DE2554414C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Sandgießformen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Sandgießformen, bei dem Formsand in einen rahmenförmigen Formkasten über einem Modell eingefüllt und verdichtet wird, in dem der Sand in dem Formkasten nach Einfüllen mit Hilfe eines oder mehrerer Formstempel unter Druck versetzt wird, und bei dem der verdichtete Sand im Formkasten der Einwirkung eines Vakuums ausgesetzt wird.

Aus der US-PS 32 93 703 ist ein Verfahren zum Herstellen von Sandgießformen bekannt, bei dem der verdichtete Sand im Formkasten mit Hilfe von Unterdruck von der eingeschlossenen Luft befreit wird. Zu diesem Zweck weisen das Modell und «lie das Modell

ίο tragende Platte entsprechende Saugkanäle auf, die über eine Vakuumkammer unterhalb der Tragplatte mit einer Vakuumquelle verbunden sind. Dabei geht die US-Patentschrift von dem Problem aus, daß bei einer sehr stark profilierten Oberfläche des Modells während des Verdichtens des Sandes Schwierigkeiten auftreten dahingehend, daß der Sand während des Ausformens nicht ohne weiteres und nicht tief genug in die tiefliegenden Stellen des Modells eindringt. Diese bekannte Anordnung wird in der Weise betrieben, daß zunächst der Sand in den Formkasten über dem Modell eingefüllt wird. Danach wird eine Preßplatte von entsprechenden Abmessungen von oben in den nach oben offenen Füllkasten abgesenkt, wobei der Sand in dem Formkasten verdichtet wird. Wenn der Sand unter dem Druck der Preßplatte steht, wird der zwischen dem Formkasten, dem Modell und der Preßplatte eingeschlossene Sand der Einwirkung des Vakuums ausgesetzt. Das EintreK-ji der Preßplatte in den Formkasten und die Verdichtung des Sandes durch die Preßplatte sind erforderliche Voraussetzungen dafür, daß in der eingeschlossenen Sandmasse ein für das Abführen der eingeschlossenen Luft hinreichender Unterdruck erzeugt werden kann, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Preßplatte nur mit entsprechend ausreichendem radialem Spiel in den offenen Formkasten eintreten kann. Der Unterdruck in der Sandmasse wird bei dieser bekannten Anordnung also nur wirksam, nachdem die Sandmasse wenigstens teilweise mechanisch verdichtet worden ist. Dies reicht für das bekannte Verfahren aus, um das erklärte Ziel, nämlich die Luft aus den tiefliegenden Stellen . des Modells zuverlässig zu entfernen, zu erreichen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs näher bezeichnete Verfahren so weiterzubilden, daß eine zuverlässige Verdichtung und Ausformung des Sandes auch über komplizierten Modellen unter Verringerung der benötigten Verdichtungsenergie und unter Verbesserung und Beschleunigung des Verdichtungsvorganges ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird nach dem Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Modell, der eingefüllte Sand und der oder jeder Formstempel zunächst in eine luftdichte Kammer eingebracht werden und ein Vakuum in der Kammer spätestens mit Beginn der Sandverdichtung erzeugt und während des ganzen Verdichtungsvorganges aufrechtgehalten wird.

Aufgrund der Tatsache, daß alle an der Verdichtung beteiligten Teile und Einrichtungen bereits vor Beginn des Verdichlungsvorganges in eine vakuumdicht abgeschlossene Kammer eingeschlossen werden, wird die Voraussetzung dafür geschaffen, daß mindestens vom ersten Beginn des mechanischen Verdichtungsvorganges an diese Kammer und alle darin befindlichen Teile auch in dem erforderlichen MaBe evakuiert werden können. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die mechanische Verdichtung des Sandes mit Hilfe eines Preßkolbens oder dgl. innerhalb einer außerordentlich kurzen Zeil, der sogenannten Preß;:eit, erfolgt. Es handelt sich

dabei um die Zeit, die der Kolben bei der zur Verdichtung erforderlichen Absenkbewegung gemessen von der ersten Berührung des Kolbens mit der lockeren Sandschüttung bis zum Ende der Kolbenabsenkbewegung benötigt Diese Zeit ist zumeist wesentlich kleiner als eine Sekunde. Nur wenn in dieser kurzen Zeit die Luft weitgehend aus der losen Sandschüttung abgesaugt wird, kann durch die Erzeugung des Unterdruckes auch eine größere Dichte der gesamten Sandfüllung erreicht werden, ohne daß es dazu eines Rütteins der r'orm oder der Preßstempel bedarf.

