DE3546000A1 - Verfahren und vorrichtung zum erstellen von formstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen von Formstücken in einem Formkasten, bei dem zur Aushärtung eines zu formenden Formmaterials aus einem Sand/Binde­ mittelgemisch flüssiger Härter verwendet wird, der nach Verdampfung als Gas durch den Formkasten hindurchge­ leitet wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zum Erstellen von Formstücken, insbesondere Kernen o.dgl., ist ein kaltes Verfahren bekannt, bei dem zu formendes Formmaterial aus einem Sand/Bindemittelge­ misch, z.B. einem Sand/Phenolharzgemisch, in einen Form- bzw. Kernkasten eingebracht wird. Dabei füllt das Formmaterial die Hohlräume des Formkastens vollständig aus. Zur Aushärtung des Sand/Bindemittelgemisches wird ein flüssiger Härter verwendet. Bei dem flüssigen Här­ ter kann es sich z.B. um einen Ameisensäure/Methyl- Esther handeln. Der Härter wird verdampft und als Gas durch das Sand/Bindemittelgemisch im Form-/Kernkasten hindurchgeblasen. Dabei bildet der verdampfte Härter mit dem Bindemittel ein Reaktionsprodukt, das eine Aushärtung des Sand/Bindemittelgemisches bewirkt.

Der Grad der Aushärtung des Sand/Bindemittelgemisches ergibt sich u.a. durch die durch das Gemisch hindurch­ geleitete Gasmenge des verdampften Härters. Zur Be­ stimmung des Aushärtungsgrades des Sand/Bindemittel­ gemisches wird bei dem Verfahren die durch den Form­ kasten hindurchzuleitende Gasmenge des verdampften Härters dosiert. Es hat sich gezeigt, daß die Gasmenge des verdampften Härters insbesondere aufgrund der Kom­ pressibilität des Gases nicht exakt eingestellt werden kann, und Dosiergeräte bei der Dosierung des gas­ förmigen verdampften Härters Probleme haben. Daher kann die gewünschte Aushärtung des Formstückes nicht genau erzielt werden. Die insbesondere bei der automatischen Herstellung von kleinen Formstücken erforderliche Ein­ leitung kleiner genau dosierter Mengen an gasförmigem verdampftem Härter in den Formkasten in kurzer Zeit kann mit dem bekannten Verfahren nicht zufrieden­ stellend erzielt werden. Bei geringen Mengen an Sand/ Bindemittelgemisch führen wiederum ungenau dosierte Gasmengen des verdampften Härters zu stark unterschied­ lichen Aushärtungsgraden der Formstücke.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erstellen von Formstücken in einem Formkasten zu schaffen, bei dem der Aushärtungsgrad des Formstückes genau eingestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorge­ sehen, daß der flüssige Härter mit einem Vordruck einem impulsgesteuerten Düsenventil zugeführt wird und daß die Dosierung durch Regulierung des Vordruckes und/oder der Impulsdauer erfolgt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Aushär­ tungsgrad des Sand/Bindemittelgemisches durch Dosieren des flüssigen Härters vor dem Verdampfen genau ein­ gestellt werden. Nur die dosierte Menge an flüssigem Härter wird verdampft und als Gas durch das Sand/Binde­ mittelgemisch in dem Formkasten hindurchgeleitet. Die Gasmenge des verdampftem Härters kann wesentlich ge­ nauer dadurch dosiert werden, daß das diese Gasmenge erzeugende Quantum an flüssigem Härter dosiert wird. Diese Dosierung erfolgt durch Regulierung der Impuls­ dauer oder durch Regulierung des Vordruckes oder durch gleichzeitige Regulierung beider Größen. Dadurch läßt sich der Aushärtungsgrad wesentlich feiner einstellen und exakter vorherbestimmen.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können kleine Mengen gasförmigen verdampften Härters genau dosiert werden. Damit ist es möglich, innerhalb sehr kurzer Begasungszeiten, in denen der Formkasten vom gasförmigen verdampften Härter durchflutet wird, kleine genau dosierte Gasmengen an verdampftem Härter zum Formkasten zu leiten. Der Aushärtungsgrad kleiner Form­ stücke, wie z.B. kleiner Kerne oder dergleichen, bei denen auch die zur Aushärtung notwendige Gasmenge des verdampften Härters klein ist, kann somit exakt einge­ stellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist be­ sonders vorteilhaft im Zusammenhang mit der automati­ sierten Herstellung von kleinen Formstücken. Bei der­ artigen automatisierten Herstellungsprozessen liegen die Begasungszeiten ungefähr im Bereich von 1 bis 2 Sekunden wobei die Mengen an gasförmigem verdampftem Härter in der Größenordnung von 2 cm³/s liegen. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können die sehr kleinen Gasmengen wesentlich exakter dosiert werden, als dies bisher möglich war.

