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Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten von körnigen
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Formstoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von
körnigen Formstoffen, insbesondere Giessereiformstoffen, mittels eines Gasdruckstosses
der zur Oberseite einer über eine lose geschüttete Formstoffmasse gesetzten Platte
geführt wird und weist eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens aus.
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Beim Verdichten, speziell von Giessereiformen, ist die Formhärte im
Bereich der Kastenwand einer Giessform stets um einige Skalenwerte geringer als
zur Formmitte zu.
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Dieser Uebelstand beruht grösstenteils auf der Formstoffreibung entlang
der Kastenwand. Zur Behebung oder Verminderung dieser Wandreibung wurden verschiedene
Verfahren angewendet, auch solche, bei welchen die Formkastenwand speziell präpariert
wurde. Dies führte jedoch dazu, dass der Formballen beim Formkastentransport ungenügende
Haftung an der Formkastenwandung aufwies und dadurch zu Betriebsstörungen führte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde unter Nutzung eines Gasdruckstosses
ein Verfahren zur Verdichtung von Formstoffmassen vorzuschlagen mittels welchem
die Formhärte bzw. Formfestigkeit über die gesamte Giessform, speziell in der Trennebene
annähernd gleich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den Ansprüchen 1
und 7 angegebenen Lehre gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen
hervor.
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Nachstehend werden anhand der Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Einrichtung im Vertikalschnitt unter Verwendung
einer Druckkammer für ein hochgespanntes Gas z.B. Druckluft, und Fig. 2 als Variante
eine Einrichtung unter Verwendung einer Druckkammer für die Erzeugung des Druckstosses
aus der exothermen Reaktion eines Brennstoffgemisches.
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Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Einrichtung mit einer Druckkammer
1 für die Druckstosserzeugung aus der Entspannung eines hochgespannten Gases z.B.
von Druckluft.
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In der Darstellung ist ein Füllrahmen 2 der mit einem auf einer Modellplatte
3 mit Modell 4 aufgesetzten Formkasten 5 verbunden ist, wobei diese als Formeinrichtung
bezeichnete
Anordnung von einem Hubaggregat 6 zur Verbindung mit einer Stützfläche 7 der Druckkammer
1 anhebbar ist. Diese Stützfläche 7 ist ein Teil der unteren Druckkammerwandung
welche eine Ausnehmung 8 umfasst die zur Aufnahme einer Platte 9 vorgesehen ist.
Der vom Füllrahmen 2 und dem Formkasten 5 gebildete Formraum ist mit einer körnigen
Formstoffmasse 10, z.B. Giessereisand, bis zur Trennebene von Füllrahmen 2 zur Stützfläche
7 angefüllt. Diese Stützfläche 7 ist ein Teil der unteren Druckkammerwandung, welche
eine Ausnehmung 8 umfasst, die zur Aufnahme einer Platte 9 vorgesehen ist.
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Tn diese Ausnehmung 8 mündet eine Oeffnung 11 eines Ventiles 12 die
mittels einer Ventilplatte 13 freigegeben bzw.
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verschlossen werden kann. Zur Betätigung der Ventilplatte 13 ist ein
schlagartig wirkender Schubkolbenantrieb 14 vorgesehen der in einem die Druckkammer
1 abschliessenden Deckel 15 eingesetzt ist. Anstelle des dargestellten Ventiles
12 können auch andere schlagartig wirkende Ventile vorgesehen sein mit welchen grössere
Druckgasmengen kurzzeitig umgesetzt werden können.
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In einer Seitenwand der Druckkammer 1 ist eine Zuleitung 16 für ein
Druckgas vorgesehen die ein Steuerventil 17 zur Steuerung der Druckgasmenge aufweist.
In die Ausnehmung 8 mündet eine Entlüftungsleitung 18 zur Entspannung des in den
Formraum umgesetzten Druckgases, z.B. Druckluft. Die Entlüftungsleitung 18 ist mit
einem Entlüftungsventil 19 ausgerüstet. Durch eine den Raum la der Druckkammer 1
von der Ausnehmung 8 trennenden Bodenwand 20 ist eine Kolbenstange 21 des Kolbens
22 eines Schubkolbenantriebes 23 geführt die mit der Platte 9 verbunden ist.
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Dieser Schubkolbenantrieb 23 ist vorzugsweise mehrfach
vorgesehen
und dient dem Rückstellen der Platte 9 nach erfolgtem Druckstoss bzw. hält die Platte
in rückwärtiger Stellung während des Formkastenwechsels. Vor der Auslösung des Druckstosses
wird erst der Hubdruck auf den Kolben 22 der Kolbenstange 21 entspannt und damit
die Platte 9 auf die Formstoffoberseite 24 abgesetzt.
