EP0017131A1 - Verfahren und Einrichtung zum Verdichten von Formstoff - Google Patents

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EP0017131A1
EP0017131A1 EP80101557A EP80101557A EP0017131A1 EP 0017131 A1 EP0017131 A1 EP 0017131A1 EP 80101557 A EP80101557 A EP 80101557A EP 80101557 A EP80101557 A EP 80101557A EP 0017131 A1 EP0017131 A1 EP 0017131A1
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EP
European Patent Office
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pressure
discharge opening
gas
molding material
cavity
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EP80101557A
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Hans Tanner
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Georg Fischer AG
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Georg Fischer AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C15/00—Moulding machines characterised by the compacting mechanism; Accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a method for compacting molding material, in particular foundry molding material, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method according to the preamble of claim 5.
  • Such processes have economic advantages over mechanical processes (shaking, tamping) because the production e.g. of casting molds or cores is possible with simple technical means.
  • a metered amount of molding material is simply poured onto the model or into a core box, after which a pressure surge of a gas compresses the molding material.
  • the pressure surge can be brought about either by a sudden introduction of a high-tension gas into the cavity or by a rapid combustion of combustible gases in the cavity. Vibrating and pressing devices can thus be omitted.
  • a good, homogeneous compression and hardness as well as a flat back of the mold should be achieved, especially in the model area, whereby the relaxation to atmospheric pressure is sufficiently short.
  • FIG. 1 shows a model plate 1 with a model 2.
  • Two frames, a molding box or molding frame 3 and a filling frame 4 are in contact with the model plate 1, into which a metered amount of molding material 9 is poured onto the model 2.
  • a dome-shaped cover 8 is placed, the p latte together with the flask 3, the filling frame 4, and the model 1 form a cavity 10 degrees.
  • the invention is described below using a machine according to the explosion method, but it is of course applicable to all machines in which a gas pressure surge is generated.
  • a first line 11 for supplying a fuel and optionally a second line 13 for supplying an oxidizing agent extend through the upper part of the cover 8.
  • an ignition element 12 in the form of a spark plug is inserted between the lines 11 and 13. The explo Sions-like pressure surge arises from the ignition of the fuel and is sufficient to compress the molding material 9 ready for casting.
  • a pressure control element 19 is installed in a gas discharge opening 20, which serves for the controlled reduction of the pressure generated in the combustion chamber of the fuel mixture in the cavity 10.
  • a discharge line 21 is connected to all discharge openings 20 and collects the exhaust gases.
  • a diaphragm 24, acted upon by a spring 26, of the self-controlling control element 19 with a bore 25 is provided, which is arranged in the hood-like cover 8 (FIG. 1).
  • the spring 26 is enclosed by a bush 30 screwed in from the outside of the side wall 18 with a bore 31 and by the cover 24.
  • the pressure of the explosion first presses the diaphragm 24 against the spring action onto a sealing stop shoulder 32, so that only the bore 25 remains as a gas outlet opening through which the gas can escape.
  • the spring 26 presses the diaphragm 24 into the cavity, as a result of which the discharge opening 20 increases, so that the pressure can drop more quickly.
  • Curve a - b - c - d in FIG. 5 shows a pressure relief curve without measures according to the invention.
  • the pressure peak a which here is approximately 6 bar (absolute)
  • the pressure drops sharply in a hyperbole-like manner, whereby it decreases asymptotically approaches the horizontal.
  • the tightness of the molding material is lower in certain areas than in the case of slow expansion, since the gas in the molding material relaxes too quickly and therefore in ge to some extent inflates again and leads to a loosening.
  • the quality of the molds was significantly improved for a given period of relaxation to atmospheric pressure during the enlargement of the discharge opening 20 of at least 0.5 seconds, preferably 1 second.
  • the dashed curves b-e and c-e of FIG. 5 show two of these pressure levels b and c, the curve c-e being poorly chosen, since this creates a point of discontinuity at point c in the decrease in pressure, which can lead to turbulence , and because the pressure drop in the area c - e is too fast, under 0.5 seconds. Therefore, it is also recommended that the release or the enlargement of the cross section of the discharge opening 20 is linear in time.
  • the spring 26 begins at point b in the diagram to push the aperture 24 away, so that the exhaust gas passage area is gradually increased, whereby no kinking can occur.
  • the time span a - b should expediently be between 0.5 and 1.5 seconds, so that on the one hand a cycle time of, for example, 3 seconds can be maintained and, on the other hand, the gas can be relaxed too quickly.
