EP0197388B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten von Giessereiformstoffen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten von Giessereiformstoffen Download PDF

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EP0197388B1
EP0197388B1 EP86103822A EP86103822A EP0197388B1 EP 0197388 B1 EP0197388 B1 EP 0197388B1 EP 86103822 A EP86103822 A EP 86103822A EP 86103822 A EP86103822 A EP 86103822A EP 0197388 B1 EP0197388 B1 EP 0197388B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frame
moulding
compacting
sand
molding
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP86103822A
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English (en)
French (fr)
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EP0197388A3 (en
EP0197388A2 (de
Inventor
Dietmar Prof. Dr.-Ing. Boenisch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Georg Fischer AG
Original Assignee
Georg Fischer AG
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Publication date
Application filed by Georg Fischer AG filed Critical Georg Fischer AG
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Publication of EP0197388A2 publication Critical patent/EP0197388A2/de
Publication of EP0197388A3 publication Critical patent/EP0197388A3/de
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Publication of EP0197388B1 publication Critical patent/EP0197388B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C15/00Moulding machines characterised by the compacting mechanism; Accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C15/00Moulding machines characterised by the compacting mechanism; Accessories therefor
    • B22C15/28Compacting by different means acting simultaneously or successively, e.g. preliminary blowing and finally pressing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C15/00Moulding machines characterised by the compacting mechanism; Accessories therefor
    • B22C15/28Compacting by different means acting simultaneously or successively, e.g. preliminary blowing and finally pressing
    • B22C15/30Compacting by different means acting simultaneously or successively, e.g. preliminary blowing and finally pressing by both pressing and jarring devices

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for compressing foundry molding materials, the molding material being poured or pneumatically introduced into a molding device comprising a model device with one or more models, molding frames and filling frames, and subsequently by means of a compression transmitter consisting of a compressed air or combustion force pulse device or a pressing and / or vibrating device is compacted and the entire or predominant molding sand present in the filling frame is moved into the molding frame.
  • a compression transmitter consisting of a compressed air or combustion force pulse device or a pressing and / or vibrating device is compacted and the entire or predominant molding sand present in the filling frame is moved into the molding frame.
  • the strength of foundry molding materials is achieved by compacting the loose sand or pneumatically introduced molding sand into the mold frame.
  • the most important compression principles include shaking, vibrating presses, suction and shooting presses, high-pressure presses and, for some years now, pulse compression with compressed air or combustion of ignitable gas mixtures.
  • the present invention is based on the object of creating methods and devices for compacting foundry molding materials in which the compacting uniformity within a sand mold and thus also the quality of the casting is drastically improved.
  • a method for compressing foundry molding materials the molding material being poured or pneumatically introduced into a molding device consisting of a model device with one or more models, molding frame and filling frame, and subsequently by means of a compression transmitter consisting of a compressed air or combustion force pulse device or a pressing and / or vibrating device and thereby moving all or most of the molding sand present in the filling frame into the molding frame
  • a compression transmitter consisting of a compressed air or combustion force pulse device or a pressing and / or vibrating device and thereby moving all or most of the molding sand present in the filling frame into the molding frame
  • the solution according to the invention ensures that loose areas are built up in partial, predeterminable areas of the molding material which lead to improvement of the mobility of the molding sand during the compression of the molding sand.
  • a compressed air introduced into the molding sand a will create loosenable areas depending on their strength, type of application and exposure time. Limitable loosening areas can also be created using a combustible or burned gas. If this is introduced into the molding sand in strong local concentration and ignited immediately, then explosively pronounced holes are obtained in the molding sand as a second type of reduced packing density and the sand is thus transported and compressed by the compressed gas in the sand.
  • the combustible mixture for example gasoline
  • the molding sand in such a way that it is initially distributed in a certain way and only then ignited, then there is only a weak combustion, with the result that the grains of sand stand out from one another and the molding material thus in reached an improved flowable state.
  • the type and amount of the combustible or burnt mixture, the place of introduction and the effect, in particular also the temporal effect, thus allow predeterminable areas of the loosening state and thus corresponding flowability of the molding sand to be created.
  • the expanding gas within the molding sand can be given a direction that determines the flowability of the molding sand.
  • the expanding gas within the molding sand is given an inflow direction which favors a direction of movement of the molding sand corresponding to the degree of difficulty of the model assignment or model execution.
  • the solution according to the invention of creating selected zones of reduced packing density during the compression by the compression transmitter using a gas in the compacting molding sand is possible with the various types of known compression transmitter.
  • the compression transmitter consists of an air pressure pulse device, then in most cases it is advantageous to choose compressed air as the expanding gas to create the loose areas in the molding sand and, if possible, to derive it from the compressed air of the compression transmitter.
