DE4425334A1

DE4425334A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formen oder Formteilen durch Verdichtung von partikelförmigem Material

Info

Publication number: DE4425334A1
Application number: DE4425334A
Authority: DE
Inventors: Vagn Mogensen; Jan Bechmann Johansen
Original assignee: Dansk Industri Syndikat AS; Dansk Landbrugs Grovvareselskab AMBA
Current assignee: Disa Industries AS
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1994-07-18
Publication date: 1995-01-26
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: US5618484A; DK85893D0; DK169236B1; JP2701002B2; JPH0751798A; DE4425334C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von For men oder Formteilen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

In der Europäischen Patentanmeldung 0 172 937, den Briti schen Patentanmeldungen 2 031 767 und 2 245 204 und der sowjetischen Erfindungsbeschreibung 1 090 489 sind Verfahren offenbart, bei denen zunächst das erste Preßelement bewegt wird und dann das zweite Preßelement ebenfalls bewegt wird, wenn ein Parameter bezüglich der Formkammer einen vorgegebe nen Wert erreicht hat.

Gemäß diesen Veröffentlichungen wird dieser Parameter von der Länge des Bewegungsweges, der von dem ersten Preßelement während des Verdichtungsvorgangs zurückgelegt wird, gebildet oder hängt von diesem ab.

Somit erfolgt die Steuerung des Verdichtungsvorgangs nicht auf der Grundlage von gemessenen Parametern, die den augen blicklichen Zustand des partikelförmigen Materials, wie bei spielsweise Formsand, das während des Verdichtungsvorgangs verdichtet wird, um die gewünschte Form oder das gewünschte Formteil zu bilden, darstellen, ab.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem der Verdichtungsvorgang in Abhängigkeit des augen blicklichen Zustands des partikelförmigen Materials in der Formkammer gesteuert werden kann, wobei das Ziel dieser Steuerung darin besteht, Formen oder Formteile mit einer im wesentlichen gleichförmigen Festigkeit in Serien- oder Mas senproduktion herzustellen.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils von Patentanspruch 1 ge löst.

Indem der Druck in der Formkammer oder ein Parameter, der von diesem Druck abhängt oder von diesem abgeleitet ist, zur Steuerung verwendet wird, wird der Druck, mit dem die einzelnen Partikel zusammengepreßt werden und der von grund sätzlicher Wichtigkeit für die Festigkeit des fertigen Form körpers ist, mehr oder weniger direkt als Steuerparameter in den Verdichtungsprozeß eingeschlossen.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Diese Vorrich tung ist von der Art, wie sie in dem Oberbegriff von Patent anspruch 4 angegeben ist. Die Vorrichtung ist gemäß der Er findung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils von Pa tentanspruch 4 gekennzeichnet.

Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildun gen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen einer Vor richtung gemäß der Erfindung und verschiedene Ausführungsfor men von Verfahren, die als Grundlage zur Programmierung des Steuermittels für die Vorrichtung verwendet werden können, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Er findung im Längsschnitt, wobei die relevan ten Sensor- und Steuermittel symbolisch dar gestellt sind, und

Fig. 2-4 drei unterschiedliche beispielhafte Ausfüh rungsformen von Prozeßdiagrammen, die als Grundlage zur Programmierung des Steuermit tels der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ver wendet werden können.

Die beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die, teilweise in symbolischer Form, in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt in einer an sich bekannten Weise die folgenden mechanischen Hauptkomponenten:

- eine Formkammer 1, die durch eine obere Wandung 2, eine Bodenwandung 3, zwei Seitenwandungen, die vor und hinter der Schnittebene der Zeichnung vorgesehen sind und damit in der Zeichnung nicht sichtbar sind, sowie ein erstes Modell 4 und ein zweites Modell 5 begrenzt ist,
- einen Trichter 6, der nach unten durch einen Auslaß 7 in den oberen Teil der Formkammer 1 mündet,
- eine erste Preßplatte 8, die mit dem Kolben eines ersten Hydraulikzylinders 10 durch eine erste Kolbenstange 9 ver bunden ist, und
- eine zweite Formplatte 11, die mit dem Kolben in einem zweiten Hydraulikzylinder 13 durch eine zweite Kolbenstan ge 12 verbunden ist.

Hierbei sind die ersten und zweiten Modelle 4 und 5 an der Seite der ersten Preßplatte 8 und der zweiten Preßplatte 11 befestigt und weisen in Richtung der Formkammer 1.

