DE3839475A1 - Verfahren und vorrichtung zum impulsverdichten von formsanden - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Verdichten von Bindeton enthaltenden Formsanden in einer Formeinrich­ tung, die sich aus einer Modellplatte, mindestens einem darauf befindlichen Modell, einem Formrahmen und einem Füllrahmen zusammensetzt, und deren Formkammer abschließbar ist, bei welchem der Formsand durch Schüttung oder pneuma­ tisch in die Formeinrichtung eingebracht und danach mittels schlagartig auf die Formsandfüllung einwirkenden Drucks ei­ nes Impulsgebers impulsverdichtet wird, wobei der im Füll­ rahmen befindliche Formsand zumindest teilweise in den Formrahmen bewegt wird.

Bei der Impulsverdichtung wird der in die Formkammer einge­ füllte Formsand vom Formsandrücken ausgehend schlagartig be­ schleunigt. Bei starker Beschleunigung schlägt die Verdich­ tungsfront auf die Modelleinrichtung auf und läuft wieder zum Formsandrücken zurück. Dadurch entsteht ein Verdich­ tungsprofil mit hoher Festigkeit und Härte im Modellbereich und abnehmenden Werten zum Formsandrücken hin. Schwächere Impulse vermindern die Verdichtungsgeschwindigkeit, wodurch sich das Verdichtungsprofil umkehren kann und dann demjeni­ gen der langsamen, konventionellen Preßverdichtung ähnelt. Die erwünscht hohen Formfestigkeiten in Modellnähe werden somit nur bei ausreichend starker Beschleunigung des Form­ sandes und hoher Aufschlaggeschwindigkeit erreicht.

Zur Erzielung hoher Formsandbeschleunigungen wurden Impuls­ geber entwickelt, die mit Druckluft oder Verbrennungsdruck oder auch mit einer Preßplatte arbeiten. In vielen Fällen werden dennoch nur unzureichende Verdichtungsgrade erreicht, weil nicht nur die Impulstärke der Formmaschine, sondern auch der Formsand selbst die für den Verdichtungserfolg erforder­ lichen Voraussetzungen nicht hinreichend erfüllt.

Die bekannten Verfahren dieser Art haben den Nachteil, daß trotz Anwendung großer Kräfte für die Impulsverdichtung nicht ausreichend feste oder fehlerhafte Sandformen erhal­ ten werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Be­ schleunigungsfähigkeit des in die Formkammer eingefüllten Formsandes verbessert werden könnte. Bentonitgebundene Formsande werden in der Regel aus einem Füllgefäß in freiem Fall eingeschüttet. Bereits die Lagerung einer größeren Formsandmenge führt zu einer unerwünschten Vorverdichtung des Formsandes. Beim Einfüllen in die Formkammer und Auf­ schlagen auf das Modell wird die Vorverdichtung weiter ver­ stärkt. Hierdurch entsteht innerhalb der Sandschüttung eine für die Erfordernisse der Impulsverdichtung unerwünschte Masseverteilung mit hoher Packungsdichte auf den Modellen und lockerer Lagerung in den oberen Bereichen der Formsand­ füllung.

Es soll durch die Erfindung ein Verdichtungsverfahren ge­ schaffen werden, durch das sich die Ergebnisse der Impuls­ verdichtung von Bindeton, insbesondere Bentonit, enthaltende Formsande erheblich verbessern lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor der Impulsverdichtung ein Teil des im Formrahmen befind­ lichen Formsandes und insbesondere dessen erhöhte Packungs­ dichte entgegen der Wirkrichtung der Impulsverdichtung zum Impulsgeber hin verlagert wird.

Diese Verlagerung kann dadurch erreicht werden, daß nach Einbringen des Formsandes in die Formkammer Gas, insbeson­ dere Luft, unter Druck in die abgeschlossene Formkammer ein­ gefüllt und durch Öffnen mindestens einer in Nähe des Im­ pulsgebers befindlichen Auslaßöffnung in der Wandung der Formkammer das innerhalb des eingebrachten Formsandes be­ findliche Gas zu der Austrittsöffnung hin entspannt und somit der Formsand zur Auslaßöffnung und somit zum Impuls­ geber hin verlagert wird.

