DE4092542C2 - Verfahren zur Herstellung einer Reihe von Gießformen oder Formteilen und Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens - Google Patents

Description

Technisches Fachgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Reihe von Gießformen oder Formteilen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 dargelegten Art.

Technischer Hintergrund

Ein Verfahren dieser allgemeinen Art ist aus US-Patent Nr. 42 48 290 (Hermes) bekannt. Nach diesem Verfahren wird eine Regelungs-Anordnung benutzt, um einen Aufprallschaden zu vermeiden, wenn neu erzeugte Formen mit einer Reihe vorher erzeugter Formen verbunden werden, und/oder die Abmessungen der Formen in der Förderrichtung der Reihe zu steuern.

Beim Herstellen von Gießformen oder -Formteilen nach diesem bekannten Verfahren entstehen manchmal Probleme infolge Änderungen der Härte der erzeugten Formen oder Formteile, in Abhängigkeit von dem Kompaktierungsgrad, mit dem der Kompaktierungsvorgang ausgeführt wird. In vielen Fällen werden diese Veränderungen nicht in einem ausreichend frühen Stadium entdeckt, um es zu ermöglichen, sie daran zu hindern, ernsthafte Probleme zu verursachen.

So können die Formen oder Formteile zu hart und zu dicht sein, so daß sie es teilweise schwierig gestalten, die Formen von den Gußteilen zu entfernen, und teilweise es den während des Gießvorganges erzeugten Gasen erschweren, zu entweichen, so daß Gasporositäten in den Gußteilen verursacht werden. Andererseits können die Formen oder Formteile zu brüchig oder weich sein, und in diesem Fall können sie den Aufprall der Gießmetallschmelze beim Eingießen in den Einguß nicht aushalten.

Beschreibung der Erfindung

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die vorher erwähnten Nachteile reduziert oder beseitigt werden können, und dieses Ziel wird erreicht durch ein erfahrensweise, wie sie im kennzeichnenden Teil des Abschnitts 1 beschrieben ist. Auf diese Weise werden die Veränderungen zu einem früheren Zeitpunkt entdeckt, beträchtlich näher an dem Zeitpunkt, an dem sie dann tatsächlich entstehen, als es mit den bisher bekannten derartigen Verfahren der Fall ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung ist von der im Oberbegriff des Anspruchs 5 beschriebenen Art, und entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt diese Vorrichtung auch die Merkmale, die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs 5 beschrieben sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, deren Auswirkungen in dem nachfolgenden detaillierten Abschnitt der vorliegenden Beschreibung erklärt werden, sind in den Ansprüchen 2-4 bzw. 6 beschrieben.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung mit mehr Einzelheiten mit Bezug auf die Zeichnung erklärt, in welcher zeigen:

Fig. 1 und 2 in schematischer Weise eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 in schematischer Weise das Herstellen von Formen und das Anreihen derselben in einer Formreihe, die später durch eine Gießstation für Metallschmelze hindurchtritt, wobei die römischen Zahlen I-III die allgemeine Abfolge des Vorgangs bezeichnen,

Fig. 4 ein Flußdiagramm entsprechend einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung der bevorzugten Ausführung

Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird eine zur Aufnahme von Sand von einem Sandvorratsbehälter 1a eingerichtete Versorgungskammer 1 zur Zwischenlagerung von Formsand 2 benutzt. Während des gerade laufenden Formvorgangs wird dem Raum über dem Sand 2 Druckluft über Luftkanäle 3 zugeleitet, die mit einem Drucklufttank 6 verbunden sind durch ein Ventil 6a, das zur Steuerung durch eine Zeitgebersteuerung 6b ausgelegt ist, in einer Weise, die teilweise in US-PS 47 91 974 (Larsen) erklärt ist, und teilweise - mit besonderen Bezug auf die vorliegende Erfindung - nachfolgend mit mehr Einzelheiten zu erklären ist. Ein Auslaß 4 verbindet den unteren Teil der Zuführkammer 1 mit einer Formkammer 8.

