DE3317196C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten von Gießerei­ formsand durch schlagartige Einwirkung von Gasdruck auf den in einem Formkasten über einer Modellplatte mit Modell aufgeschütteten Formsand, wobei unmittelbar oberhalb der Oberfläche des unver­ dichteten Formsandes eine gasdurchlässige Schicht angeordnet ist, auf die der Gasdruck zur Wirkung gebracht wird.

Es ist bereits ein Gasdruck-Formverfahren untersucht worden, bei dem der Formsand in den aus Formkasten und Füllrahmen bestehenden, unten durch die Modellplatte mit dem Modell abgeschlossenen Form­ raum eingefüllt, auf die freie Formsand-Oberfläche eine gasdurchlässige Schicht in Form einer Zusatzmasse aufgelegt und anschließend auf die Zusatzmasse gespeichertes Druckgas schlagartig entspannt wird. Da die Zusatzmasse lose aufgelegt ist, folgt sie der Absenkbewegung der Formsand-Oberfläche aufgrund der Verdichtung des Formsandes. In der Zusatzmasse wird der Gasdruck in kinetische Energie umgesetzt, die sich auf die Formsand-Oberfläche überträgt. Zugleich tritt aber auch - aufgrund der Gasdurchlässigkeit der Zusatzmasse - ein Impulsaustausch zwischen dem Gas und der Formsand-Oberfläche statt. Ferner dringt das Gas in den Formsand ein und führt z u einem Fluidisierungseffekt. Dieser ist in der Verbindung mit der durch den Gasdruck erzeugten Aufprallenergie für die Verdichtung des Formsandes verantwortlich. Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, die Zusatz­ masse in Einzelmassen zu zerlegen und diese an die gegebene Modell­ kontur anzupassen derart, daß die Masse über hohen Modellkonturen kleiner ist als über tiefen Konturen. Hiermit wollte man insbesondere erreichen, daß die Dichte bzw. Formhärte in horizontalen Ebenen etwa gleiche Werte annimmt. Praktische Versuche jedoch haben gezeigt, daß sich dieses Ziel nur schwer erreichen läßt. Es hat sich insbesondere gezeigt, daß bei Modellen, deren Kontur große Höhenunterschiede oder aber platauartige Flächen aufweist, zwar eine befriedigende Formhärte erreicht wird, jedoch Risse auftreten, die im wesentlichen von oben nach unten verlaufen. Hieraus könnte auf Scherkräfte geschlossen werden, die im wesentlichen in vertikaler Richtung wirksam sind.

Andere bekannte Vorschläge gehen dahin, entweder oberhalb des Form­ kastens mit der Sandfüllung eine Verteilerplatte mit düsenartigen Bohrungen anzuordnen, die gegebenenfalls unterschiedlichen Quer­ schnitt aufweisen (US-PS 31 70 202), oder aber bestimmte Ober­ flächenpartien, z. B. oberhalb des Modells, durch einen topfartigen Behälter abzudecken (DE-OS 29 49 340), dessen Wände in den Formsand eingreifen und dessen geschlossener Boden mit Abstand ober­ halb der Formsand-Oberfläche ortsfest angeordnet ist. Beide bekannten Vorrichtungen führen zu keinem befriedigenden Verdichtungsergebnis. Im ersten Fall entstehen auf der Formsandoberfläche entsprechend der Düsenanordnung eine Vielzahl von Kratern, während im zweiten Fall der unterhalb des Bodens liegende Formsand praktisch unverdichtet bleibt, während sich der allein auf den außerhalb des Behälters liegenden Bereich der Formsand-Oberfläche wirkende Gasdruck auch dort krater­ artige Vertiefungen hinterläßt. Hiermit wird also das genannte Problem nicht behoben, es treten im Gegenteil zusätzliche Nachteile aufgrund der Kraterbildung ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vor­ richtung dahingehend weiterzubilden, daß bei einem weitgehend gleich­ mäßigen Verlauf der Formhärte in horizontalen Querschnittsebenen der Form Rißbildungen innerhalb der Form vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schicht eine der Höhe des zu verdichtenden Formsandes angepaßte Gasdurch­ lässigkeit derart aufweist, daß diese im Bereich hoher und/oder plateauartiger Modellkonturen geringer ist als im modellfreien Bereich der Modellplatte.