  • the relaxation to atmospheric pressure runs along the curve a - b - e, the section b - e here being fairly linear over a period of about 1.5 seconds and about a tangent to the cure vein section a - b - c forms.
  • Adjustment options for the pressure relief curve are provided by different bores 25, 31, springs 26 and spring lengths, for example a stronger spring would shift point b, at which the gas discharge opening is enlarged, to the left in the diagram.
  • the bore 25 in the panel 24 is not absolutely necessary. Without a hole, the aperture 24 is a sealing plate, e.g. can also be a rectangular, one-sided clamped metal sheet. The pressure drop across section a - b would then be somewhat less steep. The relaxation then takes place only as a result of cold walls of the cavity 10 and leaks between the parts 1, 3, 4, 8.
  • the cover 8 is a flat plate.
  • a shut-off valve 36 is arranged, and in Fig. 4 is a dart valve 37 is provided which is movable by means of cams, not shown, of a lifting cylinder or a rack 38.
  • the movement speeds of the shut-off devices 36 and 37 can be controlled or regulated by a central control system 39 or by a process computer.
  • a central control system 39 or by a process computer.
  • other relaxation velocities can also be achieved which, for example, run towards zero in the area of point e.
  • the control system can also be designed so that the pressure curve is independent of the temperature of the wall, since it can heat up after longer operating times.
  • the sequence is, for example, in an explosion machine such that a fuel, for example natural gas, is introduced through the first nozzle 11 and an oxidizing agent, for example air or oxygen, is introduced into the cavity 10 through the second nozzle 13 and mixed to form a fuel mixture by means of the Ignition element 12 is ignited and thereby brought to the combustion.
  • a fuel for example natural gas
  • an oxidizing agent for example air or oxygen
  • the fuel mixture can also be generated before it is introduced into the cavity, as indicated in FIG. 4.
  • the atmospheric oxygen in the cavity 10 is sufficient for the combustion, then the nozzle 13 is unnecessary.

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Abstract

Auf eine Modellplatte (1) mit Modell (2), das von einem Formkasten (3) und einem Füllrahmen (4) umrahmt ist, wird Formstoff (9) bis zu einer bestimmten Höhe eingeschüttet.
Durch Aufsetzen einer Abdeckung (8) entsteht ein Hohlraum (10), in dem ein Brennstoff gezündet wird. Durch die schnelle Verbrennung entsteht ein Druckstoss, der den Formstoff verdichtet. Das dadurch erzeugte, gespannte Gas kann durch eine Blende oder eine Klappe derart gesteuert oder geregelt entspannt werden, dass innerhalb kurzer Zeit eine homogen verdichtete Giessform entsteht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von Formstoff, insbesondere von Giessereiformstoff, gemäss dem Oberbegriff des 1. Anspruches. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des 5. Anspruches.
  • Derartige Verfahren haben gegenüber mechanischen Verfahren (Rütteln, Stampfen) wirtschaftliche Vorteile, weil die Herstellung z.B. von Giessformen oder Kernen mit einfachen technischen Mitteln möglich ist. Eine dosierte Menge Formstoff wird einfach auf das Modell oder in eine Kernbüchse geschüttet, wonach ein Druckstoss eines Gases den Formstoff fertig verdichtet. Der Druckstoss kann entweder durch ein schlagartiges Eintretenlassen eines hochgespannten Gases in den Hohlraum oder durch eine schnelle Verbrennung von brennbaren Gasen im Hohlraum zustandegebracht werden. Rüttel- und Pressvorrichtungen können somit entfallen.
  • Ein Verfahren und eine Einrichtung der letztgenannten Art sind in der US-PS 3 170 202 beschrieben. Bei dieser Einrichtung gelangen aber die durch die Verbrennung eines Brennstoffes entstehenden, gespannten Gase durch Oeffnungen im Flansch zwischen Brennkammer und Füllrahmen ungesteuert in die Atmosphäre, was gesundheitlich bedenklich ist. Während des Austretens der Gase entspannen sich diese, und der Druck in der Brennkammer sinkt, wobei die Gesamtdurchtrittsfläche dieser Oeffnungen bei einer gegebenen Vorrichtung nicht verändert werden kann.
  • Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass die Entspannung bzw. der Druckabbau bei einer zu kleinen Gesamtdurchtrittsfläche zu lange dauert, z.B. 10 Sekunden, so dass in vielen Fällen die üblichen Taktzeiten nicht eingehalten werden können. Macht man die Gesamtdurchtrittsfläche aber grösser, kann der für eine gute Verdichtung notwendige Minimaldruck nicht erreicht werden. Auch ist in einem solchen Fall der Druckentspannungsverlauf zu steil, und es können nur defekte Giessformen hergestellt werden, die eine zerrissene Formrückseite und eine über den Formquerschnitt gemessene, unterschiedliche Verdichtung, die zu unbefriedigenden Gussoberflächen führen, aufweisen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, welche die obengenannten Nachteile vermeidet. Dabei soll vor allem im Modellbereich eine gute, homogene Verdichtung und Formhärte sowie eine ebene Formrückseite erreicht werden, wobei die Entspannung auf atmosphärischen Druck ausreichend kurz ist.
  • Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst.
  • Weiterbildungen gehen aus den sonstigen Ansprüchen hervor.
  • Es ist nunmehr möglich, den Druckverlauf für den jeweiligen Betrieb derart einzustellen bzw. zu bestimmen, dass auch kürzere Taktzeiten eingehalten werden können. Dabei kann die Entspannung gesteuert oder mit Hilfe von rückgekoppelten Messgeräten auch geregelt werden. Dadurch wird bei den nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Giessformen eine Lockerung der Giessform, besonders an der Formrückseite, durch eine ungeeignete Entspannung des Gases vermieden.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung zum Verdichten von Formsand, mit einem Steuerorgan in einer Gasabfuhröffnung,
    • Fig. 2 das Steuerorgan nach Fig. l, in grösserem Massstab,
    • Fig. 3 einen Teilschnitt einer zweiten Ausführungsform,
    • Fig. 4 einen Teilschnitt einer dritten Ausführungsform, und
    • Fig. 5 ein Druck-Zeit-Diagramm.
  • In Fig. 1 ist eine Modellplatte 1 mit einem Modell 2 gezeigt. An der Modellplatte 1 liegen zwei Rahmen, ein Formkasten oder Formrahmen 3 und ein Füllrahmen 4 an, in die eine dosierte Menge Formstoff 9 auf das Modell 2 geschüttet wird. Dann wird eine haubenförmige Abdeckung 8 aufgesetzt, die zusammen mit dem Formkasten 3, dem Füllrahmen 4, und der Modellplatte 1 einen Hohlraum 10 bilden.
  • Die Erfindung wird im weiteren an Hand einer Maschine nach dem Explosionsverfahren beschrieben, doch ist sie selbstverständlich auf alle Maschinen anwendbar bei denen ein Gasdruckstoss erzeugt wird.
  • Durch den Oberteil der Abdeckung 8 erstrecken sich eine erste Leitung 11 zur Zufuhr eines Brennstoffes sowie gegebenenfalls eine zweite Leitung 13 zur Zufuhr eines Oxidationsmittels. Zwischen den Leitungen 11 und 13 ist in bevorzugter Lage ein Zündelement 12, in Form einer Zündkerze eingesetzt. Der explosionsartige Druckstoss entsteht durch die Zündung des Brennstoffes und reicht aus, den Formstoff 9 giessfertig zu verdichten.
  • In einer Seitenwand 18 der Abdeckung 8 ist ein Drucksteuerorgan 19 in eine Gasabfuhröffnung 20 eingebaut, das zum gesteuerten Abbau des bei der Verbrennung des Brennstoffgemisches im Hohlraum lO erzeugten Druckes dient. Je nach Grösse des Hohlraumes 10 können mehrere Steuerorgane 19 für den Abbau des Druckes vorgesehen werden. Eine Abfuhrleitung 21 steht mit allen Abfuhr- öffnungen 20 in Verbindung und sammelt die Abgase.
  • In Fig. 2 ist eine von einer Feder 26 beaufschlagte Blende 24 des selbststeuernd ausgebildeten Steuerorganes 19 mit einer Bohrung 25 vorgesehen, welches in der haubenartigen Abdeckung 8 (Fig. 1) angeordnet ist. Die Feder 26 ist durch eine von der Aussenseite der Seitenwand 18 eingeschraubte Büchse 30 mit einer Bohrung 31 und durch die Blende 24 eingeschlossen. Der Druck der Explosion drückt die Blende 24 zuerst gegen die Federwirkung auf eine abdichtende Anschlagschulter 32, so dass nur die Bohrung 25 als Gasaustrittsöffnung verbleibt, durch welche das Gas entweichen kann. Nach dem der Druck im Hohlraum 10 auf einen bestimmten Wert gefallen ist, drückt die Feder 26 die Blende 24 in den Hohlraum, wodurch die Abfuhröffnung 20 sich vergrössert, so dass der Druck schneller sinken kann.
