DE3701438A1 - Verfahren und vorrichtung zum verdichten von kornfoermigen formstoffen z.b. giessereiformsand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem kennzeichnen­ den Merkmal des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den kennzeichnenden Merk­ malen der Ansprüche 2 und 3.

Zur Verdichtung von Gießereiformen, insbesondere solche aus bentonitgebundenen Formstoffen, sind verschiedene Verfahren wie Rütteln, Pressen, Rüttelpressen, Hochdruck-Vielstempel- Pressen, Saugpressen und Schießpressen bekannt. Seit einiger Zeit hat sich im Verstärkten Maße das vorteilhafte Druckluft­ impuls-Verdichtungsverfahren durchgesetzt. Obwohl das thermo­ dynamische Druckluftimpuls-Verdichtungsverfahren gegenüber dem mechanischen Verdichtungsverfahren erhebliche Vorteile gebracht hat, zeigen sich auch hierbei noch Schwierigkeiten in Form von nicht befriedigender Verdichtung entsprechender Bereiche, wenn relativ hohe Formkästen und/oder hohe Modell­ partien mit relativ geringem Abstand zur Formkastenwand ver­ dichtet werden müssen. Bei den mechanischen Verdichtungs­ verfahren wurde bei oft nur mäßigen Erfolg versucht, diesen Problemen mit entsprechendem Rüttlereinsatz und/oder ver­ stärktem Hochdruckpressen am Formkastenrand durch eine Viel­ stempelpresse oder auch durch schichtweises Sanddosieren in Verbindung mit Rütteln entgegenzutreten. Beim Druckluftim­ puls-Verfahren wird versucht, durch höhere Energiezufuhr im Außenbereich in den kritischen Fällen eine bessere Verdich­ tung zu erzielen. Aber auch hierdurch werden nicht immer befriedigende Ergebnisse erreicht. Ein schichtweises Sand­ dosieren und Verdichten mit dem Druckluftimpuls-Verfahren bringt zwar wesentlich verbesserte Ergebnisse, jedoch wird hierdurch die Formzeit erheblich verlängert, was zum un­ wirtschaftlichen Einsatz der Formmaschinen führt. Eine Ver­ größerung des Formkastens um eine größere Distanz zwischen Formkastenwand und Modell zu erzielen ist ebenfalls keine wirtschaftliche Lösung.

Die Ursache für die unbefriedigende Verdichtung in den be­ schriebenen kritischen Bereichen liegt in erster Linie in der schlechten Fließfähigkeit des bentonitgebundenen Form­ stoffes begründet. Schon beim Einfüllen des losen Formstoffes in die Formeinrichtung kann es zu Brückenbildungen (24) zwischen Modell und Formkastenwand kommen, wenn der Einfüll­ vorgang sehr schnell (z.B. in ca. 1,5 sek) durchgeführt wird. Dies ist häufig wegen der Maschinenleistung mit sehr kurzen Taktzeiten erforderlich. Die unter den sich gebildeten Brücken (24) liegenden Räume werden nicht ausreichend mit losem Formstoff ausgefüllt. Durch die Verdichtung wird die Brückenbildung weiter verstärkt, aber auch bei entsprechen­ der Energiezufuhr wieder durchbrochen. Die für den Durch­ bruch verbrauchte Energie fehlt dann jedoch für die Verdich­ tung. Bei einem langsamen und schichtweisen Einfüllen und Verdichten des Formstoffes wird die Brückenbildung weitgehend vermieden, womit sich die hierbei wesentlich verbesserten Verdichtungsergebnisse in den beschriebenen kritischen Be­ reichen erklären lassen.

