DEP0038637DA - Verfahren zur Verdichtung körniger Formmassen für Gießformen und Kerne mittels Schwingungen. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zum Verdichten körniger Formmassen für Giessformen und Kerne mittels Schwingungen.

Jeder Verdichtungsvorgang beim Herstellen einer Giessform hat den Zweck, die im Formkasten über der Modellplatte lose eingefüllte Formmasse so zu verdichten, dass nach Abzug des Modelles ein Formnegativ erhalten bleibt, welches seine Raum- und Masshaltigkeit bis zur beendigten Erstattung des Gussmetalles beibehält. Als Mass für den Grad der erzielten Verdichtung und Verfestigung kann entweder die Volumenverminderung durch die Verdichtung oder die Aenderung des Gewichtes der Raumeinheit der Formmasse vor und nach dem Verdichten benützt werden.

Der Verdichtungsgrad muss an allen Stellen der Formoberfläche ein bestimmtes Mindestmass erreichen und möglichst gleichmässig sein. Die Form als solche ist bis zum Zeitpunkt der Erstarrung des zu vergiessenden Metalles mannigfachen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, die gegebenenfalls die Form- und Masshaltigkeit des Abgusses verändern können. Ausserdem hängt die Widerstandsfähigkeit der Formmasse gegen deformierende Kräfte vom Verdichtungsgrad ab. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Oberfläche eines Modelles alle Lagen umfassen kann, die den Tangentenflächen einer nach oben gewölbten Halbkugel zugehören können. Oertliche Ungleichheiten im Verdichtungsgrad der körnigen Formmasse an der Formoberfläche bewirken auch örtliche Ungleichheiten in der Porenweite der körnigen Formmasse. Der Flüssigkeitsgrad, die Oberflächenspannung und der hydrostatische Druck des beim Giessvorgang den Formenhohlraum ausfüllenden Metalles erfordern, wenn man eine glatte Gussoberfläche erzielen will, ebenfalls an allen Stellen der Formoberfläche eine genügende und möglichst gleichmässige Verdichtung der körnigen Formmasse. Entstehen infolge von Mängeln des verwendeten Verdichtungsverfahrens an einzelnen Stellen der Formoberfläche ungenügend verdichtete, d.h. zu weitporige Stellen, dann hat dies eine rasche Verschlechterung der Gussoberfläche zur Folge; das flüssige Metall dringt in die Poren ein und erstarrt mit einer sand- und gussdurchsetzten Gussoberfläche, die schwer zu reinigen und zu bearbeiten ist.

Als Verdichtungsverfahren zur Herstellung von Giessformen und Kernen aus körnigen Formmassen kennt man das Rütteln (rasch aufeinanderfolgende Stossimpulse), das Pressen oder eine Kombination beider Methoden; diese Verfahren werden in grossem Umfange angewendet. Nach einem weiteren Verfahren schleudert man die Sandmassen mit grosser Geschwindigkeit in den Formraum; in diesem Fall erfolgt die Verdichtung beim Aufprall der Sandmassen auf die festen Teile der Formeinrichtung oder auf die bereits verdichteten Sandschichten.

Typisch für die Verdichtungswirkung durch Pressen oder Rütteln und für kombinierte Anwendung beider Verfahren ist die rein vertikale Stoss- bezw. Druckeinrichtung auf die Formmassen. Horizontal liegende Formflächen werden bei einer solchen Arbeitsweise stärker verdichtet als geneigte und insbesondere senkrecht stehende. Die Ungleichförmigkeit ist am gegossenen Stück durch den ungleichen Feinheitsgrad der entsprechenden Flächen immer nachweisbar. Sie zeigt sich aber auch schon in der verdichteten Form; z.B. ist die Verdichtung, falls man auf die Anwendung zusätzlicher Hilfsmittel verzichtet, entlang der senkrechten Formkastenwände immer schwächer als in der Mitte der Form. Charakteristisch ist weiter, dass der erzielte Verdichtungsgrad bei Formen, die durch Rüttelschläge verdichtet sind, unmittelbar an der Teilebene am grössten ist und mit zunehmendem Abstand von der Teilebene abnimmt. Das Gleiche, aber im umgekehrten Richtungssinn, gilt für Formen, die durch reines Pressen verdichtet werden. Die Ungleichmässigkeit im Verdichtungsgrad zwischen verschieden hohen oder verschieden geneigten Modellflächen zwingt in der Praxis oft besonders profilierte Pressplatten anzuwenden, nur so kann die praktisch unbedingt notwendige minimale Gleichmässigkeit in der Verdichtung erreicht werden.

