DE69509866T2

DE69509866T2 - Formmaschine

Info

Publication number: DE69509866T2
Application number: DE69509866T
Authority: DE
Inventors: Hironobu Amano; Ryoji Kanayama; Ukichi Oishi; Tokiya Terabe; Nagato Uzaki
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1995-12-08
Publication date: 2000-01-13
Anticipated expiration: 2015-12-09
Also published as: US5695000A; KR960021261A; CN1131592A; TW283102B; JPH08164445A; CN1046444C; EP0720878B1; DE69509866D1; MY130329A; EP0720878A1; JP3164271B2; SG46161A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer Form durch Pressen von Formsand, der in einen Formenerzeugungsbereich eingeleitet ist, der von einer ein Modell tragenden Modellplatte und einem auf der Modellplatte angeordneten Formkasten begrenzt ist.
Für die Herstellung von Formen sind bisher mehrere Verfahren entwickelt worden, bei denen Formsand, der in einen von einer Modellplatte und einem Formkasten begrenzten Formenerzeugungsbereich eingeleitet ist, mit einer Preßplatte gepreßt wird. Beispielsweise lehrt EP-A-0 127 069 ein Verfahren zum Pressen von Formsand, bei dem eine Preßplatte genau über einem mit Formsand gefüllten Formkasten angeordnet und vorübergehend fixiert ist, Luft unter hohem Druck auf die Oberseite der Preßplatte geleitet wird, bis der Druck einen vorbestimmten Wert erreicht, und die fixierte Preßplatte dann freigegeben wird, wodurch die Preßplatte zum Pressen des Formsandes rasch abgesenkt wird.
Eine Vorrichtung zum Herstellen von Formen, die ein solches Verfahren durchführt, erfordert jedoch eine Spannkraft von mehreren zehn Tonnen, um den Kasten und die Modellplatte zu fixieren, weil die Luft unter hohem Druck eingeleitet wird. Die Vorrichtung muß somit eine große Steifigkeit und mechanische Festigkeit besitzen und daher eine Hochleistungsvorrichtung sein. Dies ist nachteilig.
Eine ähnliche Formvorrichtung ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 32 38 712 A1 offenbart, in der die Preßplatte gegen einen in einem an den Kasten angepreßten Gehäuse vorgesehenen Ventilsitz gehalten wird, der ungefähr den gleichen Durchmesser wie der Kasten hat. Die Preßplatte ist durch eine Kolbenstange mit einem Kolben mit einem wirksamen Durchmesser verbunden, der etwas größer als die Preßplatte ist, und der in einem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses auf der dem Kasten entgegengesetzten Seite über dem Ventilsitz hin- und herbewegbar ist. Durch Einleiten von Druckluft in den Raum zwischen der Preßplatte und dem Kolben wird die Preßplatte nach oben gegen den Ventilsitz gepreßt, und es kann keine Luft zu dem mit Formsand gefüllten Kasten strömen. Danach wird Luft von eher höherem Druck als zuvor in den Gehäuseraum über dem Kolben eingeleitet, bis die Kolben-Preßplatte-Baugruppe abrupt vom Ventilsitz gelöst wird und die Druckluft kurzzeitig gegen den Formsand strömt und diesen vorverdichtet, bevor die Preßplatte mit beträchtlicher Geschwindigkeit zur Beendigung der Verdichtungsoperation auf den Formsand auftrifft. Danach wird die Form vom Gehäuse entfernt und abtransportiert.
Aus der deutschen Patentveröffentlichung DE 40 23 180 C1 ist eine Vakuumformvorrichtung bekannt. Ein Abdeckgehäuse oder Verschlußhaube, das bzw. die auf den Rand eines Kastens oder eines Sandaufsetzkastens anzuordnen ist, nimmt eine Preßplatte auf, die an die Gehäusedecke zur vertikalen Bewegung hin- und herbewegbar angehängt und durch eine Zylinder-Kelben- Baugruppe zum mechanischen Verdichten des Formsandes verstellbar ist. Vor dem Anpressen der Preßplatte an die Fläche des Formsandes, kann der Raum im Abdeckgehäuse evakuiert wer den. In der Gehäusedecke ist ein Entlüftungs-Rückschlagventil zum Entlüften des Raumes im Gehäuse während der Verstellung der Preßplatte und zum Vermeiden von Lufteinströmung während der Sandverdichtungsvorganges vorgesehen.
Diese Erfindung ist darauf gerichtet, den beschriebenen Nachteil zu überwinden. Ihre Aufgabe ist die Schaffung einer Vorrichtung von geringerer Steifigkeit und geringerer mechanischer Festigkeit zum Pressen von Formsand.