Diese Verlagerung und Umschichtung des in die Formkammer gefüllten Formsandes kann auch dadurch geschehen, daß nach Einbringen des Formsandes ein zündfähiges Gasgemisch in die Formkammer und den darin enthaltenen Formsand einge­ füllt und durch Zünden des Gasgemisches der Formsand zur Auslaßöffnung oder zu den Auslaßöffnungen in Nähe des Im­ pulsgebers hin verlagert wird.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in der Form­ kammer eine Verteilung des eingefüllten Formsandes erreicht werden, die in Modellnähe eine geringe und mit zunehmendem Abstand ansteigende Packungsdichte aufweist. Damit vergrößert sich sowohl die zu beschleunigende Masse als auch der für die Beschleunigung zur Verfügung stehende Weg. Bei gleicher Impulsstärke oder gleicher Beschleunigung erhöht sich da­ durch die Geschwindigkeit der auf die Modelleinrichtung aufprallenden Masse, was zu einer hohen Aufschlagskraft der Verdichtungsfront während der Impulsverdichtung führt.

Die Masse des Formsandes wird im modellnahen Bereich ver­ ringert und die Formsandmasse im Oberteil der Formkammer angereichert, so daß größere Massen auf längeren Wegen beschleunigt werden. Infol­ ge der verstärkten Aufschlagkräfte steigen die Festigkeiten der Sandform in den wichtigen modellnahen Formsandschichten an.

Derart verbesserte Verdichtungsvoraussetzungen sind für al­ le Impulsformmaschinen zu erreichen und erhöhen deren Wirkungsgrad. Die Formmaschinen können wirtschaftlicher und anpassungsfähiger betrieben und mit einfacheren und robuste­ ren Impulsgebern ausgerüstet werden und erreichen bereits mit niedrigen Arbeitsdrücken hohe Formfestigkeit.

Zur steuerbaren Auflockerung des eingefüllten Formsandes ist eine Druckdifferenz zwischen der Porenluft innerhalb des eingefüllten Formsandes und dem Außenluftdruck erfor­ derlich. Durch schnellen Druckausgleich, bevorzugt entgegen der Wirkrichtung der Impulsverdichtung, wird die erwünschte Verlagerung des Formsandes erreicht. Es kann Überdruck oder Unterdruck angewendet werden. Die expandierende Porenluft drückt die Sandkörnchen bei ausreichend schneller Ent­ spannung auseinander und hält sie anschließend durch die Klebekraft des Bentonits in einem größeren Abstand zueinan­ der. Die Formsandfüllung erreicht einen gegenüber dem Aus­ gangszustand größeren Lockerzustand. Die Stärke der Volumen­ vergrößerung hängt von mehreren Parametern ab, insbesondere vom Druckunterschied, von der Ausgleichsgeschwindigkeit, von der Klebekraft des Formsandbinders und von der ursprüng­ lichen Packungsdichte.

Die Vergrößerung des Volumens des eingebrachten Formsandes kann durch gezielte Anordnung von Öffnungen in der Wandung der Formkammer in bevorzugte Richtungen gelenkt werden. Diese Öffnungen können verschließbar ausgebildet sein. Die Ausdehnung des in die Formkammer eingefüllten Formsandes kann mit Hilfe einer Trennplatte begrenzt werden. An diese Trenn­ platte legt sich der Rücken des eingefüllten und expandie­ renden Formsandes an, wodurch die Packungsdichte des Form­ sandes in Rückennähe in erwünschter Weise vergrößert wird. Auf diese Weise kann die Packungsdichte des Formsandes in Nähe des Modells verringert und der Masseschwerpunkt des Formsandes in Richtung des Impulsgebers hin verlagert wer­ den. Dadurch wird der Beschleunigungsweg bei der Impulsver­ dichtung verlängert und die zu beschleunigende Masse ver­ größert.

Auch bei Formmaschinen, bei denen der Formsand pneumatisch durch Schießen oder Saugen eingebracht wird, ist das erfin­ dungsgemäße Verfahren mit Vorteil anwendbar, weil auch bei dieser Formsandeinfüllung ungünstige Masseverteilungen ent­ stehen.

Es ist bekannt, eine Luftströmung durch den Formsand in Richtung der Modelle zu leiten und über Schlitze abzufüh­ ren. Dadurch soll der Formsand auf die Modelle hin be­ schleunigt und verdichtet werden. Das erfindungsgemäße Ver­ fahren jedoch wirkt in Gegenrichtung, indem es einen Teil des Formsandes aus dem Bereich des Formrahmens in den Be­ reich des Füllrahmens verlagert. Auch können dabei der mo­ dellferne Bereich des Formsandes und insbesondere der Form­ sandrücken verdichtet werden.

