DE3008235C2

DE3008235C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gießformteilen und -kernen

Info

Publication number: DE3008235C2
Application number: DE19803008235
Authority: DE
Inventors: Eugen Dipl.-Ing. 8871 Burtenbach Bühler
Original assignee: Individual
Current assignee: Eisengiesserei Buehler 89349 Burtenbach De GmbH
Priority date: 1980-03-04
Filing date: 1980-03-04
Publication date: 1983-01-27
Also published as: DE3008235A1

Description

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verhält.

7. Vorrichtung nach Anspruch b. dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckeinrichtung (15) mit einem in die Einschießöffnung (19) eintauchbaren Preßstempel (16) vorgesehen ist.

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Die Erfindung betriftt die Herste'lung von Formteilen, insbesondere von Kernen für Gießformen.

Sie baut auf auf dem aus der DE-OS 28 33 999 bekannten Verfahren zum pneumatischen Herstellen von Gießformteilen, irubesondere von Kernen, bei dem mehrere Einschießöffnungen eines mit Luftabführungsöffnungen in seiner Wandung versehenen Form- oder Kernkastens in einer druckdicht verschlossenen Kammer über eine entsprechend mehrere Sanddurchflußkanäle aufweisende, aus einem Doppelschieber bestehende Verschlußeinrichtung mit einem Sandvorratsbehälter verbunden und sodann der Formhohlraum des Kernkastens nach dem Vakuum-Schießprinzip mittels eines schlagartig in der Kammer erzeugten Unterdrucks mit Form- oder Kernsand gefüllt wird, der anschließend gegebenenfalls nach dem Lufidruek-Impuls-Prinzip pneumatisch nachverdichtet und/oder mittels Reaktions· oder Kataly-atorgases ausgehärtet und mit Luft durchgespült wird.

Bei der Herstellung verhältnismäßig langgestreckter Kerne aus schnell abbindendem Sand, speziell bei Wassermantelkernen für Zylinderköpfe von Mehrzylinder-Reihenmotoren nach dieser Verfahrensweise in der DE-OS 28 33 999 beschriebenen Vorrichtung waren mitunter Zonen verminderter Abriebfestigkeit zu beobachten, die ziemlich gleichmäßig mittig zwischen den Einschießstellen des Kerns lagen.

Bei der Entstehung dieser Schwachstellen spielen vermutlich mehrere Umstände eine Rolle. Line Ursache kann die unterschiedliche kinetiscKe Energie sein mit der die einzelnen Kernsandteilchen beim Kernaufbau im Formhohlraum aufeinandertreffen. Beim Vakuumschießen schreitet die Sandablagerung im Formhohlraum beim Kernaufbau etwa halbkugelförmig von der Peripherie zur Einschießöffnung hin fort Tritt der Kernsand nun durch mehrere F.inschießöffnungen in den Formhohlraum ein. so treffen die aus zwei benachbarten Einschießöffniingen zuerst eintretenden Kernsandleilchen mit einer anderen kinet sehen Energie aufeinander als die anschließend nachfolgenden Kernsandteilchen auf die bereits abgelagerte Kernsand masse des sich aufbauenden Kerns

Eine andere Ursache kann darin liegen, daß der Kernsand zeitlich nicht gleichmäßig aus dem .Sandvorratsbehälter verarbeitet wird, sondern daß dann durch Krater- und Brückenbildung Ablagerungen und Verkru stungen entstehen, in denen der Binder schon teilweise reagiert oder kondensiert. Wenn solche schon teilweise abgebundenen Sandparticn schließlich in den Kernkasten eingeschossen werden, erfolgt an den Auftreffstel len der aus den benachbarten Emschieböffnungen etnschäeßenden Sandströme keine ausreichende Vermischung Und Verbindung miteinander mehr.

Wenn aber jeder Kern nach dem Ausschalen erst auf Texturstellen geprüft werden muß, geht der zeilliche Vorteil durch den Einsatz schnell reagierender Bindertypen wieder verloren.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Flerstellung von Gießformteilen, insbesondere von

