EP0089547B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten von Giessereiformstoff - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verdichtung von Gießereiformstoff, insbesondere von Naßformsand, durch schlagartige Einwirkung von Gasdruck auf den über dem Modell aufgeschütteterr Formstoff.
• Verdichtungsverfahren dieser Art sind in mehreren Ausführungsformen bekannt (z. B. DE-B-1 961 234, DE-A-29 49 340) und gewinnen in neuerer Zeit zunehmend an wirtschaftlicher Bedeutung. Sie unterscheiden sich im wesentlichen in der Art der Erzeugung der Druckwelle. So wird entweder ein in einem Vordruckraum enthaltenes, hochgespanntes Gas schlagartig zur Entspannung gebracht (DE-B-1 961 234) oder aber wird unmittelbar oberhalb des Formraums der Gasdruck durch Explosion eines brennbaren Gasgemischs erzeugt. Neben diesen beiden prinzipiellen Verfahren sind eine Vielzahl von Varianten bekannt, auf die hier nicht näher einzugehen ist, da sie die Erfindung nicht berühren. In allen Ausführungsformen läuft die erzeugte Druckwelle auf die Formstoffoberfläche auf und führt dann zu einer Verdichtung des Formstoffs.
• Über die Ursachen und Wirkungen bei dieser Art der Formstoffverdichtung konnte noch keine endgültige Klarheit erreicht werden. Es ist jedoch so viel bekannt, daß sich die Verdichtung aus dem Zusammenwirken von Fluidisierungs-Effekten einerseits und an den Formstoffpartikeln wirksam werdenden Staukräften andererseits einstellt. Die Fluidisierung führt zu einer Verminderung der Grenzflächenkräfte zwischen den Formstoffpartikein untereinander wie auch zwischen diesen und dem Modell bzw. dem Formkasten und dem Füllrahmen, so daß die auf das einzelne Formstoffpartikel von dem Gas oder von benachbarten Partikeln ausgeübten Impulskräfte zu einer dichteren Packung des Formstoffs führen.
• Es ist weiterhin beobachtet worden, daß der Verdichtungsgrad nicht nur von den Parametern (Druck, Geschwindigkeit) der Gasdruckwelle, sondern auch von der Höhe der Formstoff-Füllung abhängig ist. So gibt es eine untere Grenze für die Formstoffüberdeckung des Modells, unterhalb der sich kein befriedigender Verdichtungsgrad mehr erreichen läßt. Andererseits gibt es auch eine obere Grenze für die Formstoffüberdeckung, oberhalb der insbesondere der Formrücken keine ausreichende Verdichtung mehr besitzt. Es wird deshalb in der Regel mit einem Formstoff-Überschuß gearbeitet, der im erstgenannten Fall zu einer an sich unnötigen Formhöhe, im zweiten Fall zu einem unnötigen Formstoff-Überstand führt, der nach dem Verdichten abgestreift werden muß.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit deren Hilfe eine gleichmäßige Verdichtung über die Formhöhe bei minimalen Formstoffbedarf erreicht werden kann.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die freie Formstoff-Oberfläche eine gasdurchlässige, freibewegliche Zusatzmasse lose aufgelegt und daß der Gasdruck auf die freie Oberfläche der Zusatzmasse zur Wirkung gebracht wird.
• Praktische Versuche mit einer solchen Zusatzmasse haben gezeigt, daß bei entsprechender Optimierung ein gleichmäßiger Verdichtungsgrad sowohl über den Formquerschnitt, als auch über die Formhöhe erreicht werden kann, wobei die Formstoff-Überdeckung oberhalb der Modellkontur auf das für die Transport- und Abgußfestigkeit der Form erforderliche Maß beschränkt werden kann. Beim Verdichtungsvorgang kann die Gasdruckwelle die Zusatzmasse bei nicht allzu großem Strömungswiderstand durchwandern und in die Formstoffschüttung eindringen. Der Fluidisierungseffekt wird also durch die Zusatzmasse nicht beeinträchtigt. Die für die eigentliche Verdichtung verantwortlichen Staukräfte werden sowohl an den Formstoffpartikein, als auch an den gasundurchlässigen Bereichen der Zusatzmasse wirksam, wobei letztere die ihr erteilten Impulskräfte an die Formstoffpartikel weitergibt.
