DE3406466C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichten von Gießereiformstoff, insbesondere Formsand, mittels einer der Form­ stoffoberfläche unmittelbar aufliegenden Preßplatte, die auf eine Hubge­ schwindigkeit bis zu 20 m/s beschleunigt wird.

Die Technik der Verdichtung von Gießereiformstoff hat in den letzten Jahren eine sprunghafte Entwicklung gemacht , die weitgehend von der Verbesserung der Arbeitsbedingungen, insbesondere der Umweltbedingungen in der Gießerei bestimmt war. So ist das früher übliche Rütteln und Preßrütteln wegen der erheblichen Lärmentwicklung in zunehmendem Maß durch pneumatisch arbeitende Formmaschinen beispielsweise Schießmaschinen ersetzt worden, bei denen eine Vorverdichtung durch Abbremsen eines pneumatisch beschleu­ nigten Formstoffvolumens auf dem Modell und der Modellplatte erfolgt. Hierbei ist im allgemeinen ein mechanischen Nachpressen notwendig, um eine ausreichende Formfertigkeit an der Modellkontur zu erreichen.

In neuerer Zeit sind rein pneumatische Verdichtungsverfahren entwickelt worden, bei denen der Formstoff in den Formkasten eingefüllt und an­ schließend mit einem schlagartigen Gasdruckstoß beaufschlagt wird. Hierfür wird entweder hochgespanntes Druckgas oder ein zur Explosion gebrachtes gasförmiges Brennstoffgemisch verwendet. Mit diesem Ver­ fahren konnten zwar die Formkosten gegenüber den herkömmlichen Ver­ fahren drastisch gesenkt und die Qualität der Form bei einem großen Anteil von Modellen gesteigert werden, doch ergeben sich bei anderen Mo­ dellen wieder unerwartete Schwierigkeiten. Mit diesen Verfahren ist es ferner auch möglich, Gießtrichter oder Gießtümpel direkt einzuformen, da der Formrücken relativ weich bleibt. Bei einigen Gußarten, z. B. Sphäroguß oder Stahlguß, ist ein harter Formrücken und wegen der Belastung beim Gießen eine durchgehend hohe Härte erwünscht, was wiederum dazu zwingt, die Form mechanisch nachzupressen, womit der technische Auf­ wand zu groß wird. Insgesamt läßt sich für diese Verdichtungsverfahren feststellen, daß die Formkosten gegenüber bei herkömm­ lichen Verdichtungsverfahren zwar gesenkt, die praktischen Einsatzmög­ lichkeiten aber begrenzt wird.

Es ist schließlich bereits seit einiger Zeit bekannt, Preßorgane, wie Preß­ platten, Preßstempel, Membranen oder dgl. durch Gasdruck zu beauf­ schlagen, doch haben diese Verfahren bisher keine praktische Bedeutung erlangt, offensichtlich deshalb, weil die Verdichtungswirkung den Bereich bekannter hydraulischer oder pneumatischer Preßverfahren nicht überstieg.

Es ist schließlich bekannt ("Litejnoe Proizvodstvo in Deutsch" Jg. 1963 H. 3, S. 6 bis 9), eine dem Formstoff frei aufliegende Platte durch Stoßimpuls zu beschleunigen. Dieses sogenannte "Hochgeschwindigkeitspressen" geschieht dadurch, daß ein Schlagkolben in einem Zylinder durch einen gezündeten Explosivstoff schlagartig beschleunigt wird und seine kinetische Energie beim Aufprall auf die Preßplatte abgibt. Dadurch wird die Preßplatte im Augenblick des Impulses schlagartig auf Maximalgeschwindigkeit beschleu­ nigt und während des Verdichtungshubs durch die innere Reibung der Form­ stoffpartikel bis zum Stillstand abgebremst. Der zeitliche Verlauf der Verzögerung wird von Elastizitätsverhalten der Preßplatte und vom Dämpfungsverhalten der Formstoffmasse maßgeblich beeinflußt. Schwanken­ de Sandwerte, wie sie in der Praxis üblich sind, sowie unterschiedliche Formstoffhöhen bei verschiedenen Modellen führen zu unterschiedlicher Ver­ dichtungswirkung, die im übrigen durch überlagerte Stoßwellen gestört wird. Um den Aufbau axialer Stoßwellen zu vermeiden, wird das Antriebsgas über den Schlagkolben bereits vor dem Aufschlag auf die Preßplatte durch Auspufföffnungen drucklos entspannt.