Allen beschriebenen Verdichtungsmethoden haftet der Mangel an, dass sie in ihrer Wirkung von der Modellform abhängig sind: Ueberwiegend horizontalflächige Modelle mit wenig steilstehenden Flächenpartien werden durch die beschriebenen Methoden besser und gleichmässiger verdichtet als Formen, deren abzuformende Modelle sehr hoch sind und überwiegend steilstehende Flächenlagen besitzen.

Nach einem bekannten Verfahren wird versucht, die ungleichmässige Verdichtung dadurch zu verbessern, dass man den zu verdichtenden Sand einer horizontal kreisenden

Schwingung und einer vertikal gerichteten Presswirkung aussetzt. Die Verdichtungsmethode nützt die bekannte Möglichkeit aus, Schwingungen zur Verdichtung körniger Massen heranzuziehen. Da das ausgeführte Verfahren nur horizontal kreisende Schwingungen verwendet, können durch sie nur Partien entlang steilstehender Modellflächen verdichtet werden; Die Verdichtung entlang der horizontal liegenden Modellflächen dagegen muss durch Pressen erfolgen. Mit anderen Worten: Die diesem Verfahren anhaftenden Verdichtungsungleichheiten entlang horizontaler Modellflächen verschiedener Höhenlagen müssen in Kauf genommen werden.

Bei dem Verfahren gemäss Erfindung erfolgt die Verdichtung der körnigen Formmassen unter Zuhilfenahme dreidimensionaler räumlicher Schwingungen; sie können auf verschiedene Weise erzeugt werden, so z.B. mittels mindestens zweier zueinander senkrecht stehender kreisender Schwingungen oder mittels dreier zueinander senkrecht stehender gerader Schwingungen oder mittels mindestens einer kreisenden und einer senkrecht dazu stehenden geraden Schwingung. Aus Gründen der Zweckmässigkeit können die einzelnen Schwingungen verschiedene Frequenzen aufweisen.

Die Verwendung der vorerwähnten dreidimensionalen räumlichen Schwingungen gestattet, im Gegensatz zu allen vorerwähnten bisher bekannten Verdichtungsmethoden, eine gleichmässige Verdichtung der Masse an der Formoberfläche, unabhängig von der Gestalt des Modelles oder der Kernbüchse.

In der beiliegenden Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen von Einrichtungen dargestellt, die für das Verfahren vorliegender Erfindung Anwendung finden können, und es zeigt:

Fig. 1 eine derartige Einrichtung im Vertikalschnitt,

Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch diese Einrichtung nach der Schnittlinie C-C in Fig. 1,

Fig. 3 zeigt in Draufsicht eine zweite Ausführungsform der Einrichtung für Erzeugung der dreidimensionalen räumlichen Schwingungen,

Fig. 4 zeigt in Draufsicht eine dritte Ausführungsform der Einrichtung für Erzeugung der dreidimensionalen räumlichen Schwingungen,

Fig. 5 zeigt einen Vertikalschnitt nach der Schnittlinie A-A in Fig. 4, wobei der Deutlichkeit halber die im Hintergrund liegenden Teile nur teilweise eingezeichnet sind,

Fig. 6 zeigt einen Vertikalschnitt nach der Schnittlinie B-B in Fig. 4, wobei der Deutlichkeit halber die im Hintergrund liegenden Teile nur teilweise eingezeichnet sind,

Fig. 7 veranschaulicht in Draufsicht in schematischer Weise die Wirkungsweise der durch die Fig. 4-6 gezeigten Schwingungseinrichtung.