j, Kernen durch Unierdruckschießen zu schaffen, mit dem auch komplizierte und langgestreckte Kerne aus schnell abbindenden Kernsanden hergestellt werden können, die frei von Texturstellen und Zonen unterschiedlicher Festigkeit sind. Dieses Verfahren sollte auch die Verarbeitung schwierig zu verschießender hochplastischer tonbinderhaltiger Form- und Kernsande ermöglichen. Außerdem sollte ein Lösungsweg gefunden werden, der sowohl die Weiterverwendung bereits vorhandener Unterdruckkammer-Kernschießmaschinen ohne größeren Umrüstungsaufwand ermöglicht, als auch bei geteilten Kernkästen mit integrierten Unterdruckkammern zu befriedigenden Ergebnissen führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Vakuum- bzw. Unterdruck-Schießverfahren der Form-, bzw. Kernsand nicht mehr wie bei dem Verfahren nach der Deutschen Offenlegungsschrift 28 J3 999 durch mehrere, sondern wie an sich aus den Abbildungen der Deutschen Offenlegungsschriften 27 49 127 und 26 19 529 bekannt, durch eine einzige in der Wandung eines Form- oder Kernkastens vorgesehene Einschießöffnung eingeschossen. Um dabei aber bei horizontal langgestreckten und komplizierten Kernen eine gleichmäßige Verdichtung auch im Bereich von Schießschattenstellen im Form- oder Kernkasten zu erreichen, wird im Gegensatz zu den aus den drei gerannten Druckschriften bekannten Verfahrensweisen der Form- oder Kernsand der einzigen Einschießöffnung im freien Fall zugeführt und dabei stark mit Luft fluidisiert, wobei der Formhohlraum des Form- oder so Kernkastens durch derart abgestuft zur Einschießöffnung angeordnete Luftabführungsöffnungen evakuiert wird, daß während des gesamten Füllvorgangs eine weitgehend gleichmäßige 1-ließgeschwindigkeit der einschießenden Sandteilchen von der Einschießöffnung *> bis zu ihrer Auftreffstelle im Formhohlraum erreicht und eingehalten wird

Durch diese Maßnahmen wird gewährleistet, daß die Sandteilchen mit praktisch gleicher kinetischer Energie an der Stelle auftreffen, an der sie auch im ausgeschalteten Kern ihren endgültigen Platz haben.

Bei Versuchen an einem ideal gestalteten Kern in Form eines langgestreckten liegenden Zylinders und an realen Wassermantelkernen für einen Zylinderkopf eines Vierzylinder-Reihenmotors wurde als universell ⁴J ste Abstufung eine sogenannte »Seeziel-Beziehung« gefunden. Danach wird die gewünschte Gleichmäßig keit der Sandverdichtung erreicht, wenn ⁱ/b der sich aus Toleran/fugen /wischen den Kcrnkastenteilen und Luftabführungsöffnungen η der Kernkastenwand erge- ^5I> benden wirksamen Absaugfläche in dem Kastenwandungsbereieb vorgesehen wrrden. der ¹Zb des von der Einschießstelle am weitesten entfernten Volumens des Formhohlraums umgibt. ²If, der Absaugfläche verteilen sich /ur Finschießrffnung hin abnehmend auf die Kastcnwandungsbereiche. die die nächsten ²It des Formhohlraum- bzw. Kernvolumens umgeben, während das let/te '/* der Absaugfläche in dem Bereich der Kernkastenwandung vorgesehen wird, die die let/ten Ve des Kernvolumens bis /ur Einschießöffnung hin ^b0 H umgeben.

M Diese BeziehUngiistJiichl starr,.-sondern wird äußer H von der geometrischen Gestalt des herzustellenden S Kerns vor allem von den physikalischen und technology Il sehen Eigenschäften des jeweils zu verarbeitenden ^6ä W Sandes beeinflußt. Beim Verschießen von sehr fetnkör-Il nigen Kernsanden mit geringer Gasdurchlässigkeil ist es zweckmäßig, den Hauplanteil der wirksamen Absaugfläche stärker /ur Peripherie des Formhohlraums zu verlagern. Die Wirksamkeit der dort angebrachten Luftabführiingsöffnungen wird nämlich mit zunehmender Ablagerungsdicke des weniger gasdurchlässigen Kernsandes auch stärker gedampft als bei der Verarbeitung von gröberen Sanden mit höherer Gasdurchlässigkeit.

Wenn gegen Ende des Füllvorgangs bereits sämtliche Luftabführungsöffnungen in der Kernkastenwandung durch den im Formhohlraum abgelagerten Form- oder Kernsand abgedeckt sind, kann die Fließgeschwindigkeit der Sandteilchen nachlassen, so daß in einem engen Bereich unmittelbar hinter der Einschießöffnung die Verdichtung geringer bleibt als in den übrigen Bereichen des Kerns.