Gemäß einer vorteilhaften Variante des erfindungsge­ mäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der verdampfte gasförmige Härter in einem Trägergas-Luftstrom zu dem Formkasten transportiert wird. Durch den Trägergas- Luftstrom wird der gasförmige verdampfte Härter schnell und mit diesem gleichmäßig vermischt zum Formkasten transportiert. In dem Formkasten wird daher das Sand/ Bindemittelgemisch gleichmäßig ausgehärtet.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zum Erstellen von Formstücken mit einem Formkasten, in dem sich zu formendes Sand/Bindemittelgemisch befindet, das durch einen gasförmigen Härter aushärtbar ist, mit einem Behälter für flüssigen Härter und mit einem Ver­ dampfer, der über eine Flüssigkeitsleitung mit dem Be­ hälter und über eine Gasleitung mit dem Formkasten ver­ bunden ist.

Der flüssige Härter gelangt über die Flüssigkeitslei­ tung in den Verdampfer, in dem er verdampft wird. Der verdampfte Härter wird über eine Gasleitung, die den Verdampfer mit dem Formkasten verbindet, dosiert zum Formkasten geleitet. Der in den Formkasten gelangende verdampfte gasförmige Härter härtet das Sand/Binde­ mittelgemisch aus. Die Dosierung der Gasmenge an ver­ dampftem Härter ist problematisch. Da die Menge des das Sand/Bindemittelgemisch durchflutenden verdampften gas­ förmigen Härters u.a. ein Maß für den Aushärtungsgrad des Formstückes ist, kann der Aushärtungsgrad nicht exakt eingestellt bzw. vorherbestimmt werden. Dies wirkt sich insbesondere bei kleinen Formstücken, wie z.B. kleinen Kernen, nachteilig aus. Aufgrund der Pro­ bleme beim Dosieren der Gasmenge ist die exakte Dosie­ rung kleiner Mengen an gasförmigem verdampftem Härter in kurzer Zeit nicht möglich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Flüssigkeitsleitung ein von einem Impulse erzeugenden Impulsgeber angesteuertes Düsenventil aufweist.

Das Düsenventil besteht aus einer Düse und einem Ventil, das über einen Impulsgeber angesteuert wird. Der Impulsgeber erzeugt einen Impuls, der dem Ventil zugeführt wird, so daß dieses öffnet.