Mit dem neuen Verfahren wird hierfür die Voraussetzung geschaffen, so daß der mechanische Verdichtungsvorgang praktisch in der abgeschlossenen und evakuierten Kammer und damit in einer von Lufteinschlüssen weitgehend befreiten Sandmasse ablaufen kann. Hierbei besteht die Möglichkeit, die gesamte eingeschlossene Luft in dem erforderlichen Umfange nahezu schlagartig aus dei· luftdicht abgeschlossenen Kammer abzuführen. Da die Erzeugung des Unterdruckes bei noch lockerer Sandschüttung erfolgt, ist das im wesentlichen restlose Abführen der Luft wesentlich erleichtert, im Vergleich zu der Abführung der Luft aus einer bereit?, mechanisch zusammengepreßten Sandmasse.

Aufgrund des neuen Verfahrens ist die Luft aus der Sandschüttung bereits nahezu vollständig abgeführt, wenn der eigentliche mechanische Verdichtungsvorgang mit Hilfe des Preßstempels einsetzt. Damit wird nur noch eine relativ geringe Preßenergie notwendig, um die in der Formkammer befindliche ruhende Sandschüttung zunächst in beschleunigte Bewegung zu bringen. Vor allem aber wird gewährleistet, daß nach Beginn der Gleitbewegung der Sandkörner unter drr Preßkraft die Sandkörner nicht wieder zur Ruhe gelangen, sondern ihre Gleitbewegung fortsetzen bis der Verdichtungsvorgang abgeschlossen ist. Dadurch wird die Schwierigkeit vermieden uic auftritt, wenn während des Verdichtungsvorganges die Sandkörner vorübergehend wieder aus ihrer anfänglichen Gleitbewegung zur Ruhe gelangen. Eine Wiederbeschleunigung der verdichteten Sandmasse zur weiteren Verdichtung ist nur mit außerordentlich hohem Aufwand an Preßenergie möglich. Dies ist der Grund dafür, daß bei den herkömmlichen Verfahren zumeist zusätzliche Rüttelbewegungen erforderlich sind. Aufgrund des neuen Verfahrens wird wegen des fehlenden Luftwiderstandes hei der mechanischen Verdichtung der Verdichtungsvorgang trotz geringerer Verdichtungsenergie intensiviert

Praktische Versuche haben bestätigt, daß es in vielen Fällen ausreicht, die lv'tdicht abgeschlossene Kammer erst unmittelbar bei Beginn des Verdichtungsvorganges mit Vakuum zu beaufschlagen. Durch das unmittelbare Zusammenwirken des mechanischen Verdichtungsstempels und der schlagartigen Evakuierung der Sandmasse wird erreicht, daß die Sandmasse im Bruchteil einer Sekunde aus dem Ruhezustand in den der Geschwindigkeit des Stempels entsprechenden Bewegungszustand beschleunigt wird.

Es kann in einigen Fällen auch vorteilhaft sein, wenn das Vakuum in der luftdichten Kammer bereits vor dem Beginn des Verdichtungsvorganges erzeugt wird. Dies kann insbesondere bei großen Sandmassen oder besonders komplizierten Modellen von besonderem Vorteil sein.

Es ist an sich auch bekannt, die Formmasse in den Formkasten aus einem Zwischenspeicher einzubringen und vor dem Einbrinprn der Formmasse den Formkasten nach oben abzudichten und mit einer Unterdruckquelle zu verbinden. Durch Freilegen einer Verbindung zwischen Speicherraum und Füllraum im Formkasten wird dia dabei entstehende Druckdifferenz zwischen Unterdruck im Formkasten und Atmosphärendruck auf der Sandmasse dazu ausgenutzt, die Sandmasse injektionsartig in den Füllraum einzubringen. Hier handelt es sich um ein Schießverfahren (vgl. DE-AS 10 97 621). Bezüglich der hier zu lösenden Probleme unterscheidet sich dieses Injektionsschießverfahren praktisch nicht von üblichen mit Überdruck arbeitenden Schießverfahren (vgl. DE-OS 24 22 407). !n beiden Fällen wird beim Füllen des Formkastens mit der Sandmasse auch Luft mit gleich hoher Beschleunigungskraft wie die Sandmasse in den Formkasten eingeführt, wobei die Luft und der Sand sich während des Füllvorganges innig miteinander mischen können. Erst wenn die Sandmasse eine ausreichende Verdichtung erfahren hat, um das weitere Eindringen von Luft wenigstens zu drosseln, kann in den weiter tieferliegenden Bereichen des Formkastens ein die Luft wirksam abführender Unterdruck entstehen.