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Anstelle des Schubkolbenantriebes 23 können auch andere Mechanismen
vorgesehen sein, z.B. Kurbeltriebe.
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Die Rückseite 25 der Platte 9 d.h. die zur Formstoffoberseite 24 gerichtete
Seite, ist mit einer Profilierung versehen, die darin besteht, dass die Randzone
der Platte 9 mit einer als Steg 26 bezeichneten Erhebung ausgebildet ist. Die Höhe
28 dieses Steges 26 ist vorteilhaft in der Grössenordnung von 6 % bis 35 % der Höhe
der bis zur Trennebene lose geschütteten Formstoffmasse 10 gewählt.
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Diese Höhe 28 richtet sich weitgehend nach der Art der Modelle 4 und
deren Anordnung. Ebenso ist die Pressfläche 29 des Steges 26 der Modellanordnung
angepasst und ist vorteilhaft im Bereich von 5 % bis 20 % zum Grösstmass des Formkastenformates
gewählt. Diese Pressfläche 29 steht in direkter Beziehung zur Plattenoberseite 30
d.h. der vom Druckstoss des gasförmigen Mediums beaufschlagbaren Fläche der Platte
9. Diese Pressfläche 29 bestimmt demnach in direkter Folge die Umsetzung des vom
Druckstoss auf die Plattenoberseite 30 ausgeübten Druckes in einen spezifisch höher
wirkenden Druck auf die Sandoberfläche 24. Diese Umsetzung des Druckes erfolgt mit
zunehmendem Eindringen des Steges 26 in die Sandoberfläche 24 demnach in zeitlich
begrenzter Folge bis zum wirksam werden der gesamten Rückseite der Platte 9. Bei
Verwendung eines mit z.B. trapezförmiger Querschnittsfläche ausgeführten Steges
26 wird
zudem die Druckkraft noch in Teilkräfte zerlegt. Der Keilwinkel
31 eines solchen Steges ist vorteilhaft im Bereich von 200 bis 540 gewählt wobei
sich ein Keilwinkel 31 von ca. 380 als zweckdienlich erwiesen hat. Es besteht jedoch
ohne weiteres die Möglichkeit, sowohl die Höhe 28, als auch die Breite der Pressfläche
29 für denselben umlaufenden Steg 26 sowie bei keilförmigen Stegen 26 auch den Keilwinkel
31 zu variieren. Mit einer solchen Massnahme können spezifische, an eine Modellanordnung
sowie auch an ein Kastenformat angepasste Verdichtungseffekte erzielt werden. Diese
Effekte können zudem noch weiter variiert werden, wenn die Stege 26 nur teilumfänglich
vorgesehen werden. Als zweckmässige Materialien für die Platte 9 haben sich stabile
Werkstoffe wie z.B. Holz, Metall, Kunststoff oder Kombinationen solcher Werkstoffe
erwiesen, wobei ein Variieren des Plattengewichtes mit als ein Faktor der Wirkfähigkeit
erreicht wird. Der Abstand 27 des Randes der Platte 9 zur Füllrahmeninnenseite bzw.
Formkasteninnenseite soll vorzugsweise max. 5 mm betragen.
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Beim Verdichten von Giessformoberteilen besteht die Möglichkeit, die
Plattenrückseite mit einer Pressform 33 für einen Giesstümpel auszubilden.
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Fig. 2 zeigt als Variante eine Einrichtung mit einer Druckkammer 35
für die Druckstosserzeugung aus der exothermen Reaktion eines Brennstoffgemisches.
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Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus der bereits vorgängig
beschriebenen Formkombination, bestehend aus Füllrahmen 2a, Formkasten 5a, Modellplatte
3a mit Modell 4a die gemeinsam von einem Hubaggregat 6a gegen eine
Stützfläche
36 der Druckkammer 35 bringbar sind. Die Stützfläche 7a bildet das untere Ende der
Druckkammer 35 und begrenzt mit der anliegenden Wandung 37 eine Ausnehmung 38 für
die Aufnahme einer Platte 9a die sich einseitig an einer Bodenwand 39 der Druckkammer
35 abstützt.
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In der Bodenwand 39 ist eine Oeffnung 40 für den Austritt des den
Druckstoss erzeugenden Gases vorgesehen der durch die exotherme Reaktion eines von
einer Leitung 41 zugeführten Brennstoffes erzielt wird. In der Leitung 41 ist ein
Steuerventil 42 vorgesehen mittels welchem die Brennstoffzufuhr geregelt wird. Der
in den Raum der Druckkammer 35 geleitete Brennstoff kann mit der im Raum befindlichen
Luft mittels eines Gebläses 43 und eines Leitrohres 44 in erzwungene Bewegung gebracht
werden und daselbst von einem Impulsauslöser 45 gezündet. Das Gebläse 43 ist hierbei
in einem Deckel 46 der Druckkammer 35 eingesetzt.
