EP0152573A1 - Vorrichtung zum Verdichten von Giesserei-Formstoff mittels Druckgas - Google Patents
Vorrichtung zum Verdichten von Giesserei-Formstoff mittels Druckgas Download PDFInfo
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- EP0152573A1 EP0152573A1 EP84114951A EP84114951A EP0152573A1 EP 0152573 A1 EP0152573 A1 EP 0152573A1 EP 84114951 A EP84114951 A EP 84114951A EP 84114951 A EP84114951 A EP 84114951A EP 0152573 A1 EP0152573 A1 EP 0152573A1
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Definitions
- the invention relates to a device for compressing foundry - molding material by means of compressed gas, consisting of a pressure vessel forming a pre-pressure chamber for the compressed gas, a mold space arranged below it from a molding box with filling frame and a model plate with a model that closes the molding box below, on which the molding material before Compression is loosely heaped up, and a large-area valve arranged between the pressure vessel and the molding space, the closure member of which releases the valve opening in a few milliseconds under the influence of the pressure in the pressure vessel, moves into the molding space and can be brought into the closed position by means of a pressure medium cylinder.
- outlet pressure in the pressure vessel the higher these parameters must be, whereby outlet pressures that are in the range of the pressure of operational compressed air networks are aimed at, in order not to have to do too much construction work for the production of compressed gas on the one hand and for the control of the pressure on the other hand.
- the device must have a closure member which on the one hand closes the largest possible cross section for overflowing the compressed gas and on the other hand has the lowest possible mass in order to release the cross section as quickly as possible.
- opening drives that bring the closure member into the opening days in a few milliseconds and thus release the cross section. The aforementioned requirements cannot be achieved with conventional valve designs.
- the pressure medium cylinder in the stroke side has a small displacement volume of e.g. 150 to 500 cm. The lower the displacement volume, the shorter the discharge time or stroke time for given cross sections.
- the high-pressure side drain is decoupled from the other high-pressure circuit and connected to a drain tank via a line of relatively large cross-section.
- the ratio of pressure accumulator volume to displacement volume of the pressure medium cylinder is at least 5: 1.
- the high pressure source is connected to the two channels of the pressure medium cylinder via a control slide, a check valve and a branching pipe thereafter, and that the discharge tank is connected to the branch lines via a controllable check valve.
- the branch lines have the largest possible cross-section in order to allow the pressure medium to drain off quickly.
- the drain tank 63 can be vented between the compression cycles via the line 65, so that its contents can flow into the system tank 66.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten von Gießerei - Formstoff mittels Druckgas , bestehend aus einem einen Vordruckraum bildenden Druckbehälter für das Druckgas, einem darunter angeordneten Formraum aus Formkasten mit Füll rahmen und einer den Formkasten unten abschließenden Modellplatte mit Modell, auf das der Formstoff vor der Verdichtung lose aufgeschüttet wird, und einem zwischen dem Druckbehälter und dem Formraum angeordneten großflächigen Ventil, dessen Verschlußorgan die Ventilöffnung unter Mitwirkung des Drucks im Druckbehälter in einigen Millisekunden freigibt, sich dabei in den Formraum hineinbewegt und mittels eines Druckmittelzylinders in die Schließlage bringbar ist.
- In der älteren Patentanmef dung (DE: P 32 43 951.2, US: 453,093, JP: 57-227 830, EP: 82 11 0996.4) ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichten von Gießerei-Formstoff, insbesondere Formsand, mittels Druckgas, z. 3. Druckluft oder durch explosive Verbrennung erzeugtes Druckgas, beschrieben wobei das Druckgas schlagartig aus einem Druckbehälter in den Formraum entspannt wird, dabei auf die freie Formstoff-Oberfläche einwirkt und die Formstoffpartikel unter gegenseitigem Impulsaustausch sowie durch Verzögerung der beschleunigten Formstoffmasse auf der Modelloberseite und der Modellplatte verdichtet, wobei zusätzlich Fluidisierungseffekte unter Reduzierung der Partikelreibung eintreten. Wesentlich ist hierbei ein hoher Gasmassendurchsatz bei schnellstmöglichem Druckanstieg im Formraum. Diese Parameter müssen umso höher liegen, je niedriger der Ausgangsdruck im Druckbehälter ist, wobei Ausgangsdrucke angestrebt werden, die im Bereich des Drucks betrieblicher Druckluftnetze liegen, um einerseits für die Druckgaserzeugung, andererseits für die Beherrschung des Drucks keinen allzu großen konstruktiven Aufwand betreiben zu müssen. Dies führt dazu, daß die Vorrichtung ein Verschlußorgan aufweisen muß, das einerseits einen größtmöglichen Querschnitt zum Überströmen des Druckgases verschließt, andererseits eine geringstmögliche Masse aufweist, um den Querschnitt schnellstmöglich freizugeben. Ferner erfordert dies Öffnungsantriebe, die das Verschlußorgan in wenigen Millisekunden in die Öffnungstage bringen und somit den Querschnitt freigeben. Mit herkömmlichen Ventilkonstruktionen lassen sich die vorgenannten Voraussetzungen nicht erreichen.
