DE4126962C2 - Verfahren zum Verdichten von Formmassen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von Formmassen in einer Form, insbesondere einer Gießereiform, bei dem die Formmasse über das Modell in die Form eingefüllt und die Form verschlossen und der über der Formmasse liegende Raum schlagartig einem Gasdruckstoß (Druckgasimpuls) ausgesetzt wird, wobei das Druckgas durch modellseitige Düsenöffnungen entweicht.

Impulsformverfahren dieser Art sind in verschiedenen Ausführungen bekannt (vgl. z. B. DE-A 19 61 234 oder DE-A 33 19 030). Es hat sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad dieser Verfahren noch verbesserungsbedürftig ist.

Ferner ist aus der DE-C 39 39 001 ein mit Gasdruckstoß arbeitendes Verdichtungsverfahren bekannt, bei dem dieser Gasdruckstoß in dem Augenblick ausgelöst und wirksam wird, in dem die Packungsdichte der Sandmasse nach dem Einfüllen so verringert oder die Sandmasse so aufgelockert ist, daß das in die aufgequollene oder aufgeblähte Sandmasse aus dem Gasdruckstoß eindringende Druckgas den Sand bis in dessen tiefe Schichten fluidisiert. Die Druckschrift schlägt verschiedene Wege vor, um den Sand vor Einleitung des Gasdruckstoßes unter Anhebung des Formrückens aufzublähen. Ein Weg ist der, den Kopfraum der Formkammer kurzzeitig mit einem Unterdruckspeicher zu verbinden, um so eine den Sand auflockernde Entspannungsströmung zu erzeugen. Dabei ist es erforderlich, den in sehr kurzer Zeitspanne ablaufenden dynamischen Vorgang des Aufblähens des Sandes genau gegenüber dem Zeitpunkt des Gasdruckstoßes abzustimmen, da sonst die Sandfüllung unter der Wirkung der Schwerkraft und des zunehmenden Druckes zusammenfällt und gegebenenfalls sogar eine höhere Dichte annimmt als zuvor, was den Zweck des bekannten Verfahrens vollständig zunichte machen würde.

Auch bei anderen bekannten Verfahren kann Unterdruck zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt werden. So betrifft die DE-C 28 44 464 ein Verfahren, bei dem der Sand in die Formkammer eingeschossen wird, wozu die Druckdifferenz zwischen einem Unterdruck in die Formkammer und Atmosphärendruck im Sandbunker verwendet wird. Durch den so vorverdichteten Sand wird Druckluft in Strahlen geblasen und gleichzeitig modellseitig abgesaugt. Schließlich erfolgt eine mechanische Nachverdichtung, wobei überschüssige Luft gleichzeitig abgesaugt wird.

Auch bei dem Verfahren nach der DE-A 39 16 530 ist eine mechanische Verdichtung erforderlich. Mit einem Druckgasstoß wird und kann bei diesem Verfahren nicht gearbeitet werden. Allerdings werden in den Sand Druckgasstöße von unterschiedlicher Richtung eingeblasen, worauf die Formkammer modellseitig entlüftet und danach einem Absaugvorgang unterworfen wird.

Die Erfindung betrifft dagegen ein Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Qualität der herzustellenden Formen zu verbessern, den Wirkungsgrad zu erhöhen und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu steigern.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre gemäß Anspruch 1 gelöst.

Der Gasdruckstoß wird im Kopfraum der Formkammer zur Wirkung gebracht, und zwar mit einer kurzen Impulswirkzeit, und erst dann, wenn in der Formmasse und in der Formkammer ein vorbestimmter Unterdruck herrscht. Somit entfaltet der Gasdruckstoß seine Wirkung in der Formkammer und auf eine Formmasse, aus der die Luft bis auf einen begrenzten Unterdruckwert und damit bis auf eine vorgegebene Restluftmenge entfernt worden ist.