Es wird ferner in der Literatur darauf hingewiesen, daß es im Bereich des Formrückens zu Abplatzungen und Rissen, sogar zur Kornzerstörung kommen kann, weil offensichtlich der Formrücken aufgrund der sehr hohen Anfangs­ beschleunigung zu stark verdichtet wird, so daß die Form nach dem Ent­ lasten "springt". Dieses Verfahren scheint bisher nur im Labormaßstab durch­ geführt worden zu sein. Die Ursache dürften nicht nur die vorgenannten Nach­ teile, sondern auch die Tatsache sein, daß bei üblicher Bauhöhe von Form­ kästen und entsprechend großem Verdichtungshub hochbrisante Explosiv­ stoffe mit entsprechendem Energieinhalt eingesetzt werden müßten, die naturgemäß auch sicherheitstechnische Risiken in sich bergen. Als positiv an diesem dynamischen Pressen muß immerhin die erreichbare Form­ härte angesehen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das letztgenannte Verfahren da­ hingehend weiterzuentwickeln, daß eine gleichmäßige und reproduzierbare Verdichtung erreicht wird.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe da­ durch gelöst, daß die Preßplatte in einer Anlaufphase mit bis zu 50% der Gesamthubzeit bis zur maximalen Hubgeschwindigkeit progressiv be­ schleunigt, in der anschließenden Bewegungsphase mit nahezu konstanter Hub­ geschwindigkeit bewegt und in der Auslaufphase mit bis zu maximal 30% der Gesamthubzeit degressiv verzögert wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich zunächst eine weiche Anfangsbeschleunigung der Preßplatte und damit auch des Formstoffs, wo­ durch eine zu starke Vorverdichtung im Bereich des Formrückens vermieden wird. Die Verdichtung setzt sich in dieser Anlaufphase und in der Haupt­ phase, in der die maximale Hubgeschwindigkeit erreicht und annähernd konstant beibehalten wird, fort und führt zu einer zunehmenden Verdichtung des Formstoffs über die gesamte Formstoffhöhe. Gegenüber der reinen Stoßverdichtung wird der Vorteil erreicht, daß der Ver­ dichtungsdruck aufgrund des Geschwindigkeitsverlaufs längere Zeit an­ hält und erst in der Auslaufphase degressiv abgebaut wird. Diese Druck­ nachführung führt zu einer gleichmäßigen Formhärte über die gesamte Form­ stoffhöhe. Der Absolutwert der Formhärte läßt sich durch die Einstellung der maximalen Hubgeschwindigkeit vorbestimmen.

Ein weiterer Lösungsgedanke der Erfindung, der insbesondere in Verbindung mit dem vorgenannten Verfahren, aber auch bei reinen Gasdruck- und Stoßver­ dichtungsverfahren anwendbar ist, besteht darin, daß die Hubgeschwindig­ keit der Preßplatte umgekehrt proportional zur Formstoffhöhe gewählt wird.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß - anders als an sich zu erwarten - bei einer niedrigen Form eine höhere Hubgeschwindigkeit erforderlich ist, um zu einer gleich guten Verdichtung zu kommen wie bei einer höheren Form.

Mit Vorteil beträgt die Hubgeschwindigkeit für Formen bis zum 200 mm Form­ stoffhöhe zwischen 20 und 12 m/s und für Formen mit 200 bis 400 mm Form­ stoffhöhe zwischen 12 und 7 m/s und für Formen größer 400 mm zwischen 7 und 2 m/s. Hierdurch lassen sich reproduzierbare Verdichtungsgrade in Abhängigkeit von der Formstoffhöhe bzw. der Höhe der herzustellenden Form erhalten.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Preßplatte mittels vorgespannten Federantriebs, vorzugsweise mittels eines abgeschlossenen, hochgespannten Druckgasvolumens angetrieben. Die von dem Druckgasvolumen erzeugte Antriebskraft wird also unmittel­ bar auf die Preßplatte übertragen und nicht, wie beim gattungsgemäßen Stand der Technik, zunächst in die Beschleunigung eines Stoßkolbens umgesetzt, der dann auf die Preßplatte abgebremst wird. Durch den er­ findungsgemäßen Direktantrieb läßt sich der gewünschte Verlauf der Hub­ geschwindigkeit mit reproduzierbaren Verdichtungsergebnissen erreichen.