In Fig. 1 und 2 bezeichnet 1 einen kastenförmigen Schwingrahmen der in Schwingungen versetzt wird. Derselbe ist gegenüber dem Fundament 2 mittels Federn 3 abgestützt. An der Oberseite des kastenförmigen Schwingrahmens 1 ist eine Modellplatte 4 befestigt. Mit der Oberseite der Modellplatte 4 stehen die Modell 5 in Verbindung. Gegen die Oberseite der Modellplatte 4 legt sich der untere Rand des Formkastens 6. 7 bezeichnet die im Formkasten 6 befindliche körnige Formmasse. An der Modellplatte 4 vorgesehene Zentrierstifte 8 durchdringen Bohrungen in den Lappen 9 des Formkastens 6, wodurch der letztere gegen seitliche Verschiebungen gesichert ist. Im Schwingrahmen 1 ist ein Elektromotor 10 horizontal gelagert. Auf dem einseitig verlängerten Teil 11 der Welle des Elektromotors 10 ist ein Kegelrad 12 befestigt, das im Eingriff steht mit einem Kegelrad 13, das auf einer Welle 14 befestigt ist. Die horizontal gelagerte Welle 14 kreuzt sich im rechten Winkel mit der Welle 11 und ist im Schwingrahmen 1 drehbar gelagert. Auf den beiden Enden der Welle 14 sind Kegelräder 15 befestigt, die im Eingriff stehen mit Kegelrädern 16, die auf Wellen 17 befestigt sind. Die parallel zur Motorwelle 11 verlaufenden

Wellen 17 sind in gleichen Abständen zur Motorwelle 11 angeordnet und im Schwingrahmen 1 drehbar gelagert. Auf jeder Welle 17 ist je ein Unwuchtkörper 18 befestigt. Bei der getroffenen Anordnung drehen sich die Wellen 17 im gegenläufigen Drehsinn. Die Unwuchtkörper 18 sind zueinander derart eingestellt, dass sich die Wirkungen der beiden Unwuchtkörper gegenseitig aufheben, wenn sich die Unwuchten in der Horizontalen befinden, so dass dem Schwingrahmen 1 dadurch keine Schwingungen in der horizontalen Richtung verliehen wird (siehe Fig. 1). Bei einer Verdrehung der Unwuchtkörper 18 im gezeichneten Drehsinn um 90° sind jedoch deren Unwuchten nach einer Richtung gerichtet, d.h. nach oben, sodass dem Schwingrahmen 1 eine geradlinige Abwärtsschwingung erteilt wird. Gelangen die beiden Unwuchten der Unwuchtkörper 18 bei der Weiterdrehung nach unten, so wird dem Schwingrahmen 1 eine geradlinige Aufwärtsschwingung erteilt.

Auf der Welle 11 des Elektromotors 10 ist ausserdem ein Kegelrad 19 befestigt, mit welchem ein Kegelrad 20 im Eingriff steht, das auf einer im Schwingrahmen drehbar gelagerten und vertikal angeordneten Welle 21 befestigt ist. Die Welle 21 liegt in einer gedachten Vertikalebene, welche die Unwuchtkörper 18 in ihrer Mitte durchschneidet (siehe Fig. 2). Auf der Welle 21 ist ein Unwuchtkörper 22 befestigt. Bei einer Drehung der Welle 21 wird durch den

Unwuchtkörper 22 dem Schwingrahmen 1 eine kreisende Schwingung in der Horizontalebene erteilt.

Die geradlinige Auf- und Abwärtsschwingung, hervorgerufen durch die Unwuchtkörper 18 und die horizontale kreisende Schwingung, hervorgerufen durch den Unwuchtkörper 22 erzeugen gemeinsam eine dreidimensionale, räumliche Schwingung des Schwingrahmens 1. Diese dreidimensionalen Schwingungen bewirken, dass die Formmasse 7 beispielsweise bei nach oben gewölbten halbkugelförmigen Modellen 5 an der ganzen Formoberfläche annähernd gleichmässig verdichtet wird. Diese gleichmässige Verdichtung der Formmasse 7 erstreckt sich auch auf diejenigen Partien der Formmasse, welche sich in der Nähe der vertikalen Wände des Formkastens 6 befinden. Nach Beendigung der Verdichtung der Formmasse durch die dreidimensionalen räumlichen Schwingungen kann die Formmasse, wenn dies erforderlich ist einer nachträglichen Verdichtung durch Pressen unterworfen werden.