Unmittelbar über dem Auslaß 4 ist der untere Teil der Versorgungskammer 1 mit Fluidisierungsleitungen 5 verbunden, die mit dem Drucklufttank 6 durch ein Ventil 5a verbunden sind, das ebenfalls zur Steuerung durch die Zeitgebersteuerung 6b ausgelegt ist.

Im Betrieb ist die Oberseite der Versorgungskammer 1 mit dem Sandvorratsbehälter 1a in solcher (nicht dargestellter) Weise verbunden, daß die Druckluft in der Versorgungskammer in diese Richtung nicht entweichen kann.

Der Drucklufttank 6 wird von einer entsprechenden (nicht dargestellten) Quelle mit Druckluft versorgt, die über ein Ventil 7 mit dem Tank verbunden ist.

Die Formkammer 8, die in der gezeigten Weise unter der Versorgungskammer 1 liegt, ist in Querrichtung durch Modellplatten 9 und 10 begrenzt. Die Modellplatten werden durch Andrückplatten 11 bzw. 12 abgestützt. Eine Kolbenanordnung 13, von der nur ein Kolben gezeigt ist, ist dazu ausgelegt, die beiden Andrückplatten 11 und 12 und damit die zwei Modellplatten 9 und 10 unter hohem Druck gegeneinander zu bewegen.

Die Andrückplatten 11 und 12 sind mit Lagefühlern 11a bzw. 12a versehen, welche die Position jeder Andrückplatte an die Zeitgebersteuerung 6b signalisieren. Aufgrund dieser Lageinformation und der Information über die Geometrie der Musterplatten 9 und 10, wobei diese letztere Information vorher in eine Modellplattendaten-Eingabeeinheit 6c eingegeben wurde, ist die Zeitgebersteuerung 6b befähigt, verschiedene geometrische Parameter für die Formkammer 8 zu berechnen - sowohl die in Fig. 1 gezeigten wie auch die in Fig. 2 gezeigten Positionen der Modellplatten -, wie das Volumen der Formkammer und/oder ihre Linearabmessung in einer der Längsrichtung einer Formreihe entsprechenden Richtung, von der die fertiggestellte Form einen Teil bilden soll. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Formreihe ist schematisch in Fig. 3 gezeigt, welche eine Anzahl von einzelnen, zur Bildung einer Formreihe 20 eng aneinander gesetzten Formen 19 zeigt, wobei die Zwischenräume zwischen den Formen Gießhohlräume 21 umfassen.

Die Modellplatten 9 und 10 enthalten Durchlässe 14, die entweder mit einer Unterdruckquelle 16 oder einer Druckquelle 17 über eine Leitung 13a und ein Dreiwege-Ventil 15 verbunden werden können, das in der Kolbenanordnung 13 aufgenommen ist, wobei das Ventil 15 durch die Zeitgebersteuerung 6b gesteuert ist. In der in Fig. 1 gezeigten Position hat das Einspritzen von Sand von der Vorratskammer 1 in die Formkammer 8 gerade begonnen, und der Druck in den Luftkanälen 3 wird anfangs vergleichsweise niedrig gehalten. Das Füllen der Hohlräume und -teile mit einem komplizierten Modell an den Modellflächen der Modellplatten 9 und 10 wird unterstützt durch Einführen von Unterdruck durch die Durchlässe 14, wobei sich das Dreiwege-Ventil 15 dann in der in Fig. 1 gezeigten Position befindet. Dieses Einführen von Unterdruck wird vorzugsweise schon vor dem Anlegen von Druck auf die Oberseite der Versorgungskammer 1 eingeleitet, z. B. 1,0 s früher. Die Überführung von Sand 2 von der Zuführkammer 1 zu der Formkammer 8 kann ermöglicht werden durch Zuführen von Luft mit einem entsprechenden Druck durch die Fluidisierungsleitungen 5, so daß der Sand 2 im unteren Teil der Versorgungskammer 1 fließfähig gemacht wird und damit leichter in die Formkammer 8 einfließt. Das Zuführen von Fluidisierungsluft wird vorzugsweise einen kurzen Zeitraum vor der Vollendung des Befüllens der Formkammer 8 unterbrochen, um so eine "Verdünnung" der letzten in die Formkammer 8 eintretenden Formsandmenge zu vermeiden.