Mit Vorteil wird das Druckgas nach dem Entspannen rückkomprimiert, so daß daß Antriebsgas stets im Antriebssystem verbleibt. Gegenüber den üblichen Druckgas-Verdichtungsverfahren ergibt sich der große wirtschaft­ liche Vorteil, daß nicht bei jedem Verdichtungstakt neue Gasvolumina zur Verfügung gstellt werden müssen, und gegenüber dem Explosions­ verfahren entfällt die Notwendigkeit der Abgasbeseitigung und Belüftung.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die maximale Hubge­ schwindigkeit der Preßplatte durch die Höhe des Gasdrucks eingestellt und der zeitliche Gasdruckabfall durch hydraulischen Gegendruck gesteuert.

Die Höhe des Gasdrucks bestimmt die maximale Hubgeschwindigkeit und wird entsprechend der Formstoffhöhe und/oder der gewünschten Verdichtung eingestellt. Dabei ist die Regel zu befolgen, daß der Gasdruck umso höher liegen muß, je höher die gewünschte Verdichtung sein soll und je niedriger die Formstoffhöhe ist. Der zeitliche Gadruckabfall, der den Verlauf der Be­ schleunigung bzw. Verzögerung der Preßplatte bestimmt, läßt sich bei geringstem maschinentechnischen und apparativem Aufwand durch den hydraulischen Gegendruck steuern.

Eine weitere Steuerungsmöglichkeit für den Geschwindigkeitsverlauf er­ gibt sich gemäß einem Ausführungsbeispiel dadurch, daß das Druckgas­ volumen mit ein oder mehr abgeschlossenen, hochgespannten Gasvolumina in Verbindung steht, die im Verlauf des Druckabfalls zugeschaltet werden. Dadurch läßt sich beispielsweise bei gegebenem kleinem Druckgasvolumen die maximale Hubgeschwindigkeit über einen längeren Zeitraum bzw. einen längeren Hub aufrechterhalten, ohne daß hierfür große Druckspeicher er­ forderlich sind. Eine solche Serienschaltung mehrerer Gasvolumina er­ möglicht eine einfache Steuerung durch Zu- und Abschalten einzelner Gasvolumina.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Preß­ platte in der Auslaufphase der Hubbewegung von der Antriebskraft des Gasvolumens abgekoppelt und allein aufgrund des ihrer Massenträgheit entgegenwirkenden Widerstands des Formstoffs bis zu ihrer Endlage ver­ zögert. Dadurch ergibt sich eine "weiche" Verzögerung in der Auslauf­ phase, ohne daß hierfür besondere steuerungstechnische Maßnahmen er­ forderlich wären.

Statt eines pneumatischen Antriebs kann das erfindungsgemäße Verfahren auch dadurch verwirklicht werden, daß die Preßplatte elektromagnetisch angetrieben wird, da mit einem solchen Antrieb gleichfalls schnelle Be­ schleunigungen und hohe Geschwindigkeiten möglich sind.

Zur Steuerung des Geschwindigkeitsverlaufs können entlang des Hubwegs der Preßplatte Magnetfelder steuerbarer Intensität zur Wirkung gebracht werden.

Zur Durchführung des Verfahrens geht die Erfindung aus von einer Vor­ richtung, die in herkömmlicher Weise aus einer Modellplatte, einem den Formstoff aufnehmenden Formkasten mit Füllrahmen und einer darüber angeordneten Preßplatte mit einem Antrieb besteht, unter dessen Wirkung die Preßplatte in den Füllrahmen unter Verdichtung des Formstoffs ein­ taucht. Solche bekannten Vorrichtungen werden beispielsweise zum sta­ tischen Pressen mit hydraulischem Antrieb verwendet.

Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß als Antrieb ein Speicher mit hochgespanntem Druckgas dient, dessen eine Begrenzung von einem Antriebkolben gebildet ist, an dem die Preßplatte angeschlossen ist, und daß der Antriebskolben unter Wirkung einer hydrau­ lischen Gegenlast steht. Die hydraulische Gegenlast ist durch die Abfluß­ geschwindigkeit des Hydraulikmediums entsprechend dem gewünschten Verlauf der Hubgeschwindigkeit der Preßplatte abbaubar. Dabei sollte die Abflußgeschwindigkeit im Bereich <10 m/s liegen, um die maximale Hubgeschwindigkeit von bis zu 20 m/s zu erreichen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Abflußgeschwindigkeit des Hydrau­ likmediums steuerbar.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Volumen des Druckgas­ speichers vorstellbar, so daß der Gesamthub und die Druckhöhe an die Formstoffhöhe angepaßt werden können. Der Druckverlauf über den Gesamt­ hub läßt sich ferner dadurch beeinflussen, daß der Druckgasspeicher mit wenigstens einem zuschaltbaren externen Druckgasspeicher verbunden ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Antriebssysstems und der Steuerung ergeben sich aus den Ansprüchen 15 bis 17 und 20 bis 27.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Preß­ platte an dem Antriebskolben begrenzt axial verschieblich geführt. Dies gibt die Möglichkeit, die Preßplatte bei Entspannung des Gasvolumens direkt anzutreiben und nach erfolgter Entspannung aufgrund ihrer kinetischen Energie weiterzubewegen, um die Restverdichtung in der Auslaufphase zu bewirken.