Zum Ausführen des neuen Veriahrens geht die Erfindung von einer Vorrichtung mit einer Tragplatte zur Aufnahme des Modells, mit einem rahmenförmigen Formkasten und mit einer vorbestimmten Menge an Formsand aus, bei der oberhalb des Modells eine stempeiförmige Verdichtungseinrichtung angeordnet ist. Außerdem ist gattungsgemäß vorgesehen, daß eine Vakuumquelle mit an die Formsandmenge angrenzenden Flächen über Saugkanäle verbunden werden kann. Diese aus der eingangs genannten US-PS 32 93 703 bekannte Vorrichtung wird gemäß der Erfindung dadurch weitergebildet, daß Tragplatte und Formkasten mit Hilfe eines Gehäuses unter Zwischenschaltung von Dichtungen in der Ruhestellung der Verdichtungseinrichtung zu einer Modellsandmasse und Verdichtungseinrichtung aufnehmenden luftdichten Kammer ergänzbar sind, die über Schlitzdüsen mit der Vakuumquelle verbindbar ist.

Die Schlitzdüsen sind dabei zweckmäßigerweise durch die Spalte zwischen benachbarten Stempeln einer aus einer Mehrzahl von Einzelpreßstempeln bestehenden Verdichtungseinrichtung gebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungfbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Ausführen des neuen Verfahrens in Seitenansicht, teilweise im senkrechten Schnitt, die

Fig. 2 bis 4 in jeweils verschiedenen Ansichten und im größeren Maßstäbe Teilansichten der Luftabsaugstellen oder Schlitzdüsen der neuen Vorrichtung und
Fig.5 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 1 eine abgewandelte Ausführungsform der neuen Vorrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung webt eine

Tragplatte 3 für das Modell 4 auf. Die freiliegende Oberfläche des Modells 4 ist mit 5 bezeichnet. Das Modell ist von dem auf der Tragplatte 3 abgestützten Formkasten ö umgeben, auf dessen Oberseite ein Füllrahmen 8 aufsitzt. Auf diesem ist wiederum ein rahmenförmiger Gehäuseteil 9 aufgesetzt, der bis zu einem gestellfesten Deckenteil 10 aufragt. An diesem ist ein oberer Preßzylinder 15 der Verdichtungseinrichtung befestigt, der an seinem unteren Ende einen Preßkopf 16 trägt, der unmittelbar auf die Formsandmenge 7 im Formkasten 6 einwirken kann.
In den Kontaktbereichen zwischen Tragplatte 3 und

Formkasten 6 bzw. zwischen diesem und dem Füllrahmen 8 sowie zwischen dem rahmenförmigen Gehäuseteil 9 und dem Füllrahmen 8 bzw. dem Deckenteil 10 sind jeweils Dichtungen 11 bis 14 angeordnet. Durch Anheben der Tragplatte 3 mit Hilfe des heb- und senkbaren Preßtisches 2 können die genannten Teile somit in eine gegenseitig abdichtende Stellung zur Begrenzung einer luftdicht abgeschlossenen Kammer 30 gebracht werden, in welcher die Tragplatte 3, das Modell 4, die eingefüllte Menge an Formsand 7, der PreBkopf 16 und der Preßzylinder 15 angeordnet sind. Die luftdichte Kammer 30 kann über Schlitzdüsen 22 und Absaugkanäle 21 im Modell, eine Absaugkammer 17 und Absaugkanäle 18 in der Tragplatte 3 mit einer Vakuumquelle verbunden werden. Zu diesem Zweck ist der Absaugkanal 18 in der Tragplatte 3 über Saugleitung 19, Ventil 20, Filtereinrichtung 23 mit einem großvolumigen Vakuumbehälter 24 verbunden, der durch eine Unterdruckpumpe 28 standig auf dem gewünschten unterdruck gehalten wird. Der Sandfilter 23 und der Vakuumbehälter 24 können auch mit einer Umgehungsleitung 19a umgangen werden, welche die Unterdruckpumpe 28 über Ventil 20a direkt mit dem Ventil 20 verbindet, das in einer anderen Stellung die Leitung 19 mit der Umgebungsatmosphäre verbinden kann.

Entsprechende Schlitzdüsen können auch an der Unterseite des Preßkopfes 16 angeordnet sein, welche in einer Absaugkammer 25 des Preßkopfes münden. Diese kann über Kanäle 26 mit einer lediglich schematisch angedeuteten Absauglcitung 27 verbunden sein, die zu der Absaugleitung 19 oder dem Ventil 20 führt.

Die Schlitzdüsen sind gemäß den F i g. 2 bis 4 näpfchenartige Einsatzteile 33. die zwischen keilförmigen Stegen 32 im Boden Schlitze 31 bilden. Das schmalere Ende der Schlitze 31, d.h. die Seile 34 der Einsatzteiie 33 ist der Sandmenge 7 im Formkasten zugewandt.