Zum Lösen der Aufgabe der Erfindung umfaßt die Vorrichtung einen Tisch, der zwischen einem Bereich, in den Formsand eingeleitet wird, und einem Bereich, in dem eine Form hergestellt wird, verstellbar ist und eine Modellplatte zu tragen vermag, auf der ein Formkasten angeordnet ist, einen Zylinder zum Höhenverstellen des Tisches, eine Verschlußhaube, die an ihrem unteren Abschnitt eine mit einer oberen Öffnung des Formkastens in Verbindung stehende Öffnung aufweist, wobei die Verschlußhaube einen gestuften Abschnitt aufweist, derart, daß die Querschnittsfläche eines unteren Abschnitts der Verschlußhaube kleiner ist als die eines oberen Abschnitts von ihr, wenigstens ein Luftzuführrohr zum Verbinden mit einem oberen Abschnitt der Verschlußhaube, ein Luftventil zum Verbinden mit dem Luftzuführrohr, um Umgebungsluft in das Luftzuführrohr einzuleiten, eine Öffnung, die in einem oberen, seitlichen Abschnitt der Verschlußhaube zum Verbinden mit einer Vakuumquelle ausgebildet ist, und eine Preßplatte, die in der Verschlußhaube aufgehängt und senkrecht verstellbar ist, derart, daß die Preßplatte in den kleinen, unteren Abschnitt der Verschlußhaube unter Luftabschluß eingeführt werden kann.
Weil bei der in der vorstehend beschriebenen Weise ausgelegten Erfindung Formsand unter Ausnutzung der Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Unterdruck zuerst mechanisch verdichtet wird, benötigt die Vorrichtung keinen hohen Druck und kann von geringerer mechanischer Steifigkeit und Festigkeit sein.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nunmehr eine Ausführungsform der Erfindung im einzelnen beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Teilschnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem Einfüllen von Formsand.
Fig. 2 ist eine schematische Teilschnittansicht der Ausführungsform, deren geschlossener Raum noch nicht gebildet ist.
Fig. 3 ist eine schematische Teilschnittansicht der Ausführungsform, deren geschlossener Raum gerade gebildet ist.
Fig. 4 ist eine schematische Teilschnittansicht der Ausführungsform, deren geschlossener Raum durch eine Preßplatte in obere und untere Teilräume unterteilt ist.
Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht auf ein verwendetes Luftzuführrohr und ein verwendetes Luftventil.
Fig. 6 ist eine schematische und vergrößerte Schnittansicht des Luftzuführrohres und des Luftventils gemäß Fig. 5.
Fig. 7 ist eine schematische und vergrößerte Draufsicht auf ein Luftzuführrohr und ein Luftventil einer anderen Ausführungsform.
Fig. 8 ist eine schematische und vergrößerte Schnittansicht des Luftzuführrohres und des Luftventils gemäß Fig. 7.
Gemäß Fig. 1 ist eine Vielzahl Ständer 2, 2 auf einem Bett 1 angeordnet. An den oberen Abschnitten der Ständer 2, 2 ist eine Luftstrom-Kopf- und Preßplatten-Baugruppe 3 fest angeordnet. Ferner ist an den Ständern zwischen den oberen Abschnitten der Ständer 2, 2 und dem Bett 1 ein Paar Führungsschienen 4, 4 angeordnet, die sich waagerecht erstrecken (in der Zeichnung ist nur eine sich von links nach rechts erstreckende Schiene zu erkennen). An den Führungsschienen ist ein Zylinder 5 angeordnet, von dem eines seiner Enden an den Führungsschienen zu seiner Abstützung befestigt ist. Am anderen Ende weist der Zylinder 5 eine Zylinderstange 6 auf, die mit einem Tisch 7 lösbar verbunden ist. Der Tisch 7 weist eine Vertiefung auf. Auf einer Bodenplatte 8 des Tisches 7 ist ein Zylinder 9, der als Einrichtung zur Höhenverstellung des Tisches wirkt, so angeordnet, daß er sich in die Vertiefung des Tisches 7 erstreckt. An der Stange des Zylinders 9 ist eine Platte 10 befestigt, die nach unten weist. Auf der Oberseite des Tisches 7 ist eine ein Modell 11 tragende Modellplatte 12 angeordnet, und auf der Modellplatte 12 sind ein Formkasten 13 und ein Aufsetzkasten 13a in Stellung gebracht. Die Modellplatte 12, der Formkasten 13 und der Aufsetzkasten 13a begrenzen einen Formenerzeugungsbereich, in den Formsand 14 eingeleitet wird. Außerhalb des Formkastens 13 sind ein Paar Führungsschienen 15, 15, die durch eine Vielzahl Zylinder 7a, 7a nach oben verstellt werden, und ein Paar Führungsrollen 16, 16 angeordnet. Die Führungsschienen 15, 15 sind über ein Verbindungsteil 7b mit dem Aufsetzkasten 13a verbunden.
Gemäß Fig. 2, die eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist, ist an den oberen Abschnitten der Ständer 2, 2 eine Kopfplatte 17 befestigt. An der Kopfplatte 17 ist eine Verschlußhaube 18 fest angeordnet. Die Verschlußhaube 18 weist an ihrem unteren Ende eine Öffnung auf, die der oberen Öffnung des Formkastens 13 oder des Aufsetzkastens 13a entspricht. Ferner weist die Verschlußhaube einen gestuften Abschnitt auf, derart, daß die Querschnittsfläche ihres oberen Abschnitts größer ist als die des unteren Abschnitts.