  • the compression transmitter is thus a gas or is operated with one, then the gas to be introduced into the molding sand should advantageously also be of the same type in order to create the loose zones.
  • the compression transmitter consists of an internal combustion pulse device, an internal combustion engine can also be provided to create the loose areas in the molding sand.
  • the pulse devices for creating the loose areas in the molding sand can be derived from the pulse devices for compacting the molding sand. This has the advantage that the times of their effect can be coordinated precisely because, as has been mentioned many times, the loose areas in the molding sand are only created in the period of the compaction work and are no longer present at the end of the compaction work.
  • the compressed air pulse molding machine described by way of example in FIG. 1 consists of the model plate 1 with one or more models 2, the molding frame 3, the seated filling frame 4, in the embodiment according to the invention as a double frame with an all-round inner wall 5.
  • the inner wall 5 is provided with longitudinal slots 6, but can also be perforated in a different version with a plurality of holes.
  • the molding space is closed by the pressure chamber floor 7.
  • a large-area passage 8 for the pulse-triggering medium is at rest with egg NEM large valve 9, which is assumed in this example as a simple poppet valve, closed airtight by a pneumatically or hydraulically acting pressing device 10.
  • the pressure chamber 11 is formed by the housing 12, into which the compressed air supply line 13 opens.
  • the compressed air flow 14 comes from the compressed air supply to the foundry or a special compressor station.
  • pressure of 3 to 5 bar, for example, is stored in the pressure chamber 11.
  • the poppet valve 9 is torn up by triggering the pressing device 10.
  • the compressed air sleeps on the back of the mold 15 in a few milliseconds.
  • the loosely poured molding sand 16 is first pushed together in the region 17 of the back of the mold by the air blow and is already considerably compressed there.
  • This compression front 17 is reinforced by the continuously increasing compression pressure 18 until it leads to final compression at the moment of impact on model 2 and model plate 1 by backflow of the molding material.
  • the compressed air immediately after opening the valve 9 - indicated by arrows 21 - in the space between the double-walled filling frame 4 and 5 and all around the slots 6 laterally in the molding sand.
  • the sand Near the entire inner wall of the filling frame 5, the sand is kept loose during the predominant part of the compression, the wall friction remaining virtually eliminated.
  • the sand - as indicated by arrows 22 - slides increasingly into the critical edge areas 19, where there is considerably improved strength.
  • the extent of the surrounding loose zone 24 is u. a. determined by the viscosity of the compressed gas, the pressure and the slot width.
  • the slot width can be determined or changed according to the degree of difficulty of the model assignment 2 and the height of the molding box 3. For example, the slot widths should be designed to be much narrower for the passage of the hot fuel gases of the internal combustion pulse shaping machine than for the cold air of a compressed air pulse shaping machine. Inappropriately wide slots could push the gas too far into the bale and destroy the entire mold.
  • the filling frame 4 is also double-walled in this example.
  • the inner wall 25 consists of a circumferential, dense component and has a circumferential gap 26 at its lower edge.
  • the gas 15 flowing in between the walls 4 and 25 is directed by a likewise circumferential deflecting strip 27, which is rigidly connected to the parts 4 and 25, in a relatively narrow zone - as shown by arrows 28 - on the wall 25 upwards guided.
  • the effective range of this arrangement can be set very precisely by the gap width between the wall 25 and the deflection strip 27. With this arrangement it is also necessary to ensure that the back of the mold 23 comes to lie as close as possible or even below the upper edge of the deflection strip 27 after the compression.
  • the method according to the invention offers further possibilities which are suitable for a very precise timing of the loosening processes.
  • a corresponding device according to the invention is shown in FIG. 3.
  • the device according to FIG. 3 works with separate compressed air feeds for the compression pressure 18 and the loosening pressure 29.
  • the compressed gas required for loosening the inner mold areas in a localized manner is fed to the ring line 31 via the quick valve 30.
  • This arrangement is characterized by a high adaptability to changing operating conditions.
  • the loosening pressure can thus be applied shortly before the start of pulse compression.
  • the loosening air can be taken from the pressure vessel, for example, so that both air pressures are identical.
  • the compression pressure 18 rises to the level of the loosening pressure in the ring line 31, so that the pressure difference in the course of the compression constantly becomes smaller and ultimately zero. In this way, the loosening effect towards the end of the compression can be eliminated, which turns out to be advantageous in certain applications.
  • compressed air pulse compression according to FIG. 3 is designed for an all-round double row of nozzles and additional blowers which have proven themselves in large sand molds. Additional wind instruments are particularly advantageous when working with several and quite tall models as shown in FIG. 3. Even deep pockets in models which are arranged in central areas of the model plate 1 can be better shaped by means of additional blowing units.
  • the blower 32 is provided in the embodiment proposed here with a deflection device 33, which causes a cylindrical effective area 34 directed upwards.