Durch die Erfindung werden die Wirkungsverluste des Druckstoßes im Bereich über dem in die Form eingefüllten Formstoff wesentlich verringert. Außerdem wird der durch die im Sand befindliche Luft erzeugte Gegendruck gegenüber dem Gasdruckstoß erheblich herabgesetzt. Dadurch werden die Energieverluste in der durch den Druckstoß bewegten Formmasse verkleinert. Die Teilchen der Formmasse können sich daher zuverlässiger in tiefere Taschen des Modells sowie in seitlicher Richtung bewegen, wodurch eine höhere Vergleichmäßigung der erzielbaren Festigkeit und Dichte der Formmasse erreicht werden.

Dadurch erhöht sich die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, da mit herabgesetzten Ausgangsdrücken gearbeitet werden kann.

Wesentlich ist, daß der Unterdruck in der Formmasse mindestens 10^-2 MPa beträgt. Dieser Wert kann weiter erniedrigt werden, und bis zu 10^-4 MPa er­ reichen. Bei Verstärkung des Unterdruckes kann der Gasarbeitsdruck ent­ sprechend herabgesetzt werden. Bei dem niedrigeren Unterdruck von 10^-2 MPa kann beispielsweise der Arbeitsdruck 0,6 MPa betragen, während er bei Steigerung des Unterdruckes auf Werte bis zu 10^-4 MPa auf etwa 0,3 MPa herabgesetzt werden kann.

In einigen Fallen kann es zweckmäßig sein, den Unterdruck in der Formkammer zu erzeugen bereits vor oder mit Beginn des Einfüllens der Formmasse in die Formkammer. Dies kann insb. bei schwierig abzuformenden Modellen wün­ schenswert sein. In jedem Fall wird der Unterdruck vor Beginn des Gasdruck­ stoßes erzeugt und bis zum Abklingen des Stoßes aufrechterhalten, so daß die eigentliche Impulsverdichtung unter Unterdruck erfolgt. Die eigentliche Wirkzeit des Gasdruckstoßes ist klein und beträgt maximal etwa 0,1 Sek. Dagegen ist es zweckmäßig dafür Sorge zu tragen, daß der Druck aus dem Gasdruckstoß nach der Verdichtung der Formmasse über einen Zeitraum bis auf Atmosphärendruck absinkt, welcher Zeitraum mindestens etwa zehn mal höher als die Impulswirkzeit auf den Formstoff ist. Bei einer Impulswirkzeit von 0,1 Sek. beträgt daher die Druckabfallzeit über dem verdichteten Formstoff mehr als 1,0 Sek.

Die Evakuierung der Formkammer kann über die modellseitigen Düsenöffnungen erfolgen. Zusätzlich kann die Evakuierung aber auch direkt aus dem Kopfraum erfolgen. Die Evakuierung wird durch entsprechende Ventile in der Unterdruck­ leitung gesteuert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in vereinfachter schematischer Form eine nach dem Prinzip der Impuls­ verdichtung arbeitende Formmaschine unmittelbar vor dem Einfüllen der Formmasse in die Formkammer;

Fig. 2 und 3 zeigen die Formmaschine unmittelbar vor bzw. während der Gas­ druckstoßes.

Im dargestellten Beispiel ist eine Modelltragplatte 1 vorgesehen, die, wie bei 5 gezeigt, hohl ausgebildet und über eine Leitung 6 mit nicht dar­ gestelltem Ventil an eine Unterdruckquelle anschließbar ist. In der Oberseite der Modelltragplatte 1 sind zu diesem Zweck bekannte Düsenöffnungen 4 vorgesehen.

Ein Modell 3 und ein Formkasten 2 werden auf die Modelltragplatte 1 ab­ dichtend aufgesetzt. Auf den Formkasten 2 wird ein Füllrahmen 7 aufge­ setzt, der ebenfalls über eine Leitung 6a und ein nicht dargestelltes Ventil mit der Unterdruckquelle verbunden werden kann.

Eine gemäß dem Pfeil 11 seitlich verfahrbare Dosier- und Zuführungsein­ richtung 20 für die Formmasse 10 läßt sich abdichtend auf den Füllrahmen 7 aufsetzen. Die dosierte Formmassenmenge 10 ist in der Vorrichtung 20 mit Hilfe eines in üblicher Weise zu öffnenden Verschlusses, z. B. eines Jalousie­ verschlusses 9, gehalten.