Ferner sind am Mittelteil der Decke 19 der Verschlußhaube 18 ein nach unten gerichteter Zylinder 20 und ein Führungszapfen 21 angeordnet. Eine Preßplatte 23 ist sowohl am unteren Ende der Kolbenstange 22 des Zylinders 20 als auch am unteren Ende des Führungszapfens 21 so befestigt, daß die Preßplatte 23, die mit einem Dichtglied 23a an ihrem Umfangsabschnitt versehen ist, in den kleinen, unteren Abschnitt der Verschlußhaube 18 luftdicht eingeführt und in vertikaler Richtung bewegt werden kann. Um sicherzustellen, daß sich die Preßplatte 23 rasch nach unten bewegen kann, ist am Zylinder 20 ein Sicherheitsventil 20a angebracht, wogegen am Führungszapfen 21 auf der entgegengesetzten Seite ein Endschalterhebel 21a und ein Endschalter 21b zum Feststellen der Höhenlage des Führungszapfens 21 angeordnet sind.
Ferner sind ein oder mehr als ein Luftzuführrohr 28 in einer kreisringförmigen Bohrung 28b (sh. Fig. 5) angeordnet, und über dem Luftzuführrohr 28 ist ein kreisringförmiges Luftventil 29 angeordnet. Wie in Fig. 5 und 6 deutlich erkennbar, weist das Luftventil 29 einen Kolben 30 auf, der auf den Innenwandflächen des Ventils 29 verschiebbar ist und das Rohr 28 zum Herstellen der Verbindung mit der äußeren Umgebungsluft über einen unteren Raum 31 des Kolbens 30 öffnet. Der obere Raum 32 des Kolbens 30 steht über ein elektromagnetisches Ventil 33 mit einer Vakuumquelle 27 in Verbindung. Ferner ist auf einer Höhe zwischen dem unteren Ende der Verschlußhaube 18 und dem Bett 1 ein Bandförderer 34 zum Entladen des Formkastens angeordnet.
Es wird nun die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung beschrieben. Zuerst wird gemäß Fig. 1 Formsand 14 mit einer (nicht dargestellten) beliebigen bekannten Vorrichtung in den Formkasten 13 und den Aufsetzkasten 13a, die auf der Modellplatte 12 angeordnet sind, eingebracht. Der Tisch 7, der die Modellplatte 12, den Formkasten 13 und den Aufsetzkasten 13a trägt, wird dann nach rechts bewegt, bis er den Formenerzeugungsbereich unter der Luftstrom-Kopf- und -Preßplatten-Baugruppe 3 erreicht. Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung, in welcher der Tisch 7 unter der Baugruppe angehalten ist.
Gemäß Fig. 3 werden der Formkasten 13 und der Aufsetzkasten 13a durch den Zylinder 9, der den Tisch höhenverstellt, nach oben bewegt, bis der Aufsetzkasten 13a mit der Unterseite der Verschlußhaube 18 in Berührung kommt und dadurch einen geschlossenen Raum begrenzt. Bevor der Tisch höhenverstellt wird, wird er von der Stange 6 gelöst. Sodann wird das elektromagnetische Ventil 26 betätigt, und Luft im geschlossenen Raum, einschließlich der im Formsand 14 enthaltenen Luft, wird durch die Vakuumquelle 27 evakuiert. Das elektromagnetische Ventil 26 wird abgeschaltet, sobald im geschlossenen Raum ein vorbestimmter Unterdruck erreicht ist. Das elektromagnetische Ventil 33 wird betätigt, um die Luft im oberen Raum 32 des Kolbens 30 zu evakuieren, den Kolben 30 nach oben zu verstellen und die Umgebungsluft aus dem unteren Raum 31 des Kolbens 30 rasch in den geschlossenen Raum zu leiten, wodurch bewirkt wird, daß der Strom Umgebungsluft von der Oberfläche des Formsandes 14 durch diesen hindurch zur Modellplatte 12 gelangt und den Formsand zum ersten Mal verdichtet. Nach Beendigung der ersten Verdichtung wird das elektromagnetische Ventil 33 abgeschaltet, um durch Absenken des Kolbens 30 mit diesem das Luftzuführrohr zu schließen. Sodann wird das elektromagnetische Ventil 26 erneut betätigt, um die Luft im geschlossenen Raum zu evakuieren. Sobald ein vorbestimmter Unterdruckwert erreicht ist, wird das elektromagnetische Ventil 26 abgeschaltet, und es wird das elektromagnetische Ventil 35 betätigt, um die Preßplatte 23 abzusenken. Wenn die Preßplatte 23, die mit dem Dichtglied 23a versehen ist, beginnt, in den kleinen, unteren Abschnitt 18a der Verschlußhaube 18 einzudringen (sh. Fig. 4), wird der Endschalter 21b durch den Endschalterhebel 21a betätigt, und ein Signal vom betätigten Endschalter 21b schaltet das elektromagnetische Ventil 33 ein. Somit wird der Kolben 39 erneut rasch nach oben bewegt, um über den unteren Abschnitt 31 des Kolbens und das Rohr 28 die Umgebungsluft rasch in den geschlossenen Raum zu leiten. Die Druckdifferenz zwischen der Luft über und der Luft unter der Druckplatte 23 bewirkt, daß die Preßplatte 23 rasch gegen die Oberseite des Formsandes gepreßt wird und dadurch mit hoher Geschwindigkeit auf den Formsand 14 trifft und ihn verdichtet. Während dieses Vorgangs evakuiert das Sicherheitsventil 20a die Luft im Zylinder 20, um ein Ansteigen dessen Innendrucks zu verhindern, um die rasche Abwärtsbewegung der Druckplatte 23 nicht zu behindern.