  • a deflection device 33 which causes a cylindrical effective area 34 directed upwards.
  • other embodiments can also be selected with different knitting geometries and knitting strengths.
  • the optimal design must be adapted to the operating requirements.
  • the blower 32 can, as suggested in the exemplary embodiment in FIG. 3, be connected to the ring line 31 or also have a separate compressed air supply with its own control.
  • the action times of the various loosening devices can be provided in a very short and also staggered manner by using several quick valves.
  • FIG. 3 shows that the main directions of movement 22 of the molding sand during the compaction are influenced by the type and position of the various loosening devices, and thus a thoroughly improved compaction uniformity can be achieved.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichten von Gießereiformstoffen, wobei der Formstoff in eine Formeinrichtung aus Modelleinrichtung mit einem oder mehreren Modellen, Formrahmen und Füllrahmen geschüttet oder pneumatisch eingebracht wird und nachfolgend mittels einem Verdichtungsgeber, bestehend aus einer Druckluft- oder Verbrennungskraft-Impulseinrichtung oder einer Preß- und / oder Rüttelvorrichtung verdichtet und dabei der gesamte oder überwiegende, im Füllrahmen vorhandene Formsand in den Formrahmen bewegt wird.
  • Die Festigkeit von Gießereiformstoffen, insbesondere bentonitgebundener Sandformen, wird durch Verdichten des lose geschütteten oder pneumatisch in den Formrahmen eingebrachten Formsand erreicht. Zu den wichtigsten Verdichtungsprinzipien zählen das Rütteln, Rüttelpressen, Saug-und Schießpressen, Hochdruckpressen und seit einigen Jahren verstärkt das Impulsverdichten mit Druckluft oder Verbrennung zündfähiger Gasgemische.
  • Die steigenden Qualitätsansprüche an die technischen Gußstücke, hier sei beispielhaft der zunehmend komplizierter werdende Automobilguß genannt, stellen steigende Anforderungen an die Qualität der Sandform. Insbesondere werden hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte verlangt, die nur mittels gleichmäßig verdichteter Sandformen mit gleichmäßiger Dichte- und Festigkeitsverteilung innerhalb des Formballens gewährleistet werden können. Hier stehen jedoch bei allen Verdichtungsverfahren tiefgreifende Schwierigkeiten entgegen, die durch die schlechte Fließfähigkeit tongebundener Gießereiformsande und die zum Teil sehr erheblichen Höhen- und Volumenunterschiede der eingeformten Modelle begründet sind. Hinzukommt, daß Modellplatten aus Wirtschaftlichkeitsgründen immer dichter mit Modellen belegt werden und damit auch der Abstand zwischen den einzelnen Modellen und zwischen diesen und der Formkastenwand geringer wird. Damit ist es für den Formsand zunehmend schwieriger, die zwischenliegenden Räume mit ausreichendem Verdichtungsdruck auszuformen und an diesen Stellen ausreichende Festigkeiten zu entwickeln.
  • Heutige Formmaschinen können zwar sehr hohe Verdichtungsdrücke leisten, ohne aber damit auch eine gleichmäßige Formverdichtung zu erreichen. Es kommt häufig vor, daß im Gegenteil mit steigendem Verdichtungsdruck der Maschine die Ungleichmäßigkeit der Packungsdichte der Sandkörner und damit auch die der Formfestigkeit in ein- und derselben Sandform zunehmen. Ursachen sind die bei hohen Verdichtungsdrücken im Formsand über großflächigen und stark stauenden Modellen verstärkt auftretenden Seitenkräfte, die zur Propfenbildung, das sind hochverdichtende Sandbrücken über den zwischenliegende Formbereichen führend und den Zutritt von Formstoff und Verdichtungsdruck in die spaltenförmigen Bereiche erschweren. Damit wird insbesondere auch die Randverdichtung zwischen den Modellen und der Formkastenwand behindert, weil in dieser ringsumlaufenden Zone der Sandform der Verdichtungswirkdruck infolge der Reibung des Sandes an der Formwand ohnehin abgeschwächt ist. Dann findet der Sandballen im Formkasten nicht ausreichend Halt, was zu überaus gefürchteten Versatzerscheinungen führt. Tiefliegende Ballenteile sind häufig derart schlecht ausgeformt, daß sie bereits während des Modellziehens abreißen oder beim späteren Abguß nachgeben und Maßungenauigkeiten am Gußstück verursachen. Auch sind weitere Fehler, wie Kantenabrieb, Erosion und Penetration die Folge.
  • Aus den Patent Abstracts of Japan, Band 7, Nr. 237 (M-250) (1382), 21. Oktober 1983; & JP-A 58 125 339 (MITSUBISHI JUKOGYO KK) 26.7.1983, ist ein Verfahren zum Verdichten von Formstoffen mittels mechanischem Pressen bekannt. Dabei wird im Formrahmen Luft eingeführt, um einen Gleitfilm zwischen der Formkastenwand und der von einer mechanischen Anordnung bewegten Formstoffmasse zu erzeugen.
  • Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, Verfahren und Vorrichtungen zum Verdichten von Gießereiformstoffen zu schaffen, bei der die Verdichtungsgleichmäßigkeit innerhalb einer Sandform und damit auch die Gußstückqualität durchgreifend verbessert wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Verdichten von Gießereiformstoffen, wobei der Formstoff in eine Formeinrichtung aus Modelleinrichtung mit einem oder mehreren Modellen, Formrahmen und Füllrahmen geschüttet oder pneumatisch eingebracht wird und nachfolgend mittels einem Verdichtungsgeber, bestehend aus einer Druckluft- oder Verbrennungskraft-Impulseinrichtung oder einer Preß- und/oder Rüttelvorrichtung verdichtet und dabei der gesamte oder überwiegende, im Füllrahmen vorhandene Formsand in den Formrahmen bewegt wird, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß während der Verdichtung in örtliche Bereiche des sich verdichtenden Formstoffes ein expandierendes Gas eingebracht wird und dort Zonen verminderter Packungsdichte des Formstoffes geschaffen werden und im weiteren Verlauf der Verdichtung die Bereich vermindeter Packungsdichte beseitigt werden und die Packungsdichte den übrigen Bereichen gegenüber angeglichen wird.
  • Durch die erfindungsgemäß Lösung wird erreicht, daß in partiellen, vorherbestimmbaren Bereichen des Formstoffes Lockerbereiche aufgebaut werden, die während der Verdichtung des Formsandes zur Verbesserung der Formsandbeweglichkeit führen.
  • Abhängig von der Art, Menge, räumlichen Anordnung, Wirkungsrichtung und zeitlichen Einwirkung des Druckgases und gegebenenfalls weiterer Faktoren, die sich steuern lassen, lassen sich nach der Erfindung im Formsand sehr unterschiedliche Dimensionen verminderter Packungsdichte erreichen, die als zwei Arten bezeichnet werden können:
    • Nach der ersten Art wird in diesen locker gehaltenen Bereichen während der Verdichtung die hohe Packungsdichte und damit das Verkleben der Formsandteilchen stark vermindert. Der Sand wird, wie auf einem Luftkissen gleitend, den besonders unterversorgten Bereichen oder schwierig zugängigen Bereichen im Formrahmen zugeführt. Damit wird auch erreicht, daß sich keine geschlossene Verdichtungsfront aufbauen kann, die dann stellenweise offenbleibt. Auch wird der Aufbau der gefährlichen Sandbrücken über tiefliegenden Formballenbereichen in oder neben Modellen weitgehend verhindert. Gleichzeitig wird erreicht, daß die Brückenbildung von Anfang an vermieden oder bereits entstandene Brücken wieder zerstört werden und dadurch die gleichmäßige Versorgung der tiefliegenden Formballenbereiche mit Sand und Druck und damit die Vergleichmäßigung der Festigkeitsverteilung im gesamten Formballen erreicht wird.
    • Nach der zweiten Art wird das expandierende Gas in solcher Konzentration in partielle oder ausgewählte Bereiche des Formsandes eingebracht oder zur Wirkung gebracht, daß explosionsartig Löcher geschaffen werden und somit das Druckgas den Sand fördert und zufolge des dabei ausgeübten Druckes auch vorverdichtet. Nach der Erfindung sind somit bei der zweiten Art im Formsand an Stellen, in denen die übliche Verdichtung durch den von oben und außen einwirkenden Verdichtungsgeber erschwert ist, kleine "Vorverdichter" vorhanden.
  • Es sind jedoch auch Modifikationen zwischen beiden Arten verminderter Packungsdichte möglich. So wird eine in den Formsand eingeleitete Druckluft a bhängig von deren Stärke, Art der Einbringung und Einwirkungszeit abgrenzbare Lockerbereiche schaffen. Auch durch ein brennbares oder verbranntes Gas lassen sich begrenzbare Lockerbereiche schaffen. Sofern dieses in starker örtlicher Konzentration in den Formsand eingeleitet und sofort gezündet wird, dann werden im Formsand explosionsartig stark ausgeprägte Löcher als zweite Art vermindeter Packungsdichte erhalten und somit der Sand durch das Druckgas im Sand transportiert und verdichtet.
  • Sofern jedoch das verbrennbare Gemisch, beispielsweise Benzin, so in den Formsand eingebracht wird, daß es sich zunächst in gewisser Weise verteilt und erst dann gezündet wird, dann erfolgt eine nur schwache Verbrennung mit dem Ergebnis, daß die Sandkörnchen voneinander abheben und der Formstoff somit in einen verbessert fließfähigen Zustand gelangt.