Der Füllvorgang wird beendet durch Schließen des Ventils 6a, wonach der Druck in der Versorgungskammer 1 durch Ablassen über ein durch die Zeitgebersteuerung 6b gesteuertes (nicht dargestelltes) Ablaßventil abfällt.

Nachdem der Füllvorgang beendet ist, jedoch bevor der Kompaktierungsvorgang beginnt, errechnet und speichert die Zeitgebersteuerung 6b die verschiedenen geometrischen Parameter, die sich auf die Formkammer 8 in ihrem gegenwärtigen Zustand beziehen, d. h. in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand, bei dem ein beträchtlicher Abstand zwischen den zwei Modellplatten 9 und 10 vorhanden ist.

Zu einem bestimmten Zeitpunkt, der vor, bei oder nach dem Schließen des Ventils 6a liegen kann, werden die Andrückplatten 11 und 12 durch die Kolbenanordnung 13 aufeinander zu bewegt, angetrieben durch entsprechende (nicht dargestellte) Hydraulikzylinder, so daß der Sand in der Formkammer 8 weiter bis zu dem erwünschten Kompaktisierungsgrad komprimiert wird, siehe Fig. 2.

Wenn der beschriebene Kompaktierungsvorgang abgeschlossen ist und während die Andrückplatten 11 und 12 noch die Positionen einnehmen, wiederholt die Zeitgebersteuerung 6b den vorstehend beschriebenen Rechenvorgang, wobei diesmal jedoch Parameter errechnet und gespeichert werden, die sich auf den neuen Zustand der Formkammer 8 beziehen, bei denen sowohl das Volumen als auch die erwähnte Linearabmessung auf ein gewisses Ausmaß reduziert wurden, entsprechend dem Kompaktierungsgrad des Sandes in der Formkammer 8.

Die ausgewählten und/oder vor und nach dem Kompaktierungsvorgang berechneten Parameterreihen sind die Volumina "V₁" bzw. "V₂".

In seiner allgemeinsten Form kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, wie es in dem Flußdiagramm nach Fig. 4 gezeigt wird. In Kürze kann das Verfahren wie folgt beschrieben werden:

• 1. Bereite Kompaktierung vor.
• 2. Finde das Volumen der Formkammer in ihrem Vor-Kompaktierungszustand (Fig. 1).
• 3. Führe die Kompaktierung durch.
• 4. Finde das Volumen der Formkammer in ihrem Nach-Kompaktierungszustand (Fig. 2).
• 5. Finde aus den Ergebnissen von 2 und 4 das Kompaktierungsverhältnis und vergleiche mit dem "idealen" Kompaktierungsverhältnis.
• 6. Aufgrund der Ergebnisse des Vergleiches in 5, stelle Startbedingungen (in 1) nach mit dem Ziel, näher an das "Ideal" zu kommen.
• 7. Wiederhole 1-6 für die nächste herzustellende Form.

Da das Flußdiagramm (Ablaufdiagramm) nach Fig. 4 sich selbst erklärt, wird eine weitere Beschreibung des Verfahrens in dieser allgemeinen Form als unnötig angesehen.

Die Leitung 13a und die Durchlässe 14 können daraufhin zum Zuführen von Druckluft von der Druckquelle 17 verwendet werden, um die Modellplatten 9 und 10 von der Form oder dem Formteil 19 freizusetzen welche/welches dann entsprechend in einer automatischen Gießanlage eingesetzt werden kann.