Die Brückenbildung (24) zwischen Modell und Formkastenwand wird neben der schlechten Fließfähigkeit des Formstoffes aber auch von der Reibung zwischen Formstoff und Modell bzw. zwischen Formstoff und Formkastenwand verursacht, da sich eine Sandbrücke nur durch Widerlager am Modell und an der Formkastenwand bilden kann und diese Widerlager nur durch die Reibung zustande kommen können. Da die Modelle sehr glatte und saubere Oberflächen aufweisen, ist der Reibungs­ koeffizient an der Modelloberfläche wesentlich geringer als an der Oberfläche der Formkastenwände, die sich in einem unbearbeiteten Rohzustand befinden und sehr oft noch mit ver­ krusteten Altsand behaftet sind. Der hierdurch verursachte Reibungswiderstand vernichtet insbesondere beim Druckluft­ impuls-Verfahren wegen der extrem hohen Verdichtungsgeschwin­ digkeit einen entsprechend hohen Energieanteil, der der Ver­ dichtungsenergie im Bereich der Formkastenwand verloren geht. Es kommt daher im besonderen Maße darauf an, die Reibung zwischen Formkastenwand und Formstoff aufzuheben oder wesent­ lich zu reduzieren. Auf eine denkbare Aufhebung oder Redu­ zierung der Reibung zwischen Modell und Formstoff kann dabei verzichtet werden, weil zur Bildung einer Sandbrücke (24) immer zwei Widerlager erforderlich sind und sich das Wider­ lager (25) an der Formkastenwand nicht mehr bilden kann, wenn hier die Reibung aufgehoben oder wesentlich reduziert wird. Zudem wäre eine entsprechende Vorrichtung für die Modellseite nicht einfach zu realisieren, da sie immer den ständig wech­ selnden Modellkonturen angeglichen werden müßte.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, womit die Reibung zwischen Form­ kastenwand und Formstoff durch einen pneumatischen Gleitfilm aufgehoben oder wesentlich reduziert wird, um eine durch­ greifende Verbesserung der Verdichtung im Bereich der Form­ kastenwand bzw. im engräumigen Bereich zwischen Modell und Formkastenwand zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kenn­ zeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 2 und 3. Weitere Merk­ male und die Ausführungsformen sind in den sonstigen An­ sprüchen wiedergegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor­ richtung kann sowohl für die mechanischen Verdichtungsver­ fahren wie Rütteln, Pressen, Rüttelpressen, Hochdruck-Viel­ stempel-Pressen, Saugpressen und Schießpressen als auch für die thermodynamischen Verdichtungsverfahren mit Druckluftim­ puls oder Verbrennungsimpuls eingesetzt werden. Nachstehend wird nun die Erfindung anhand der in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Hier­ bei zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Formeinrichtung mit einer angedeuteten Druckluftimpulseinheit.

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt einerSeitenwand des Füllrahmens und des Formkastens

Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch den Füllrahmen.

Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch den Formkasten bzw. eine Draufsicht auf die Modellplatte.

Fig. 1 zeigt eine Modellplatte (1) mit Modell (1 a) zusammen mit einem Formkasten (2), einem Füllrahmen (3) und einer dar­ über angeordneten Druckluftimpuls-Einheit (4). Der Formstoff (5) ist bis zur Linie (7) lose eingefüllt. Die Linie (6) kennzeichnet die Formstoffoberfläche nach der Verdichtung. Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Füllrahmen- und Formkastenwand zur deutlicheren Darstellung der Ausblasdüsen. Zum Verdichten wird von der beispielhaft angedeuteten Druck­ luftimpuls-Einheit (4) eine frontale Druckwelle ausgelöst, die mit extrem hoher Geschwindigkeit auf die lose Formstoff­ oberfläche (7) auftrifft und den Formstoff dabei bis etwa zur Linie (6) zusammenschiebt und verdichtet. Eine entsprech­ ende Druckluftimpuls-Einheit wurde u.a. in DE 33 27 822 be­ schrieben.

Die Verdichtungsbewegung des Formstoffes (5) verursacht an der Formkasteninnenwand (2 a) einen erheblichen Reibungswider­ stand. Dies trifft im besonderen Maße für die Druckluftim­ puls-Verdichtung zu, weil hier durch die extrem hohe Ver­ dichtungsgeschwindigkeit auch der Reibungswiderstand ent­ sprechend hoch ist. Beim Einfüllen des Formstoffes in die Formeinheit können sich Formstoffbrücken (24) bilden, die sich beim Verdichten noch weiter verstärken und dadurch eine schlechte Ausformung der unter den Formstoffbrücken liegen­ den Bereiche zur Folge haben. Zur Verhinderung dieser Nach­ teile wird unmittelbar an der Formkasteninnenwand (2 a) ein pneumatischer Gleitfilm (8) erzeugt, der grundsätzlich wäh­ rend der Verdichtungsphase wirksam ist, der aber auch im erforderlichen Fall schon während des Einfüllvorganges wirk­ sam werden kann.