Während mit dem eingangs beschriebenen Verfahren gezeigt worden ist, daß sich der Verlauf der Formhärte durch eine an die Modellkontur angepaßte Massenbelegung an der Zusatzmasse beeinflussen läßt, wird durch vorliegende Erfindung das gleiche Ziel dadurch erreicht, daß die Gasdurchlässigkeit der Schicht an den Höhenverlauf des Modells ober­ halb der Modellplatte angepaßt wird, d. h. der Gasdruck im Bereich eines hohen Verdichtungshubs (Absenkung der Formsand-Oberfläche) stärker zur Wirkung gebracht wird als im Bereich kleinen Verdichtungs­ hubs (große und ausgedehnte Modellhöhen). Im übrigen dringt an jenen Stellen auch mehr Gas in den Formsand ein, führt also zu einer stärkeren Fluidisierung als in den letztgenannten Bereichen. Praktische Unter­ suchungen haben ergeben, daß hiermit die angedeutete Rißbildung sicher vermieden wird. Die Ursache dürfte darin liegen, daß die aus dem Gas­ druck durch Impulsaustausch zwischen den Sandpartikeln sowie durch den Fluidisierungseffekt erreichte Verdichtung für alle partiellen Form­ sandvolumen mit gleicher Geschwindigkeit bzw. in einer gleichen Zeit­ spanne erfolgt, so daß benachbarte Formsandvolumina zur gleichen Zeit den Verdichtungshub ausführen und weder vertikale Relativbewegungen zwischen diesem Formsandvolumina, noch horizontale Druckausgleichs­ bewegungen aufgrund einer voreilenden Verdichtung in bestimmten Form­ partien auftreten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die dar­ gestellte Wirkung noch dadurch gesteigert werden, daß Zonen unter­ schiedlicher Gasdurchlässigkeit der Schicht durch in den Formsand eintauchende Schottwände auch in vertikaler Richtung gegeneinander abgegrenzt sind.

Diese Schottwände trennen also zumindest über einen Teil der Füllhöhe vertikal nebeneinander liegende Formsandvolumina entsprechend dem Ausmaß der Gasdurchlässigkeit der Schicht gegeneinander ab, so daß die durch die unterschiedliche Gasdurchlässigkeit vorgegebenen Ein­ flüsse auf die Gasdruckwelle auch in der Tiefe der Form distanziert auf­ rechterhalten werden. Dadurch werden vor allem "Kurzschluß"-Strömungen zwischen benachbarten Sandvolumina vermieden. Diese Schottwände können beispielsweise bis in den Bereich der Modellkontur hinein­ reichen. Dies bedeutet, daß sie nicht nur diese Formsandvolumina im lose aufgeschütteten Zustand voneinander trennen, sondern auch bis in den abschließend verdichteten Bereich der Form hineinragen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die gasdurchlässige Schicht teilweise ortsfest angebracht, teilweise lose auf die Ober­ fläche des Formsandes aufgelegt und mit diesem mitbewegbar. So­ weit die Schicht mitbewegbar ist, bildet sie eine vom Gasdruck be­ schleunigte Zusatzmasse, deren kinetische Energie auf den Formsand übertragen wird und zu einem zusätzlichen Verdichtungseffekt führt. Dabei wird vorzugsweise so vorgegangen, daß die Schicht in dem oberhalb des Modells liegenden Bereich, wo also die geringere Gas­ durchlässigkeit vorgesehen ist, ortsfest, in dem oberhalb der freien Modellplatte liegenden Bereich, in welchem also der größere Ver­ dichtungshub durchzuführen ist, mitbewegbar ist.