- In der weiteren älteren Patentanmeldung (DE: P 33 21 622.3, US: 617,920, JP: 59-122 180, EP: 84 10 6795.2) wird das Druckgefälle zwischen Druckbehälter und Formraum zur Öffnung des Ventils ausgenutzt, indem das Verschlußorgan innerhalb des Druckbehälters geführt und seine Öffnungsbewegung in den Formraum hinein gerichtet ist. Als Schließantrieb für das Verschlußorgan dient ein Druckmittelzylinder, dessen Kolben mit einer Führungsstange des Verschlußorgans verbunden ist. In der Schließlage wird die Führungsstange mittels einer Klemmeinrichtung festgesetzt. Zumindest während der Öffnungsbewegung ist der Druckmittelzylinder von der Führungsstange abgekoppelt, um nicht gegen den Druck im Druckmittelzylinder arbeiten zu müssen. Danach wird die Antriebsverbindung wieder hergestellt und das Verschlußorgan mi ttel s der Führungsstange wieder in die Schließlage gebracht.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zuvor beschriebene Vorrichtung so weiterzubilden, daß bei geringerem konstruktiven Aufwand eine noch größere Öffnungsgeschwindigkeit für das Verschlußorgan erreicht wird.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben des Druckmittelzyl inders hubseitig an eine Hochdruckquelle angeschlossen ist und mit seiner gegenüberliegenden Seite den beweglichen Abschluß eines mit Gas beaufschlagten Druckspeichers bildet und daß der hochdruckseitige Abfluß so ausgebildet ist, daß das Druckmittel mit einer Geschwindigkeit > 10 m/s abläuft bei gleichzeitiger Beschleunigung des Kolbens unter dem Druck im Druckspeicher und des Verschlußorgans in die Öffnungsstellung.
- Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung übernimmt der Druckmittelzy-I inder nicht nur die Schl ießfunktion, sondern auch die Öffnungs- und Dämpfungsfunktion für das Verschlußorgan. Es entfällt die bei der zuvor beschriebenen Vorrichtung notwendige Klemmeinrichtung und Dämpfungsvorrichtung.
- Praktische Versuche mit den bekannten Vorrichtungen haben gezeigt, daß für Formkasten mittlerer Größe der Druckaufbau über der Formstoff-Oberfläche mit einem Druckgradienten von ca. 200 bis 300bar/s erfolgen muß, um eine einwandfreie Verdichtung zu erhalten. Hieraus ergeben sich bei einem großflächigen Verschlußorgan mit optimierter geringer Masse und einem Ausgangsdruck, wie er in betriebsinternen Druckluftnetzen herrscht, eine Geschwindigkeit für das Verschlußorgan, die über 1 m/s liegen muß. Soll, wie dies erfindungsgemäß vorgesehen ist, die Öffnungsbewegung durch den Druckmittelzylinder, der zum Schließen des Verschlußorgans dient, unterstützt werden, so setzt dies bei einem vorgegebenen Druck im Druckspeicher hohe Abflußgeschwindigkeiten für das während der Öffnungsbewegung vom Kolben verdrängte Druckmittelvolumen voraus. Gemäß der Erfindung muß diese Abflußgeschwindigkeit > 10 m/s sein, also in einem Bereich liegen, der um den Faktor 10 höher liegt wie die in der Hydraulik üblichen Rückölgeschwindigkeiten. Diese wesentlich höhere Abflußgeschwingigkeit für das Verdrängungsvolumen läßt sich durch entsprechende konstruktive Maßnahmen erreichen. Die Kolbengeschwingigkeit selbst kann dabei lediglich Werte im Bereich von ca. 5 m/sec. erreichen.
- Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist der Druckmittelzyl inder hubseitig ein kleines Verdrängungsvolumen von z.B. 150 bis 500 cm auf. Je geringer das Verdrängungsvolumen ist, um so kürzer kann die Abflußzeit bzw. Hubzeit bei gegebenen Querschnitten sein.
- Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der hochdruckseitige Abfluß vom sonstigen Hochdruck-Kreislauf abgekoppelt und über eine Leitung relativ großen Querschnittes an einen Ablauftank angeschlossen.
- Mit diesem Ausführungsbeispiel wird einerseits der Strömungswiderstand für das ablaufende Verdrängungsvolumen so gering als möglich gehalten, andererseits wird durch die Abkopplung vom sonstigen Hochdruck-Kreislauf erreicht, daß die zu verschiebende Druckmittelmenge gering ist. Der Ablauftank gibt die Möglichkeit, abflußseitig einen schnellen Druckabbau zu erhalten.
- In der Praxis hat sich für die Hochdruckquelle ein Druck zwischen 100 und 300 bar als zweckmäßig erwiesen. Diese Drucke lassen sich in der Hydraulik ohne weiteres erreichen.
- Der Druckspeicher, dessen Druck auf die andere Seite des Kolbens wirkt, steht in der Schl ießlage des Verschlußorgans , also in der angehobenen Endlage des Kolbens unter einem Gasdruck zwischen 50 und 200 bar, der unmittelbar oder mittelbar, z. B. über ein Hydraulikpolster, auf den Kolben wirkt. Ab ca. 50 bar steigt der Effekt eines Gasdruckpolsters, der prinzipiell auch schon bei geringeren Drücken vorhanden ist, im Sinne einer zusätzlichen Beschleunigung in vortei Ihafter Weise stark an.
- Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verhältnis von Druckspeichervolumen und Verdrängungsvolumen des Druckmittelzyl inders mindestens 5 : 1 beträgt.
- Praktische Versuche mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung haben ergeben, daß sich die Öffnungsgeschwindigkeit des Verschlußorgans etwa verdoppeln läßt, wobei der konstruktive Aufwand erhebl ich verringert wird.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich weiterhin aus durch eine gegen Ende der Absenkbewegung des Kolbens wirksam werdende Drossel , die dafür sorgt, daß der Kolben und damit das Verschlußorgan auf kurzer Strecke abgebremst werden.
- in einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß die den Kolben mit dem Verschlußorgan verbindende Kolbenstange innerhalb des Druckmittelzylinders einen gegenüber der Zylinderdurchführung der Kolbenstange konisch erweiterten Abschnitt aufweist und daß die Kolbenstange die Zu- und Ablauföffnung des Zylinderraums durchgreift, die in Verbindung mit dem konisch erweiterten Abschnitt der Kolbenstange die Drossel bildet. Mit zusätzlich in den konischen Absatz eingearbeiteten, axial verlaufenden Kerben läßt sich das Dämpfungsverhalten weiter optimieren.
- Die den Kolben abbremsende Drossel ist also in den Druckmittelzylinder integriert.
- Ein schnellstmöglicher Ablauf wird gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dadurch begünstigt, daß die einen Teil der Drossel bildende Zu-und Ablauföffnung des Zylinderraums in wenigstens zwei Zu- und Ab-I aufkanäl e mündet.
- Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Kolben einen in den Raum des Druckspeichers ragenden Ansatz auf, der einen mit einem Endlagenbegrenzer für die Absenkbewegung des Kolbens zusammenwirkenden Anschlag aufweist.
- In bevorzugter Ausführung ist weiterhin vorgesehen, daß die Hochdruckquelle über einen Steuerschieber, ein Rückschlagventil und eine sich danach verzweigende Leitung mit den beiden Kanälen des Druckmittelzylinders verbunden ist, und daß an die Zweigleitungen über ein aufsteuerbares Rückschlagventil der Ablauftank angeschlossen ist. Dabei weisen, wie bereits zuvor angedeutet, die Zweigleitungen einen größtmöglichen Querschnitt auf, um einen schnellen Ablauf des Druckmittels zu ermöglichen.
- Schließlich ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß der Steuerschieber in einer ersten Stellung den Druckmittelzylinder mit der Hochdruckquelle verbindet und die Steuerleitung des aufsteuerbaren Rückschlagventils öffnet, so daß dieses schließt und in einer zweiten Stellung die Steuerleitung mit der Hochdruckquelle verbindet, so daß das Rückschlagventil gegen den Druck in der Zweigleitung öffnet und den Druckmittelzylinder mit dem Ablauftank verbindet.
- Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
- Figur 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung und
- Figur 2 eine Ausführungsform der Steuerung des Druckmittelzyl inders.
