DE3916530C2 - Verfahren zur Herstellung von Gießformen durch Impulsverdichten - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Gießereiwes­ ens, speziell der Maschinenformerei. Sie geht aus von dem Stand der Technik nach den Deutschen Patentan­ schriften 35 07 179 C1, 33 04 148 C1, 29 23 044 C2, 28 44 464 C2 und 26 08 740, sowie den Literaturstellen in "Gießerei" 73, 1986, 22; Seiten 643/650, "Gießerei-Pra­ xis" 23/24, 1981, Seiten 408/412 und "Gießerei-Pra­ xis" 20, 1986, Seiten 267/268.

Bei der konventionellen Gasdruck-Impulsverdichtung von Formsand, und zwar sowohl bei den "kalten" Verfahren mit Druckluft als auch bei den "warmen" Ver­ fahren mit explosiven Brenngas-Luft-Gemischen wird die größte Formhärte in Wirkrichtung an der Modell­ einrichtung erzielt. Der Formrücken bleibt am weich­ sten und muß entweder bis auf eine Tiefe ausreichender Härte abgestrichen oder mechanisch nachgepreßt wer­ den.

Beides verursacht erhebliche Kosten. Während das Formsand-Abstreichen hauptsächlich die laufenden Be­ triebskosten erhöht, verursacht das Nachpressen vor allem einen großen maschinentechnischen Aufwand. Außer der eigentlichen Preßeinrichtung ist nämlich noch eine möglichst verschleißarme Abdichtung zwi­ schen dem Formrahmen und dem darin eintauchenden Preßkopf erforderlich, damit die Wartungsintervalle nicht zu kurz werden.

Ein anderes Problem ist die Brückenbildung. Beim Einschütten, manchmal aber auch beim Einschießen des Formsandes bilden sich mitunter Sandbrücken über tie­ fen Modelltaschen oder Schluchten zwischen engste­ henden Modellen, die beim Pressen nicht eingedrückt werden, sondern sich weiter verfestigen und die darun­ terliegenden Formbereiche abdecken. Diese Formbal­ len bleiben zu weich und reißen beim Aussenken ab oder vererzen beim Abgießen.

Aus der DE-PS 35 07 179 C1, die auf den o. a. weite­ ren Patentschriften aufbaut, ist ein Verfahren zur Her­ stellung von kastenlosen Gießformen bekannt, bei dem Naßguß-Formsand mittels ruckartigen Unterdrucks in einen durch einen Formrahmen, eine Modellplatte und eine Preßplatte begrenzten Formraum eingeschossen, durch einen kurzen Druckluftstoß impulsartig verdich­ tet und sodann mechanisch nachgepreßt wird, wobei während des Preßvorgangs die Luft aus dem Formsand abgesaugt wird. Die zur Durchführung dieses Verfah­ rens konstruierte Formmaschine ist mit einem Mehr­ kammer-Modellplattenträger, doppelwandigem Form­ rahmen und doppelwandiger Preßplatte mit darin ein­ gebauter verschließbarer Einschießöffnung ausgerüstet. Die Luftkammer in den den Formraum begrenzenden Bauteilen können über eine programmierbare Ventil­ einrichtung gleichzeitig oder in zeitlicher Reihenfolge gemeinsam oder unabhängig voneinander mit einer Druckluftquelle, einer Vakuumquelle und/oder der Au­ ßenatmosphäre verbunden oder abgesperrt werden. Dadurch wird nicht nur eine Wiederholung einzelner Arbeitsoperationen ermöglicht. Durch Lenkung der Sand- und Luftströme kann die Formhärte auch in kriti­ schen Modellbereichen beeinflußt werden, so daß auch formtechnisch schwierige Modelle gut ausgeformt wer­ den können.

In manchen Gießereien besteht das Programm aber aus formtechnisch einfachen Serien, so daß sich der bau­ technische Aufwand dieser universellen Vakuum-Impuls-Preß-Formmaschine nicht rechnet. Um auch hier anbieten zu können, war ein Formverfahren zu schaffen, daß mit einer relativ einfachen verschleißarmen Form­ einrichtung auskommt und möglichst auch das Zwei­ sand-Formverfahren berücksichtigt. Das Formverfah­ ren sollte an keine bestimmte Füllmethode und an kei­ nen bestimmten Maschinentyp gebunden, sondern glei­ chermaßen auf Einstationen- wie auch auf Shuttle- oder Drehteller-Formmaschinen ausführbar sein. Auch sollte es sowohl auf kastenlose als auch auf kastengebundene Formen anwendbar sein. Schließlich sollte es auch die mechanisierte Herstellung mittelgroßer Formen ermög­ lichen und eine Alternative zu den Slinger- und Folien- Vakuum-Formverfahren bieten.