Die Verwendung von Druckluft ist besonders einfach und um­ weltfreundlich, zumal viele Impulsformmaschinen mit Druck­ luft arbeiten. Es sind aber auch andere gasförmige Medien einsetzbar.

Für die Verlagerung des Formsandes im Formkasten können auch zündfähige Gasgemische, beispielsweise Erdgas-Luft, in die Formkammer und den darin befindlichen Formsand einge­ leitet und gezündet werden. Das dadurch expandierende Gas­ gemisch bringt bei entsprechender Anordnung der erfor­ derlichen Öffnungen in der Wandung der sonst abgeschlossenen Formkammer die erstrebte Umlagerung des Formsandes zustande. Dieses Verfahren eignet sich auch zur partiellen Anwendung, indem begrenzte Mengen des Gasgemisches in bestimmte Berei­ che des eingefüllten Formsandes, beispielsweise mittels Sonden, eingeleitet und gezündet werden. Damit kann die Impulsverdichtung insbesondere in Großformen den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Formvorrichtung mit abschließbarer Formkammer geeignet, wo­ bei die Formkammer von einer Modellplatte mit Modell, einem Formrahmen, einem Füllrahmen und einer Abdeckung be­ grenzt ist, welche mit abschließbaren Einlaßöffnungen zum Einleiten eines Druckgases oder eines zündfähigen Gasge­ misches in die Formkammer und der darin befindlichen Form­ sandfüllung und in Nähe des Formsandrückens beziehungsweise in der Abdeckung mit Auslaßöffnungen zum schnellen Auslas­ sen des in der Formkammer befindlichen oder sich entwickeln­ den Druckgases versehen ist.

Das Druckgas kann aber auch durch die in Nähe des Impuls­ gebers befindlichen Auslaßöffnungen in die Formkammer ein­ gelassen werden, sofern diese Öffnungen sowohl an einen Druckspeicher als auch an die Atmosphäre oder eine Unter­ druckkammer angeschlossen werden können.

In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung unter Be­ zugnahme auf Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Formeinrichtung mit ab­ geschlossener Formkammer,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Formeinrichtung mit ge­ öffneter Formkammer beim Einfahren unter einem Im­ pulsgeber,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Formeinrichtung mit ab­ geschlossener Formkammer nach der Masseverlagerung des eingefüllten Formsandes,

Fig. 4 eine Schnittansicht einer Formeinrichtung mit Trennplatte,

Fig. 5 eine Schnittansicht einer Formeinrichtung mit Preßplatte.

Die Formvorrichtung nach Fig. 1 weist eine Modellplatte 1 mit einem Modell 2, einen Formrahmen 3 und einen auf dem Formrahmen 3 sitzenden Füllrahmen 4 auf.

Diese Teile bilden eine Formkammer 17, die durch den Boden 8 eines Impulsgebers 9 abgeschlossen ist. Ein im Querschnitt großer Durchlaß 10 für das impulsgebende Medium ist durch ein Ventil abschließbar, das durch eine pneumatisch oder hydraulisch wirkende Kolben-Zylinder-Einheit 11 geöffnet oder geschlossen wird. Eine Druckkammer 12 des Impulsgebers 9 wird über eine Zuleitung 13 versorgt, die an der Druck­ luftversorgung der Gießerei oder einer besonderen Kom­ pressorenstation angeschlossen ist.

In die abgeschlossene Formkammer 17 kann Druckluft oder Druckgas über im Füllrahmen 4 befindliche Einlaßöffnungen eingebracht werden, die über eine Ringleitung 5 und einem schnell öffnenden Ventil 7 mit einer Zuleitung 6 verbunden sind.

Zum schnellen Druckausgleich dienen Auslaßöffnungen 40, die dicht unter dem Boden 8 im Impulsgeber 9 angeordnet und über eine Ringleitung 15 und ein Ventil 16 mit der Atmosphäre oder einer Unterdruckkammer verbunden sind.

