraum 2 4 zugeführt. Die Schnellentlüfterventile 36
dienen zum schnellen Entlüften des Zylinderraumes 24. Das Ventil 12 dient zum Nachverdichten der Formstoffoberfläche
51 und das Ventil 10 dient zum Entlasten des Raumes über der Formstoffoberfläche 51. Ventil 37 ist das Hauptsicherheitsventil.·
Mit dem Druckregelventil 31 wird der Arbeitsdruck auf 5 bar gehalten.
In der Ausgangsstellung ist das Ventil 3 4 stromlos geöffnet (Sicherheitsschaltung), das Ventil 32 stromlos geschlossen
und das Ventil 30 stromführend geöffnet. Die Ventile 10, und 28 sind stromlos geschlossen. In dieser Schaltstellung
steht der Druck der Druckluftkammer 17 und der Windkessel
über das Rückschlagventil 33, dem Ventil 34 und den Schnellentlüfterventilen
36 im Zylinderraum 24 an. Der Kolben 41 wird nach unten gedrückt und die Ventilstößel 52,65 verschließen
somit die öffnungen 53. Wenn die Vorrichtung sich
in Schußposition befindet, wird zunächst das Ventil 2 8 geschaltet und somit die Dichtung 13 aktiviert. Danach wird
das Ventil 34 eingeschaltet und das Ventil 30 ausgeschaltet. Das Ventil 30 unterbricht die weitere Zufuhr der Arbeitsluft. Das Ventil 34 unterbricht die Zufuhr der Steuerluft
und entlastet gleichzeitig die Schnellentlüfterventile Über einen großen und drosselfreien Querschnitt der Schnellentlüfterventile
36 und der nachgeschalteten Schalldämpfer wird der Zylinderraum 24 in sehr kurzer Zeit entlastet. Der
Kolben 41 hebt die Ventilstößel 52,65 an und die Bodenplatten-' öffnungen 53 werden in wenigen Millisekunden freigegeben. Die
Druckluft tritt aus der Druckluftkammer aus und verdichtet - wie bereits beschrieben - den Formstoff. Der Druck sinkt
dabei entsprechend der Vqlumensveränderung und unter Berücksichtigung
des adiabatischen Verlaufes von 5 bar auf ca. 3,5 0 bar ab. Nach der Druckwellenverdichtung werden die Ventile
und 34 geöffnet. Der Kolben 41 wird mit dem Netzdruck von 6 bar nach unten bewegt und die Ventilstößel 52,65 verschließen
wieder die Öffnungen 53. Zum Nachverdichten wird das Ventil .12 für kurze Zeit geöffnet. Danach wird das
Ventil 32 geschlossen und das Ventil 30 geöffnet, wodurch die Druckluftkammer 17 und die Windkessel 43 wieder auf den
Ausgangsdruck von 5 bar gebracht werden und der Zylinderraum 2 4 wieder vom 6 bar-System auf das 5 bar-System der Druckluftkammer
17 geschaltet wird. Zum Entlasten des Druckraumes über der verdichteten Formstoffoberfläche 51 wird das Ventil
kürzzeitig geöffnet. Danach wird die Dichtung 13 über das
Ventil 2 8 entlastet. Der Verdichtungsvorgang ist beendet und der Hubtisch 3 kann die Modellplatte 5 wieder auf die Rollenbahn
4 absenken.
Claims (21)
1.Verfahren zum Verdichten von kornförmigen Formstoffen
z.B. Gießereiformsand durch eine mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des losen Formstoffes einwirkende Druckwelle
gasförmigen Mediums z.B. Druckluft, dadurch gekenn- . zeichnet, daß das Druckmedium gleichmäßig aus einer Bodenplatte
(5 4), die annähernd die gesamte Oberfläche (50) des losen Formstoffes überdeckt und eine große Anzahl verschließbarer
Öffnungen (53) hat, austritt und senkrecht sowie an allen Stellen gleichmäßig als Druckwelle auf die
Oberfläche (50) des losen Formstoffes auftrifft.
2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die,
Bodenplatte (5 4) und/oder die Oberfläche des losen Formstoffes (50) - letzteres bewirkt durch die Modellplatte (5)·
in senkrechter Richtung zueinander bewegt werden können.
3.Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche (50) des losen Formstoffes zur Verminderung der in ihr befindlichen Luftporen von der
Bodenplatte (5 4) vor Einwirkung der Druckwelle leicht angedrückt werden kann.
0 4.Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bodenplatte (5 4) vor Einwirkung der Druckwelle in eine definierte Distanz (49) zur Oberfläche (50)
des losen Forms"offes gebracht wird, um eine gleichmäßige,
frontale Ausbildung der Druckwelle zu erzielen.
5.Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Druckwellenverdichtung eine dünne, etwas geringer verdicitete Oberflächenschicht (51) nachverdichtet
- ■■ "werden kann unc- zwar „durch...Nachpressen mit der Bodenplatte
(54) und/oder (/arch eine Druckerhöhung des Gases, über der~~
festen Formstorfoberfläche (51).