Die Menge an verdampftem gasförmigem Härter ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr exakt durch Dosierung des diese Menge erzeugenden Quantums an flüssigem Härter. Nur die dem Verdampfer zugeführte Härtermenge wird verdampft. Das entstehende Gas wird durch den Formkasten hindurchgeleitet. Damit kann der Aushärtungsgrad des Sand/Bindemittelgemisches sehr exakt eingestellt werden.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung können kleine Mengen Härter in kurzer Zeit verdampft werden, wobei die Menge an verdampftem gasförmigem Härter durch Öffnen und Schließen des Ventils sehr genau dosiert werden kann. Das durch die Impulse des Impulsgebers angesteuerte Ventil gibt die Flüssigkeitsleitung frei, so daß flüssiger Härter in den Verdampfer gelangen kann. Die Durchflußmenge des flüssigen Härters pro Zeiteinheit ist von der kalibrierten Düse, deren Kenn­ linie bekannt ist, und dem Druck, unter dem der flüs­ sige Härter in der Flüssigkeitsleitung steht, abhängig. Die Dosierung des flüssigen Härters erfolgt also auf einfache Art und Weise durch das Öffnen bzw. Schließen des Ventils, wobei die Menge des in den Verdampfer ge­ langenen flüssigen Härters von der Öffnungsdauer des Ventils, dem Druck des flüssigen Härters und der Kenn­ linie der Düse abhängt.

Die Vorrichtung ist insbesondere für Formmaschinen ge­ eignet, mit denen kleine Formstücken automatisch her­ gestellt werden können. Die in den sehr kurzen Be­ gasungszeiten zu verdampfenden Härtermengen sind sehr klein. Da die zu vergasenden Mengen mit Hilfe des im­ pulsgesteuerten Düsenventils exakt dosiert werden kön­ nen, weisen die hergestellten Formstücke den gleichen gewünschten Aushärtungsgrad auf.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß am Verdampfer eine mit einer Druckluftquelle für den Trägergas-Luftstrom ver­ bundene Druckleitung angeschlossen ist. Als Trägergas wird Luft verwendet, die, unter Druck stehend, in den Verdampfer gelangt. Dort vermischt sie sich mit dem gasförmigen verdampften Härter. Die Luft entweicht gut vermischt mit dem verdampften Härter über die Gaslei­ tung zum Formkasten, den sie durchflutet. Durch die Verwendung eines Trägergases wird der gasförmige Härter schnell und in gleichmäßiger Konzentration zum Form­ kasten transportiert, wo er das Sand/Bindemittelgemisch gleichmäßig aushärtet.

In dem Verdampfer erfolgt zum einen eine schnelle Ver­ dampfung des flüssigen Härters und zum anderen dessen gute und gleichmäßig starke Vermischung mit dem Träger­ gas-Luftstrom. Der Verdampfer ist dazu derart kon­ struiert, daß der flüssige Härter zu einem elektrisch beheizten Wärmezentrum gelangt, durch dessen besondere Ausbildung die Verdampfungsoberfläche des flüssigen Härters vergrößert wird. Die Verdampfung erfolgt also durch Erwärmung des flüssigen Härters im Wärmezentrum, wobei der Verdampfungsprozeß durch die Vergrößerung der Oberfläche des flüssigen Härters im Wärmezentrum ver­ stärkt wird. Zusätzlich ist der Verdampfer strömungs­ technisch derart ausgebildet, daß eine gleichmäßige Vermischung des verdampften Härters mit dem Trägergas- Luftstrom erfolgt. Durch einen derart konzipierten Ver­ dampfer wird die Verdampfungsmenge pro Zeiteinheit ver­ größert und die Durchmischung des verdampften gas­ förmigen Härters mit dem Trägergas-Luftstrom verbes­ sert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Druckleitung in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Düsenventils absperrbar. Bei diesem Ausführungs­ beispiel wird bei abgesperrter Flüssigkeitsleitung auch die den Trägergas-Luftstrom führende Druckleitung ab­ gesperrt. Dadurch bleibt nach dem Absperren der Flüssigkeitsleitung die Gasleitung und der Verdampfer mit verdampftem Härter gefüllt, der für die Aushärtung von neuem in den Formkasten eingebrachtem Sand/Binde­ mittelgemisch unmittelbar zur Verfügung steht. Zum Ab­ sperren der Druckleitung kann beispielsweise das Signal des Impulsgebers verwendet werden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Gasmenge des verdampften Härters dadurch festgelegt, daß der flüssige, dem Verdampfer zugeführte Härter dosiert wird. Die Dosierung erfolgt entweder durch Regulierung des Vordruckes des flüssigen Härters oder durch Regu­ lierung der Impulsdauer, d.h. durch Regulierung der Öffnungszeit des Düsenventils, oder auch durch Regu­ lierung beider Größen. Dadurch kann der gasförmige ver­ dampfte Härter exakt dosiert werden. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in automatisierten Her­ stellungsprozessen von Formstücken können in kurzen Zeitabschnitten jeweils kleine genau dosierte Mengen an gasförmigem verdampftem Härter erzeugt werden und daher weisen alle Formstücke den gleichen Aushärtungsgrad auf. Durch die genaue Dosierbarkeit des Härters ergeben sich ein sparsamer Verbrauch an Härter sowie verkürzte Fertigungszeiten.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt die verschiedenen Komponenten der Vorrichtung zum Erstellen von Formstücken sowie die Verbindung der Komponenten untereinander.