  • Die Art und Menge des brennbaren oder verbrannten Gemisches, der Ort der Einbringung und der Wirkung, insbesondere auch der zeitlichen Wirkung, läßt somit vorherbestimmbare Bereiche des Lockerungszustandes und somit entsprechender Fließfähigkiet des Formsandes schaffen.
  • Zusätzlich zu diesen Maßnahmen kann dem expandieren Gas innerhalb des Formsandes eine die Fließfähigkeit des Formsandes bestimmende Richtung gegeben werden. So wird in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung als besonders vorteilhafte Maßnahme vorgeschlagen, daß dem expandierenden Gas innerhalb des Formsandes eine Einströmrichtung gegeben wird, die eine dem Schwierigkeitsgrad der Modellbelegung oder Modellausführung entsprechende Bewegungsrichtung des Formsandes begünstigt.
  • Es ist ein entscheidendes Merkmal der Erfindung, daß die Lockerbereiche nur kurzzeitig bestehend und im Verlaufe, jedenfalls bis zum Ende des Verdichtungsvorganges wieder beseitigt sind. Andernfalls würden im Innern des Formballens wiederum Verdichtungsungleichmäßigkeiten verbleiben.
  • Die erfindungsgemäße Lösung, während der Verdichtung durch den Verdichtungsgeber durch ein Gas in dem sich verdichtenden Formsand ausgewählte Zonen verminderter Packungsdichte zu schaffen, ist bei den verschiedenen Arten der bekannten Verdichtungsgeber möglich. Sofern der Verdichtungsgeber aus einer Luftdruck-Impulseinrichtung besteht, dann ist es in den meisten Fällen vorteilhaft, als expandierendes Gas zur Schaffung der lockeren Bereiche im Formsand Druckluft zu wählen und diese, wenn möglich, von der Druckluft des Verdichtungsgebers abzuleiten. Sofern somit der Verdichtungsgeber ein Gas ist oder mit einem solchen betrieben wird, dann soll vorteilhaft auch das in den Formsand einzuleitende Gas zur Schaffung der Lockerzonen artgleich sein. Es kann somit, sofern der Verdichtungsgeber aus einer Verbrennungskraft-Impulseinrichtung besteht, auch zur Schaffung der lockeren Bereiche im Formsand eine Verbrennungskraft-Impulseinrichtung vorhanden sein.
  • Es können die Impulseinrichtungen zur Schaffung der Lockerbereiche im Formsand von den Impulseinrichtungen zur Verdichtung des Formsandes abgeleitet sein. Dies hat den Vorteil, daß die Zeitpunkte ihrer Wirkung genau aufeinander abgestimmt werden können, weil, wie vielfach vorerwähnt, die lockeren Bereiche im Formsand nur in dem Zeitraum der Verdichtungsarbeit geschaffen und am Ende der Verdichtungsarbeit nicht mehr vorhanden sind.
  • Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 einen vertikalen Schnitt einer Formeinrichtung,
    • Figur 2 einen vertikalen Schnitt durch eine abgewandelte Formeinrichtung,
    • Figur 3 einen vertikalen Schnitt durch eine weiterhin abgewandelte Formeinrichtung,
    • Figur 4 einen Teilausschnitt des Formrahmens mit Luftdruckkammer,
    • Figur 5 die Seitenansicht eines Druckluft-Verteilers im Formsand,
    • Figur 6 einen vertikalen Schnitt durch eine abgewandelte Formeinrichtung.
  • Die in Figur 1 beispielhaft beschriebene Druckluft-Impulsformmaschine besteht aus der Modellplatte 1 mit einem oder mehreren Modellen 2, dem Formrahmen 3, dem aufsitzenden Füllrahmen 4, in der erfindungsgemäßen Ausführung als Doppelrahmen mit einer ringsumlaufenden Innenwand 5. Innenwand 5 ist mit Längsschlitzen 6 versehen, kann aber in anderer Ausführung auch mit einer Vielzahl von Bohrungen perforiert ausgeführt sein. Der Formraum wird durch den Druckkammerboden 7 abgeschlossen. Ein großflächiger Durchlaß 8 für das impulsauslösende Medium ist in Ruhestellung mit einem großflächigen Ventil 9, das in diesem Beispiel als einfaches Tellerventil angenommen ist, durch eine pneumatisch oder hydraulisch wirkende Anpreßvorrichtung 10 luftdicht verschlossen. Die Druckkammer 11 ist durch das Gehäuse 12, in das die Druckluftzuleitung 13 mündet, gebildet. Der Druckluftstrom 14 entstammt der Druckluftversorgung der Gießerei oder einer besonderen Kompressorenstation.