Die Zeitgebersteuerung 6b kann in irgendeiner Weise aufgebaut sein, die geeignet ist, die erforderliche Steuerung des Drucks in der Zuführkammer 1, die Zuführung von Fluidisierungsluft durch die Leitungen 5 und das Einbringen von Unterdruck durch die Leitung 13a und die Durchlässe 14 ergeben kann, wie auch die Ausführung der zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Rechenvorgänge und anderer erforderlicher Arbeitsgänge, wie die Steuerung der Ausbildung der Formenreihe, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, und der verschiedenen in den Arbeitsfolge-Schaubildern der Fig. 4 erwähnten Vorgänge.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, ist die Zeitgebersteuerung 6b ausgelegt, den Druck auf der Oberseite der Zuführkammer 1 mittels einer Fühlerleitung 18 zu erfassen, die ein den Druckwert von der Zuführkammer 1 zu einem entsprechenden Druckfühler in der Einheit 6b übertragendes Rohr sein kann, oder ein einen (nicht dargestellten) Druckfühler in der Zuführkammer 1 mit entsprechenden Komponenten in der Einheit 6b verbindende elektrische Leitung. Die Zeitgebersteuerung 6b ist jedoch vorzugsweise eine Einheit, die einen Mikroprozessor oder eine Anzahl Mikroprozessoren mit entsprechender Schnittstelle, Eingabe/Ausgabe- und Überwachungs-Elementen enthält, um die Entscheidung zu erleichtern, was an Druck- oder Unterdruckfunktionen, Zeit- oder anderen Steuerfunktionen in jedem Fall erwünscht sind, unter Benutzung von Steuer- oder Regelvorgängen, wie es erforderlich ist, um optimale Ergebnisse bei jedem Typ von Modellplatte zu erhalten.

Wie eingangs erwähnt, ist das Kompaktierungsverhältnis von Wichtigkeit bei der Herstellung von Formen einer entsprechenden den Kompaktheit; so wird eine zu locker kompaktierte Form während der Behandlung vor dem Gießen oder während des Gießvorganges selbst leicht beschädigt werden und so Ursache fehlerhafter Gußteile sein oder - noch schlechter - dafür, daß Metallschmelze falsche Wege nimmt und die Ausrüstung beschädigt, während eine übermäßig kompaktierte Form eine geringe Gaspermeabilität besitzt mit dem daraus folgenden Risiko von sog. in dem Gußteil eingefangenen Gußgasstellen (Lunker), so daß diese porös und damit geschwächt werden.

Die in der Förderrichtung gemessene Linearabmessung hat keinen direkten Bezug zu der Qualität der Form als solcher, ist jedoch von großer Wichtigkeit bei Benutzung der erzeugten Form in einer Gießanlage der in Fig. 3 dargestellten Art. Diese Figur zeigt u. a. eine automatische Gießstation, symbolisiert durch eine Gießpfanne 22. Falls die effektive "Länge" oder "Dicke" T jeder Form 19 sich verändert, wird offensichtlich die Position des unter der Gießpfanne 22 befindlichen jeweiligen Eingusses sich ebenfalls ändern. Dieses Problem wurde früher dadurch gelöst, daß die Gießpfanne oder ihr Äquivalent auf einem Schlitten angebracht wurde, der in Längsrichtung der Formreihe 20 bewegt werden kann, um sicherzustellen, daß das Metall immer geradlinig in einen Einguß eingegossen wird. Diese Bewegung einer schweren automatischen Gießeinheit ist selbstverständlich kompliziert und zeitraubend und damit eine kostentreibende Lösung. Dieses Problem kann gelöst werden durch Benutzen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung zum Steuern der Linearabmessung, um so sicherzustellen, daß die Längenabmessung der Form sich nicht oder nur geringfügig innerhalb der für den Gießvorgang annehmbaren Toleranzmaße ändert, womit größere Bewegungen vermieden werden und es ermöglicht wird, einen beträchtlich erhöhten Ausstoß der Gießanlage zu erzielen. Darüber hinaus wird der Pegel des Metalls in der Gießeinheit nicht länger den plötzlichen Bewegungen unterworfen, die bei der bekannten Anordnung unvermeidbar sind, da bei der vorliegenden Erfindung die durch die Gießpfanne 22 symbolisierte Gießeinheit nur in kleinen Schritten oder überhaupt nicht bewegt wird, wodurch sich ein stabilerer Gießvorgang und demzufolge eine geringere Anzahl zurückgewiesener Gußteile ergibt.