Zum beschleunigten Einleiten von Druckgas oder Druckluft in die Formkammer 17 mit der darin befindlichen Formsandfül­ lung können zusätzlich zu den Einlaßöffnungen 41 über eine nicht dargestellte Verbindungsleitung und bei geschlossenem Ventil 16 auch die Auslaßöffnungen 40 an die Zuleitung 6 angeschlossen werden, so daß das Druckgas oder die Druckluft auch von oben durch den Formsandrücken 19 in den Formsand eindringen kann. Sofern das Ventil 16 ein Dreiwegeventil ist, kann die Zuleitung 6 auch an diesem Ventil 16 ange­ schlossen sein, so daß das Druckgas nur über die Öffnungen 40 im Impulsgeber 9 in die Formkammer 17 geleitet wird. Die Ringleitung 5 mit den Einlaßöffnungen 41 kann dann ent­ fallen. Der Durchlaßquerschnitt des Ventils 16 und seine Öffnungsgeschwindigkeit sind so bemessen, daß die in der Formkammer 17 gespeicherte, unter Druck stehende Luft innerhalb weniger Sekunden oder Sekundenbruchteilen abge­ lassen werden kann.

Um kurze Öffnungszeiten zu erreichen, kann auch die Schließ­ kraft des Spannzylinders der Formmaschine kurzzeitig und schlagartig abgesenkt werden, so daß zwischen Impulsgeber 9 und Füllrahmen 4 entlang der Flansche ein ringsumlaufender Spalt 18 entsteht, der die eine schnelle Entlüftung bewir­ kende Auslaßöffnung bildet.

Die von der Modellplatte 1, dem Modell 2, dem Formrahmen 3 und dem Füllrahmen 4 gebildete Formkammer 17 wird außerhalb des Impulsgebers 9 durch pneumatische Verfahren oder durch Einschütten mit Formsand bis zu der angenommenen Höhe 19 gefüllt. Durch den Aufprall der Sandmasse beim Füllvorgang entsteht der durch die Punktdichte in Fig. 1 angedeutete Dichtegradient mit der höchsten Packungsdichte im modell­ nahen Bereich 20. Die Bauteile der Formkammer 17 werden nach dem Einfahren in den Impulsgeber 9 durch einen Spannzylinder weitgehend luftdicht verklammert.

Die Ringleitung 5 wird durch Öffnen des Ventils 7 mit Druckluft versorgt. Die Formkammer 17 wird mit geringer Einströmgeschwindigkeit auf den gewünschten Überdruck ge­ bracht. Hierbei kann mit Drücken bis zum Maximaldruck der Formmaschine gearbeitet werden, der zumeist 4 bis 6 bar be­ trägt. Die Ringleitung 5 und die großen Einströmquerschnit­ te der Zuleitungen 6 haben die Aufgabe, den Druckaufbau in der Formkammer 17 zu beschleunigen, damit die Taktzeit der Formmaschine durch das erfindungsgemäße Verfahren nur wenig verlängert ist.

Das Entspannen der in den Poren der Formsandfüllung gespei­ cherten Druckluft erfolgt derart schnell, daß diese Druck­ luft nicht entweichen kann, sondern den Rücken des einge­ füllten Formsandes bis zur Höhe 21 anhebt. Dadurch wird der Beschleunigungsweg der Verdichtungsfront bei der nachfolgen­ den Impulsverdichtung um den Differenzbetrag von der Höhe 19 und der Höhe 21 vergrößert. Die Ausströmdauer ist der Menge und der Gasdurchlässigkeit des Formsandes anzupassen und mit steigender Durchlässigkeit zu verkürzen. Sie liegt in vielen Fällen unterhalb einer Sekunde. Pulsierendes Ablassen des Überdrucks kann vorteilhaft sein, um ein Aufreißen des Rückens des eingefüllten Formsandes zu verhindern.

Durch schlagartiges Öffnen des Ventils 10 wird nun der ein­ gefüllte Formsand in bekannter Weise impulsverdichtet.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Impulsgeber 9 zur Formkammer 17 hin mit einer Trennplatte 22 begrenzt und über Durchbrüche 23 mit dieser verbunden. Die Durchbrüche 23 können als Bohrungen oder konzentrisch- oder längsverlaufende Schlitze ausgebildet sein. Ihre Lage und ihr Gesamtquer­ schnitt sind der jeweiligen Bauart des Impulsgebers 9 ange­ paßt. Die Durchbrüche 23 dürfen den Durchgang der Impulswel­ le nicht wesentlich behindern. Sie können durch ihre Anord­ nung aber auch Lenkungsfunktionen haben und die auftreffende Impulswellenfront vergleichmäßigen. Der Gesamtquerschnitt der Durchbrüche 23 beträgt etwa 30 bis 50% der Gesamtfläche der Trennplatte 22.