Statt dessen kann aber auch die gesamte gasdurchlässige Schicht auf die Oberfläche des Formsandes aufgelegt und mit dieser mitbe­ wegbar sein, wobei dann vorzugsweise vorgesehen ist, daß die Massenbelegung der Schicht im Bereich hoher und/oder plateau­ artiger Modellkonturen geringer ist als im modellfreien Bereich der Modellplatte. In einem solchen Fall wird die Schicht vorzugsweise flexibel ausgebildet, so daß sie einem unterschiedlichen Verdichtungs­ hub folgen kann.

In der Regel wird beim Gasdruck-Formverfahren auf den Formkasten ein Füllrahmen aufgesetzt, der zusammen mit dem Formkasten den lose aufgeschütteten Formsand aufnimmt. In diesem Fall ist der orts­ feste Teil der gasdurchlässigen Schicht am Füllrahmen befestigt, so daß er stets am Füllrahmen verbleiben kann und Absenkbewegungen des Formkastens mit der fertigen Form nicht stört.

Bei dieser Ausführungsform sind die Schottwände sowohl am ortsfesten Teil der gasdurchlässigen Schicht als auch am Formkasten angebracht und reichen bis in den Formkasten hinein. Auf diese Weise stören auch die Schottwände die Formkastenbewegungen nicht.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die gasdurchlässige Schicht aus einer oder mehr Lochblechen mit der gewünschten Gasdurch­ lässigkeit angepaßtem freiem Lochquerschnitt gebildet.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht der wesentlichen Teile einer Vorrichtung zur Gasdruckverdichtung, teilweise im Schnitt;

Fig. 2 eine Ausführungsform der Vorrichtung mit Formkasten und Füllrahmen im Schnitt;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Ausfüshrungsform gemäß Fig. 2 und

Fig. 4 eine vergrößerte Detailansicht des Bereichs IV in Fig. 2.

In Fig. 1 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 zusammen mit dem Formkasten den Formraum bildet. Oberhalb dieses Formraums ist eine Druckgas- Vorkammer 5 angeordnet, die oberseitig durch eine Platte 6 abge­ schlossen ist. In die Vorkammer 5 mündet die Leitung 8 eines Druckgasspeichers 7, in die ein nicht gezeigtes Ventil mit großem Öffnungsquerschnitt angeordnet ist. Die für die Manipulation des Formkastens 3 und des Füllrahmens 4 sowie die zum Einfüllen des Formsandes notwendigen Einrichtungen können von üblicher Art sein und sind deshalb in der Zeichnung nicht näher dargestellt. Der zum Verdichten erforderliche Gasdruck kann entweder, wie in der Zeichnung gezeigt, aus einem Druckgasspeicher entnommen oder aber auch durch Explosion eines Brenngasgemisches erzeugt werden.

Oberhalb der freien Oberfläche der Formsandfüllung 11 im Formkasten 3 und Füllrahmen 4 ist eine gasdurchlässige Schicht 10 angeordnet, die bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Bereiche unterschiedlicher Gas­ durchlässigkeit aufweist, nämlich einen äußeren Randbereich 12 hoher Gasdurchlässigkeit und einen mittleren Bereich 13 geringerer Gas­ durchlässigkeit. Dieser mittlere Bereich befindet sich etwa oberhalb des Modells 2, insbesondere der hohen und plateauartigen Bereiche der Modellkontur, während der Bereiche 12 größeren Gasdurchlässigkeit sich etwa oberhalb der vom Modell 2 freien Bereiche der Modellplatte 1 befindet.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 bis 4 ist die gasdurch­ lässige Schicht zweiteilig ausgebildet, wobei ein Teil 14 die Zone 12 größerer Gasdurchlässigkeit, das andere Teil 15 die Zone 13 geringerer Gasdurchlässigkeit bildet. Beispielsweise beträgt die Gasdurchlässig­ keit in der Zone 13 maximal 10% des freien Querschnitts des Füll­ rahmens in diesem Bereich.

Das Teil 15 mit der Zone 13 geringerer Gasdurchlässigkeit ist bei diesem Ausführungsbeispiel ortsfest angebracht, beispielsweise über Rippen 16 am Füllrahmen 4 befestigt, während das andere Teil 14 lose auf die Formsandoberfläche unterhalb der Rippen 16 aufgelegt ist.

