JP2553044B2 - 圧縮ガスを用いて成型材料を圧縮するための装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、圧縮ガスを用いて成型材料を圧縮するため
の装置であって、圧縮ガス用の、圧力室を形成する圧力
タンクと、この圧力タンクの下側に配置された、充填フ
レームを有する型枠から成る成型室と、型枠を下側で閉
鎖する、圧縮前に成型材料がルーズに堆積される原型を
有する原型板と、圧力タンクと成型室との間に配置され
た大きな面積の弁とから構成されていて、該弁の閉鎖機
構が駆動装置としての圧力媒体シリンダに結合されてい
てかつ圧力室内へ移動することによって圧力タンクの弁
開口を急激に開放するようになっていて、更に閉鎖機構
が圧力媒体シリンダによって閉鎖位置に移動させられる
ようになっている形式のものに関する。

従来の技術 ドイツ連邦共和国特許出願P32 43 951.2号、アメリカ
合衆国特許出願第453093号、特願昭57−227830号および
ヨーロツパ特許出願第82 11 0996.4号明細書から、圧縮
ガス、例えば圧縮空気又は爆発燃焼により生ずる圧縮ガ
スを用いて鋳造・成型材料、特に成型砂を圧縮するため
の装置および方法が公知である。このばあい圧縮ガスは
衝撃的に圧力タンクから成型室内に弛緩膨張せしめられ
て、この際に自由成型材料表面に作用しかつ成型材料粒
子を互いに運動交換させてしかも加速された成型材料質
量を減速させることによつて原型上面および原型板上で
圧縮し、このばあい粒子摩擦が減少させられて附加的な
流動化作用が生ぜしめられる。このばあい成型室内で極
めて迅速に圧力を上昇させると同時に高いガス流量を得
ることが重要である。このパラメータが高くなる程、圧
力タンク内の出発圧力が低くなる。このばあい、一方で
は圧力発生のため他方では圧力制御のため著しい構造費
用をかけずに運転できるようにするために、使用される
圧縮空気源の圧力範囲にある出発圧力が所望される。こ
のため装置に閉鎖機構を設ける必要があり、、この閉鎖
機構は一方では圧縮ガスを流過させるための最大横断面
を閉鎖しかつ他方では、横断面をできるだけ迅速に開放
するために、できるだけ小さな質量を有している。これ
によつて更に、閉鎖機構を数ミリ秒内で開放位置にもた
らしひいては横断面を開放する開放駆動装置が必要にな
る。従来の弁構造では上記要求は満されなかつた。

更にドイツ連邦共和国特許出願第33 21 622.3号、ア
メリカ合衆国特許出願第617920号、特願昭59−122180号
よびローロツパ特許出願第84 106 795.2号明細書から、
弁を開放するために圧力タンクと成型室との間の圧力勾
配を利用することが公知であり、このばあい閉鎖機構は
圧力タンクの内部で案内されていてかつ閉鎖機構の開放
運動方向は成型室に向けられている。閉鎖機構用の駆動
装置として圧力媒体シリンダが用いられ、この圧力媒体
シリンダのピストンは閉鎖機構のガイドロツドに結合さ
れている。閉鎖位置ではガイドロツドは締付け装置によ
つて固持される。少なくとも開放連動中には、圧力媒体
シリンダ内の圧力に抗して作業せずに済むようにするた
めに、圧力媒体シリンダはガイドロツドから連結解除さ
れる。次いで再び駆動結合が行なわれかつ閉鎖機構はガ
イドロツドによつて再び閉鎖位置にもたらされる。

上記すべての構成の欠点は、成型室内で大きな面積の
閉鎖機構が開放されるので、持上げ運動に応じてかつ持
上げ運動方向で与えられた幾何学的な閉鎖機構の寸法に
応じて成型材料表面の上側で自由スペースが設けられね
ばならず、この自由スペースはデツドスペースとして圧
縮過程中圧縮ガスによつて始めて充填されねばならな
い。これによつて圧縮結果を決定する圧力勾配（成型室
内での圧力の一時的な上昇）が減少されかつ不必要なガ
ス量が加速されねばならない。更に圧縮ガスも相応に著
しく消費される。