Der pneumatische Gleitfilm (8) wird dadurch erzeugt, daß durch eine große Anzahl flacher Düsen (9), die nahezu lücken­ los am gesamten Umfang der Füllrahmeninnenwand (3 a) verteilt sind, ein flacher Luftstrom zwischen Formkastenwand (2 a) und Formstoff (5) eingeblasen wird, der unmittelbar an der Form­ kasteninnenwand (2 a) entlang in Richtung Modellplatte fließt und dort von den unter Unterdruck stehenden Sandfilter- Schlitzdüsen (10), die am gesamten Modellplattenumfang und in unmittelbarer Nähe der Formkastenwand lückenlos angeordnet sind, wieder abgezogen wird. Von Bedeutung ist hierbei, daß die innere Ausblaslippe der Flachdüse (9) ent­ weder genau bündig zur Formkasteninnenwand (2 a) abschließt oder gegenüber der Formkasteninnenwand einen maximalen, toleranzbedingten Vorsprung von 2 mm hat (Maß 12). Von Be­ deutung ist außerdem, daß die Ausblasdüsen (9) im gleichen Winkel (26) angeordnet sind wie die Formkasteninnenwand (2 a). Dies ist durch die gleiche Winkelneigung (26) der Formkasten­ innenwand (2 a) und der Füllrahmeninnenwand (3 a) gegeben. Die Winkelneigung (26) bzw. die Muldung der Formkasteninnenwand (2 a) hat dabei die Aufgabe, den Formballen im Formkasten zu fixieren und die Winkelneigung der Füllrahmeninnenwand (3 a) ist erforderlich, um eine leichtere Ablösung des Füllrahmens vom überstehenden, verdichteten Formstoff (5-6) zu ermöglichen.

Der so erzeugte pneumatische Gleitfilm (8), der an der ge­ samten Innenfläche des Formkastens gleichmäßig in Richtung Modellplattenaußenrand und in Verdichtungsrichtung strömt, hebt die Reibung zwischen Formstoff und Formkastenwand auf oder reduziert sie im wesentlichen Maße. Es entsteht darüber hinaus noch ein Spüleffekt, der den Formstoff in die ver­ tieften Zonen zwischen Formkastenwand und Modell hinein zieht. Das Widerlager (25) welches zur Bildung einer Formstoff­ brücke (24) erforderlich wäre, kann nicht entstehen und somit auch nicht die Formstoffbrücke selbst.

Die Art der Düsenausbildung (9-Fig. 2) ermöglicht es, daß der innere Vorsprung (13) von Formkasteninnenwand zur Füllrahmen­ innenwand einschließlich des toleranzbedingten Versatzes (12) nicht größer als 12 mm ausgeführt werden muß. Durch die 45°- Abschrägung (14) wird verhindert, daß sich ein Formstoff- Schattenraum unter dem Vorsprung (13) bilden kann. Der Ver­ dichtungsweg des Formstoffes kann somit ohne Querbewegung und unbehindert in senkrechter Richtung verlaufen.

Die Intensität des pneumatischen Gleitfilms kann durch stufen­ loses Verstellen der Über- und Unterdrücke den praktischen Erfordernissen entsprechend eingestellt werden. Der umlau­ fende Druckluftkanal (15) kann durch die Trennwände (18) in mehrere Sektionen (Fig. 3) eingeteilt werden, wobei an jede Sektion eine eigene, regelbare Drucklufteinspeisung ange­ schlossen werden kann. Es besteht dadurch die weitere Mög­ lichkeit, in verschiedenen Zonen eine unterschiedliche, den praktischen Erfordernissen entsprechende Intensität des pneumatischen Gleitfilms einzustellen.

Die Reibung zwischen Füllrahmeninnenwand und dem Formstoff ist anders zu betrachten als die Reibung zwischen Formstoff und Formkasteninnenwand. Zunächst besteht die Möglichkeit, den Reibungskoeffizienten der Füllrahmeninnenwände durch entsprechende Oberflächenbeschaffenheit (z.B. hartverchromt mit geringer Rauhtiefe) auf einen kleinstmöglichen Wert zu reduzieren. Da es sich beim Füllrahmen um ein Einzelstück einer Formmaschine handelt, ist dies auch wirtschaftlich realisierbar. Bei den Formkästen, die immer in größeren Stückzahlen erforderlich sind, ist eine solche Maßnahme im wirtschaftlichen Rahmen nicht möglich. Das Problem der Form­ stoff-Brückenbildung zwischen Füllrahmen und Modell ist beim Füllrahmen nicht gegeben. Die Verdichtung und der die Reibung verursachende Seitendruck ist im Füllrahmenbereich wesentlich geringer als im Formkasten. Aus den vorangegangenen Über­ legungen resultiert, daß der pneumatische Gleitfilm nur im Formkastenbereich und nicht im Füllrahmenbereich zur Wirkung gebracht werden muß. Bei einem praktischen Erfordernis be­ steht jedoch auch die Möglichkeit, in das Blech (20) umlaufend kleine Bohrungen (23) als Perforation einzubringen, um einen kleinen Teil des Luftstromes zur Fluidisierung des Formstoffes im Füllrahmenbereich abführen zu können.