Die Teile 14 und 15 unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit können je­ weils aus Lochblechen gebildet sein, wobei das die Zone 13 geringerer Gasdurchlässigkeit bildende Lochblech des Teils 15 von einem Rost 17 abgestützt sein kann.

Die Zonen 12, 13 unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit sind bis in die Tiefe der Formsandfüllung durch Schottwände 18 voneinander getrennt, die am Füllrahmen, und zwar über die Rippen 16 zusammen mit dem ortsfesten Teil 15 der gasdurchlässigen Schicht befestigt sind und beispiels­ weise bis auf das Niveau des Formkastens 3. In besonderer Weise können die Schottwände 19 mit Befestigungsrippen 20 im oberen Teil des Formkastens 3 in Analogie zu üblichen Kastenschoren weitergeführt werden. Bei dieser An­ ordnung enden die Schottwände 19 mit dem erforderlichen Abstand über der höchsten Modellkontur. Je nach Art des Modells kann auch eine umge­ kehrte Anordnung der Teile 14 und 15 vorgesehen sein, beispielsweise wenn es sich um die Herstellung von Badewannen-Unterteilen handelt, bei denen die Wandungen im Randbereich des Formkastens 3 liegen. Vorteilhaft können die Zonen 12, 13 bei großvolumigen Ballenmodellen vertikal bis in den Modellbereich angeordnet werden. Im übrigen läßt sich die Aufteilung der Zonen unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit an die jeweils durch das Modell vorgegebenen Verhältnisse anpassen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Verdichten von Gießereiformsand durch schlag­ artige Einwirkung von Gasdruck auf den in einem Formkasten über einer Modellplatte mit Modell aufgeschütteten Formsand, wobei unmittelbar oberhalb der Oberfläche des unverdichteten Formsandes eine gasdurchlässige Schicht angeordnet ist, auf die der Gasdruck zur Wirkung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (10) eine der Höhe des zu verdichtenden Form­ sandes (11) angepaßte Gasdurchlässigkeit derart aufweist, daß diese im Bereich (13) hoher und/oder plateauartiger Modellkon­ turen geringer ist als im modellfreien Bereich (12) der Modell­ platte.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zonen (12, 13) unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit der Schicht (10) durch in den Formsand (11) eintauchende Schottwände (18) auch in vertikaler Richtung gegeneinander abgegrenzt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdurchlässige Schicht (10) teilweise (15) ortsfest ange­ bracht, teilweise (14) lose auf die Oberfläche des Form­ sandes (11) aufgelegt und mit diesem mitbewegbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schicht (10) im oberhalb des Modells (2) liegenden Bereich (13) ortsfest, in dem oberhalb der freien Modellplatte (1) liegenden Bereich (12) mitbewegbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte gasdurchlässige Schicht (10) auf die Oberfläche des Formsandes (11) aufgelegt und mit dieser mitbewegbar ist, und daß die Massenbelegung der Schicht (10) im Bereich (13) hoher und/oder plateauartiger Modellkonturen geringer ist als im modellfreien Bereich (12) der Modellplatte.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem auf den Formkasten aufgesetzten Füllrahmen, dadurch gekennzeichnet, daß der ortsfeste Teil (15) der gasdurchlässigen Schicht (10) am Füllrahmen (4) befestigt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schottwände (18) nur am ortsfesten Teil (15) der gasdurchlässigen Schicht (10) angebracht sind und bis in den Formkasten (3) hineinreichen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schottwände (18) in vertikaler Richtung geteilt sind, wobei der obere Teil (18) ortsfest am Füllrahmen (4) und der untere Teil (19) ortsfest am Form­ kasten (3) angebracht ist und in diesen hineinreicht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdurchlässige Schicht (10) aus einem oder mehr Lochblechen mit der gewünschten Gas­ durchlässigkeit angepaßtem freiem Lochquerschnitt gebildet ist.