Bei der durch Fig. 3 dargestellten Einrichtung für Erzeugung der dreidimensionalen räumlichen Schwingungen ist in Lagern 23 des in Schwingungen zu versetzenden Schwingrahmens eine horizontale Welle 24 drehbar gelagert. Rechtwinklig zur Welle 24 sind in Lagern 25 des in Schwingungen zu versetzenden Schwingrahmens zwei Wellen 26 und 27 drehbar gelagert. Die Wellen 24, 26 und 27 liegen auf einer gemeinsamen Horizontalebene. Auf der Welle 24 ist ein grosses Kegelrad 28 und ein kleineres Kegelrad 29 befestigt. Mit dem Kegelrad 28 steht ein auf der Welle 26 befestigtes Kegelrad 30 und mit dem kleineren Kegelrad 29 ein auf der Welle 27 befestigtes Kegelrad 31 im Eingriff. Die Zähnezahlen der Kegelradgetriebe sind derart gewählt und die Gesamtanordnung so getroffen, dass die beiden Wellen 26 und 27 im gleichen Drehsinn und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit eine Drehbewegung vollführen. Der Antrieb kann beispielsweise von der Welle 26 auf eingeleitet werden, zu welchem Zwecke dieselbe beispielsweise mit einem Elektromotor gekuppelt werden kann. Auf der Welle 24 sind zwei Unwuchtkörper 32 befestigt, deren Unwuchten nach der gleichen radialen Richtung zeigen. Die beiden Unwuchtkörper 32 sind in gleichen Abständen von dem Punkt angeordnet, wo sich die Welle 24 mit den Wellen 26 und 27 kreuzt. Auf den Wellen 26 und 27 ist je ein Unwuchtkörper 33 befestigt. Die Unwuchten der beiden Unwuchtkörper 33 zeigen nach der gleichen radialen Richtung und es sind die beiden Unwuchtkörper 33 in gleichen Abständen von der Welle 24 angeordnet. Durch die Unwuchtkörper 33 wird dem Schwingrahmen eine in der Senkrechten kreisende Schwingbewegung erteilt. Diese kreisende Schwingbewegung kreuzt sich im rechten Winkel mit der durch die Unwuchtkörper 32 hervorgerufenen kreisenden Schwingbewegung. Die beiden sich kreuzenden kreisenden Schwingbewegungen erzeugen gemeinsam dreidimensionale räumliche Schwingungen des Schwingrahmens.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 bis 7 ist in einem Lager 34 des Schwingrahmens eine Vertikalwelle 35 drehbar gelagert, an deren oberem Ende ein mit Innen- und Aussenverzahnung versehenes Zahnrad 36 befestigt ist. Am unteren Ende der Vertikalwelle 35 ist ein Kegelrad 37 befestigt, mit welchem ein Kegelrad 38 im Eingriff steht, das auf einer horizontalen Welle 39 befestigt ist. Die letztere ist in Lagern 40 des Schwingrahmens drehbar gelagert. Mit dem freien Ende der Welle 39 kann beispielsweise ein Elektromotor gekuppelt werden, der für den Antrieb des Zahnrades 36 dient. In die Innenverzahnung des Zahnrades 36 greift ein Zahnrad 41. Dem Zahnrad 41 diametral gegenüberstehend greift in die Aussenverzahnung des Zahnrades 36 ein Zahnrad 42. Die Zahnräder 41 und 42 sind an den unteren Enden von Vertikalwellen 43 befestigt, welche in Lagern des Schwingrahmens drehbar gelagert sind. Die Zähnezahlen der Zahnräder 41 und 42 sind derart gewählt, dass beide Wellen 43 bei einer Drehbewegung des Zahnrades 36 gleiche Winkelgeschwindigkeiten aufweisen. Auf den Wellen 43 ist je ein Unwuchtkörper 44 befestigt, welche beide in gleicher Höhenlage angeordnet sind. Die Unwuchten der beiden Unwuchtkörper 44 sind bei der aus Fig. 4 ersichtlichen Stellung nach entgegengesetzten Richtungen gerichtet, sodass sich deren Wirkungen bei dieser Stellung gegenseitig aufheben. Die beiden Wellen 43 besitzen entgegengesetzten Drehsinn, wie dieses aus den eingezeichneten Pfeilrichtungen in Fig. 4 und 7 ersichtlich ist. Bei einer Verdrehung der beiden Wellen 43 um 90° zeigen die Unwuchten der beiden Unwuchtkörper 44 nach der gleichen Richtung, sodass dem Schwingrahmen eine geradlinige Schwingbewegung erteilt wird. Bei einer Fortsetzung der Drehbewegung der beiden Wellen 43 um weitere 180° zeigen die Unwuchten der beiden Unwuchtkörper 44 nach der gleichen jedoch entgegengesetzten Richtung, sodass dem Schwingrahmen eine geradlinige Schwingbewegung nach der entgegengesetzten Richtung erteilt wird. In die Innenverzahnung des Zahnrades 36 greift ausserdem ein Zahnrad 45 und in die Aussenverzahnung des Zahnrades 36 ein Zahnrad 46. Die Zahnräder 45 und 46 sind auf den unteren Enden von im Schwingrahmen drehbar gelagerten vertikalen Wellen 47 befestigt. Eine gedachte Verbindungslinie der Wellen 47 kreuzt sich im rechten Winkel mit einer gedachten Verbindungslinie der Wellen 43. Die Zähnezahlen der beiden Zahnräder 45 und 46 sind derart gewählt, dass die beiden Wellen 47 bei einer Drehung des Zahnrades 36 gleiche Winkelgeschwindig- keiten aufweisen. Auf den Wellen 47 ist je ein Unwuchtkörper 48 befestigt. Diese Unwuchtkörper 48 sind in gleicher Höhenlage angeordnet wie die Unwuchtkörper 44. Die beiden Wellen 47 besitzen entgegengesetzten Drehsinn wie dieses aus den eingezeichneten Pfeilen in Fig. 4 und 7 ersichtlich ist. Die Unwuchten der beiden Unwuchtkörper 48 sind in den Fig. 4 und 7 nach der gleichen Richtung und nach der linken Seite gerichtet, sodass bei dieser Stellung dem Schwingrahmen eine geradlinige Schwingbewegung nach der rechten Seite erteilt wird. Bei einer Fortsetzung der Drehbewegung der beiden Wellen 47 um 180° zeigen die Unwuchten der beiden Unwuchtkörper 48 nach der rechten Seite, sodass dem Schwingrahmen eine geradlinige Schwingbewegung nach der linken Seite erteilt wird. Die durch die Unwuchtkörper 44 dem Schwingrahmen verliehene geradlinige Schwingbewegung ist in Fig. 7 durch die Pfeillinie 49 bezeichnet, während die durch die Unwuchtkörper 48 dem Schwingrahmen verliehene geradlinige Schwingbewegung durch die Pfeillinie 50 bezeichnet ist, die sich mit der Pfeillinie 49 im rechten Winkel kreuzt. Die Pfeillinie 49 liegt in der Mitte zwischen den beiden Wellen 43 und die Pfeillinie 50 liegt in der Mitte zwischen den beiden Wellen 47 (siehe Fig. 7). Der Kreuzungspunkt der beiden Pfeillinien ist mit 51 bezeichnet.