  • Der Hohlraum ist, abgesehen von der Bohrung 25 und von Undichtheiten zwischen den Teilen 1, 3, 4, 8 abschliessbar. Ein Druckentspannungsverlauf ohne erfindungsgemässe Massnahmen zeigt die Kurve a - b - c - d in Fig. 5. Ausgehend von der Druckspitze a, die hier bei etwa 6 bar (absolut) liegt, fällt der Druck in hyperbelähnlicher Weise zuerst stark ab, wobei sie sich asymptotisch der Horizontalen nähert. Es hat sich herausgestellt, dass bei einem plötzlichen Druckabfall gemäss der Kurve a - b - c - e die Dichtheit des Formstoffes in bestimmten Bereichen geringer ist als bei langsamer Entspannung, da sich das im Formstoff befindliche Gas zu schnell entspannt und diesen dadurch in gewissem Masse wieder aufbläht und zu einer Lockerung führt. Die Qualität der Formen wurde bei einer vorgegebenen Zeitspanne der Entspannung auf atmosphärischen Druck während der Vergrösserung der Abfuhröffnung 20 von mindestens 0,5 Sekunden, vorzugsweise 1 Sekunde, wesentlich verbessert.
  • Bei kontinuerlicher Entspannung des Gases im Hohlraum 10 durch die Bohrung 25 folgt der Druck der Kurve a - b - c - d. Die Erfindung sieht nun vor, bei einem bestimmten Druckniveau die weitere Entspannung schneller ablaufen zu lassen als dies ohne besondere Massnahmen der Fall wäre.
  • Die strichlierten Kurven b - e und c - e der Fig. 5 zeigen zwei dieser Druckniveaus b und c, wobei die Kurve c - e schlecht gewählt ist, da sich dadurch eine Unstetigkeitsstelle beim Punkt c in der Druckabnahme bildet, die zu Verwirbelungen führen kann, und weil ausserdem die Druckabnahme im Bereich c - e zu schnell, unter 0,5 Sekunden, erfolgt. Deshalb ist auch zu empfehlen, dass die Freigabe bzw. die Vergrösserung des Querschnittes der Abfuhröffnung 20 zeitlich linear erfolgt.
  • Bei Wahl des Punktes b als Druckniveau zur Oeffnung des Ventils 19 ergibt sich ein sanfter Uebergang der Kurve a - b, der ersten Phase, in die Kurve b - e der zweiten Phase, wobei kein Knick und keine zu schnelle Entspannung erfolgt.
  • Die Feder 26 fängt bei Punkt b im Diagramm an, die Blende 24 wegzudrücken, so dass die Abgasdurchtrittsfläche allmählich vergrössert wird, wobei kein Knick auftreten kann. Die Zeitspanne a - b sollte zweckmässigerweise zwischen 0,5 und 1,5 Sekunden liegen, damit einerseits eine Taktzeit von z.B. 3 Sekunden eingehalten und anderseits eine zu schnelle Entspannung des Gases vermieden werden kann. Die Entspannung auf atmosphärischen Druck verläuft gemäss der Erfindung entlang der Kurve a - b - e, wobei der Abschnitt b - e hier ziemlich linear über eine Zeitspanne von etwa 1,5 Sekunden verläuft und etwa eine Tangente zum Kurvenabschnitt a - b - c bildet. Einstellmöglichkeiten des Druckentspannungsverlaufes sind durch unterschiedliche Bohrungen 25, 31, Federn 26 und Federlängen gegeben, z.B. eine stärkere Feder würde den Punkt b, bei dem die Gasabfuhröffnung vergrössert wird, im Diagramm nach links verschieben.
  • Die Bohrung 25 in der Blende 24 ist nicht unbedingt notwendig. Ohne Bohrung ist die Blende 24 eine Abdichtungsplatte, die z.B. auch ein rechtwinkliges, einseitig eingespanntes Metallblech sein kann. Der Druckabfall über den Abschnitt a - b würde dann etwas weniger steil verlaufen. Die Entspannung findet dann lediglich infolge kalter Wandungen des Hohlraums 10 und Undichtheiten zwischen den Teilen 1, 3, 4, 8 statt.