Sobald die Preßplatte 23 ihre Abwärtsbewegung beendet, wird das elektromagnetische Ventil 33 ausgeschaltet, um die Preßplatte 23 in ihre Ausgangsstellung zurückzustellen. Der Zylinder 9 für die Höhenverstellung des Tisches wird dann nach unten gefahren, um den Aufsetzkasten 13a von der Verschlußhaube 18 zu trennen, und der Zylinder 9 wird eingeschaltet, um die Rollen 16, 16 auf gleicher Höhe wie den Förderer 34 zu halten, wogegen der Tisch 7 abgesenkt wird, um den Formkasten 13 durch die Rollen 16, 16 abzustützen, den Aufsetzkasten 13a vom Kasten zu trennen und sowohl den Formkasten 13 als auch die hergestellte Form an den Förderer 34 zu übergeben.
Weil die Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsluftdruck über der Preßplatte 23 und dem Unterdruck unter ihr groß ist, wegen des Gewichts der Preßplatte selbst und der Druckdifferenz, weil sich unter der fallenden Preßplatte keine Luft befindet und ihr daher kein Luftwiderstand entgegenwirkt, um ihre Abwärtsbewegung zu behindern, und weil sich keine Luft unter der fallenden Preßplatte befindet und diese somit nicht der aufwärts gerichteten Kraft der durch die Preßplatte zusammengepreßten Luft ausgesetzt ist, was eintreten würde, wenn Luft unter ihr vorhanden wäre, wird der Formsand 14 rasch und gut verdichtet.
Wenngleich bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform zum Anordnen der in vertikaler Richtung beweglichen Preßplatte in der Verschlußhaube ein Druckluftzylinder verwendet wird, können andere Mittel verwendet werden, z. B. ein Elektrozylinder oder andere mechanische Stützeinrichtungen.
Wenn ferner, wie bei dieser Ausführungsform, das Luftzuführrohr 28 kreisringförmig ist, wird die in den geschlossenen Raum eingeleitete Umgebungsluft von der Preßplatte 23 nicht reflektiert; somit wird eine zweckdienliche und vorläufige Verdichtung des Formsandes erreicht. Das heißt, wenn das Luftzuführrohr 28, wie in Fig. 5 und 6, kreisringförmig ist, kann die Luft zwischen der Verschlußhaube 18 und der Preßplatte 23 eingeleitet werden, ohne daß sie selbst, wie in Fig. 3 zu erkennen, auf großen Widerstand stößt. Ferner kann das eine Luftzuführrohr 28 gemäß Fig. 7 durch eine Vielzahl in Umfangsrichtung angeordneter kreisrunder Rohre 28, 28 ersetzt werden.
Der Abstand zwischen der Oberseite des Formsandes und der Unterseite der Preßplatte 23 (d. h. die Fallhöhe der Preßplatte) beträgt wenigstens 30 mm, vorzugsweise 100 bis 150 mm. Zur Erreichung dieses Abstandes muß die Unterseite der Preßplatte 23 30 mm höher liegen als das untere Ende der Verschlußhaube 18.
Wenn die Fallstrecke weniger als 30 mm beträgt, ist die Geschwindigkeit der fallenden Preßplatte gering, und dies führt zu einer schlechten mechanischen Verdichtung. Versuche zeigen, daß bei einer größeren Fallstrecke als 150 mm die Zunahmerate der Geschwindigkeit der Preßplatte bei der vorläufigen Verdichtung geringer wird und dadurch eine Verschlechterung der Fähigkeit zur Formenherstellung verursacht und eine geringer verdichtete Form erzeugt werden. Die Gleichung für die Fallgeschwindigkeit der Preßplatte für diesen Fall lautet:
Fallgeschwindigkeit der Preßplatte = 2x(F/m-1)x9,8xh,
worin F die Druckdifferenz zwischen der Luft über und der Luft unter der Preßplatte, m die Masse der Preßplatte und h die Fallhöhe der Preßplatte ist.
Ferner muß das Einheitsgewicht der Preßplatte 23 mehr als 30 g/cm², vorzugsweise 100 bis 200 g/cm² betragen. Dieser Wert ist der optimale Wert in bezug auf die Fallhöhe der Preßplatte.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung von geringerer Steifigkeit und geringerer mechanischer Festigkeit sein kann, weil sie die Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck und einem Unterdruck ausnutzt. Weil die Vorrichtung ferner den Formsand verdichtet, der sich in einer luftleeren Kammer befindet, ist die Preßplatte keiner nach oben gerichteten Kraft ausgesetzt. Dies sind große Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.