In einem Behälter 10 befindet sich flüssiger Härter 12. Der Behälter 10 ist über eine Druckleitung 14 mit einer Druckluftquelle 16 verbunden. In der von der Druckluft­ quelle 16 zum Behälter 10 führenden Druckleitung 14 ist ein Druckregler 18 angeordnet. Durch den Druckregler 18 wird der Druck in dem Behälter 10 auf einen vor­ gegebenen Wert, der verändert werden kann, gehalten. An einem Manometer 20 kann der Druck im Behälter 10 ab­ gelesen werden.

In dem Behälter 10 befindet sich ein Tauchrohr 22, das in den flüssigen Härter eintaucht. Das Tauchrohr 22 ist mit einer an dem Behälter 10 angeschlossenen Flüssig­ keitsleitung 24 verbunden. Die Flüssigkeitsleitung 24 führt von dem Druckbehälter 10 zu einem Verdampfer 26, in dem der flüssige Härter verdampft wird. In der Flüs­ sigkeitsleitung 24 befindet sich ein Düsenventil 28, mit dem die Flüssigkeitsleitung 24 abgesperrt und die Durchflußmenge dosiert werden kann.

Das Düsenventil 28 besteht aus einem Ventil 30, das über eine Signalleitung mit einem Impulsgeber 32 ver­ bunden ist und von den Impulsen des Impulsgebers 32 angesteuert wird. Durch das Ventil 30 wird die Flüs­ sigkeitsleitung 24 geöffnet bzw. abgesperrt. Strom­ abwärts des Ventils 30 befindet sich die Düse 34 des Düsenventils 28. Bei geöffnetem Ventil 30 fließt der flüssige Härter durch das Ventil 30 und die Düse 34, wobei die Durchflußmenge des flüssigen Härters pro Zeiteinheit durch den Druck des flüssigen Härters und die Düse 34 eingestellt werden kann. Die absolute in den Verdampfer 26 gelangende Flüssigkeitsmenge ergibt sich demnach als Produkt aus der Durchflußmenge pro Zeiteinheit und der Öffnungszeit des Ventils 30. Die Länge der vom Impulsgeber erzeugten Impulse ist ver­ änderbar, so daß die Öffnungszeitdauer des Ventils 30 und damit die in den Verdampfer 26 eingeleitete Härter­ menge geregelt werden kann. Andererseits ist es auch möglich, bei fest eingestellter Impulslänge den Druck des flüssigen Härters über den Druckregler 18 zu regulieren, um somit den flüssigen Härter zu dosieren. Der durch das Düsenventil 28 dosierte flüssige Härter gelangt in den Verdampfer 26. An dem Verdampfer 26 sind desweiteren eine Druckleitung 35 für den Trägergas- Luftstrom, die mit dem Druckluftnetz 16 verbunden ist und in der ein (nicht dargestellter) Druckregler an­ geordnet ist, und eine Gasleitung 38 für den ver­ dampften gasförmigen Härter, die den Verdampfer 26 mit dem Formkasten 40 verbindet, angeschlossen. Die Flüssig­ keitsleitung 24, die Druckleitung 35 und die Gasleitung 38 münden in den Verdampferraum 42 des Verdampfers 26.