• Wichtig ist dabei, daß die Zusatzmasse auf der freien Formstoff-Oberfläche aufliegt und nicht etwa freifliegend auf die Formstoff-Oberfläche aufprallt, da hiermit eine unerwünscht vorzeitige Vorverdichtung auf dem Formrücken entstehen würde. Hiermit unterscheidet sich die Erfindung auch von anderen bekannten Vorschlägen, wonach auf die Formstoff-Oberfläche eine Abdeckung aufgelegt wird. Diese wirkt, auch wenn sie aus elastischem Material besteht (US-A-2 830 339), praktisch wie ein Verdichtungskolben, ohne daß das verdichtende Gas in die Formstoffschüttung eindringen kann. Gleiches gilt für einen anderen bekannten Vorschlag (DE-A-29 49 340) bei dem im Rahmen einer Explosionsverdichtung die Formstoffoberfläche ganz oder teilweise mit einer gasundurchlässigen Abdeckung versehen wird. Hiermit soll entweder das Ausbröckeln des Formstoffs am Formrücken vermieden oder aber an den abgedeckten Stellen weniger stark verdichtete Bereiche erhalten werden.
• Es hat sich ferner bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gezeigt, daß nach dem Verdichtungsvorgang die Formstoff-Oberfläche annähernd gleichmäßig eben ist, was sich mit den bisher bekannten Verfahren nicht erreichen läßt. Aufgrund der Optimierung der Formstoffmasse läßt sich auch der in vielen Fällen notwendige Formstoff-Überstand besser regulieren und vor allem in geringerer Höhe einstellen. Bei gegebener Formgröße und Formstoff-Füllung und einem bestimmten Verdichtungsgrad läßt sich gegenüber den bekannten Verfahren mit der Zusatzmasse die Gasenergie, d. h. der Gasdruck und/ oder das Gasvolumen reduzieren, so daß insbesondere eine Verminderung des Gasbedarfs gegeben ist. Schließlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig davon durchführen, ob die Verdichtung des Formstoffs von oben oder von unten her erfolgt.
• Durch bevorzugte weitere Maßnahmen, daß die Zusatzmasse aus mehreren in Richtung senkrecht zur Formstoff-Oberfläche beweglichen Einzelmassen besteht, ist gewährleistet, daß sich jede Einzelmasse entsprechend der ihr von der Druckwelle mitgeteilten Impulskraft bewegen und diese an die Formstoffpartikel weitergeben kann.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, daß die Zusatzmasse eine der Kontur des Modells angepaßte Verteilung der Einzelmasse aufweist derart, daß die Masse über hohen Modellkonturen geringer ist als über tiefe Konturen.
• Zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens geht die Erfindung von einer Vorrichtung mit einem einseitig von einer Modellplatte mit dem Modell abgeschlossenen Formkasten, einem diesen fortsetzenden Füllrahmen, und einer Einrichtung zum Erzeugen oder Speichern von Gas hohen Drucks aus, das auf den Formstoff im Füllrahmen schlagartig zur Wirkung gebracht wird.
• Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß auf die freie Formstoff-Oberfläche eine dies insgesamt abdeckende, gasdurchlässige Zusatzmasse auflegbar und von dieser nach der Verdichtung abhebbar ist.
• Die Zusatzmasse wird also bei jedem Arbeitszyklus der Vorrichtung, z. B. einer Formmaschine, auf den in den Formraum eingefüllten Formstoff aufgelegt, anschließend die Gasdruckwelle zur Wirkung gebracht und nach dem Entlüften des Formraums die Zusatzmasse von der verdichteten Form wieder abgenommen.
• Die Zusatzmasse kann im einfachsten Fall von einem Lochblech gebildet sein, besteht jedoch bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung aus Partikeln größeren spezifischen Gewichtes als der Formstoff und einer diese Partikel einschließenden, gasdurchlässigen und flexiblen Umhüllung. Der Strömungswiderstand dieser Zusatzmasse und damit die von ihr erzeugte Schubkraft läßt sich durch die Partikelform und ihre Schüttdichte beeinflussen, so daß nicht nur über die Größe der Zusatzmasse, sondern auch über die vorgenannten Parameter eine Regulierung der gewünschten Effekte möglich ist. Mit Vorteil besteht die Zusatzmasse aus einer Schüttung von Metallpartikeln und einem diese einschließenden Gewebe. Bei den Metallpartikeln kann es sich beispielsweise um Granulat, Schrot od. dgl. handeln, während das Gewebe ein solches aus Kunststoff oder - im Falle einer Verdichtung durch Explosivkräfte mit entsprechender Temperaturentwicklung - aus Draht sein kann.