Die Lösung dieser Aufgabe wurde in der Verfahrens­ weise nach Anspruch 1 gefunden. Zweckmäßige Ausge­ staltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.

Im Anspruch 12 ist eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmte Vorrichtung gekennzeichnet, die in den Ansprüchen 13 bis 16 zweck­ mäßig ausgestaltet ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Skizze einer Druckluftimpuls-Formeinrichtung beispielhaft er­ läutert.

Die dargestellte Formeinrichtung besteht aus einem Mehrkammer-Modellplattenträger 1, einer Modellplat­ te 2 mit Modell 3, einem Formkasten 11 mit aufgesetz­ tem Füllrahmen 12 und einer Abschlußplatte 13. Sie begrenzen zusammen den eigentlichen Formraum 14. Die einzelnen Kammern 7, 8 des Mehrkammer-Modell­ plattenträgers stehen über mit Sandfiltern abgedichtete Luftdurchtrittsöffnungen 4 mit dem Formraum 14 in Wirkverbindung und sind über Leitungen 5, 6 ausrei­ chenden Querschnitts und eine nicht dargestellte pro­ grammierbare Ventileinrichtung mit einer Druckluft­ quelle, einer Vakuumquelle und der Außenatmosphäre verbindbar. Der Modellplattenträger ist ferner mit Dichtungen 10 und Zentrierstiften 9 für den Formkasten 11 versehen. Dieser Modellplattenträger kann nachein­ ander Druckluftimpulse in zwei Richtungen erzeugen.

Der Formraum 14 ist durch eine druckdicht auf den Formkasten 11, bzw. den Füllrahmen 12 aufsetzbare Abschlußplatte 13 verschließbar. Die Abschlußplatte kann luft- und sanddicht sein. Sie kann aber auch nur sanddicht, aber luftdurchlässig sein.

Im dargestellten Fall ist sie mit Dichtungen 10 und mit Luftdurchtrittsöffnungen 4 versehen und bildet die un­ tere Seite eines Kastens 15, dessen Hohlraum über Luft­ leitungen 5, 6 ausreichenden Querschnitts und eine nicht dargestellte programmierbare Ventilschaltung mit einer Druckluftquelle oder der Außenatmosphäre verbindbar ist. Dieses Bauteil ermöglicht nicht nur die gesteuerte Ableitung von Druckluft aus dem Formraum 14, son­ dern kann auch als Impulsgeber fungieren.

Beim Betrieb einer erfindungsgemäßen Formeinrich­ tung wird auf eine mit Modellen 3 bestückte Modellplat­ te 2, bzw. deren Träger ein Formkasten 11 oder Form­ rahmen und ggf. ein Füllrahmen 12 aufgesetzt und in den damit gebildeten Formraum 14 Naßguß-Formsand eingefüllt. Die Modelle können je nach Bedarf außer­ halb oder innerhalb des Formraumes mit Modellsand beschichtet sein. Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß eine ausreichende Luftdurchtrittsfläche auf den Sandfil­ tern für den späteren Impuls freibleibt.

Das Einfüllen kann beliebig erfolgen. So kann der Sand bspw. aus einem Dosiergefäß, ggf. unter Verwen­ dung eines Verteilers o. ä., - eingeschüttet, mit Fluidis­ ierungsluft aufgelockert eingesaugt, oder mittels Über- oder Unterdrucks eingeschossen werden.

Nach dem Füllen wird der Formraum 14 mit einer sanddichten Abschlußplatte 13 verschlossen, die so ab­ gestützt sein muß, daß sie dem folgenden Druckimpuls standhält. Die Abschlußplatte kann auf eine Stirndich­ tung des Form- oder Füllrahmens 12 aufgedrückt wer­ den. Sie braucht dann keine so aufwendige Labyrinth­ dichtung wie ein in den Füllrahmen eintauchender Preß­ kopf. Alternativ kann die Abschlußplatte selbst mit ei­ ner Kopfdichtung 10 ausgerüstet und - bspw. bei ka­ stengebundenen Formen - mit einem Hohlraum verse­ hen sein, um die Volumenverminderung des Formsan­ des bei der Verdichtung auszugleichen und einen mit dem Kastenrand bündigen ebenen Formrücken zu schaffen. Sie kann luftdicht sein oder aber auch sand­ dichte Luftdurchtrittsöffnungen 4 haben, um zumindest einen Teil der von der Seite der Modellplatte her einge­ blasenen Luft aus dem Formraum abzuleiten oder aber einen Druckluft-Impuls einzuleiten.