Der Verdampferraum 42 weist eine Heizplatte 44 auf, die durch Heizwicklungen 46 elektrisch beheizt wird. Die Heiztemperatur wird über einen (nicht dargestellten) Thermostatregler eingestellt und geregelt. Die Heiz­ temperatur muß größer als die Verdampfungstemperatur des flüssigen Härters sein. Auf der Oberfläche der Heizplatte 44 befindet sich in deren Mitte eine kuppel­ förmige Erhebung, die das Wärmezentrum 48 darstellt und auf die der flüssige Härter tropft. Die Verdampfung des flüssigen Härters erfolgt also durch Erwärmung des flüssigen Härters, der an der kuppelförmigen Erhebung auf der Heizplatte 44 herunterläuft und dabei seine Verdampfungsoberfläche vergrößert.

Der als Trägergas dienende Luftstrom wird vom Druck­ luftnetz 16 über die Druckleitung 35 in den Verdampfer­ raum 42 des Verdampfers 26 eingeleitet. Der Verdampfer­ raum 42 ist strömungstechnisch derart ausgelegt, daß in ihm eine gute Durchmischung des verdampften Härters mit dem Luftstrom erfolgt. Der Luftstrom und der verdampfte Härter werden über die Gasleitung 38 abgeführt und ge­ langen zum Formkasten 40. In dem Formkasten 40 befindet sich zu formendes Formmaterial aus einem Sand/Binde­ mittelgemisch, das durch den durch den Formkasten 40 hindurchgeleiteten gasförmigen verdampften Härter aus­ gehärtet wird. Dabei hängt der Aushärtungsgrad des Sand/Bindemittelgemisches von der Menge des von dem Formkasten zugeführten gasförmigen verdampften Härters ab. Die Menge des gasförmigen verdampften Härters kann sehr exakt über das Düsenventil 28 durch Dosierung des diese Menge erzeugenden Quantums an flüssigem Härter eingestellt werden. In dem Verdampferraum 42 des Ver­ dampfers 26 erfolgt eine gleichmäßige Vermischung des Trägergas-Luftstromes mit dem gasförmigen verdampften Härter. Aufgrund der gleichmäßig starken Vermischung wird das im Formkasten befindliche Sand/Bindemittel­ gemisch gleichmäßig stark ausgehärtet.

Die Vorrichtung kann besonders einfach für die auto­ matische Herstellung von Formstücken in Formmaschinen benutzt werden. Zu Beginn des Herstellungsprozesses wird das Sand/Bindemittelgemisch in den Formkasten 40 der Formmaschine eingebracht. Daraufhin wird z.B. nach dem Schließen des Formkastens 40 ein Signal an den Im­ pulsgeber 32 gegeben, der seinerseits ein Impulssignal an das Ventil 30 gibt, das dadurch geöffnet wird. Jetzt gelangt flüssiger Härter von dem Druckbehälter 10 über die Flüssigkeitsleitung 24 in den Verdampferraum 42 des Verdampfers 26. Die Durchflußmenge des flüssigen Här­ ters pro Zeiteinheit ist dabei vom Druck des flüssigen Härters abhängig. Nachdem der Impulsgeber angesteuert worden ist, erzeugt er einen Impuls, dessen Länge ein­ stellbar ist. Die absolute Durchflußmenge wird demnach bei konstantem Druck des flüssigen Härters durch Ein­ stellen der Länge der Impulse des Impulsgebers 32 reguliert. Die zur gewünschten Aushärtung des im Form­ kasten 40 befindlichen Sand/Bindemittelgemisches not­ wendige Menge an gasförmigem verdampftem Härter ergibt sich durch Zuführen des diese Menge erzeugenden Quan­ tums an flüssigem Härter zum Verdampfer 26. Der in dem Verdampferraum 42 des Verdampfers 26 gasförmige ver­ dampfte Härter vermischt sich gleichmäßig mit dem eben­ falls in den Verdampferraum 42 eingeleiteten Trägergas- Luftstrom. Trägergas und gasförmiger verdampfter Härter gelangen zusammen durch die Gasleitung 38 hindurch zum Formkasten 40, in dem das Sand/ Bindemittelgemisch aus­ gehärtet wird.