Fig. 2 zeigt die Formeinrichtung zum Zeitpunkt des Einfahrens in den Impulsgeber 9 durch Bewegen in Richtung 24. Die Füll­ höhe 25 ist durch Abstreifen des Übersandes in der hier nicht abgebildeten Füllstation mit dem Füllrahmen 4 bündig ausge­ bildet und liegt nach dem Einfahren und Verklammern mit dem Impulsgeber 9 ohne Totvolumen an der Trennplatte 22 an. Die Füllhöhe 25 kann aber auch tieferliegend ausgebildet sein, so daß nach dem Einfahren und Verklammern ein geringer Ab­ stand zur Trennplatte 22 vorhanden ist.

Fig. 3 zeigt die Verteilung der Packungsdichte der Formsand­ füllung nach Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mit einer Vorrichtung nach Fig. 2. Weil dabei ohne Totvolu­ men gearbeitet wird und die Oberfläche der Formsandeinfüllung an der Trennplatte 22 anliegt, führt hier die Verlagerung des Formsandes nicht zu einer Vergrößerung des Sandvolumens. Stattdessen verdichtet sich hier der Formsandrücken, auf den nachfolgend die Impulswelle auftrifft. Die hohe Punktdichte 26 deutet diese Vorverdichtung an. Die Entspannung der im Formsand enthaltenen Druckluft erfolgt über die Durchbrüche 23 in der Trennplatte 22 und kann durch kurzzeitige Spalt­ bildung zwischen Trennplatte 22 und Impulsgeber 9 und/oder durch schnelles Öffnen des Ventils 16 erfolgen. Der zum Lösen der Trennplatte 22 vom Impulsgeber 9 erforderliche Mechanis­ mus ist nicht dargestellt.

Mit offenem Formsandrücken arbeitende Impuls-Formmaschinen haben den Nachteil, daß die Rücken der Sandformen nach der Impulsverdichtung auch bei Anwendung sehr starker Impuls­ kräfte über mehrere Zentimeter Dicke weich bleiben. Deshalb muß mit einem verhältnismäßig dicken Sandüberstand gearbei­ tet werden, der nach der Verdichtung als Verlustsand abzu­ streifen ist. In größerer Tiefe verbleiben trotzdem immer noch verhältnismäßig weiche Sandlagen, die beim Einfräsen der Gießtrichter erhebliche Schwierigkeiten bereiten. Die lockere Sandstruktur führt beim Gießprozeß zu Abspülungen kleiner Sandteilchen, die in die Gußstücke geraten und häufig erst bei der späteren Bearbeitung zutage treten. Diese Fehler sind gefürchtet, weil sie erhebliche Kosten verursachen.

Ein lockerer Formsandrücken nach der Impulsverdichtung hat mehrere Ursachen. Die Impulswelle dringt bis zu einer Tiefe von mehreren Zentimetern in die offenen Poren der Sand­ schüttung ein und vermag diese Schicht deshalb nicht zu ver­ dichten. Die lockere Formsand-Schüttung besitzt zudem zuwenig Masse, um beim Rücklauf der Verdichtungsfront ausreichende Verdichtungsgrade zu bewirken. Es wurden deshalb Versuche unternommen, mittels zusätzlicher Maßnahmen, wie Auflegen und Mitbeschleunigen von Gummimatten oder Beschwereinrichtun­ gen oder durch nachträgliches Verdichten des weich geblie­ benen Formsandrückens diese Mängel zu vermeiden oder zu beseitigen. Diese Maßnahmen führen aber zu einer nicht in Kauf zu nehmenden Verteuerung und Komplizierung der an sich einfachen Impuls-Formmaschinen und/oder zur Verlängerung des Formprozesses.

Wie Fig. 3 zeigt, ist die Formsandeinfüllung im Bereich des Formsandrückens verdichtet. Dadurch sind die Poren in der der nachfolgenden Impulswelle ausgesetzten Oberflächenschicht verengt. Die Impulswelle findet größeren Widerstand und be­ schleunigt stärker und zudem eine schwerere Masse, die zu größeren Aufschlagkräften auf der Modelleinrichtung führt. Dadurch erhält man sowohl höhere Formfestigkeiten im Modell­ bereich als auch höhere Festigkeiten des Formsandrückens. Damit kann auch der Gehalt an Bindemittel, wie Bentonit, im Formsand gesenkt werden, wodurch die Feuerfestigkeit des Formsandes erhöht und die Gußqualität verbessert werden. Formsande mit geringeren Anteilen an Bindeton verbrauchen zudem weniger Verdichtungsenergie.