それ故本発明は、閉鎖機構が圧力室内で開放されかつ
圧力媒体シリンダによつて閉鎖位置から開放位置および
開放位置から閉鎖位置に移動させられ、これにより成型
室内のデツドスペースが除かれる公知の装置から出発す
る。前記構造の公知の装置ではいずれにせよ、閉鎖機構
の開放運動をガス圧に抗して十分迅速に、即ち数ミリ秒
内で実施することができない。何故ならば前記装置のば
あい圧力室内の圧力は20バール以上であり、この圧力は
冒頭に述べたように、不経済でありかつ著しい構造費用
を生ぜしめる。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、わずかな構造費用でかつ通常の圧縮
空気源の圧力範囲にあるガス圧で、閉鎖機構のための速
い開放速度を得ることができるように、冒頭に述べた形
式の装置を改良することにある。

問題点を解決するための手段 前記課題は本発明によれば、圧力媒体シリンダのピス
トンが、ガス圧室側で、ガスで負荷されるガス貯圧器の
可動な閉鎖部材を成していて、かつピストンの反対側の
作業室側で液力式の圧力源に接続されており、ガス貯圧
器内で制御される圧力に基づきピストンおよび閉鎖機構
が持上げ開放位置に加速される場合に同時に作業室内の
圧力媒体を10m/sより速い速度で流出させるように、作
業室側の導管が構成されていることによって解決され
た。

実施例 図面では本発明を理解するために必要な、造型機械の
圧縮装置の一部を図示している。特に機械コラム、型枠
および充填フレームを昇降させるための装置並びに場合
によつては型枠から完成した型を押出すための装置は図
示していない。同様に原型を取付けるための装置および
成型砂を充電するための装置も図示していない。何故な
らばこれら構成部材は鋳造機械構造において周知である
からである。

原型２を有する原型板１には型枠３がかつ型枠３には
充填フレーム４が載置されている。この成型室の上側に
は図示の実施例では圧縮空気を収容するために圧力タン
ク５が配置されていて、該圧力タンク５には接続部６を
介して貯圧器から又は前圧力が低いばあい使用される圧
縮空気源から圧縮空気が供給される。

圧力タンクは底部７としてプレートを有していて、こ
のプレートは成型室の上側範囲で格子状に多数の開口８
を備えている。底部７の上側にはフレーム９がフランジ
結合されていて、このフレームには弁10を備えた排気導
管が接続されている。一方はフレーム９を有する圧力タ
ンクと、原型を有する原型板１、型枠３および充填フレ
ーム４とは、成型型を成型材料によつて底部７のすぐ下
側まで充填できるようにするために、互いに移動可能で
ある。圧縮する前に前記両構成グループは結合されかつ
分離面で密に圧着される。

底部７ともしくは開口８を有する底部範囲と剛性的な
弁プレート11としての閉鎖機構とが協動する。弁プレー
ト11は同様に多数の開口12を有していて、かつ、弁プレ
ートの下側には開口12の範囲内でシールライニング13が
設けられている。底部７内の開口８および弁プレート11
内の開口12は、これら開口が閉鎖位置で互いに合致しな
いように互いにずらされている。

弁プレート11はガイドロツド14に係合していて、この
ガイドロツド14は同時に圧力媒体シリンダ16のピストン
15のピストンロツドを形成している。圧力媒体シリンダ
および制御形式は第２図に基づいて以下に記述する。

圧力媒体シリンダ16は液力回路内に配置されていて、
このばあい圧力源は符号17で示されている。圧力源は例
えば、タンク18から補給される液力ポンプから成つて
い。圧力源からは圧力媒体が制御滑り弁19と逆止弁20と
を介して供給導管（21内に供給され、該供給導管21は圧
力媒体シリンダ16の作業室22に連通していてしかも制御
可能な逆止弁23に導通している。