Eine Gußform oder ein Teil für eine solche Gußform, die aus Formsand besteht, kann in einer an sich bekannten Weise her gestellt werden, indem eine geeignete Menge an Formsand in den Trichter 6 eingefüllt wird. Der Sand wird dann schnell nach unten in die Formkammer 1 mittels eines nicht darge stellten Einlaßmittels eingeblasen, woraufhin die Hydraulik zylinder 10 und 13 betätigt werden, um die Preßplatten 8 und 11 und mit diesen die Modelle 4 und 5 aufeinanderzu zu bewe gen, so daß der eingefüllte Formsand verdichtet wird, um das gewünschte Gußformteil zu bilden.

Zusätzlich zu den zuvor erwähnten mechanischen Bauteilen ge hören zu der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung eine Anzahl von Sensoren, nämlich

- ein Kammer-Druckaufnehmer 14 zur Erfassung des Druckes in der Formkammer 1,
- ein erster Bewegungssensor 15 zur Erfassung der Länge des Bewegungsweges der ersten Preßplatte 8,
- ein zweiter Bewegungssensor 16 zur Erfassung der Länge des Bewegungsweges der zweiten Preßplatte 11,
- ein erster Zylinder-Druckaufnehmer 17 zur Erfassung des Druckes in dem ersten Hydraulikzylinder 10 sowie
- ein zweiter Zylinder-Druckaufnehmer 18 zur Erfassung des Druckes in dem zweiten Hydraulikzylinder 13.

Schließlich gehören zu der in Fig. 1 dargestellten Vorrich tung Steuermittel in der Form von

- einem ersten Hydraulikventil 19, über das der erste Hydraulikzylinder 10 mit einer Quelle für unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit verbindbar ist, und
- einem zweiten hydraulischen Ventil 20, über das der zweite Hydraulikzylinder 13 mit der genannten Quelle in Verbindung bringbar ist.

Weiterhin kann die Vorrichtung mit einer Anzahl von nicht dargestellten Sensor- und Steuermitteln ausgerüstet sein, mit denen andere Parameter als diejenigen, mit denen sich die vorliegende Erfindung befaßt, erfaßt und gesteuert wer den können.

Hinsichtlich der Verarbeitung der Signale von den verschiede nen Sensoren und der darauf basierenden Betätigung der Steu ermittel gehören zu der Vorrichtung weiterhin eine Steuerein heit in der Form eines Computers 21 mit einem zugehörigen Bildschirm 22 und einer Tastatur 23, wie er allgemein zur Steuerung von industriellen Vorgängen bekannt ist.

An dieser Stelle soll der guten Ordnung halber angemerkt wer den, daß angenommen wird, daß der Computer 21 von der Art ist, die eine eingebaute Uhr hat, welche durch ein Uhrziffer blatt 24 angedeutet ist.

Die Verbindungslinien zwischen den verschiedenen Teilen der Vorrichtung, die in der vorliegenden Beschreibung nicht im Detail beschrieben sind, tragen vierstellige Bezugsziffern. Die ersten zwei Stellen der Bezugsziffern entsprechen der Einheit, von der Signale abgegeben werden, während die letzten beiden Stellen der Bezugsziffern die Einheit bezeichnen, die die Signale erhält.

Eine erste Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfin dung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Nachdem das Verfahren bei Schritt 202 begonnen worden ist, wird der Anfangsdruck P₂ für die zweite Preßplatte 11 in einem Schritt 204 festgelegt. Dieser Druck P₂ ist der Druck in der Formkammer 1, bei dem die zweite Preßplatte 11 in Be wegung gesetzt wird, wenn dieser durch den Kammer-Druckauf nehmer 14 gemessen wird.

In dem Schritt 206 wird die erste Preßplatte 8 in Bewegung gesetzt, während das Ventil 20 natürlich im geschlossenen Zu stand gehalten wird, um eine Bewegung der zweiten Preßplatte 11 zu verhindern. Der Druck P_MC in der Formkammer wird bei spielsweise mittels des Kammer-Drucksensors 14 gemessen.

In einem Schritt 210 wird nun die Frage gestellt, ob nun der Formkammerdruck P_MC gleich groß wie oder größer als der in Schritt 204 festgelegte Anfangsdruck P₂ ist. Wenn die Ant wort "nein" ist, wird die Messung des Formkammerdrucks P_MC wie zuvor weiter durchgeführt, und wenn die Antwort zu ir gendeinem Zeitpunkt "ja" wird, wird die Preßplatte 11 in einem Schritt 212 betätigt, so daß der Verdichtungsvorgang jetzt sowohl mit der ersten Preßplatte 8 als auch mit der zweiten Preßplatte 11 ausgeführt wird.