  • In der Druckkammer 11 sind vor Auslösen des Verdichtungsvorganges zum Beispiel 3 bis 5 bar Druck gespeichert. Das Tellerventil 9 wird durch Auslösen der Anpreßvorrichtung 10 hochgerissen. Die Druckluft schläft in wenigen Millisekunden auf den Formrücken 15. Der lose geschüttete Formsand 16 wird zunächst im Bereich 17 des Formrückens durch den Luftschlag zusammengeschoben und dort bereits erheblich verdichtet. Diese Verdichtungsfront 17 wird durch den ständig fortwirkenden Verdichtungsdruck 18 verstärkt, bis sie im Augenblick des Aufschlagens auf Modell 2 und Modellplatte 1 durch Rückstau des Formstoffes zur Endverdichtung führt. Aus diesem Verdichtungsablauf ist der besondere Nachteil der Formsandverdichtung auf Impulsformmaschinen zu erkennen, indem nämlich die durch den Luftschlag bereits erheblich vorverdichtete Verdichtungsfront 17 beim Auftreffen auf das Modell 2 wieder aufgebrochen werden muß, damit die kritischen Ausformbereiche 19 überhaupt mit Sand und dem erforderlichen Druck zu seiner Verdichtung versorgt werden können. Das Aufbrechen vernichtet wertvolle Verdichtungsenergie und führt zudem zum Aufbau von absperrenden Sandbrücken 20, die das Ausformen der Ballenbereiche 19 zusätzlich erschweren. So kommt es, daß an der verdichteten Sandform direkt über dem Modell 2 beispielsweise 30 N/cm2 Druckfestigkeit gemessen werden, in den unterversorgten Bereichen 19 hingegen nur 5 N/cm2. Diese krassen Dichte- und Festigkeitsunterschiede sind der Qualität des späteren Gußstückes äußerst abträglich.
  • Während der Verdichtung wird Druckluft oder ein anderes expandierendes Gas gezielt in solche Bereiche des verdichteten Formsandes eingeleitet und im Inneren des Formballens dort Lockerbereiche aufgebaut und aufrechterhalten, wo sie in besonderem Maße zur Verbesserung der Formsandbeweglichkeit während der Verdichtung beitragen können. In diesen locker gehaltenen Bereichen wird während der Verdichtung das Verkleben der Formsandteilchen verhindert. Der Sand wird wie auf einem Luftkissen gleitend den besonders unterversorgten Bereichen 19 zugeführt. Damit wird auch erreicht, daß sich keine geschlossene Verdichtungsfront 17 aufbauen kann, die dann offen bleibt und damit auch den Aufbau der gefährlichen Sandbrücken 20 weitgehend verhindert.
  • Nach dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 dringt die komprimierte Luft sofort nach Öffnen des Ventils 9 - durch Pfeile 21 angedeutet - in den Zwischenraum des doppelwandigen Füllrahmens 4 und 5 ein und über die Schlitze 6 ringsumlaufend seitlich in den Formsand. Nahe der gesamten Innenwand des Füllrahmens 5 wird der Sand während des überwiegenden Teils der Verdichtung locker gehalten, wobei die Wandreibung nahezu ausgeschaltet bleibt. Entlang dieses Lockerbereiches gleitet der Sand - wie durch Pfeile 22 angedeutet - verstärkt in die kritischen Randbereiche 19, wo es zu erheblich verbesserten Festigkeiten kommt.
  • Der Formrücken bewegt sich als Folge der Verdichtung aus der Position 15 in die Position 23. Der Sand gerät somit am Ende des Verdichtungsweges aus dem Wirkbereich der Einblasschlitze heraus und kann damit durch den anhaltend wirkenden Verdichtungsdruck 18 letztendlich dichtgedrückt werden. Im Formballen eventuell verbliebene Lockerbereiche werden beseitigt. Es ergibt sich, daß die Vorrichtungen zur Auflockerung zu Verdichtungsbeginn oder während der Verdichtung in den Sand hineinragen, gegen Ende der Verdichtung jedoch freigelegt oder auf andere Weise wirkungslos gemacht sind.
  • Für den Erfolg der Vorrichtungen ist eine genaue Abstimmung der Große und Ausdehnung der Lockerbereiche auf die Gegebenheiten der Gußproduktion notwendig. Die Ausdehnung der ringsumlaufenden Lockerzone 24 wird u. a. durch die Viskosität des Druckgases, den Druck und die Schlitzbreite bestimmt. Die Schlitzbreite kann nach dem Schwierigkeitsgrad der Modellbelegung 2 und der Höhe des Formkastens 3 bestimmt oder verändert werden. Die Schlitzbreiten sollen zum Beispiel für den Durchtritt der heißen Brenngase der Verbrennungskraft-Impulsformmaschine sehr viel enger ausgebildet sein als für die kalte Luft einer Druckluft-Impulsformmaschine. Unangemessen breite Schlitze könnten das Gas zu weit in den Formballen hineinpressen und die gesamte Form zerstören.