圧力媒体シリンダ16はピストン15の下側に、ガス貯圧
器25に接続されているガス圧室24を有している。ガス貯
圧器25は可動なピストン26によつてガス圧室27と液付室
28とに分割されている。液圧室28は制御滑り弁29を介し
て、供給用のタンク18から補給される高圧源30に接続さ
れている。

圧力媒体シリンダ16のピストン15は液力側で作業室22
を貫通するピストンロツド31を備えている。この上側の
ピストンロツド31はピストン15の附加部に直接円筒状の
附加部32および円錐形に先細にのびる附加部33を有して
いて、この附加部はピストン15が上向き連動したばあい
円筒状の収縮部34と共に絞りを形成する。

液力式の供給導管21は制御可能な逆止弁23に連通する
分岐導管35に接続されていて、前記逆止弁の制御導管36
は制御滑り弁19を介して圧力源17に接続可能である。作
業室22は逆止弁23の非遮断切換え状態で供給導管21と分
岐導管35を介して排出タンク37と排気導管38とに圧力を
逃がすように接続される。排出タンク37の流出導管39は
液力式のタンク18に連通している。

作業形式は次の通りである。

弁プレート11を第１図で左側に図示された開放位置か
ら第１図で右側に図示された閉鎖位置にもたらすため
に、制御滑り弁19は切換え位置Ｂにもたらされる。この
切換え位置では逆止弁20を開放して圧力媒体シリンダ16
の作業室22と圧力源17とが接続される。同時に制御可能
な逆止弁23の制御導管36が無圧に切換えられるので、逆
止弁23は閉鎖される。従つて圧力媒体は作業室22を充填
しかつ弁プレート11はシールライニング13を圧縮して閉
鎖位置（第１図右側半部）に達する。この時点に制御滑
り弁29は切換え位置Ａを占める。ガス貯圧器25に対する
接続を開放された圧力媒体シリンダ16のガス圧室24は例
えば30バール乃至40バールの低圧で前充填される。ガス
圧室24と27との容積比はほぼ1:10乃至1:15である。弁プ
レートの閉鎖運動によつてガス圧室24,27内の前充填ガ
ス圧力がわずかばかり圧縮される。弁プレート11の閉鎖
運動後に原型板１は充填された型枠３とかつ充填フレー
ム４はフレーム９と固定される。圧力タンク５は圧力接
続部６を介して運転圧力で充填される。

弁10は閉鎖位置を占める。フレーム９と成型装置1,3,
4とを固定した後で制御滑り弁29は切換え位置Ｂにもた
らされる。これによつてガス貯圧器25の液圧室28は高圧
源30に接続される。ガス圧室24,27は200バール乃至250
バールの運転圧力まで圧縮される。この時点に弁プレー
ト11は著しく締付けられしかも圧力室10の側は遮断状態
にある。

圧力タンク５を衝撃的に膨張弛緩させるためにかつ型
枠および充填フレーム内に設けられた成型材料を圧縮す
るために弁プレート11は開放位置（第１図左側半部）に
もたらされねばならない。このために制御滑り弁19は切
換え位置Ａに切換えられる。このばあい圧力液17の圧力
は制御導管36内にかけられたもので、逆止弁23が開放さ
れる。供給導管21、分岐導管35の比較的大きな流出横断
面を介して圧力媒体はガス貯圧器25の作用を受けて作業
室22から逆止弁23を介して排出タンク37内に流出する。
ピストン15の上向き運動の最後にはピストンロツド31と
収縮部34との間の流出横断面はピストンロツド31の円錐
形の附加部33によつて減少されるので、ピストンひいて
は弁プレート11が制動される。開放運動中には押しのけ
られる圧力媒体は作業室22から10m/sより速い速度で、
有利には20乃至30m/sの速度で流出する。この場合、10m
/s以上の圧力媒体・流出速度は全般的に適用される、つ
まりあらゆる型枠サイズのために適用される。機械が特
に大きな型枠を考慮して設計される場合には、このこと
は適当に大きなシリンダ直径及び導管横断面によって考
慮され、これによっていずれにせよ圧力媒体の上述の速
度が得られる。排出タンク37は作業ストロークの間に排
気導管38を介して排気されるので、排出タンクの容積は
タンク18内に流出させられる。