Dann wird in einem Schritt 214 die Frage gestellt, ob der Preßvorgang beendet ist. Diese Frage kann auf der Grundlage verschiedener Kriterien, beispielsweise dem Druck in der Formkammer, beantwortet werden. Gemäß der Erfindung ist es aber bevorzugt, einen geeigneten hohen Wert der Ableitung des Formkammerdruckes über die Bewegungen der Preßplatten zu verwenden, die dem Widerstand des verdichteten Sandes gegen eine weitere Verdichtung entspricht. Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung dieses Kriteriums bewirkt, daß die gebildeten und in bestimmter Weise geformten Körper die ge wünschte Festigkeit haben.

Wenn die Antwort zu der Frage im Schritt 214 andeutet, daß der Preßvorgang in der Tat beendet ist, wird der Preßvorgang in einem Schritt 216 unterbrochen und ein neuer Vorgang kann begonnen werden.

Nach dem Lesen der Beschreibung der Fig. 2 sollte es möglich sein, die Fig. 3 und 4 sofort zu verstehen. Dabei sollte es aus den Schritten 304, 308 und 404, 408 jeweils ersichtlich sein, daß der Parameter, der die Betätigung der zweiten Preßplatte triggert, wenn ein bestimmter vorgegebener Wert erreicht wird, durch die Ableitung des Druckes in der Formkammer über den Bewegungsweg der ersten Preßplatte bzw. über die Zeit gebildet ist.

In den Schritten 314 und 414 kann dasselbe Kriterium zur Feststellung, daß der Preßvorgang beendet ist, wie in Schritt 214 in Fig. 2 verwendet werden, und unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 3 sollte bemerkt werden, daß die Berech nung des in diesem Kriterium zu verwendenden Parameters schon im Schritt 308 erfolgt ist.

Gemäß den Fig. 2-4 stellt der Formkammerdruck P_MC den Parameter oder einen Teil des Parameters dar, der als Start kriterium für die zweite Preßplatte verwendet wird, und es ist unter Bezugnahme auf Fig. 2 erwähnt, daß dieser Druck mittels des Kammer-Druckaufnehmers 14 gemessen werden kann. In der Praxis ist es jedoch häufig problematisch, den Form kammerdruck unter Verwendung eines Druckaufnehmers, der in einer der Wandungen der Kammer angeordnet ist, zu messen, aber glücklicherweise ist es auch möglich, den Formkammer druck indirekt mittels der beiden Zylinder-Druckaufnehmer 17 und 18 zu messen. Das führt nicht notwendigerweise zu densel ben Werten während des gesamten Preßvorgangs wie wenn ein Kammer-Druckaufnehmer verwendet wird, aber irgendwelche not wendigen Korrekturen können einfach durch Experimente ausge führt werden.

Hinsichtlich derjenigen Messungen des Bewegungsweges der Preßplatten, die in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform notwendig sind, können diese Messungen mittels der beiden Be wegungssensoren 15 und 16 ausgeführt werden. Diese Messungen erfolgen in an sich bekannter Weise durch Ermittlung der Be wegungen der beiden Preßplatten 8 und 11. Diese Preßbewegun gen werden begonnen, indem die hydraulischen Ventile 19 bzw. 20 geöffnet werden, so daß die zugehörigen Hydraulikzylinder 10 und 13 zu arbeiten beginnen.

Aus den Fig. 2-4 ist ersichtlich, daß die dargestellten Verfahren nur einfache Verfahren sind, d. h. sie allein die Herstellung eines einzigen geformten Körpers in der Formkam mer 1 betreffen. Fachleute in dieser Technik werden jedoch wissen, wie diese Prozeßdiagramme mit den erforderlichen Schleifen versehen werden müssen und wie die Formkammer mit einer automatisch arbeitenden Sandeinschießeinrichtung und Ausrüstung zur Beseitigung der Formen oder Formteile, die hergestellt worden sind, zu kombinieren sind, um es möglich zu machen, die Erfindung in der Massenproduktion von Formen oder Formteilen zu verwenden, wie sie beispielsweise in den gut bekannten DISAMATIC®-Maschinen verwendet werden.

Schließlich sollte der guten Ordnung halber bemerkt werden, daß die in den Fig. 2-4 gezeigten Verfahrensdiagramme na türlich für die Programme verwendet werden sollen, die in den Computer 21 beispielsweise durch Einlesen über die Tasta tur 23 und Prüfung auf dem Bildschirm 22 eingegeben werden.