Um auch an diesen und anderen kritischen Stellen eine ausreichende Verdichtung zu bekommen, kann deshalb erfahrungsgemäß der Vakuum-Schießprozeß durch eine Luftstoß-Impuls-Verdichtung ergänzt werden. Dazu wird die Einschießöffnung des Kernkastens mit einer Druckluftquelle verbunden, ,ä,s der ein kurzer Druckluftstoß mit einem Druck von 1 bis ,ö bar und 0,5 bis 3 Sekunden Dauer impulsartig durch die Einschießöffnung auf den Sand im Kernkasten aufgeblasen wird. Das geschieht in der Zeit, in der die Luft noch durch die LuftabftK.fungsöffnungen abgesaugt wird. Durch das Einblasen des Luftstoßes werden an besonders kritischen Stellen im Kern noch vorhandene Lockerstellen pneumatisch nachverdichten Der dazu erforderliche Sand wird dabei aus dem Reservoir in der Einschießöffnung des Kernkastens und einem eventuell darüber liegenden Zufuhrkanal unter dem Sandtrichter der Kernschießmaschine entnommen. Gegebenenfalls kann der Sand außerdem aus der Einschießöffnung mit Hilfe eines in die Einschießöffnung eintauchenden Preßstempels bis auf die endgültige Kontur des herzustellenden Kernes heruntergepreßt werden, so daß ein nachträgliches Verputzen des Sandbutzens an der Cinschießstelle entfällt.

Der derart verdichtete Kern kann je nach verwendetem Bindertyp noch im Kernkasten mittels durch die Einscnießöffnung eingeblasencn Reaktions- oder Kata Iysatorgases ausgehärtet und anschließend mit Luft durchgespült werden, so daß ein direkt einsa;zfähiger Kern nach dem Ausschalen erhalten wird.

Das Aushärten mittels Katalysatorgas entfällt natürlich, wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung v>n Gießformteilen für kastenlose Formen aus bindetonhaltigen Formsanden angewendet wird, die anschließend /11 einem Formenstrang mit horizontaler oder vertikaler Kast.'nteilung zusammengestellt werden.

Die erfindungsgemäßi· Verfahrensweise kann sowohl in der «.us der DE-OS 28 33 999 bekannten Unterdruckkammer-Kernschießmaschine durchgeführt werd-n. wobei dann die Sanüdurchflußkanäle in der a*js einem Doppelschieber bestehenden Verschlußeinrichtung bis auf einen einzigen Kanal stillgelegt werden. Zur Durchführung diese«. Verfahrens kann aber auch eine neue Vorrichtung benut/l werden, die in den Zeichnungan dargestellt ist»

Dabei zeigt

Fig. 1-. eine Form- oder Kernschießmaschine rhk einem in 'einer druckdicht verschließbaren Kammer angeordneten Kernkasten mit zur Einschicßöffnung hin abgestuft angeordneten Luftabführungsöffnungen Und

Pig.2 eine Kernschießmaschine mit einem Kernkasten, der eine in jedem Kernkastenteil integrierte

evakuierbare Kammer hat.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem haubenförmigen Gehäuse I, das durch einen mittels Kolbenstange 3 vertikal bewegbaren Boden 2 druck- und vakuumdicht veischließbar ist. Im geschlossenen Zustand bilden das Gehäuse und der Boden eine Kammer 4, die durch einen an einer Seitenwand des Gehäuses angeschlossenen Saugstutzen 5 mittels einer nicht dargestellten, mit Abspcrrcinrichtungen ausgerüsteten Absaugeinrichlung evakuierbaf ist. Die Druck- ι» Verhältnisse in der Kammer sind mittels einer Meßeinrichtung 6. beispielsweise einem Druckmeßschreiber oder einem Manometer, überwachbar.

Am vertikal bewegbaren Boden ist eine Hubeinrichtung 7 angebracht, deren Kolbenstange einen Hubtisch 8 vertikal bewegen kann. Dieser Hubtisch trägt einen mehrteiligen Kernkasten, der im dargestellten Fall horizontal geteilt ist und aus einem Kernkastenunterteil 9a und einem Kcrnkastenoberteii 9b besierii. Sein Formhohlraum 10 ist über mit Filtereinsätzen gegen 2ii S.inddurchtriit abgedichtete Luftabführungsöffnungen 11 in der Kastenwandung evakuierbar.