Es ist auch möglich, die besonderen in Fig. 5 und 6 skizzierten Verfahren zu kombinieren, so daß die erzeugten Formen das korrekte Ausmaß von Kompaktierung wie auch die korrekte Linearabmessung zur Verwendung in der Formenreihe besitzen. Diese Kombination ist in der Zeichnung nicht dargestellt, jedoch werden Automatisierungs-Fachleute fähig sein, derartige Kombinationen ohne weitere Anleitung zu entwerfen, aus welchem Grunde eine weitere Beschreibung für unnötig angesehen wird.

Diese beispielhaften, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungen sind nur zur Illustrierung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung bestimmt, ohne den Schutzumfang derselben zu begrenzen. So können die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch auf Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern des Kompaktierungsgrades und bestimmter Formabmessungen in horizontal geteilten Formen entweder mit oder ohne Formkästen angewendet werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen einer Reihe von Gießformen oder Gießformteilen, die im wesentlichen aus kompaktiertem Teilchenmaterial wie Formsand bestehen, wobei das Verfahren von der Art ist, die für jede erzeugte Gießform oder jedes erzeugte Formteil die folgenden Schritte a-d umfaßt:

• a) ein Formhohlraum, der für das Kompaktieren der Gießform oder des Formteils ausgelegt und durch mindestens zwei Wände begrenzt ist, von denen mindestens eine gegen die andere angedrückt werden kann, und bei denen mindestens eine Wand ein Modell trägt, dessen Gestalt der Gestalt des entsprechenden Teils des unter Benutzung der Form oder des Formteils zu gießenden Gußteils entspricht, wird mit nichtkompaktiertem Teilchenmaterial gefüllt,
• b) die Wände werden so aneinander angedrückt, daß das eingeführte Teilchenmaterial kompaktiert wird,
• c) die Wände werden voneinander weg bewegt, und
• d) die kompaktierte Gießform oder das Formteil wird aus dem Formhohlraum entnommen,
• e) vor oder nach dem angeführten Schritt b wird die relative Position der Wände gemessen und/oder geometrische Parameter des Formhohlraums werden aus der relativen Position errechnet, ergänzt durch jeweils notwendige Daten, die sich auf geometrische Parameter des Modells oder der Modelle beziehen, wobei die geometrischen Parameter des Formhohlraums z. b. als P₁ bzw. P₂ gespeichert werden,
• f) aufgrund der geometrischen Parameter P₁ bzw. P₂ des Formhohlraums wird ein Parameter des Kompaktierungsvorgangs oder seines Ergebnisses ausgewählt oder berechnet und z. B. als P_c′ gespeichert,
• g) der so erhaltene Parameter P_c wird mit einem erwünschten Wert P_c′ dieses Parameters verglichen und, wenn sie sich voneinander unterscheiden, wird/werden der Kompaktierungsvorgang und/oder seine Ausgangsbedingungen geändert in Hinblick auf eine Reduzierung des Unterschieds, bevor die nächste Form oder das nächste Formteil hergestellt wird,
  dadurch gekennzeichnet,
• h) daß das Volumen des Formhohlraums vor und nach dem vorangehenden Schritt b berechnet und z. B. als V₁ bzw. V₂ gespeichert wird,
• i) daß aufgrund der so erhaltenen Volumenwerte das Kompaktierungsverhältnis der Gießform oder des Formteils berechnet wird als und, z. B. als R_c′ gespeichert wird,
• j) daß das so erhaltene Kompaktierungsverhältnis R_c mit einem erwünschten Wert R_c′ dieses Verhältnisses verglichen wird, und, wenn das errechnete Kompaktierungsverhältnis R_c größer oder kleiner als das gewünschte Kompaktierungsverhältnis R_c′ ist, der Kompaktierungsdruck entsprechend verringert bzw. erhöht und/oder die Menge des eingeführten Partikelmaterials erhöht bzw. verringert wird, bevor die nächste Gießform oder das nächste Formteil erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem errechneten Kompaktierungsverhältnis R_c und des erwünschten Kompaktierungsverhältnisses R_c′ nach der Erzeugung von n Gießformen oder Formteilen kontinuierlich eingesetzt wird zur Bildung eines Summenwertes der als Grundlage zur Bestimmung der Größe der Änderung des Kompaktierungsdrucks und/oder der einzuführenden Menge von Teilchenmaterial benutzt wird, die nach dem Erzeugen der n-ten Gießform oder des Formteils und vor dem Erzeugen der nächsten bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung proportional dem Summenwert gemacht wird.