成型材料を圧縮した後でまず弁プレート11が前述のよ
うに閉鎖位置にもとらされる。底部７を成す定置のプレ
ート７の下側に形成される圧力室40は弁10を介して排気
される。原型と圧縮された型を分離した後で新たな作業
サイクルが開始される。

発明の作用効果 本発明による装置の作用形式は次の通りである。閉鎖
機構の閉鎖は、圧力源からの圧力作用を受けて、減圧さ
れたガス貯圧器のガス圧力に抗して行われる。閉鎖機構
を開放するためにガス貯圧器の液圧室が、作業圧力にも
たらされ、次いで圧力媒体シリンダの作業室が開放され
るので、圧力媒体は10m/secより速い速度で圧力媒体シ
リンダから流出しかつピストンは圧縮されたガス圧を受
けて閉鎖機構を衝撃的に持ち上げるので、閉鎖機構は数
ミリ秒内で圧力タンク内の作業圧力に抗して開放され
る。

公知の装置を用いた実際の実験によれば、平均的な大
きさの型枠に対して申し分のない圧縮を得るためには、
成型材料表面に亘ってほぼ200バール乃至300バール/sec
の圧力勾配を圧力形成しなければならないことが明らか
となった。したがって、軽量かつ大面積の封鎖機構と既
存の圧縮空気源において形成されるような空気圧力とを
前提とすれば、1m/sec以上の閉鎖機構速度が必要にな
る、このばあい、本発明で行われているように、閉鎖機
構を閉鎖するためにも用いられる圧力媒体シリンダによ
って開放運動を生ぜしめるばあいには、ガス貯圧器のガ
ス圧室内の圧力に基づいて、圧力媒体シリンダのピスト
ンによって押しのけられる圧力媒体容積の高い流出速度
が必要である。本発明では前記流出速度は10m/secより
も速くなければならない、つまり液圧装置において通常
生ずる速度よりも10倍だけ高い範囲になければならな
い。この著しく高い流出速度は適当な構成によって達成
される。このばあいピストン速度自体はほぼ5m/sec程度
の値が得られればよい。

本発明の実施態様では、圧力媒体シリンダは作業室側
で例えば150cm³乃至500cm³の小さな押しのけ容積を有し
ている。押しのけ容積がわずかになる程、同じ横断面積
であれば流出時間もしくは持上げ時間が短縮される。

本発明の別の実施態様では、作業室から流出する高圧
の圧力媒体は、圧力源から遮断されていて、比較的大き
な横断面の導管を介して排出タンクに排出される。

この実施態様によって、一方では流出する押しのけ容
積のための流れ抵抗ができるだけわずかに保たれ、か
つ、他方では圧力源から遮断することによって、移動さ
せるべき媒体量を少なくすることができる。排出タンク
によって、流出側で迅速に圧力を消滅させることができ
る。

実施において高圧源のために100バール乃至300バール
の圧力が有利であること明らかとなった。この圧力は液
圧装置において難なく得られる。

ガス貯圧器は閉鎖機構の閉止位置で、つまりピストン
の持上げ終端位置で20バール乃至50バールのガス圧を受
けていて、このガス圧は直接又は間接的に液力クッショ
ンを介してピストンに作用している。ほぼ50バール以上
では、原則的にわずかな圧力のばあいでもすでに存在す
るガス圧クッションの影響は、付加的な加速という意味
で有利な形式で著しく増大する。最終圧力は矢張り100
バール乃至300バールである。