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In der zur Bodenwand 39 bzw. Oeffnung 40 der Druckkammer 35 gerichteten
als Vorderseite bezeichneten Fläche der Platte 9a sind Zugstangen 47 eingesetzt
die die Bodenwand 39 durchdringend mit derem anderen Ende mit einem Flansch 48 ausgebildet
sind. Zwischen der Bodenwand 39 und diesem Flansch 48 ist eine Druckfeder 49 eingesetzt,
mit der bezweckt wird, die Platte 9a nach einem erfolgten Druckstoss wieder zur
Anlage an die Bodenwand 39 zu bringen bzw. die Platte 9a in der rückwärtigen Lage
zu halten.
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Mit einer Entspannplatte 50 wird die Möglichkeit geschaffen die Platte
9a vor Auslösung der exothermen Reaktion auf die Formstoffoberseite 24a zu entspannen.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit die Platte 9a mit einem vorgegebenen Abstand
zur Formstoffoberseite 24a einzusetzen, womit ein Schlageffekt erreichbar ist.
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Im Gegensatz zur Fig. 1 ist die Formstoffoberseite 24a hierbei profiliert
indem die Formstoffmasse lOa zur Mitte des Füllrahmens 2a hin ausgenommen ist und
in der Randzone des Füllrahmens 2a eine Art Formstoffwall 51 geschaffen.
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Die Tiefe 52 der Ausnehmung 53 ist im Bereich von 12 % bis 38 % bezüglich
der Höhe der lose bis zur Oberseite des Füllrahmens 2a geschütteten Formstoffmasse
vorgesehen.
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Die Breite 54 dieses Formstoffwalles 51 ist im Bereich von 5 % bis
30 % zur grösseren Füllrahmenabmessung vorgesehen.
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Sowohl die Höhe bzw. die Tiefe 52 als auch die Breite 54 dieses Formstoffwalles
51 richtet sich weitgehend nach der Art der Modelle 4a und deren Anordnung auf der
Modellplatte 3.
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Mit Vorteil ist die Ausnehmung 53 derart vorzunehmen, damit im Vertikalschnitt,
der Formstoffwall 51 eine trapezförmige Fläche bildet, d.h. dass der Formstoffwall
51 sich zur Formstoffmasse hin verbreitert. Der hierbei entstehende Abstreifwinkel
55 soll zweckmässigerweise zur Senkrechten 25 bis 550 betragen. Es ist auch möglich
einen solchen Formstoffwall 51 auch nur partiell, d.h. nur zu beiden Längsseiten
oder Breitseiten des Füllrahmens 2a oder Kombinationen davon vorzusehen.
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Die Platte 9a weist an der zur Formstoffoberseite 24a gerichteten
Rückseite der Platte 9a, im Bereich der zum Formstoffwall 51 weisenden Zone, eine
Pressfläche 29a auf, die vorzugsweise bezüglich der gesamten Rückseite der Platte
9a entsprechend der Formstoffwallkontur profiliert ist. Es besteht jedoch auch die
Möglichkeit, diese Rückseite der Platte 9a als ebene Fläche auszubilden.
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Hierbei wird die Tiefe der Ausnehmung 53 der Formstoffmasse lOa und
die Breite 54 des Formstoffwalles 51 im
grösseren Bereich der Abmessungen
gewählt. Der umfängliche Abstand 56 der Platte 9a zur Innenseite der Ausnehmung
38 soll vorzugsweise max. 5 mm betragen.
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Die Wirkungsweise der Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass
ausgehend von derjenigen Formoperation, wie in den Figuren dargestellt, in der die
Form für den Verdichtungsvorgang vorbereitet ist und die die Platte 9, 9a zurückhaltenden
Mechanismen 23 bzw. 49, 50 gelöst sind, wird der Gasdruckstoss, ausgelöst und bewirkt
auf der zum Druckraum gerichteten Vorderseite der Platte 9, 9a einen Flächendruck,
der durch die auf der Rückseite der Platte 9, 9a vorgesehenen Pressflächen die,
bezüglich der mit der Formstoffmasse in Erstberührung gelangenden Fläche, in einen
spezifisch höheren Flächendruck umgesetzt wird. Die Wirkung daraus besteht darin,
dass nun stossartig die im Bereich der Füllrahmenwand- bzw. Formkastenwand sich
befindende Formstoffmasse mit einem spezifisch höheren Flächendruck zuerst verdichtet
wird und in einer zeitlichen Folgestufe die übrige Formstoffmasse von der restlichen
Plattenebene beaufschlagt wird.
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Durch die in gestufter Folge schockartige Bewegung der Formstoffmasse,
wird die Formfestigkeit bzw. die Formhärte über die gesamte Giessform ausgeglichen.