Die entgegen der Wirkrichtung der nachfolgenden Impulswelle abzuführende und unter Druck stehende Porenluft kann in den Bereichen 28 zwischen den Modellen 2, 2′ und dem Formrahmen 3 und in den Bereichen 29 zwischen den Modellen 2 und 2′ unter Umständen zu unerwünschten Auflockerungen führen. Zur Vermeidung dieser unerwünschten Auflockerung wird nach Fig. 4 die Porenluft in den Bereichen 28 über Auslaßöffnungen 42 in der Modellplatte 1 in eine luftdicht mit dieser verbun­ denen Bodenkammer 30 abgeführt, die über schnell öffnende Ventile 31 geöffnet werden kann.

Die beiden Ventile 31 und 16 werden gleichzeitig geöffnet, so daß Teilströme der Porenluft in entgegengesetzter Richtung abgeführt werden. Die Entspannung bewirkt einerseits die ge­ wünschte Verdichtung im Rückenbereich 26, andererseits hält der durch die Modellplatte 1 abgeführte Teilluftstrom den in modellnahen Bereichen 28 und 29 befindlichen Formsand fest, so daß der Formsand dort keine Auflockerung erfährt. Bei diesem Verfahren können die beiden Teilluftströme durch Ein­ stellung unterschiedlicher Abströmvolumina aus den Ventilen 16 und 31 aufeinander abgestimmt werden. Es können auf die­ se Weise auch die Packungsdichten in den Formkammerbereichen 26 und 28, 29 in einem gewünschten und vorherbestimmten Aus­ maß zueinander verändert werden.

Es ist auch möglich, das Ventil 31 bereits vor dem Ventil 16 und/oder schon während des Druckanstiegs in der Formkammer 17 zu öffnen, damit in den modellnahen Bereichen eine stärke­ re Vorverdichtung zum Aushalten der Entspannung rechtzeitig vorhanden ist. Formsande mit ausreichender Klebkraft halten nach einer derartigen Vorverdichtung so zusammen, daß bei der nachfolgenden Entspannung über Ventil 16 keine nachteiligen Auflockerungen zu befürchten sind. Das Ventil 31 kann während dieser Entspannung in vielen Fällen ganz geschlossen bleiben. Es ist jedoch darauf zu achten, daß das Volumen innerhalb der Bodenkammer 30 derart klein ausgebildet ist, daß die über die Öffnungen 42 rückströmende Luftmenge in den modellnahen Be­ reichen 28, 29 keine Schäden verursachen kann. Die Öffnungen 42 können auch über Schieber oder Ventile einzeln verschließ­ bar sein.

Die Formsandbeschleunigung kann bei der Impulsverdichtung gemäß der DE-OS 34 06 466 und, wie in Fig. 5 dargestellt, auch mit Hilfe einer Preßplatte 32 erfolgen, die durch Aus­ lösen eines vorgespannten Federantriebes oder hochgespann­ ten Druckgasvolumens einer Preßeinrichtung 33 gegen den Formsandrücken gepreßt wird. Die Preßplatte 32, auch als "fliegendes Preßhaupt" oder "Freiflugkolben" bezeichnet, wird in einem sehr kurzen Zeitraum auf hohe Geschwindigkeiten von mehreren m/s beschleunigt und zur Einwirkung auf die Formsandschüttung gebracht. Mit dieser Preßdruck-Impulsform­ maschine wird ein hoher Verdichtungsimpuls mit hoher Ver­ dichtungsintensität angestrebt. Hierbei kann die Preßplatte 32 in ihrer Ausgangslage vor der Verdichtung entweder in einer bestimmten Höhe über der Sandschüttung arretiert sein oder auch auf der Formsandoberfläche unmittelbar aufliegen.