Auf der Welle 39 ist ein Kegelrad 52 befestigt, mit welchem ein Kegelrad 53 im Eingriff steht, das am unteren Ende einer vertikalen nach aufwärts gerichteten Welle 54 befestigt ist, die im Schwingrahmen drehbar gelagert ist. Am oberen Ende der Welle 54 ist ein Kegelrad 55 befestigt, mit welchem ein Kegelrad 56 im Eingriff steht, das am einen Ende einer horizontalen Welle 57 befestigt ist, die im Schwingrahmen drehbar gelagert ist. Am anderen Ende der Welle 57 ist ein Zahnrad 58 befestigt, mit welchem ein Zahnrad 59 im Eingriff steht, das am einen Ende einer im Schwingrahmen drehbar gelagerten Welle 60 befestigt ist. Die Zahnräder 58 und 59 besitzen gleiche Zähnezahlen und es drehen sich die beiden Wellen 57 und 60 mit gleicher Winkelgeschwindigkeit im entgegengesetzten Drehsinn. Die Welle 60 verläuft parallel zur Welle 57 und ist in gleicher Höhenlage angeordnet wie die letztere. Auf jeder Wellen 57 und 60 ist je ein Unwuchtkörper 61 befestigt, welche einander gegenüberstehend angeordnet sind. Wie aus Fig. 4 und 7 ersichtlich ist, sind die Unwuchten der beiden Unwuchtkörper 61 einander zugekehrt, sodass sich deren Wirkung bei dieser Stellung gegenseitig aufhebt. Bei einer Verdrehung der beiden Wellen 57 und 60 um 90° sind die Unwuchten der beiden Unwuchtkörper 61 nach aufwärts gerichtet, sodass dem Schwingrahmen 62 (Fig. 7) eine geradlinige Abwärtsschwingung erteilt wird.