Claims (11)

1. Verfahren zum Verdichten von kornförmigen Formstoffen z.B. Gießereiformsand durch eine mit hoher Geschwindig­ keit auf die Oberfläche des losen Formstoffes einwirkende frontale Druckwelle gasförmigen Mediums z.B. Druckluft oder durch eine mechanische Rüttelpreßeinrichtung, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Innenwänden (2 a) des Formkastens (2) ein durch Druckluft erzeugter pneuma­ tischer Gleitfilm (8) wirksam wird, der während der Ver­ dichtungsphase die Reibung zwischen Formstoff (5) und Formkastenwand (2 a) aufhebt oder im wesentlichen Maße reduziert.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllrahmen (3-3 a) am gesamten Innenumfang flache Ausblasdüsen (9) mit recht­ eckigen Querschnitten aufweist, die an der Unterseite des Füllrahmens (3-3 a) so angeordnet sind, daß sie bündig oder mit geringfügigem, toleranzbedingtem Versatz (12) zur Formkastenwand (2 a) einen flachen Luftstrom zwischen Formstoff (5) und Formkastenwand (2 a) einblasen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modellplatte (1) in Nähe der Formkastenwand Sand­ filter-Schlitzdüsen (10) aufweist, die über den gesamten Umfang der Formkastenwand (Fig. 4) verteilt sind und die in Verbindung mit einer Unterdruckquelle (11) den von oben eingeblasenen flachen Luftstrom wieder abziehen, wodurch zwischen Formstoff (5) und Formkastenwand (2 a) ein in Ver­ dichtungsrichtung wirkender, pneumatischer Gleitfilm (8) entsteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblasdüsen (9) über die Bohrungen (16) mit einem umlaufenden Druckluftkanal (15) verbunden sind, der über mehrere am Umfang verteilte Anschlüsse (17) mit Druck­ luft gespeist wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckluftkanal (15) durch die Trennwände (18) in mehrere Sektionen (Fig. 3) aufteilbar ist und daß jede Sektion mit gleichen oder mit unterschiedlichen Drücken gespeist werden kann, um so eine gleichmäßige oder auch eine unterschiedliche Intensität des pneumatischen Gleit­ films (8) zu bewirken.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck im Druckluftkanal (15) oder in dessen Sek­ tionen stufenlos zwischen 0,5 bar und 6 bar und der Unter­ druck zwischen 0 bar und minus 0,6 bar einstellbar ist, um den pneumatischen Gleitfilm (8) optimal an die jeweilige formtechnischen Gegebenheiten anpassen zu können.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2, 3 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Über- und Unterdruck zur Erzeugung des pneumatischen Gleitfilms ca. 1 Sekunde vor dem Ver­ dichtungsvorgang eingeschaltet und bis zum Ende des Ver­ dichtungsvorganges aufrecht erhalten wird.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2, 3 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Über- und Unterdruck zur Erzeugung des pneumatischen Gleitfilms auch während des Formstoff- Einfüllvorganges (z.B. durch einen Jalousienbunker) einge­ schaltet werden kann, um schon beim Einfüllen den Ansatz einer Brückenbildung (24) zu verhindern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblasdüsen (9) durch die rechteckigen Vertiefungen (19-Fig. 3) und dem darüber durchgehend verlaufenden Blech (20) gebildet werden, wobei die Vorsprünge (21) das Blech (20) gegen den Seitendruck (22) abstützen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß (13) bzw. der Vorsprung von der Formkasteninnen­ wand zur Füllrahmeninnenwand maximal 12 mm beträgt, so daß der Verdichtungsweg des Formstoffes nicht behindert werden kann und daß dieser Vorsprung (13) an der Unterseite des Füllrahmens (3-3 a) eine 45°-Phase (14) aufweist, um einen Formstofftotraum bzw. einen Schattenraum unter diesem Vorsprung zu vermeiden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (20) umlaufend mit kleinen Bohrungen (23) als Perforation ausgeführt werden kann, um erforderlichen­ falls einen kleinen Teil des Luftstromes zur Fluidisier­ ung des Formstoffes im Füllrahmenbereich abführen zu können.