Preßdruck-Impulsformmaschinen sollen wie die Gasdruck-Impuls­ formmaschinen die Verdichtungsgleichmäßigkeit verbessern, insbesondere aber auch die Festigkeit des Formsandrückens steigern. Wesentliche Nachteile sind aber durch die starke Beschleunigung der zumeist schweren Preßplatte 32 begründet. Es wurde gefunden, daß gerade die geringen Formsandhöhen, wie sie bei niedrigen Sandformen und zur Sandeinsparung vor­ kommen, besonders benachteiligt sind. Für eine ausreichende Verdichtung sind hier höhere Plattengewichte und zudem höhere Hubgeschwindigkeiten notwendig als bei größeren Form­ sandhöhen. Formsandhöhen bis 200 mm erfordern Hubgeschwin­ digkeiten der Preßplatte zwischen 20 und 12 m/s, solche zwischen 200 und 400 mm jedoch nur noch zwischen 12 und 7 m/s. Für Formsandhöhen größer 400 mm sollen zwischen 7 und 2 m/s ausreichen. Große Plattengewichte erfordern starke Beschleunigungskräfte. Hydraulikdrücke zwischen 100 und 300 bar bringen auch bei stabilen Maschinenkonstruktionen erhebliche Betriebs- und Verschleißprobleme mit sich.

Das erfindungsgemäße Verfahren erleichtert die Preßdruck- Impulsverdichtung in einem überraschenden Maße. Wie Fig. 5 zeigt, ist die unmittelbar aufliegende Preßplatte 32 mit Durchbrüchen 34 versehen. Die Formsandmasse wird durch das beschriebene Verfahren nach der Erfindung innerhalb der Sand­ schüttung in Richtung der Preßplatte 32 verlagert. Der dort angereicherte Formsand wirkt nunmehr selbst als Preßplatte, so daß das Gewicht der eigentlichen Preßplatte 32 wesentlich verringert werden kann und mit geringeren Kräften höhere Be­ schleunigungen erzielbar sind. Diese Vorteile ergeben sich auch bei Formmaschinen mit freifliegender Preßplatte, die vor dem Arbeitshub in einem Abstand vom Formsandrücken arretiert ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind am unteren Rand des Füllrahmens 4 Düsen oder Einlaßöffnungen 44 ange­ bracht, durch welche Druckluft in die mit Formsand gefüllte Formkammer 17 eingeblasen werden kann, um bei geöffneten Auslaßöffnungen 40, 42 die erfindungsgemäße Verlagerung des Formsandes zu erreichen.
Bezugszeichenliste:

 1 Modellplatte
 2, 2′ Modell
 3 Formrahmen
 4 Füllrahmen
 5 Ringleitung
 6 Zuleitung
 7 Ventil
 8 Boden
 9 Impulsgeber
10 Durchlaß, Ventil
11 Kolben-Zylinder-Einheit
12 Druckkammer
13 Zuleitung
15 Ringleitung
16 Ventil
17 Formkammer
18 Spalt
19 Formsandhöhe
20 modellnaher Bereich
21 Formsandrücken
22 Trennplatte
23 Durchbrüche
24 Einfahrrichtung
25 Füllhöhe
26 große Packungsdichte
28 Bereich zwischen Formrahmen und Modellen
29 Bereich zwischen den Modellen
30 Bodenkammer
31 Ventil
32 Preßplatte
33 Preßeinrichtung
34 Durchbrüche
40 Auslaßöffnung
41 Einlaßöffnung
42 Auslaßöffnung
43 Düsen, Einlaßöffnungen

Claims (18)