  • Um die Ausbreitung der Lockerzonen, insbesondere in kleineren Sandformen, sicher begrenzen zu können, haben sich besondere Umlenkvorrichtungen für den eindringenden Gasstrom als wirkungsvoll erwiesen. Bei kleineren Sandformen sollte das Lockerungsmedium weniger in die Formballenmitte gerichtet sein, als vielmehr auf eng begrenztem Raum entlang der Füllrahmenwand als Druckluftschleier geführt werden. Eine derartige Anordnung zur Strömungslenkung ist in Figur 2 dargestellt.
  • Der Füllrahmen 4 ist auch in diesem Beispiel doppelwandig ausgeführt. Die Innenwand 25 besteht aus einem ringsumlaufenden, dichten Bauteil und weist an ihrem unteren Rand einen ringsumlaufenden Spalt 26 auf. Das zwischen den Wänden 4 und 25 einströmende Gas 15 wird durch eine ebenfalls ringsumlaufende Umlenkleiste 27, die mit den Teilen 4 und 25 starr verbunden ist, in einer verhältnismäßig schmalen Zone - wie durch Pfeile 28 gezeigt - an der Wand 25 eng anliegend nach oben gerichtet geführt. Der Wirkbereich dieser Anordnung kann durch die Spaltbreite zwischen Wand 25 und Umlenkleiste 27 recht genau eingestellt werden. Auch bei dieser Anordnung ist sicherzustellen, daß der Formrücken 23 nach der Verdichtung möglichst nahe oder auch unterhalb der Oberkante der Umlenkleiste 27 zu liegen kommt.
  • Versuche haben gezeigt, daß kalte Druckgase, wie Druckluft, gelegentlich nicht schnell genug über die Oberkante der Innenwand 25 in den Zwischenraum zum Füllrahmen 4 einfließen können und die Auflockerungswirkung nicht früh genug beginnt. Dann haben innerhalb des Formballens bereits die nachteiligen Vorverdichtungen eingesetzt, was sich in einer verminderten Ausförmgüte der kritischen Formbereiche 19 äußert. Diesem Nachteil kann in einigem Ausmaß durch Vergrößerung des Einlaßspaltes zwischen Oberkante der Innenwand 5 oder 25 und dem Druckkammerboden oder auch durch eine Schrägstellung der Innenwand 25 begegnet werden, so daß das durch die Ventilöffnung 8 einströmende Gas einen leichteren Zutritt 21 hinter die Innenwand 25 findet.
  • Insbesondere bietet das erfindungsgemäße Verfahren weitere Möglichkeiten die sich für eine recht genaue zeitliche Steuerung der Auflockerungsvorgänge eignet. Eine entsprechende erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Figur 3 dargestellt.
  • Die Vorrichtung nach Figur 3 arbeitet mit getrennten Druckluftzuführungen für den Verdichtungsdruck 18 und dem Auflockerungsdruck 29. Das zur örtlich begrenzten Auflockerung der Forminnenbereiche benötigte Druckgas wird über das Schnellventil 30 der Ringleitung 31 zugeführt. Diese Anordnung zeichnet sich durch eine hohe Anpassungsfähigkeit an wechselnde Betriebsbedingungen aus. So kann der Auflockerungsdruck bereits kurz vor Beginn der Impulsverdichtung aufgebracht werden. Die Auflockerungsluft kann zum Beispiel dem Druckkessel entnommen werden, so daß beide Luftdrücke identisch sind. Während der Verdichtung steigt der Verdichtungsdruck 18 bis zur Höhe des Lockerungsdruckes in der Ringleitung 31 an, so daß die Druckdifferenze im Verlaufe der Verdichtung ständig kleiner und schießlich Null wird. Damit kann die Lockerungswirkung gegen Verdichtungsende aufgehoben werden, was sich in bestimmten Einsatzfällen als vorteilhaft herausstellt.
  • Das Beispiel einer Druckluft- Impulsverdichtung nach Figur 3 ist für eine ringsumlaufende doppelte Düsenreihe und zusätzliche Bläser ausgelegt, die sich bei großen Sandformen bewähren. Zusätzliche Bläser sind insbesondere dann von Vorteil, wenn mit mehreren und recht hohen Modellen wie in Figur 3 dargestellt, gearbeitet werden soll. Auch tiefe Taschen in Modellen, die in Zentralbereichen der Modellplatte 1 angeordnet sind, können mittels zusätzlich wirkender Bläser besser ausgeformt werden.