Der zusammengesetzte Kernkasten wird vom Hubtisch gegen die Decke des Gehäuses gedruckt. Damit dabei aber auch die Luft aus dem Formhohlraum durch an der Kernkastenober- und Unterseite mündende Luftabführungsöffnungen abgesaugt werden kann, sind die entsprechenden Anlageflächen des Hubtisches und der Gehäusedecke entweder mit Nuten, einer Riffelung oder dergleichen versehen, oder aber es ist. wie im JO dargestellten Fall, eine luftdurchlässige Platte 12, die beispielsweise aus einerr· geflochtenen Drahtnetz bestehen kann, zwischen Kernkasten und Hubtisch sowie Gehäusedecke vorgesehen.

Außen hat die Gehäusedecke Gleitführungen, in denen ein Schieber 13 in Pfeilrichtung translatorisch bewegbar ist. Der Schieber hat zwei runde Öffnungen, die in Her jeweiligen Endlage mit einer entsprechenden Öffnung in einem in der Gehäusedecke auswechselbar angeordneten SchieGmundstück 20 mit darunter liefen- -w der elastischer Dichtung korrespondieren und einen Zufuhrkanal für Sand. Luft oder Gas bilden. Über jeweils einer Öffnung ist auf dem Schieber ein trichterförmiger Sandbehälter 14 sowie eine mit Druckluft-,Spülluft- und Reaktions- oder Katalysatoran- « Schlüssen versehene Druckeinrichtung 15 mit einem vertikal bewegbaien Preßstempel löangeordneL

Über dem Sandbehälter kann eine Sandzufuhreinrichtung vorgesehen sein, die wie im dargestellten Fall aus einem Zellenraddosierer 17 besteht. Der Sandbehälter ist innen zweckmäßig mit einem Anti-Haftmittel, beispielsweise Polytetrafluorethylen beschichtet und im unleren Teil seiner Wandung mit Filtereinsätzen 18 versehen, durch die Fluidisierungslufl zum Sand treten kann, wenn dieser in die einzige Einschießöffnung 19 im ^ Kernkasten einschießL

Diese Vorrichtung eignet sich besonders zur Ermittlung der günstigsten Evakuierungsweise des Formhohlraums nach Lage und Größe des wirksamen Querschnitts der Luftabführungsöffnungen, weil der in der &o Kammer erzeugte Unterdruck auf sämtliche Außenflächen des Kernkastens einwirkt Daher können jederzeit und an jeder beliebigen Stelle des Kernkastens, der wegen der verhältnismäßig niedrigen Druckbelastung beim Unierdrjcksehießer. aus !eicht bearbeiibarem ·" Material wie Holz bestehen kann, nachträglich zusätzliche Luftabführungsöffnungen durch die Kastenwand gebohrt und mit Filtereinsätzen gegen Sanddurchtritt versehen werden, bzw. sich als überflüssig erweisende Luftabführungsöffnungen wieder verschlossen werden. Auch für die Herstellung kleinerer KernseVien ist diese Vorrichtung gut geeignet,

Müssen dagegen größere Mengen gleicHef Kerne irr kurzer Zeil hergestellt werden, kann es zweckmäßig sein, die mittels der Vorrichtung nach Fig.! gewonnenen Erkenntnisse bei der Herstellung spezieller Kernkasten auszunutzen Und zur Serienfertigung eine in Fig.2 im Prinzip dargestellte Vorrichtung :tu vefwen* den.

Diese besitzt cn Maschinenoberteil, das dem der Vorrichtung nach F ι g. I entspricht.

Anstelle des haubenförmigen Gehäuses hat die Vorrichtung nun aber nur mehr eine Deckplatte 21, an der ein Kernkastenoberteil 9b fest angeschraubt ist. Das korrespondierende Kernkastenunterteil 9a ist auf einem Hubtisch 8 fixiert und mit diesem gegen das

den Kolbenstangen 3.

Die Außenwände 23 einschließlich der den Formhohlraum 10 umgebenden Flächen der Kernkastenteile bestehen aus einem luftdichten Werkstoff wie Metall oder faserverstärktem Kunstharz und schließen einen innenraum 24 ein. Dieser Raum in jedem Kerkastenteil bildet eine evakuierbare Kammer, die über einen Luflabsaugstutzen 5 mit einer an sich bekannten Absau^iinrichtung und über in der den Formhohlraum 10 umgebenden Wandfläche angebrachte Luftabführungsöffnungen 11 mit dem Formhohlraum in Verbindungsteht.

Das Kernkasten'jnterteii kEüH mit einer Kernüüsstoßeinrichtung 25 ausgerüstet sein, deren Ausstoßstifle luftdicht durch die Wandungsteile und den Innenkern 24 zum Formhohlraum 10 geführt sind.