更に、ガス貯圧器のガス圧室の容積と圧力媒体シリン
ダのガス圧室の容積との比が少なくとも5:1、有利には1
0:1乃至15:1であると有利である。

本発明の別の実施態様では、ガス貯圧器は、ガスで充
填されたシリンダから構成されていて、このシリンダが
ガス圧室側とはピストンをはさんで反対の液圧室側で液
力式の高圧源に接続されている。この高圧源によってガ
ス貯圧器は開放運動のために必要な最終圧力にもたらさ
れる。

更に本発明の装置は、圧力媒体シリンダのピストンの
持上げ運動の最終に作用する絞りを有することができ、
この絞りは、ピストンひいては閉鎖機構を短い距離で制
動するのに役立つ。

更に有利な実施態様では、圧力源が制御滑り弁と逆止
弁と導管とを介して圧力媒体シリンダに接続されてい
て、かつ、導管が制御可能な逆止弁を介して排出タンク
に接続されている。このばあいすでに記述したように、
圧力媒体を迅速に流出させることができるようにするた
めに、導管はできるだけ大きな横断面を有している。

更に本発明の別に実施態様では、制御滑り弁は第１の
位置で圧力媒体シリンダを圧力源に接続しかつ制御可能
な逆止弁の制御導管から圧力を逃がし、これにより逆止
弁を閉鎖するようになっていて、かつ制御滑り弁が第２
の位置で制御導管を圧力源に接続し、これにより逆止弁
を分岐導管内の圧力に抗して開放しかつ圧力媒体シリン
ダを排出タンクに接続するようになっている。

更に本発明の実施態様では、ガス貯圧器が制御滑り弁
を介して液力式の高圧源に接続されていて、かつ、制御
滑り弁が第１の位置でガス貯圧器を高圧源に接続し、こ
れによりガス貯圧器内のおよび持上げ側で圧力媒体シリ
ンダ内のガスを、圧力媒体シリンダのピストンの反対側
に同時に高圧をかけた状態で、最終圧力に圧縮するよう
になていて、かつ、制御滑り弁が第２の位置で貯圧器を
排出タンクに接続するようになっている。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第１図は本
発明の装置の１実施例の断面図、第２図は圧力媒体シリ
ンダの制御形式を示した実施例図である。 １……原型板、２……原型、３……型枠、４……充填フ
レーム、５……圧力タンク、６……接続部、７……底
部、8,12……開口、９……フレーム、10……弁、11……
弁プレート、13……シールライニング、14……ガイドロ
ツド、15,26……ピストン、16……圧力媒体シリンダ、1
7……圧力源、18……タンク、19,29……制御滑り弁、2
0,23……逆止弁、21……供給導管、22……作業室、24,2
7……ガス圧室、25……ガス貯圧器、28……液圧室、30
……高圧源、31……ピストンロツド、32,33……附加
部、34……収縮部、35……分岐導管、36……制御導管、
37……排出タンク、40……圧力室