Bezugszeichenliste

1 Form
2 Obere Wandung
3 Bodenwandung
4 Erste Form
5 Zweite Form
6 Trichter
7 Auslaß
8 Erste Preßplatte
9 Erste Kolbenstange
10 Erster Hydraulikzylinder
11 Zweite Preßplatte
12 Zweite Kolbenstange
13 Zweiter Hydraulikzylinder
14 Kammer-Druckaufnehmer
15 Erster Bewegungssensor
16 Zweiter Bewegungssensor
17 Erster Zylinder-Druckaufnehmer
18 Zweiter Zylinder-Druckaufnehmer
19 Erstes Hydraulikventil
20 Zweites Hydraulikventil
21 Computer
22 Bildschirm
23 Tastatur
24 Uhrzifferblatt
XXYY Verbindungslinien von XX nach YY

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Gußformen oder Teilen von solchen Formen durch Verdichtung von partikelförmigem Ma terial wie Formsand in einer Formkammer, deren Umfangs wandungen erste und zweite Preßelemente aufweisen, die aufeinander zu bewegbar sind, wobei von den Preßelementen zumindest eines ein Modell trägt, das entsprechend der ge wünschten Form der entsprechenden Teile des zu gießenden Bauteils bei Verwendung der Formen oder Teile der Formen geformt ist, wobei die Bewegungen der Preßelemente in einer solchen Weise steuerbar sind, daß die Preßbewegungen des ersten Preßelements zunächst begonnen wird, woraufhin die Preßbewegung des zweiten Preßelements begonnen wird, wenn die Preßbewegung des ersten Preßelements eine vorgegebene Veränderung in mindestens einem Parameter zumindest in der Formkammer bewirkt hat, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der Parameter als der Druck in der Formkammer oder als ein Parameter, der von dem Druck abhängt oder von diesem abgeleitet ist, gewählt ist, und
b) daß die erwähnte Veränderung als eine solche gewählt wird, die einem Druckanstieg in der Formkammer ent spricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter als die Ableitung über die Preßbewegung des ersten Preßelements des Drucks in der Formkammer oder der Kraft, mit der das erste Preßelement bewegt wird oder der Kraft, die auf das zweite Preßelement während der Preßbewegungen des ersten Preßelements wirkt oder eines Parameters, der sich übereinstimmend mit diesen ändert, gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter als Ableitung über die Zeit des Drucks in der Formkammer oder der Kraft, mit der das erste Preßele ment bewegt wird oder der Kraft, die auf das weite Preße lement während der Preßbewegung des ersten Preßelements wirkt, oder eines Parameters, der sich übereinstimmend mit diesen verändert, gewählt wird.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit

a) einer Formkammer (1),
b) Füllmitteln (6, 7) zum Einfüllen von partikelförmigem Material in die Formkammer (1),
c) einem ersten Preßelement (8) und einem zweiten Preßele ment (11), wobei eines der Preßelemente (8, 11) geeig net ist, eine Form zu tragen, wobei die Preßelemente (8, 11) zusammen mit irgendwelchen Modelle (4, 5) sich gegenüberliegend zugewandte Begrenzungen in der Formkammer darstellen und Preßbewegungen aufeinander zu ausführen können unter der Steuerung,
d) von Steuermitteln (21) zur Steuerung der Preßelemente (8, 11) in der Weise, daß zuerst die Preßbewegung des ersten Preßelements (8) begonnen wird, woraufhin die Preßbewegung des zweiten Preßelements (11) begonnen wird, wenn die Preßbewegung des ersten Preßelements (8) eine vorgegebene Veränderung mindestens eines Parameters zumindest in der Formkammer (1) bewirkt hat, dadurch gekennzeichnet, daß
e) daß die Steuermittel (21) geeignet sind, auf einen Druckanstieg in der Formkammer (1) oder eine entspre chende Änderung in einem Parameter, der von dem Druck abhängt oder von diesem abgeleitet ist, reagiert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (21) geeignet sind, auf die Ableitung über die Preßbewegung des ersten Preßelements (8) des Druckes in der Formkammer (1) oder der Kraft, mit der das erste Preßelement (8) bewegt wird oder der Kraft, die auf das zweite Preßelement (11) während der Preßbewegung des ersten Preßelements (8) wirkt oder eines Parameters, der sich übereinstimmend mit diesen ändert, zu reagieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (21) geeignet sind, auf die Ableitung über die Zeit des Druckes in der Formkammer (1) oder der Kraft, mit der das erste Preßelement (8) bewegt wird oder der Kraft, die auf das zweite Preßelement (11) während der Preßbewegung des ersten Preßelements (8) wirkt oder eines Parameters, der sich übereinstimmend mit diesen än dert, zu reagieren.