Auch bei den solcherart ausgebildeten Kernkasten teilen bleibt die Möglichkeit der — bis auf den Unmittelbaren Bereich an der Kernkastenteilungsfläche — allseitigen Anordnung von Luftabführungsöffnungen zwischen Formhohlraum und evakuierbarer Kammer genau wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1 erhalten. Da nun der Kernkasten aber nicht mehr für jeden Füllvorgang in eine verschließbare Kammer eingebracht und danach wieder zum Ausschalen des Kern daraus entnommen werden muß, ermöglicht die Vorrichtung nach Fig. 2 eine Verkürzung der Taktzeit.

Bezugszeichenlist:

1 Gehäuse

2 Boden

3 Kolbenstange

4 Kammer

5 Saugstutzen

6 Meßeinrichtung

7 Hubeinrichtung

8 Hublisch

9a Kernkastenunterteil

9f> Kernkastenoberteil

10 Formhohlraum

11 Luftabführungsöffnungen

12 Platte

13 Schieber

14 Sandbehälter

15 Druckernrichtung

16 Preßstempel

17 Zellenraddosierer

18 Filtereinsatz

19 EinschießöFfnung

20 Schießmundstück

21 Deckplatte

22 Bodenplatte

23 Außenwand

24 innenkefn

25 Kefnaüssloßeinrichlung

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Hersteilung von Gießformteilen, insbesondere von Kernen, wobei durch Luftabführungsöffnungen in der Wandung eines Form- oder Kernkastens in dessen Formhohlraum ein Unterdruck erzeugt und mittels der dabei entstehenden Druckdifferenz unter Außendruck stehender Formoder Kernsand durch eine einzige Einschießöffnung eingesaugt und beim Einschießen in den Formhohlraum unter Entlüftung pneumatisch verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Formoder Kernsand der Einschießöffnung (19) in freiem Fall zugeführt und dabei mit Luft fluidisiert wid. wobei der Formhohlraum (10) des Form- oder Kernkastens (9a; 96; durch derart abgestuft zur Einschießöffnung (19) angeordnete Luftabführungsöffnungen (U) evakuiert wird, daß während des Füllvorgangs eine weitgehend gleichmäßige Fließgeschwinüi^keit der einschießenden Sandteilchen von der Einschießöffnung (19} bis zu ihrer Auftreffstelle im FormhohlraumllO) erreicht und eingehallen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Form- oder Kernkasten (9a: <)b) in eine druckdicht verschließbare Kammer (4) eingebracht, darin mit einer Zufuhroffnung für Form- oder Kernend verbunden, die Kammer geschlossen und dann unter Unterdruck gesetzt wird, der sich durch die Luftabführungsöffnungen (11) in der Kastenwandung fortpHanzt und mit dem der Form- oder Kernsand in den Formhohlraum (10) eingesaugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch ', oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der dun' das Einschießen in den Formhohlraum (10) vorverdichtete Sand durch einen stoßartig durch die Finschicßöffnung (19) in der Kastenwandung aufgebrachten Druckluftimpuls pneumatisch nachverdichtet wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der nach dem [Anschießen und gegebenenfalls nach dem pneumatischen Nachverdichten des Form- oder Kernsandes in der Einschießoffnung (19) verbliebe nc Sandbutzen mittels eines Prcßstempels (16) bis tuf die Kontur des eigentlichen Gießformteils heruntergepreßt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das tuf seine F.nddichte gebrachte Gießformieil mittels durch die F.inschießöffnung (19) in der Kastenwan dung zugeführten Rcaktions oder Katalysatorgases »usgehärtet und mit Luft nachgespült wird.

6. Vorrichtung zur Herstellung von ^riießformtei ten. insbesondere von Kernen, mit einem F-'orm oder Kernkasten, in dessen Wandung eine einzige Einschießöffnung und mit Filtereinsätzen versehene Luftabfiihrungsöffnungen vorgesehen sind, durch die iein Formhohlraum evakuierbar ist. dadurch ge kennzeichnet, daß die Luftabfuhrungsöffnungen (11) zur Einschießöffnung (19) derart abgestuft angeord^ 'hei: sind) daß sich die wirksame Absaugfläche der

LüftabführurigsöffnUtigen (11) zum Volumen des Gießförmleils von der Peripherie des Formhohl· raürfis (10) Zur Einschießöffnung (19) hin gesehen Wie

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