Nach Aufsetzen des Dosier- und Füllkopfes 20 kann der Jalousieverschluß 9 geöffnet und die Formmasse 10 lose über dem Modell 3 in den Formkasten 2 eingefüllt werden.

Es kann aber auch zweckmäßig sein, vor dem Öffnen des Jalousieverschlusses 9 die den Unterdruckleitungen 6, 6a zugeordneten Ventile zu öffnen, so daß in der leeren Formkammer zunächst ein Unterdruck von mindestens 10^-2 MPa erzeugt wird. Nach Erreichen des vorbestimmten Unterdruckes wird der Jalousieverschluß 9 geöffnet, so daß die Formmasse 10 lose in die evakuierte Formkammer fällt. Es ist dabei nicht erforderlich, daß der Jalousieverschluß 9 gasdicht schließt, so daß während der Evakuierung der Formkammer der Unterdruck auch teilweise in die die Formmasse enthaltende Vorkammer durchgreifen kann.

Nach Einfüllen der Formmasse wird der Dosier- und Füllkopf 20 entsprechend dem Pfeil 11 seitlich verfahren und ein Impulskopf 12 ab­ dichtend auf den Fullrahmen 7 aufgesetzt. Der Impulskopf 12 weist ein über einen Vorsteuerdruck steuerbar bewegliches Ventil 14 auf, das in der Stel­ lung nach Fig. 2 eine Ventilöffnung 15 von großem Durchmesser abdichtend verschließt. Der Impulskopf 12 ist über eine Leitung 13 von großem Durchmesser mit einer Druckquelle verbunden, in der eine ausreichende Menge an Druckgas mit dem gewünschten Gasarbeitsdruck in Vorrat gehalten ist.

Die Formkammer wird durch den Impulskopf 12 abdichtend geschlossen und über die Leitungen 6, 6a mit der Unterdruckquelle verbunden, so daß in der bis zu der Füllhöhe 16 eingefüllten Formmasse 10a und im Kopfraum 17 der gewünsch­ te Unterdruck herrscht. Unter Aufrechterhaltung des Unterdruckes wird das Ventil 14 betätigt, so daß sich in dem Kopfraum 17 ein Gasdruckstoß entwickelt, der in der vom Impulsformverfahren bekannten Weise auf die eingefüllte Formmasse schlagartig oder stoßartig einwirkt.

Da die Formkammer und die Formmasse evakuiert sind, kann der Stoß direkt und ohne Dämpfungswirkung auf die Teilchen der Formmasse einwirken, wobei sich der Impuls von der Oberfläche 16 in Richtung auf die Modelloberfläche und die Oberfläche der Modelltragplatte 1 fortsetzt. Bei Erreichen der Modell­ tragplatte kann die Luft durch die Düsenöffnungen 4 entweichen.

Für die Verdichtung wesentlich ist der direkte Druck-Impuls, dessen Einwirkzeit auf die Formmasse maximal 0,1 Sek. beträgt. Das die Druckwelle erzeugende Gas entweicht demgegenüber wesentlich langsamer, und zwar vornehmlich über die Düsenöffnungen 4. Die Druckabfallzeit des Gases beträgt mindestens das Zehnfache der Einwirkzeit des Druckimpulses.

Durch diese beiden Maßnahmen wird erreicht, daß trotz der Entfernung der in der Formmasse von Hause aus enthaltenen Strukturluft und der dadurch bedingten erhöhten Reibung die Teilchen der Formmasse unter der Wirkung des Druckstoßes sich zuverlässig sowohl in tiefe Einsenkungen des Modells als auch seitlich in der Formkammer bewegen, so daß auch bei relativ niedrigem Gasarbeitsdruck eine hohe und vor allem gleichförmige Verdichtung nicht nur über dem Modell, sondern auch an den Seitenbereichen der Form erhalten werden.