Nun wird von der Seite des Modellplattenträgers her Druckluft impulsartig in den Formraum eingeblasen. Das kann je nach Modell auf verschiedene Weise ge­ schehen. Bei Modelleinrichtungen mit tiefen Taschen oder Schluchten, über denen sich erfahrungsgemäß Sandbrücken bilden, wird die Druckluft bevorzugt durch diese Bereiche eingeblasen, um die Sandbrücken aufzubrechen. Bei beschichteten Modellen dagegen wird der Druckluftimpuls durch unbeschichtete Sandfil­ terdüsen am Rand der Modellplatte bzw. des Modell­ plattenträgers geführt. Unmittelbar danach, also sobald der Druck im Formraum eine gewünschte Höhe er­ reicht hat, wird die Formkammer wieder entlüftet.

Die Entlüftung kann verschieden erfolgen. Bei Ver­ wendung von einer luft- und sanddichten Abschlußplat­ te wird die gesamte von Seite der Modelleinrichtung her eingeblasene Druckluft zu dieser Seite hin auch wieder schlagartig abgeführt, wobei die Druckluft bis zum oder kurz vor dem Erreichen des Druckausgleichs über Sandfilter in die Außenatmosphäre abgeblasen und dann nahtlos auf Absaugen umgeschaltet wird. Dadurch wird unter Entlastung der betrieblichen Vakuum-Anla­ ge die Luft weitgehend aus der Form entfernt, wodurch deren Neigung zum Rückfedern und Qualmen beim Ab­ gießen vermindert wird.

Bei Verwendung eines Abschlußkastens mit einer den Formraum sanddicht abschließenden porösen Ab­ schlußplatte kann durch diese ein Teil der von der Seite der Modelleinrichtung her eingeblasenen Druckluft durch ein druckeinstellbares Drosselventil abgeleitet werden. Die restliche, unter vorgewähltem Druck ste­ hende Luft wird aus dem Formraum schlagartig durch die Modelleinrichtung, bzw. deren Träger entspannt. Damit kann die Stärke des Aufpralls des Sandes auf die Modelleinrichtung beeinflußt und die Formhärte in die­ sem Bereich reguliert werden.

Bei Anwendung eines Doppel-Impulses wird die Druckluft des ersten Impulses von Seite der Modellein­ richtung her in den Formraum eingeblasen und durch den Abschlußkopf entspannt, woraufhin sofort der zweite Druckluft-Impuls von dieser Seite her in den Formraum eingebracht und durch die Modelleinrich­ tung abgeleitet wird.

Bei oszillographischen Messungen mit piezoelektri­ schen Sensoren wurde festgestellt, daß mittels des Druckluftimpulses der Formsand schlagartig gegen die Abschlußplatte geschleudert und dort verdichtet wird. Dabei entsteht ein ebener fester Formrücken, der auch weitgehend erhalten bleibt, wenn der Formraum an­ schließend entlüftet und abgesaugt wird. Oszillographi­ sche Messungen sind jedoch im laufenden Produktions­ betrieb einer Gießerei schlecht durchführbar. Es ist des­ halb zweckmäßig, die optimalen Werte der einzelnen Arbeitsoperationen zeitmäßig zu erfassen und das Formverfahren mittels robuster Zeitrelais oder pro­ grammierbarer Rechner zu steuern.

Bezugszeichenliste

1 Modellplattenträger
2 Modellplatte
3 Modell
4 Luftdurchtrittsöffnung
5 Luftleitung
6 Luftleitung
7 Kammer
8 Kammer
9 Zentrierstift
10 Dichtung
11 Formkasten
12 Füllrahmen
13 Abschlußplatte
14 Formraum
15 Kasten

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung von Gießformen durch Impulsverdichten von Naßguß-Formsand mittels Druckluft in einem Formraum, der durch eine auf einem Modellplattenträger befestigte, mit mindestens einem Modell belegte Modellplatte, ei­ nen Formrahmen mit ggf. aufgesetztem Füllrah­ men und eine Abschlußplatte gebildet wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die Druckluft aus­ schließlich von der Seite des Modellplattenträgers her in den Formraum eingeblasen und daß zumin­ dest ein Teil der Luft zu dieser Seite auch wieder impulsartig daraus abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckluft ausschließlich von der Seite des Modellplattenträgers her in den Form­ raum eingeblasen wird, daß die eingeblasene Druckluft bis auf einen vorbestimmten Druck durch die Abschlußplatte entspannt wird, und daß sodann die restliche Druckluft zur Seite des Mo­ dellplattenträgers hin wieder impulsartig aus dem Formraum abgeleitet wird.