  • Der Bläser 32 ist in der hier vorgeschlagenen Ausbildung mit einer Umlenkvorrichtung 33 versehen, die einen zylindrischen Wirkbereich 34 nach oben gerichtet bedingt. Es können jedoch auch weitere Ausführungsformen gewählt werden mit anderen Wirkgeometrien und Wirkstärken. Die jeweilig optimale Ausführung ist den Betriebserfordernissen anzupassen. Der Bläser 32 kann, wie in dem Ausführungsbeispiel Figur 3 vorgeschlagen, mit der Ringleitung 31 verbunden oder auch eine separate Druckluftversorgung mit eigener Steuerung aufweisen. Insbesondere können durch die Verwendung mehrerer Schnellventile die Wirkzeiten der verschiedenen Lockerungsvorrichtungen sehr kurz und auch gestaffelt arbeitend vorgesehen werden.
  • Figur 3 läßt erkennen, daß die Hauptbewegungsrichtungen 22 des Formsandes während der Verdichtung durch Art und Lage der verschiedenen Lockerungsvorrichtungen beeinflußt und damit eine durchgreifend verbesserte Verdichtungsgleichmäßigkeit erreicht werden kann.
  • Die nach Figur 1 bis 3 vorgeschlagenen Vorrichtungen befinden sich im Bereich des Füllrahmens und sind mit diesem verbunden. Diese Bauart hat sich für viele Anwendungsfälle als ausreichend erwiesen, weil erkannt wurde, daß die Verdichtungsschwierigkeiten bereits zu Verdichtungsbeginn und somit insbesondere im Bereich des Füllrahmens vorprogrammiert werden. Es kann sich jedoch auch im Einzelfall und insbesondere bei Einsatz hoher Sandformen als zweckmäßig erweisen, den Wirkbereich der Lockerungsvorrichtungen bis in das Oberteil des Formrahmens 3 zu erweitern.
    • Figur 4 zeigt, daß die Ringleitung 31, die Luftdruck führt, in Kanäle 35, 35a mündet, die schräg nach oben gerichtet sind.
    • Figur 5 zeigt einen Druckluftverteiler, bestehend aus einem Zylinder, in den die Leitung 32 einmündet und der an seiner zylindrischen Wandung mit zahlreichen Durchbrechungen 36, 36a und so weiter versehen ist.
    • Fig. 6 zeigt die Lösung, daß der Füllrahmen hohlwandig ausgebildet ist und somit eine Druckkammer bildet. Die Innenwandung 4" erweitert sich in Richtung von oben nach unten stark konisch. Dadurch wird erreicht, daß bei der Verdichtung des Formsandes durch den dargestellten Impuls-Verdichtungsgeber bei der Verdichtung und somit Wanderung des Formsandes von dem Füllrahmen in den Formrahmen zusätzlich zu der Auflockerung durch Druckgaseinwirkung eine Auflockerung durch die Erweiterung des Formraums im Füllrahmen erfolgt. Die Kombination der Verminderung der Packungsdichte während des Verdichtens zur Formgebung durch den sich erweiternden Formraum und zugleich in den Formsand eingeleitetes Druckgas ist besonders vorteilhaft.

Claims (8)

1. Verfahren zum Verdichten von Gießereiformstoffen, wobei der Formstoff in eine Formeinrichtung aus einer Modelleinrichtung mit einem oder mehreren Modellen, einem Formrahmen und einem Füllrahmen eingebracht wird und nachfolgend mittels eines Verdichtungsgases verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Verdichtungsgases den Formstoff, der Verdichtung vorauseilend, mindestens teilweise auflockert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem vorauseilenden Teil des Verdichtungsgases innerhalb des Formsandes eine vorherbestimmte Einströmrichtung gegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den vorauseilenden Teil des Verdichtungsgases im Formsand gebildeten Zonen mit verminderter Packungsdichte überwiegend in Zonen, angebracht werden, die oberhalb der Zwischenräume zwischen Modell und dem Formrahmen, oder zwischen mehreren Modellen und einer an einem Modell vorhandenen stark ausgeprägten Vertiefung liegen.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3, mit einer Formeinrichtung, die aus einer Modellplatte und daran angebrachten Modellen einem die Modelle umgebenden Formrahmen, einem oberhalb des Formrahmens angeordneten Füllrahmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllrahmen mit Öffnungen zum Einleiten eines Teiles des Verdichtungsgases, das zur Auflockerung des Formstoffes dient, versehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Füllrahmen ein Innenrahmen angebracht ist, der den Formsand aufnimmt, und der zum Füllrahmen einen Abstand aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Innenrahmens mit siebartigen Durchbrechungen versehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenrahmen an seiner Unterseite mit einer im wesentlichen umlaufenden Öffnung und einer Leitfläche versehen ist, die das Verdichtungsgas in den Formsand leitet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die inneren Wandungen des den Formsand aufnehmenden Rahmens in Richtung von oben nach unten konisch erweitern.
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