Fig. 3 veranschaulicht den Augenblick, in dem das Ventil 14 öffnet und sich schlagartig in dem Kopfraum 17 der Gasdruckstoß entwickelt, der zu einer Verdichtung der Formmasse 10b und einer entsprechenden Absenkung der Form­ sandoberfläche 16a führt, während nach der Verdichtung das Arbeitsgas weiterhin strömt, bis der gedehnte Druckausgleich zur Atmosphäre erfolgt.

Das neue Verfahren wurde in der Praxis mit einem Verfahren mit gleichen Verfahrensparametern, aber ohne Evakuierung der Formkammer verglichen. Verwendet wurde ein Formkasten mit den Abmessungen 800 × 700 × 300 mm. Die Feuchtigkeit der Formmasse betrug 2,4 bis 2,6%. In beiden Fällen wurde die gleiche Formmasse verwendet. Das Innenvolumen im Druckimpulskopf 12 betrug 0,7 m³. Die Impulswirkzeit betrug in beiden Fällen knapp 0,1 Sek.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wurde die Formkammer mit der Unterdruckquelle bereits für das Einfüllen des Sandes verbunden. Beim Gas­ druckstoß betrug der Unterdruck in der Formkammer 10^-3 MPa. Der Arbeits­ druck für den Gasdruckstoß wurde bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf 0,5 Mpa eingestellt.

Die Dichte der auf diese Weise hergestellten Form wurde mit einem Härte­ messer Typ 071 geprüft. Es wurden dabei folgende Werte festgestellt:
An der Sandformoberfläche 91, an der Formunterseite 90, an den lotrechten Seitenflächen in einem Abstand von der Formoberseite von 150 mm 88, im Bereich von inneren Vorsprüngen der Form mit der Höhe von 15 bzw. 24 mm und einem Durchmesser von 20 bzw. 30 mm 84 bis 45, in einer Formvertiefung von 150 mm 83.

Um vergleichbare Ergebnisse bei einer Abänderung des Verfahrens zu erzielen, bei dem der Schritt der Evakuierung der Formkammer entfällt, mußte der Arbeitsdruck des Druckgases im Impulskopf 12 von 0,5 Mpa auf 0,8 Mpa erhöht werden. Dennoch konnten in der Formvertiefung und an den Formvor­ sprüngen die zuvor angegebenen Festigkeitswerte nicht erreicht werden.

Damit zeigt sich, daß das neue Verfahren vor allem auch für die Herstellung von Gießereiformen geeignet ist, die zur Herstellung von Gußstücken kompli­ zierter Form bestimmt sind. Durch die Herabsetzung des Arbeitsdruckes kann dabei eine Energieeinsparung von 30 bis 35% erreicht werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Verdichten von Formmassen in einer Form, insbesondere Gießereiform, bei dem

• (a) die Formmasse über das Modell in die Formkammer eingefüllt und die Formkammer abdichtend verschlossen wird;
• (b) die Formmasse und die Formkammer zunächst mit einer Unterdruckquelle verbunden und auf einen Unterdruck zwischen 10^-2 und 10^-4 MPa evakuiert werden;
• (c) dann erst der über der Formmasse befindliche Raum schlagartig einem Gasdruckstoß (Druckgasimpuls) während einer Impulswirkzeit von maximal 0,1 Sekunden ausgesetzt wird, wobei das Druckgas durch modellseitige Düsenöffnungen entweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Evakuierung von Formmasse und Formkammer einerseits und der Gasdruckstoß andererseits so aufeinander abgestimmt werden, daß die Druckabfallszeit des vom Gasdruckstoß herrührenden Druckes im Kopfraum der Formkammer bis zum Erreichen des Druckes der Umgebungsatmosphäre mindestens das Zehnfache der Impulswirkzeit des Gasdruckstoßes beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Formkammer und der Unterdruckquelle bis zum Abklingen des Gasdruckstoßes gesteuert aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsdruck für den Gasdruckstoß auf einen Wert zwischen 0,2 MPa und 0,8 MPa eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsdruck ein hoher Wert bei einem geringeren Unterdruck und ein niedriger Wert bei einem hohen Unterdruck in der Formkammer eingestellt wird.