Bei einer Verdrehung der beiden Wellen 57 und 60 um weitere 180° sind die Unwuchten der beiden Unwuchtkörper 61 nach abwärts gerichtet, sodass dem Schwingrahmen 62 eine geradlinige Schwingbewegung nach aufwärts erteilt wird. Für die beiden Unwuchtkörper 61 ist auf den Wellen 57 und 60 eine solche Lage gewählt, dass eine gedachte mittlere Verbindungslinie zwischen den beiden Unwuchtkörpern sich mit dem Kreuzungspunkt 51 der beiden Pfeillinien 49 und 50 kreuzt (siehe Fig. 7), d.h. der in der Horizontalebene schwingende Kreuzungspunkt 51 bezeichnet die jeweilige Lage der auf- und abwärtsschwingenden geradlinigen Schwingung.

Die Zahnrad-Uebersetzungsverhältnisse können entweder derart gewählt werden, dass sich die Wellen 43, 47 sowie die Wellen 57, 60 mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen, sodass alle Unwuchtkörper gleiche Winkelgeschwindigkeiten und infolgedessen gleiche Schwingungsfrequenzen aufweisen; oder die Zahnrad-Uebersetzungsverhältnisse können so gewählt werden, dass die Unwuchtkörper 44, 48 und 61 verschiedene Winkelgeschwindigkeiten, d.h. verschiedene Schwingungsfrequenzen aufweisen.

Auch bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 2 können die Zahnradübersetzungen derart gewählt werden, dass die Schwingungsfrequenzen der Unwuchtkörper 18 und des Unwuchtkörpers 22 entweder einander gleich oder von- einander verschieden sind. Das Gleiche ist der Fall bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3, wo durch entsprechende Wahl der Zahnräderübersetzungen den Unwuchtkörpern 32 und 33 entweder eine gleiche oder eine ungleiche Schwingungsfrequenz erteilt werden kann.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verdichtung körniger Formmassen für Giessformen und Kerne mittels Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass dreidimensionale Schwingungen verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionalen Schwingungen durch mindestens zwei zueinander senkrecht stehende kreisende Schwingungen erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionalen Schwingungen durch mindestens drei zueinander senkrecht stehende Translationsschwingungen erzeugt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionalen Schwingungen durch mindestens eine kreisende und einer senkrecht dazu stehenden Trans- lationsschwingung erzeugt werden.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die senkrecht zueinander stehenden Einzelschwingungen verschiedene Schwingungsfrequenzen aufweisen.