1. Verfahren zum Verdichten von Bindeton enthaltenden Form­ sanden in einer Formeinrichtung, die sich aus einer Modell­ platte, mindestens einem darauf befindlichen Modell, einem Formrahmen und gegebenenfalls einem Füllrahmen zusammen­ setzt, und deren Formkammer abschließbar ist, bei welchem der Formsand durch Schüttung oder pneumatisch in die Form­ einrichtung eingebracht und danach mittels schlagartig auf die Formsandfüllung einwirkenden Drucks eines Impulsgebers impulsverdichtet wird, wobei der im Füllrahmen befindliche Formsand zumindest teilweise in den Formrahmen bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Impulsverdichtung ein Teil des im Formrahmen befindlichen Formsandes und insbeson­ dere dessen erhöhte Packungsdichte entgegen der Wirkrich­ tung der Impulsverdichtung zum Impulsgeber hin verlagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Packungsdichte des eingebrachten Formsandes im Bereich des Formsandrückens (21) durch Verlagerung des Formsandes zum Impulsgeber (9) hin vergrößert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Packungsdichte des eingebrachten Formsandes zwischen Modell (2, 2′) und Impulsgeber (9) verringert und der Abstand des Formsandrückens (21) vom Modell (2, 2′) ver­ größert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Packungsdichte im modellnahen Be­ reich stärker erfolgt als im modellfernen Bereich.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß vor oder während der Verlagerung eines Teiles des Formsandes zum Impulsgeber oder Formsandrücken hin die Packungsdichte des Formsandes im Bereich (28) zwischen Modell (2) und Formrahmen (4) beziehungsweise im Bereich (29) zwischen den Modellen (2 und 2′) und im Bereich (28) zwischen dem Formrahmen (4) und den Modellen (2, 2′) erhöht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach Einbringen des Formsandes Gas, insbe­ sondere Luft, unter Druck in die abgeschlossene Formkammer eingefüllt und durch Öffnen mindestens einer Auslaßöffnung im Bereich des Formsandrückens in der Wandung der Formkammer das innerhalb des eingebrachten Formsandes befindliche Gas zur Auslaßöffnung hin entspannt und somit der Formsand zur Auslaßöffnung hin verlagert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach Einbringen des Formsandes ein zünd­ fähiges Gasgemisch in eine mit mindestens einer Auslaß­ öffnung im Bereich des Formsandrückens (21) versehene Form­ kammer und dem darin enthaltenen Formsand eingefüllt und durch Zünden des Gasgemisches der Formsand zur Auslaßöffnung hin verlagert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in eine Formkammer (17), deren Wändung mindestens eine abschließbare Auslaßöffnung (40) im Bereich des Formsandrückens (21) oder des Impulsgebers (9) aufweist, durch abschließbare Einlaßöffnungen, die im modellnahen Be­ reich des Füllrahmens (4) angeordnet sind, Luft oder Gas bei geöffneter Auslaßöffnung (18, 40) eingeblasen wird.

9. Formvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer abschließbaren Formkammer (17), die von einer Modellplatte (1) mit wenigstens einem darauf befindlichen Modell (2), einem Formrahmen (3) und einem Füllrahmen (4) gebildet ist und die durch einen Impulsgeber (9) abdeckbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Formkammer (17) mindestens eine abschließbare Zulei­ tung (6) für ein Gas oder Gasgemisch mündet und im modell­ fernen Bereich der Formkammer (17) mindestens eine ab­ schließbare Auslaßöffnung (18, 40) angeordnet ist.

10. Formvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung ein durch Abheben des Impulsgebers (9) vom Füllrahmen (4) gebildeter Spalt (18) zwischen Füllrah­ men (4) und Impulsgeber (9) ist.

11. Formvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Impulsgeber (9) mehrere über den Umfang der Formkam­ mer (17) verteilte Auslaßöffnungen (40) zum schnellen Druck­ ausgleich angeordnet sind.

12. Formvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (6) über mehrere um den Umfang der Formkammer (17) verteilt am Füllrahmen (4) angeordnete Einlaßöffnungen (41) in die Formkammer (17) mündet.

13. Formvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, ge­ kennzeichnet durch eine mit Durchbrüchen (23) versehene und die Formkammer (17) unterteilende Trennplatte (22), die gegenüber dem Füllrahmen (4) fixierbar ist.

14. Formvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch abschließbare Auslaßöffnungen (42) in der Modellplatte (1), die im Bereich (28) zwischen Modell (2) und Formrahmen (3) oder im Bereich (29) zwischen den Modellen (2 und 2′) und im Bereich (28) zwischen dem Form­ rahmen (3) und den Modellen (2, 2′) angeordnet sind.

15. Formvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (40) in Nähe des Impulsgebers (9) zumindest teilweise unabhängig vonein­ ander zu öffnen sind.

16. Formvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (42) in der Modellplatte (1) zumindest teilweise unabhängig voneinander und unabhängig von den Auslaßöffnungen (40) im Bereich des Impulsgebers (9) zu öffnen oder zu schließen sind.

17. Formvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß an dem dem Formrahmen (3) zuge­ wandten Rand des Füllrahmens (4) Einlaßöffnungen bzw. Düsen (43) angeordnet sind, die einzeln oder gemeinsam an eine Druckgasquelle anschließbar sind.

18. Formvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß zum Einlassen von Druckgas in die Formkammer (17) die mit einer Druckgasquelle verbundene Zuleitung (6) über ein Ventil an die Auslaßöffnungen (40) in Nähe des Impulsgebers (9) anschließbar ist.