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮ガスを用いて成型材料を圧縮するため
   の装置であって、圧縮ガス用の、圧力室を形成する圧力
   タンク（５）と、この圧力タンクの下側に配置された、
   充填フレーム（４）を有する型枠（３）から成る成型室
   と、型枠を下側で閉鎖する、圧縮前に成型材料がルーズ
   に堆積される原型（２）を有する原型板（１）と、圧力
   タンクと成型室との間に配置された大きな面積の弁とか
   ら構成されていて、該弁の閉鎖機構が駆動装置としての
   圧力媒体シリンダ（16）に結合されていてかつ圧力室内
   へ移動することによって圧力タンクの弁開口を急激に開
   放するようになっていて、更に閉鎖機構が圧力媒体シリ
   ンダによって閉鎖位置に移動させられるようになってい
   る形式のものにおいて、圧力媒体シリンダ（16）のピス
   トン（15）が、ガス圧室（24）側で、ガスで負荷される
   ガス貯圧器（25）の可動な閉鎖部材を成していて、かつ
   ピストンの反対側の作業室（22）側で液力式の圧力源
   （17）に接続されており、ガス貯圧器（25）内で制御さ
   れる圧力に基づきピストン（15）および閉鎖機構（11）
   が持上げ開放位置に加速される場合に同時に作業室（2
   2）内の圧力媒体を10m/sより速い速度で流出させるよう
   に、作業室（22）側の導管（21,35）が構成されている
   ことを特徴とする、圧縮ガスを用いて成型材料を圧縮す
   るための装置。
2. 【請求項２】圧力媒体シリンダ（16）が作業室（22）に
   おいて小さな押しのけ容積を有している、特許請求の範
   囲第１項記載の装置。
3. 【請求項３】大きな横断面を有する作業室側の導管（2
   1）が逆止弁（20）を介して圧力源（17）から遮断され
   ていてかつ大きな横断面の導管（35）を介して排出タン
   ク（37）に接続されている、特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の装置。
4. 【請求項４】圧力源（17）の圧力が100バール乃至300バ
   ールである、特許請求の範囲第１項から第３項までのい
   ずれか１項記載の装置。
5. 【請求項５】ガス貯圧器（25）が閉鎖機構（11）の閉鎖
   位置で20バール乃至50バールの圧力をかけられている、
   特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項記
   載の装置。
6. 【請求項６】ガス貯圧器のガス圧室（27）の容積と圧力
   媒体シリンダ（16）のガス圧室（24）の容積との比が少
   なくとも5:1である、特許請求の範囲第１項から第５項
   までのいずれか１項記載の装置。
7. 【請求項７】ガス貯圧器のガス圧室（27）が可動なピス
   トン（26）によって閉じられたガスを充填されたシリン
   ダ（25）から構成されていて、このシリンダがガス圧側
   とは反対側で液力式の高圧源（30）に接続されている、
   特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項記
   載の装置。
8. 【請求項８】圧力媒体シリンダ（16）のピストン（15）
   の持上げ運動の最後で作用する絞り（33,34）が設けら
   れている、特許請求の範囲第１項から第７項までのいず
   れか１項記載の装置。
9. 【請求項９】ピストン（15）が、作業室（22）内に延び
   ているピストンロッド（31）を有していて、該ピストン
   ロッド自体が作業室内の収縮部（34）と協動する円錐形
   の付加部（33）を有している、特許請求の範囲第８項記
   載の装置。
10. 【請求項１０】圧力源（17）が制御滑り弁（19）と、逆
    止弁（20）と、導管（21）とを介して圧力媒体シリンダ
    （16）に接続されていて、かつ、導管（21）が制御可能
    な逆止弁（23）を介して排出タンク（37）に接続されて
    いる、特許請求の範囲第１項から第９項までのいずれか
    １項記載の装置。
11. 【請求項１１】制御滑り弁（19）が第１の位置で圧力媒
    体シリンダ（16）の作業室（22）を圧力源（17）に接続
    しかつ制御可能な逆止弁（23）の制御導管（36）から圧
    力を逃し、これにより制御可能な逆止弁を閉鎖するよう
    になっていて、かつ、制御滑り弁（19）が第２の位置で
    制御導管（36）を圧力源（17）に接続し、これにより制
    御可能な逆止弁（23）を導管（21）内の圧力に抗して開
    放しかつ圧力媒体シリンダ（16）の作業室（22）を排出
    タンク（37）に接続するようになっている、特許請求の
    範囲第10項記載の装置。
12. 【請求項１２】ガス貯圧器の液圧室（28）が制御滑り弁
    （29）を介して第１の位置で液力式の高圧源（30）に接
    続されていて、これによりガス貯圧器（25）および圧力
    媒体シリンダ（16）の各ガス圧室（27,24）内のガス
    を、圧力媒体シリンダ（16）の作業室（22）内に同時に
    高圧をかけた状態で、最終圧力に圧縮するようになって
    いて、かつ、制御滑り弁（29）が第２の位置で液圧室
    （28）を排出部に接続するようになっている、特許請求
    の範囲第１項から第11項までのいずれか１項記載の装
    置。