- In der Zeichnung sind nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile der Verdichtungsvorrichtung einer Gießerei-Formmaschine wiedergegeben. Es sind insbesondere nicht gezeigt der Maschinenständer, die Einrichtung zum Heben und Senken von Formkasten und Füllrahmen sowie gegebenenfalls zum Ausstoßen der fertigen Form aus dem Formkasten. Ebensowenig sind die Einrichtungen zum Heranbringen des Modells und zum Einfüllen des Formsandes wiedergegeben, da diese Bauteile im Gießerei-Maschinenbau bekannt sind.
- Auf einer Modellplatte 1 mit einem Modell 2 sitzt ein Formkasten 3 und auf diesem ein Füllrahmen 4. Oberhalb dieses Formraums ist ein Druckbehälter 5 - beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel zur Aufnahme von Druckluft - angeordnet, der über einen Anschluß 6 aus einem Druckspeicher oder - bei niedrigem Vordruck- aus dem betrieblichen Druckluftnetz gespeist wird.
- Der Druckbehälter weist als Boden 7 eine Platte auf, die im Bereich oberhalb des Formraums rostartig mit einer Vielzahl von Öffnungen 8 versehen ist. An der Unterseite des Bodens 7 ist ein Rahmen 9 angeflanscht, an den wiederum eine Abluftleitung mit einem Ventil 10 angeschlossen ist. Der Druckbehälter 5 mit dem Rahmen 9 einerseits und die Modellplatte 1 mit Modell 2, Formkasten 3 und Füllrahmen 4 sind gegeneinander beweglich, um den Formraum mit Formstoff füllen zu können. Vor dem Verdichten werden diese beiden Baugruppen zusammengebracht und an ihrer Trennfläche dicht zusammengepreßt.
- Mit dem Boden 7 bzw. dessen die Öffnungen 8 aufweisenden Bereich wirkt ein Verschlußorgan in Form einer starren Ventilplatte 11 zusammen, die gleichfalls eine Vielzahl von Öffnungen 12 besitzt. Ferner sitzt auf der Oberseite der Ventilplatte innerhalb des Bereichs der Öffnungen 12, wie auch der Öffnungen 8 im Boden 7, ein Dichtungsbelag 13. Wie aus der linken Hälfte der Darstellung erkennbar, sind die Öffnungen 8 im Boden 7 und die Öffnungen 12 in der Ventilplatte 11 so gegeneinander versetzt, daß sie sich in der Schließlage nicht überdecken.
- Die Ventilplatte 11 sitzt an einer Führungsstange 14, die in die Kolbenstange 46 des Kolbens 45 eines Druckmittelzylinders 47 übergeht. Dieser ist nachfolgend anhand der Figur 2 beschrieben:
- Der Druckmittelzyl inder 47 ist in einem Hochdruck-Kreislauf angeordnet, wobei die Hochdruckquelle mit 41 bezeichnet ist . Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Hydraulikpumpe, die aus einem Tank 66 gespeist wird. Von der Hochdruckquelle 41 gelangt das Druckmittel über einen Steuerschieber 42 und ein Rückschlagventil 43 in Zweigleitungen 44, die an je einen Kanal 48 im Druckmittelzylinder 47 angeschlossen sind. Die Kanäle 48 wiederum münden in eine zentrale Öffnung 49 des Druckmittelzylinders, die die Verbindung zum Arbeitsraum 50 des Druckmittelzylinders herstellt. Der Druckmittelzylinder 47 weist oberhalb des Kolbens 45 einen Druckspeicher 51 auf, der über ein Rückschlagventil 52 an eine Gas-Druckvorlage 53 angeschlossen ist. Dabei bildet der Kolben 45 den unteren, im übrigen beweglichen Abschluß des Druckspeichers 51. Innerhalb des Druckspeichers ist eine Trennwand 54 angeordnet, die eine Endlagenbegrenzung für den Kolben 45 und damit für das Verschlußorgan 11 bildet. Die Trennwand 54 ist mit mehreren Öffnungen versehen, um den Druck im Druckspeicher 51 ungehindert auf den Kolben 45 wirken zu lassen. Der Kolben seinerseits ist über einen Ansatz 55 mit einem Anschlag 56 versehen, der in der unteren Endlage des Kolbens 45, also in der Öffnungsstellung des Verschlußorgans 11 einem elasstischen Element 57 auf iegt.
- Die Kolbenstange 46 ist in ihrem innerhalb des Arbeitsraums 50 liegenden Bereich mit einem konisch erweiterten Abschnitt 58 versehen, der bei der Absenkbewegung des Kolbens 45 in Verbindung mit der Öffnung 49 eine Art Drossel bildet. Ferner kann der Arbeitsraum 50 des Druckmittelzylinders 47 über eine Leitung 59 mit einer weiteren Feindrossel 60 verbunden sein, die wiederum an eine der beiden Zweigleitungen 44 angeschlossen ist.