In weiterer vorteilhafter Ausführung ist die Preßplatte entsprechend der Modellkontur profiliert. Sie kann insbesondere im Bereich tiefer Modell­ konturen einzelne Erhöhungen aufweisen, um über die gesamte Formstoff­ höhe unabhängig von der jeweiligen Modellhöhe eine gleichmäßige Ver­ dichtung zu erreichen.

Mit Vorzug wird die Masse der Preßplatte umgekehrt proportional der Form­ stoffhöhe bzw. der Formstoffmasse gewählt. Die für die durch Aufprallver­ zögerung über der Modellkontur stattfindende Formstoffverdichtung mitent­ scheidende Verzögerungsmasse wird durch die umgekehrte Massenproportionali­ tät besser angepaßt. Bei geringer Formstoffhöhe wirkt die anteilig höhere Platten­ masse ersatzweise anstelle der geringeren Formstoffmasse und führt zu­ sammen mit der angestrebt höheren Hubgeschwindigkeit bei geringen Form­ stoffhöhen zu vergleichbar hohem Verdichtungsimpuls mit entsprechend hoher Verdichtungsintensität.

Im übrigen ist es von Vorteil, wenn die Preßplattenmasse und die Form­ stoffmasse in einem Verhältnis zwischen 1 : 1 und 1 : 10 stehen. Auch durch Wahl der Preßplattenmasse lassen sich die Hubgeschwindigkeit und der Ge­ schwindigkeitsverlauf in einfacher Weise beeinflussen. Bei gleicher Antriebs­ kraft wird mit einer kleineren Preßplattenmasse eine kürzere Anlaufphase bei höherer Hubgeschwindigkeit erreicht.

Wird die Antriebskraft zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf elektromagnetischem Wege erzeugt, so zeichnet sich erfindungsgemäß eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung dadurch aus, daß der Antrieb aus mehreren axial hintereinander angeordneten elektromagne­ tischen Spulen besteht und die Preßplatte einen in diesen eintauchenden Spulenkörper aufweist. Damit läßt sich die Preßplatte entsprechend dem gewünschten Geschwindigkeitsverlauf beschleunigen.

Gegebenenfalls kann die Stromstärke jeder Spule steuerbar sein, um die Höhe der Hubgeschwindigkeit und ihren zeitlichen Verlauf zu beeinflussen.

Dies läßt sich zusätzlich durch getrenntes Zu- und Abschalten der Spulen erreichen.

Mit Vorteil ist der Spulenkörper freifliegend innerhalb der Spulen ange­ ordnet und in der angehobenen Ausgangslage von einer Zentrier- und Rück­ haltespule gehalten.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Hub-Zeitdiagramm für das Verdichtungsverfahren gemäß dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein aus dem Diagramm gemäß Fig. 1 abgeleitetes Diagramm Hubgeschwindigkeit/Hubzeit;

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;

Fig. 4 einen der Fig. 3 ähnlichen Schnitt einer weiteren Aus­ führungsform;

Fig. 5 ein Schaltbild für die hydraulische Steuerung;

Fig. 6 einen der Fig. 3 und 4 ähnlichen Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung und

Fig. 7 einen der Fig. 3 und 4 ähnlichen Schnitt einer Aus­ führungsform mit elektromagnetischem Antrieb.