3. Verfahren insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Doppel-Impuls angewendet wird, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die Druckluft durch den Modellplattenträger in den Formraum eingeblasen und durch die Abschlußplatte abgeleitet wird, und daß in einem unmittelbar darauf folgenden zweiten Verfahrensschritt die Druckluft durch die Ab­ schlußplatte in den Formraum eingeblasen und durch den Modellplattenträger abgeleitet wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der durch den Modellplattenträger einge­ blasenen Druckluft der Formsand an der Abschluß­ platte zu einem Formrücken verdichtet wird, und daß unmittelbar danach mit der impulsartig aus dem Formraum abgeleiteten Druckluft der am Formrücken vorverdichtete Formsand gegen die Modelleinrichtung geworfen und dort zur Form­ wand verdichtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Mehrkammer-Modellplattenträ­ ger verwendet wird, dessen einzelne Kammern über eine Ventileinrichtung unabhängig voneinan­ der mit einer Druckluftquelle, einer Vakuumquelle und/oder der Außenatmosphäre verbunden oder abgesperrt werden können.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Druckluft aus der Formkammer durch die Modellplatte bis zum Druckausgleich in die Außen­ atmosphäre abgeleitet und dann die entspannte Restluft aus der Formkammer abgesaugt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß mit der impulsartig eingeblasenen Druckluft Sandbrücken, die sich beim Einfüllen des Formsan­ des über tiefen Modelltaschen oder Modellschluch­ ten gebildet haben, aufgebrochen werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft bevorzugt durch den Bereich tie­ fer Modelltaschen oder Modellschluchten aus der Formkammer abgeleitet wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Modelle auf der Modellplatte mit Modellsand vorbeschichtet werden und der Naßgußsand als Füllsand eingesetzt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft durch bei der Beschichtung sand­ frei gehaltene Filterdüsen in die Formkammer ein­ geblasen wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mehrkammer-Modellplattenträger ver­ wendet wird, der mit außerhalb der Modellplatte, aber innerhalb des Formraumes liegenden sand­ dichten Luftdurchtrittsöffnungen versehen ist.

12. Vorrichtung zur Herstellung von Gießformen durch Impulsverdichten von Naßguß-Formsand mittels Druckluft in einem Formraum, der durch eine auf einem Modellplattenträger befestigte, mit mindestens einem Modell belegte Modellplatte, ei­ nen Formrahmen oder Formkasten mit ggf. aufge­ setztem Füllrahmen und eine Abschlußplatte gebil­ det ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsge­ ber an der Seite der Modelleinrichtung 2, 3 ange­ ordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Modellplattenträger (1) mit Zu- und Abfuhrleitungen (5, 6) für über eine pro­ grammierbare Ventileinrichtung impulsartig zu- oder abgeführte Druckluft ausgerüstet ist, und daß die Abschlußplatte (13) als mit den Stirnflächen des Formkastens (11), Form- oder Füllrahmens (12) druck­ dicht verbindbarer Verschluß des Formraumes (14) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußplatte (13) mit ei­ ner druckdicht verschließbaren Einfüllöffnung für Formsand in den Formraum (14) versehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß auch an der Seite der Ab­ schlußplatte (13) ein Impulsgeber angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abschlußplatte (13) sanddicht, aber luftdurchlässig ist und die druckdicht mit den Stirnflächen eines Formkastens (11), Form- oder Füllrahmen (12) verbindbare Seite eines Kastens (15) bildet, dessen Hohlraum über ein druckeinstellba­ res Drosselventil mit der Außenatmosphäre ver­ bindbar und/oder mit Zu- und Abfuhrleitungen (5, 6) für über eine programmierbare Ventileinrichtung impulsartig zu- oder abgeführte Druckluft ausgerü­ stet ist.