- Die Zweigleitungen 44 sind über ein aufsteuerbares Rückschlagventil 61, dessen Steuerleitung über den Steuerschieber 42 mit der Hochdruckquelle 41 verbindbar ist, an einen Ablauftank 63 angeschlossen, dessen Abfluß 64 in den Systemtank 66 mündet und der ferner mit einer Entlüftung 65 ausgestattet ist.
- Nachstehend ist die Funktion der Vorrichtung beschrieben:
- Um das Verschlußorgan 11 aus der in Figur 1 rechts wiedergegebenen geöffneten Stellung in die Schließstellung linke Hälfte der Figur 1) zu bringen, wird der Steuerschieber 42 in die Position "B" gebracht. In dieser Position ist die Verbindung zwischen der Hochdruckquelle 41 und dem Arbeitsraum 50 des Druckmittelzyl inders 47 unter Öffnen des Rückschlagventils 43 hergestellt. Zugleich ist die Steuerleitung 62 des aufsteuerbaren Rückschi agventi ls 61 an den Systemtank angeschlossen, also drucklos, so daß das Rückschlagventil 61 schließt. Das Druckmittel strömt über die Zweigieitungen 44 und die Kanäle 48 in den Arbeitsraum 50 ein, hebt den Kolben 45 und damit die Kolbenstange 46 und die Führungsstange 14 mit dem Verschlußorgan 11, bis dieses schließlich die Schließstellung (linke Hälfte der Figur 1) erreicht hat. Vor oder während dieses Vorgangs wird die Modellplatte 1 mit dem gefüllten Formkasten 3 und Füllrahmen 4 mit dem Rahmen 9 verspannt. Das Ventil 10 befindet sich in der Schließlage. Während des Anhebens des Kolbens 45, das beispielsweise unter einem Druck von ca. 250 bar geschieht, wird gleichzeitig das Medium im Druckspeicher 51 vorgespannt. Eventuelle Leckverluste im Druckspeicher 51 werden durch die Druckvorlage 53 ergänzt. Der Druck im Druckspeicher 51 steigt beispielsweise auf ca. 100 bar.
- Zum schlagartigen Entspannen des Druckbehälters 5 und zum Verdichten des im Formkasten und Fültrahmen vorhandenen Formstoffs wird das Verschlußorgan 11 in die Öffnungslage (rechte Hälfte der Figur 1) gebracht. Hierzu wird der Steuerschieber 42 in die Stellung "A" umgeschaltet. Es steht dann der Druck der Hochdruckquelle 41 in der Steuerleitung 62 an, so daß das Rückschlagventil 61 öffnet. Über die relativ großen Ablaufquerschnitte der Öffnung 49, der Kanäle 48 und der Zweigleitungen 44 läuft das Druckmittel aus dem Arbeitsraum 50 unter Wirkung des Drucks im Druckspeicher 51 über das Rückschlagventil 61 in den Ablauftank 63 ab. Gegen Ende der Absenkbewegung des Kolbens 45 wird der Ablaufquerschnitt zwischen Kolbenstange 46 und Ablauföffnung 49 durch den konischen Abschnitt 58 an der Kolbenstange 46 reduziert, so daß der Kolben 45 und damit das Verschlußorgan 11 abgebremst werden. Während der Öffnungsbewegung läuft das zu verdrängende Druckmedium aus dem Arbeitsraum 50 mit einer Geschwindigkeit von mehr als 10 m/s, vorzugsweise zwischen 20 und 30 m/s ab.
- Der Ablauftank 63 kann zwischen den Verdichtungstakten über die Leitung 65 entlüftet werden, so daß sein Inhalt in den Systemtank 66 abfl ießen kann.
Claims (12)
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (45) des Druckmittelzylinders (47) hubseitig an eine Hochdruckquel le (41) angeschlossen ist und mit seiner gegenüberliegenden Seite den beweglichen Abschluß eines mit Gas beaufschlagten Druckspeichers (51) bildet und daß der hochdruckseitige Abfluß (44,48,61,63) so ausgebildet ist, daß das Druckmittel mit einer Geschwindigkeit 3 10 m/s abläuft bei gleichzeitiger Beschleunigung des Kolbens (45) unter dem Druck im Druckspeicher (51) und des Verschlußorgans (11) in die Öffnungsstellung.
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