6.Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1, bestehend aus einem Tisch (3), der die Modellplatte (5) aufnimmt, einem darauf aufliegenden Form- (7)
und Füllrahmen (8) und einer darüber angeordneten Druckgaskammer (17), dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen
Ventilstößel (52,65), die eine große Anzahl von öffnungen (53) in der Bodenplatte (54) verschließen, an einem biegesteifen
und gasdurchlässigen Rahmen (45) befestigt sind und daß der Rahmen (45) an einem Kolben (41) befestigt
ist, der unmittelbar unter Einwirkung des Gasdruckes der Druckgaskammer (17) steht und dessen Querschnittsfläche
größer ist als die Summe aller Öffnungsquerschnitte (47,60) in der Bodenplatte (54).
7.Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kolben (41), der das öffnen und Schließen der Öffnungen (53) in der Bodenplatte (54) bewirkt, in beiden
Richtungen vom Gasdruck der Druckgaskammer (17) beaufschlagt
wird und daß somit keine fremde Energiequelle erforderlich ist.
8.Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet,
daß durch eine schnelle Druckentspannung im Zylinderraum (24) der Kolben (41) durch den als potentielle
Energie im Zylinderraum (21) anstehenden Gasdruck schlagartig angehoben wird.
9.Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolbengleitflächen (18) und (23) ohne Dichtungen sein können.
10.Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolbenhohlraum (20) und der Zylinderhohlraum (21) integrierte Bestandteile der Druckgaskammer (17)
sind.
11.Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dichtflächen (61) der elastischen Ventilstößel (65) planparallel zur Innenfläche (70) der Bodenplatte (54)
sind, um mit minimalsten Hub (z.B. d/4 einer kreisförmigen
Öffnung (60) einen drosselfreien Ausgangsguerschnitt zu erreichen.
12.Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bodenplatte (54) eine große Anzahl öffnungen (53) mit lavaldüsenahnliehen Querschnitten hat, und
diese in einem rechtwinkeligen Rastersystem nah beieinanderliegen (Fig.4).
13.Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rahmen (45) zwischen den nach oben konisch verlaufenden Ventilstößeln (52,65) Öffnungen (14,57,
67) aufweist, die einen größeren Querschnitt haben, als die öffnungen (47,6 0) in der Bodenplatte (5 4) und daß die
Querschnitte (58) zwischen den Ventilstößeln (52,65) gleich oder größer sind als die der Öffnungen (1 4,57 ,67) im Rahmen (45).
14.Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (41) einen nur sehr geringen Hub (d/4 einer kreisförmigen Öffnung(47,6 0) zurücklegen muß,
um den gesamten Auslaßquerschnitt in der Bodenplatte (54) drosselfrei zu öffnen, was für die erforderliche, schnelle
öffnung des gesamten Auslaßquerschnittes von besonderer Bedeutung ist.
15.Vorrichtung nach den Ansprüchen 6, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ventilkegel (52,65) aus einem elastischen Material (64) besteht z.B. Gummi, welches auf
einem Stahlkern (63) aufvulkanisiert ist und daß der Schraubenkopf (62) und der Stahlkern (63) das elastische
Material (64) gegen den einwirkenden Gasdruck abstützt.
16.Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den An-Sprüchen
2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Gehäuse (15) aufgehängter Flansch (11) eine druckdichte
Verbindung zwischen dem Gehäuse (15) und dem Füllrahmen (8) herstellt und daß der Flansch (11) durch eine pneu-
matische Federkraft (44) auf den Füllrahmen (8) gedrückt
wird.
17.Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß der Flansch (11) eine statische Dichtung (9) zum Füllrahmen (8) sowie eine mit Druckgas aktivierbare Dichtung
(13) zum Gehäuse (15) hat.
18.Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 und 17/ dadurch gekennzeichnet,
daß die aktivierbare Dichtung (13) in einer Nute des Flansches (11) eingelassen ist und sich im nichtaktivierten
Zustand durch seine Elastizität hinter die Flanschinnenfläche zurückzieht, wodurch das Gehäuse (15) berührungsfrei
mit einem definierten Spiel (46) durch den Flansch (11) bewegt werden kann.
19.Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den An-Sprüchen
2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (11) bei einem definierten Maß (49) auch fest mit dem
Gehäuse (15) verbunden sein kann und nur die statische Dichtung (9) hat.
2O.Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ventilstößel (73) auch einen eigenen Antriebskolben (75) nach den Ansprüchen
6 bis 12 haben kann und daß der Ventilstößel (73), der für eine große Auslaßöffnung (71) ausgebildet ist, eine
' Kugelgelenkaufhängung (7 4) mit definiertem, allseitigem Winkelausschlag hat, der eine planparallele Auflage der
Dichtfläche (72) ermöglicht.
21.Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die am Rahmen (45) befestigten Ventilstößel (52) auch die Merkmale nach Anspruch 20 haben können.
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