Die Dosierung kann aber auch durch die Regulierung des Druckes des flüssigen Härters erfolgen. Dazu wird die Länge der Impulse auf einen konstanten Wert einge­ stellt. Über den Druckregler 18 in der Druckleitung 14 wird ein solcher Druck eingestellt, daß innerhalb der Öffnungszeit des Ventils 30 die notwendige Menge an flüssigem Härter durch die Flüssigkeitsleitung 24 in den Verdamper 26 gelangt.

Der Trägergas-Luftstrom kann in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Ventils 30 des Düsenventils 28 unter­ brochen werden. Dazu weißt die Druckleitung 35 eine Absperrvorrichtung 36 auf, durch die die Druckleitung 35 synchron mit der Flüssigkeitsleitung 24 öffnet bzw. absperrt werden kann. Dadurch wird erreicht, daß nach dem Schließen des Ventils 30 Reste des im Verdampfer­ raum 42 und in der Gasleitung 38 befindlichen gas­ förmigen verdampften Härters durch den Trägergas- Luftstrom nicht abtransportiert werden. Nach dem Her­ ausnehmen der erstellten Form aus dem Formkasten 40 sowie dem Auffüllen des Formkasten 40 mit neuem Sand/ Bindemittelgemisch für ein nächstes Formstück steht damit in der Gasleitung 38 unmittelbar verdampfter Här­ ter für den nächsten Aushärtungsprozeß zur Verfügung. Dadurch verringern sich die Herstellungszeiten der Formstücke. Durch die gleichmäßige Vermischung von Trägergas-Luftstrom und gasförmigem verdampften Härter weisen sämtliche hergestellten Formstücke den gleichen Aushärtungsgrad auf.

Claims (7)

1. Verfahren zum Erstellen von Formstücken in einem Formkasten, bei dem zum Aushärten eines zu formen­ den Formmaterials aus einem Sand/Bindemittel­ gemisch flüssiger Härter verwendet wird, der nach Verdampfung als Gas durch den Formkasten hindurch­ geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Härter mit einem Vordruck einem impulsgesteuerten Düsenventil zugeführt wird und daß die Dosierung durch Regulierung des Vordruckes und/oder der Impulsdauer erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verdampfte gasförmige Härter in einem Trägergas-Luftstrom zu dem Formkasten transpor­ tiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägergas-Luftstrom unterbrochen wird, wenn kein Härter verdampft wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit einem Formkasten, in dem sich zu formendes Sand/Bindemittelgemisch be­ findet, das durch einen gasförmigen Härter aus­ härtbar ist, mit einem Behälter für flüssigen Härter und mit einem Verdampfer, der über eine Flüssigkeitsleitung mit dem Behälter und über eine Gasleitung mit dem Formkasten verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsleitung (24) ein von einem Impulse erzeugenden Impulsgeber (32) angesteuertes Düsenventil (28) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine den Formkasten aufnehmende Formmaschine den Impulsgeber (32) mit ein­ stellbarer Impulsdauer steuert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Verdampfer (26) eine mit einer Druckluftquelle (16) für den Trägergas- Luftstrom verbundene Druckleitung (35) ange­ schlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckleitung (35) in Abhängig­ keit von der Ansteuerung des Düsenventils (28) absperrbar ist.