• Die solchermaßen aufgebaute Zusatzmasse ist zumindest begrenzt frei beweglich aufgehängt bzw. abgestützt, so daß sie einerseits aufgelegt und abgenommen, andererseits den auf sie wirkenden Kräften ungehindert folgen kann.
• Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung im Längsschnitt gezeigten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung beschrieben.
• In der Zeichnung ist eine Modellplatte 1 mit einem Modell 2 erkennbar, die einen Formkasten 3 unterseitig abschließt. Auf den Formkasten 3 ist ein Füllrahmen 4 aufgesetzt, der seine Fortsetzung in einem Gassammelraum 5 findet. Oberhalb diese eigentlichen Formraums ist eine Abschlußplatte 6 als fester Bestandteil eines Maschinenständers erkennbar, gegen den die Teile des Formraums vor dem Verdichtungsvorgang angepreßt werden. Die im übrigen für die Manipulation des Formkastens 3, des Füllrahmens 4 und des Gassammelraums 5 notwendigen Einrichtungen, wie auch die zur Füllung des Formraums mit Formsand können von üblicher Art sein und sind deshalb nicht näher dargestellt.
• Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist an den Gassammelraum 5 über eine Leitung 8 ein Behälter 7 angeschlossen, in welchem entweder Druckgas gespeichert oder durch die Explosion eines brennbaren Gasgemisches erzeugt wird. In der Verbindungsleitung 8 kann gegebenenfalls ein Ventil angeordnet sein, das nach Öffnen die Druckwelle in den Gassammelraum übertreten läßt.
• Zu dieser Vorrichtung gehört ferner eine Zusatzmasse 10, die auf die freie Formstoffoberfläche 11 innerhalb des Füllrahmens 4 vor dem Verdichtungsvorgang aufgelegt wird. Diese Zusatzmasse 10 besteht aus einer äußeren Hülle 12, beispielsweise einem Lochblech, einem Gewebe od. dgl. und einer von dieser eingeschlossenen Füllung 13 aus Partikeln hohne spezifischen Gewichtes, z. B. Metallgranulat, Metallschrot od. dgl.
• Die Zusatzmasse ist bei dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel über eine Zugseil 15 an einer Hubvorrichtung 14 befestigt, mittels der sie auf die Formstoff-Oberfläche abgesenkt und später von der verdichteten Form abgehoben werden kann. Das Zugseil 15 gibt dabei der Zusatzmasse 10 die beim Verdichtungshub notwendige Bewegungsfreiheit in Richtung senkrecht zur Formstoff-Oberfläche. Statt einer solchen Aufhängung kann die Zusatzmasse an der Hubvorrichtung 14 auch über eine Klinke gelagert sein, die an einer entsprechenden Raste an der Zusatzmasse eingreift, um diese von der fertigen Form abheben zu können. Zum Auflegen der Zusatzmasse braucht dann diese Klinke lediglich gelöst werden, so daß sie auf die Formstoff-Füllung fällt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Verdichten von Gießereiformstoff, insbesondere von Naßformsand, durch schlagartige Einwirkung von Gasdruck auf den über dem Modell aufgeschütteten Formstoff, dadurch gekennzeichnet, daß auf die gesamte freie Formstoff-Oberfläche eine gasdurchlässige, frei bewegliche Zusatzmasse lose aufgelegt und daß der Gasdruck auf die freie Oberfläche der Zusatzmasse zur Wirkung gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse aus mehreren in Richtung senkrecht zur Formstoff-Oberfläche beweglichen Einzelmassen besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Zusatzmasse eine der Kontur des Modells angepaßte Verteilung der Einzelmassen aufweist, derart, daß die Masse über hohen Modellkonturen kleiner ist als über tiefen Konturen.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem einseitig von einer Modellplatte mit dem Modell abgeschlossenen Formkasten, einem diesen fortsetzenden Füllrahmen und einer Einrichtung zum Erzeugen oder Speichern von Gas hohen Drucks, das auf den Formstoff im Füllrahmen schlagartig zur Wirkung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die freie Formstoff-Oberfläche (11) eine diese insgesamt abdeckende gasdurchlässige, frei bewegliche Zusatzmasse (10) lose auflegbar und von dieser nach der Verdichtung abhebbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse aus Partikeln größeren spezifischen Gewichtes als der Formstoff und einer diese Partikel einschließenden, gasdurchlässigen und flexiblen Umhüllung besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse aus einer Schüttung (13) von Metallpartikeln und einem diese einschließenden Gewebe (12) besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (10) zumindest begrenzt frei beweglich aufgehängt bzw. abgestützt ist.

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