Claims

1. Vorrichtung zum Herstellen einer Form, mit

- einem Tisch (7), der zwischen einem Bereich, in den Formsand eingeleitet wird, und einem Bereich, in dem eine Form hergestellt wird, verstellbar ist zum Tragen einer Modellplatte (12), auf der ein Formkasten (13) angeordnet ist,

- einem Zylinder (9) zum Höhenverstellen des Tisches,

- einer Verschlußhaube (18), die an den Formkasten anlegbar ist, um dadurch zwischen der Verschlußhaube (18) und dem Formkasten (13) einen geschlossenen Raum zu begrenzen, wobei die Verschlußhaube an ihrem unteren Abschnitt eine Öffnung aufweist, die Öffnung mit einer oberen Öffnung des Formkastens in Verbindung steht, die Verschlußhaube einen Abschnitt mit Durchmesserübergang aufweist, derart, daß die Querschnittsfläche des unteren Abschnitts der Verschlußhaube kleiner ist als der eines oberen Abschnitts von ihr,

- wenigstens einem Luftzuführrohr (28) zum Verbinden mit einem oberen Abschnitt der Verschlußhaube,

- einem Luftventil (29) zum Verbinden mit dem Luftzuführrohr, um Umgebungsluft in das Luftzuführrohr einzuleiten,

- einer Öffnung (24), die in einem oberen seitlichen Abschnitt der Verschlußhaube zum Verbinden mit einer Vakuumquelle (27) ausgebildet ist, um dadurch den geschlossenen Raum zu evakuieren, und

- einer Preßplatte (23), die in dem geschlossenen Raum aufgehängt und senkrecht verstellbar ist, derart, daß die Preßplatte in den kleineren unteren Abschnitt der Verschlußhaube unter Luftabschluß eingeführt werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Luftventil (29) von der Gestalt eines Ringes ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Luftventil (29) eine Vielzahl in Umfangsrichtung angeordneter Öffnungen aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Abstand zwischen der Unterseite der Preßplatte und der Verschlußhaube mehr als 30 mm beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Einheits- Gewicht der Preßplatte mehr als 30 g/cm², vorzugsweise 100 bis 200 g/cm² beträgt.