4. Verfahren nach einem oder jedem der Ansprüche 1 bis 3 unter Benutzung einer Formherstell-Vorrichtung, bei der das Teilchenmaterial mit hoher Geschwindigkeit in den Formhohlraum eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung eine Änderung des Druckes und/oder des Fluidisierungsdruckes und/oder des Unterdruckwertes umfaßt, mit dem das Teilchenmaterial in den Formhohlraum eingespritzt wird, und/oder der Länge eines solchen Formfüllvorganges.

5. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, der Art, welche umfaßt:

• a) einen Formhohlraum (8), der zum Kompaktieren einer Gießform oder eines Formteils (19) ausgelegt und durch mindestens zwei Wände (11, 12) begrenzt ist, von denen mindestens eine gegen die andere angedrückt werden kann, und wobei mindestens eine Wand (11, 12) ein Modell (9, 10) trägt, dessen Gestalt der Gestalt eines entsprechenden Abschnitts des unter Benutzung der Form oder des Formteils zu gießenden Gußteils entspricht,
• b) Füllmittel (1, 1a, 3, 4, 5, 6, 6a), die zum Einführen von Teilchenmaterial (2) in den Formhohlraum (8) ausgelegt sind, und
• c) Druckmittel (13 usw.), die dazu ausgelegt sind, die Wände (11, 12) aneinander anzudrücken und so das in den Formhohlraum (8) eingeführte Teilchenmaterial zu kompaktieren,
• d) Erfassungsmittel (11a, 12a) zum Erfassen der Positionen der Wände (11, 12) vor und nach Schritt b aus Anspruch 1, und
• e) Steuermittel (6b), das ausgelegt ist, die in den Schritten e, f und g des Anspruchs 1 dargelegten Rechen- und Steuervorgänge auszuführen aufgrund der durch das Erfassen erhaltenen Werte und jeder notwendigen von außen erhaltenen Information (6c) über die Form und Größe der Wände (11, 12) und/oder Modelle,
  dadurch gekennzeichnet,
  daß die Erfassungsmittel (11a, 12a) und das Steuermittel (6b) ausgelegt sind, die Rechen- und Steuervorgänge in der in Ansprüchen 1, 2 oder 3 angegebenen Weise auszuführen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, und die umfaßt Sandzuführmittel (1, 1a, 3, 4, 5, 6, 6a), die ausgelegt sind, Teilchenmaterial (2) in den Formhohlraum (8) mit hoher Geschwindigkeit einzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (6b) ausgelegt sind, den Druck und/oder den Fluidisierungsdruck und/oder den Unterdruckwert, durch den/die das Teilchenmaterial (2) in den Formhohlraum (8) eingeführt wird, und/oder die Länge dieses Formfüllvorganges zu steuern.