In dem Hub/Zeitdiagramm der Fig. 1 ist mit der Kurve a der Verlauf einer durch Stoß beschleunigten Bewegung gemäß dem Stand der Technik, das als sogenanntes "Hubgeschwindigkeitspressen" bekannt ist, wieder­ gegeben. Aus dem Kurvenverlauf läßt sich erkennen, daß der Hub pro Zeiteinheit zwar schnell anwächst, über den Gesamtverlauf jedoch stetig abnimmt. Die Kurve b gibt den Verlauf beim erfindungsgemäßen Ver­ fahren wieder, indem die Presse zunächst langsam anläuft und in der Hauptphase mit einer annähernd gleichbleibenden Geschwindigkeit be­ wegt wird, um schließlich in der Auslaufphase degressiv abgebremst zu werden. Die Anlaufphase nimmt dabei etwa 10 bis 50% des Gesamthub­ zeit ein, während die Auslaufphase bis maximal 30%, vorzugsweise zwischen 10 und 20% der Gesamthubzeit beträgt.

Das Diagramm gemäß Fig. 2 gibt Auskunft über den bei dem bekannten und dem erfindungsgemäßen Verfahren auftretenden Verlauf der Geschwindig­ keit der Preßplatte. Bei dem bekannten Verfahren gemäß Kurve a) nimmt die Hubgeschwindigkeit im Augenblick des Aufpralls des Stoßkolbens ihren Höchstwert an und fällt danach kontinuierlich über einen größeren Bereich linear und in der Auslaufphase degressiv ab. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Kurve b nimmt die Geschwindigkeit demgegenüber langsam und progressiv zu bis zum Erreichen der maximalen Hubgeschwindigkeit, die dann über einen größeren Bereich, die Hauptphase, annähernd konstant bleibt, um schließlich relativ schlagartig in eine degressive Verzögerung in der Auslaufphase überzugehen. Dabei wird die maximale Hubgeschwindig­ keit an die Formstoffhöhe und den gewünschten Verdichtungsgrad angepaßt.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer vorrichtungstechnischen Lösung. Auf einer heb- und senkbaren Platte 1 sitzt ein Modell 2 und ein dieses umgebender Formkasten 3, auf den ein Füllrahmen 4 aufgesetzt ist. Form­ kasten 3 und Füllrahmen 4 werden in herkömmlicher Weise vor dem Ver­ dichten mit Formstoff, z. B. bentonitgebundenem Formsand 5 gefüllt.

Oberhalb dieser Formeinheit ist eine insgesamt mit 6 bezeichnete Ver­ dichtungseinheit angeordnet, die im wesentlichen aus einem Druckzylinder 7 und einer Preßplatte 8 besteht. Die Preßplatte 8 weist beim wiederge­ gebenen Ausführungsbeispiel einen nach unten gezogenen Umfangsrand auf und ist mittels Führungsstangen 9 in dem ortsfesten Teil des Ver­ dichtungsaggregates 6 geführt. Die Preßplatte 8 ist weiterhin in ihrem Zentrum an einem Zapfen 10 geführt und auf diesem begrenzt axial beweg­ lich, wobei als Begrenzungsanschlag ein am Ende des Führungszapfens 10 angeordneter Bund 11 dient, der mit dem Boden 12 einer Ausnehmung in der Preßplatte 8 zusammenwirkt.

Der Führungszapfen 10 sitzt an der Kolbenstange 13 eines Antriebskol­ bens 15, der - ebenso wie die Kolbenstange 13 mit einem zylindrischen Hohlraum 14 versehen ist. Die Kolbenstange 13 und der Kolben 15 stellen die untere Begrenzung eines Zylinderraums 16 dar, der als Gas­ druckspeicher dient. Die obere Begrenzung des Volumens des Gasdruck­ speichers 16 ist durch einen Stellkolben 17 gebildet, der mit einem An­ satz 18 in den zylindrischen Raum 14 des Kolbens 15 hineinragt. Der Stellkolben 17 begrenzt wiederum einen Druckraum 19, der über eine Öffnung 20 hydraulisch beaufschlagt ist. An dem Kolben 17 greift ferner eine Schaltstange 21 an, die den oberen Deckel des Druckzylinders 7 durchgreift.

Von dem Antriebskolben 15, der Kolbenstange 13, dem Druckzylinder 7 und dem unteren Zylinderdeckel wird ein Hydraulikraum 22 begrenzt, der über einen Anschluß 23, der ferner als Abfluß dient, mit Hydrauliköl be­ aufschlagt werden kann.