Bei komplexen Modellen ist es zweckmäßig, an den schwierigen Stellen des Modells 4. wie in F i g. 1 dargestellt ist, Schlitzdüsen 22 anzuordnen. Ist eine direkte Absaugung durch das Modell 4 nicht erforderlich, ist es zweckmäßig die Schlitzdüsen nur auf Seiten des Preßkopfes 16 anzuordnen, was die Herstellung des Modells vereinfacht und eine Beeinträchtigung des Werkstückes durch die Einprägungen der Schiitzdüsen in der Sandmasse verhindert. Unabhängig von der Lage der Schlitzdüsen wird bei dem neuen Verfahren die Luft in dem erforderlichen Maße in einer Zeit abgesaugt, die

ίο in der Regel eine halbe Sekunde oder weniger beträgt. Die beschriebene Vorrichtung kann auch dazu ausgenutzt werden, um nach der Verdichtung unter Aufrechterhaltung des Unterdruckes aus dem Vorratsbehälter 29 ein Aushärtegas über das Vcnlil 20 und die

r> Leitung 19 in die ausgeformte Sandmasse einzuleiten. Durch die Evakuierung der gepreßten Sandmasse saugt diese schwammartig das zugeführte gasförmige Aushärtemittel ein. Die überschüssige Gasmenge kann leicht nach der Aushärtung abgesaugt werden, worauf über

^n uar> v'cr'lül *v utc lüiiuiCnic rväffirftcF jv uci'üiici Wii\j.

Die Absaugung der Luft erfolgt spätestens bei Beginn der mechanischen Verdichtung der Sandfüllung 7. Es kann zweckmäßig sein, die Absaugung der Luft aus der luftdichten Kammer 30 schon vor Beginn des mechanisehen Verdichtungsvorganges auszulösen.

Die in F i g. 5 gezeigte Vorrichtung 40 unterscheidet sich von der Vorrichtung und Anordnung nach Fig. 1 lediglich dadurch, daß als Preßkopf eine Vielzahl von einze ;"en an dem Preßzylinder 42 angeordneten

jo Preßstempeln 41 besteht. Diese sind im geringen gegenseitigen Abstand und parallel zueinander angeordnet, um den Sand über dem Modell zu verdichten. Bei dieser Ausführungsform sind Schlitzdüsen nicht erforderlich, da diese durch die entsprechend bemessenen Spalte 45 zwischen den benachbarten Preßstempeln 41 gebildet werden. Der Raum hinter den Köpfen der einzelnen Preßstempel 41 bildet eine Absaugkammer 43, die über Leitung 44 mit dem Unterdrucksystem verbunden ist. Im übrigen arbeitet die Vorrichtung nach F i g. 5 in gleicher Weise wie die Vorrichtung nach Fig. 1.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Sandgießformen, bei dem Formsand in einen rahmenförmigen Formkasten über einem Modell eingefüllt und verdichtet wird, indem der Sand in dem Formkasten nach Einfüllen mit Hilfe eines oder mehrerer Formstempel unter Druck versetzt wird, und bei dem der verdichtete Sand im Formkasten der Einwirkung eines Vakuums ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell,der eingefüllte Sand und der oder jeder Formstempel zunächst in eine luftdichte Kammer eingebracht werden und ein Vakuum in der Kammer spätestens mit Beginn der Sandverdichtung erzeugt und während des ganzen Verdichtungsvorganges aufrecht gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum in der luftdichten Kammer bereits vor dem Beginn des Verdicktungsvorgangci erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Verdichtungsvorganges die luftdichte Kammer von der Vakuumquelle getrennt und gleichzeitig mit einer Quelle für ein unter Umgebungsdruck stehendes Aushärtegas verbunden wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ende der Aushärtephase und vor dem öffnen der luftdichten Kammer die Gasquelle abgetrennt und die luftdichte Kammer für eine begrenzte Zeit erneut mit der Vakuumquelle verbunden wird.

5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 mit einer Tragplatte zur Aufnahme des Modells, e: ;es rahmenförmigen Formkastens und einer vorbestimmten Menge an Formsand, sowie mit einer oberhalb des Modells angeordneten stempeiförmigen Verdichtungseinrichtung und einer Vakuumquelle, die mit an die Formsandmenge angrenzenden Flächen über Saugkanäle in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß Tragplatte (3) und Formkasten (6) mit Hilfe eines Gehäuses (8, 9, 10) unter Zwischenschaltung von Dichtungen (11 bis 14) in der Ruhestellung der Verdichtungseinrichtung (15, 16) zu einer Modellsandmasse und Verdichtungseinrichtung aufnehmenden luftdichten Kammer (30) ergänzbar sind, die über Schlitzdüsen (22,45) mit der Vakuumquelle (24, 28) verbindbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzdüsen durch die Spalte (45) zwischen benachbarten Stempel (41) einer aus einer Mehrzahl von Einzelpreßstempeln bestehenden Verdichtungseinrichtung gebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzdüsen (22) über die Begrenzungsflächen (5, 16) der luftdichten Kammer (30) verteilt angeordnet sind.