  • In Fig. 3 ist die Abdeckung 8 eine flache Platte. In cbr Abfuhröffnung 20 ist eine Absperrklappe 36 angeordnet und in Fig. 4 ist ein Stossventil 37 vorgesehen, das mittels nicht dargestellter Nocken, eines Hubzylinders oder einer Zahnstange 38 bewegbar ist. Die Bewegungsgeschwindigkeiten der Absperrorgane 36 bzw. 37 können durch eine zentrale Steueranlage 39 oder durch einen Prozess-Rechner gesteuert oder geregelt werden. Dadurch können auch andere Entspannungsgeschwindigkeiten erreicht werden, welche z.B. im Bereich des Punktes e verlaufend gegen null gehen. Auch kann die Steueranlage so ausgelegt sein, dass.der Druckverlauf unabhängig von der Temperatur der Wand ist, da sich diese nach längeren Betriebszeiten erwärmen kann.
  • Der Ablauf ist beispielsweise bei einer Explosions-Maschine derart, dass durch die erste Düse 11 ein Brennstoff, z.B. Erdgas, und durch die zweite Düse 13 ein Oxidationsmittel, z.B. Luft oder Sauerstoff, in den Hohlraum 10 eingeführt und zu einem Brennstoffgemisch vermengt, mittels des Zündelementes 12 gezündet und dadurch zur Verbrennung gebracht wird. Je nach Art des verwendeten Brennstoffes kann das Brennstoffgemisch auch vor dem Einführen in den Hohlraum erzeugt werden, wie dies in Fig. 4 angedeutet ist. Oder aber der Luftsauerstoff im Hohlraum 10 reicht für die Verbrennung aus, dann ist die Düse 13 unnötig.
  • Nicht nur Giessereiformstoffe, sondern auch andere körnige Stoffe können auf die beschriebene Weise verdichtet werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Verdichten von Formstoff, insbesondere von Giessereiformstoff, wobei eine dosierte Menge Formstoff in einen im wesentlichen abschliessbaren Hohlraum geschüttet und nachfolgend durch einen Druckstoss eines Gases fertig verdichtet wird, wobei das Gas sich nach Erreichung des Maximaldrucks entspannt, dadurch gekennzeichnet, dass während der Entspannung des Gases eine Gasabfuhröffnung freigegeben oder vergrössert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasabfuhröffnung ab Erreichen - ausgehend vom Maximaldruck - eines vorwählbaren Druckniveaus freigegeben oder vergrössert wird und dass die Entspannung des Gases auf atmosphärischen Druck, beginnend von der Erreichung des vorwählbaren Druckniveaus bis zur Erreichung von atmosphärischem Druck mindestens eine halbe Sekunde dauert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabe bzw. die Vergrösserung des Querschnittes der Gasabfuhröffnung (20) im wesentlichen zeitlich linear erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf der Entspannung zwei Phasen aufweist, von denen die erste Phase, welche vom Maximaldruck (a) bis zum vorwählbaren Druck (b) nach einer hyperbelähnlichen Kurve und die zweite Phase vom Druckniveau (b) bis zur Erreichung von atmosphärischem Druck (e) im wesentlichen linear verläuft (Fig. 5).
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einer den Formstoff aufnehmenden Platte (1), mit mindestens einem daran anliegenden Rahmen (3, 4) und mit einer Abdeckung (8), die zusammen einen Hohlraum (10) bilden, sowie mit mindestens einer Gasabfuhröffnung (20), dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Abfuhröffnung (20) mittels eines Steuer-oder Regelorganes (19, 36, 37) veränderbar ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer- oder Regelorgan eine Abdichtungsplatte (24) ist, die mit einer Feder (26) zusammenwirkt, die die Abdichtungsplatte bei einem bestimmten Druckniveau derart verschiebt, dass die Abfuhröffnung (20) freigegeben wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtungsplatte (24) eine Bohrung (25) aufweist, und dass die Abfuhröffnung (20) vergrössert wird.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer- oder Regelorgan eine Absperrklappe (36) oder eine Stossventil (37) ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfuhröffnung (20) in der flachen oder haubenförmigen Abdeckung (8) angeordnet ist.
10. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf Giessereimaschinen, wobei der Druckstoss durch eine schnelle Verbrennung von einer brennbaren Materie oder durch das Oeffnen eines Ventils eines Druckbehälters erzeugt wird.
EP80101557A 1979-04-04 1980-03-25 Verfahren und Einrichtung zum Verdichten von Formstoff Withdrawn EP0017131A1 (de)

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