Der Gasdruckspeicher 16 kann über Anschlüsse 24 an ein oder mehr weitere Gasdruckspeicher konstanten Volumens angeschlossen sein, die zum Nachführen von Leckageluft oder aber als zu- und abschaltbare Gas­ volumina zur Veränderung des Gesamthubs dienen können. Oberhalb des Antriebskolbens 5 steht ein Gasdruck zwischen 50 und 200 bar an, während der Hydraulikraum 22 an ein Hydrauliksystem mit Arbeitsdrücken zwischen 100 und 350 bar je nach Verhältnis der Kolbenflächen angeschlossen ist.

In Fig. 3 ist die Ausgangslage vor einem Verdichtungshub wiedergegeben. Der Antriebskolben 15 steht unter einer Gasvorspannung, die durch die Hydrauliksäule im Hydraulikraum 22 erzeugt wird. Die Preßplatte 8 ist unter Auflage auf der Formstoff-Füllung 5 zusammen mit der Modellplatte 1, dem Formkasten 3 und dem Füllrahmen 4 in ihre obere Lage angehoben worden, wobei sie auf dem Führungszapfen 10 bis zum Anschlag der oberen Stirnseite 25 ihres zentrischen Zapfens an einer Anschlagscheibe 26 der Kolbenstange 13 geführt worden ist.

Bei Freigabe der im Hydraulikraum 22 eingespannten Hydrauliksäule wird der Arbeitskolben 15 mit der Kolbenstange 13 sowie die Preßplatte 8 und schließlich auch die Formstoff-Füllung 5 in Richtung auf das Modell 2 beschleunigt. Der Querschnitt des Abflusses 23 wird so ausgelegt, daß die Abflußgeschwindigkeit bei über 10 m/s liegt. Hieraus ergeben sich Kolben­ geschwindigkeiten zwischen 2 und 20 m/s. Der zeitliche Abbau des Gas­ drucks im Gasdruckspeicher 16, die wirksame Fläche des Antriebskolbens 15, die Kolbenmasse, die Masse der Preßplatte 8, die Hydraulik-Abflußleistung sowie die Formkastenfläche und die Höhe des Verdichtungshubs bestimmen die Verdichtungsgeschwindigkeit und damit das Verdichtungsergebnis. Mit mehreren Abflüssen 23 in der Größenordnung bis ca. NW 100 lassen sich kurzzeitig Rückölgeschwindigkeiten bis zu 40 m/s erreichen. Weitere Details dieser Steuerung sind nachfolgend mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben.

Das Volumen des Gasdruckspeichers 16, das auch das Volumen des zy­ lindrischen Hohlraums 14, der aus Gründen der Gewichtsersparnis vorge­ sehen ist, einschließt, kann über den Stellkolben 17 eingestellt werden. Dadurch läßt sich der Ausgangsdruck und damit die Anfangsbeschleunigung des Arbeitskolbens variieren. Der Enddruck bleibt unabhängig von der An­ ordnung des Stellkolbens 17 bei konstantem Kolbenhub gleichfalls kon­ stant. Der zeitliche Ablauf der Beschleunigung läßt sich aber, wie bereits angedeutet, durch Zuschaltung externer Gasspeicher über die Anschlüsse 24 variieren. Auch diese zusätzlichen Gasspeicher werden bei der Rückstel­ lung des Arbeitskolbens 15 mittels des Hydraulikmediums wieder auf ihren Ausgangsdruck zurückkomprimiert.

Die begrenzte Verschieblichkeit der Preßplatte 8 auf dem Führungszapfen 10 führt zu einem Freihub, der in Fig. 3 mit 27 angedeutet ist. Damit können schwankende Sandwerte und damit verbundene unterschiedliche Verdichtungs­ hübe automatisch ausgeglichen werden. Hat nämlich der Arbeitskolben 15 seine im übrigen steuerbare Endlage erreicht, so wird die Preßplatte 8 sich aufgrund ihrer Massenträgheit weiterbewegen und insbesondere auf dem Form­ rücken eine zusätzliche Verdichtungswirkung erzeugen.

Da es bei hohen Verdichtungsgeschwindigkeiten zu Lufteinschlüssen inner­ halb der Formstoffsäule und unterhalb der Preßplatte 8 kommen kann, ist die Preßplatte 8 zur Vermeidung von Formfehlern mit Schlitzen, Löchern oder Düsen 28 versehen.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, die eine Einstellung des Ver­ dichtungshubs, z. B. zur Anpassung an unterschiedliche Modellgeometrien ermöglicht, indem für den Arbeitskolben 15 eine verstellbare Dämpfungs­ lage vorgesehen ist. Im unteren Bereich des Hydraulikraums 22 ist eine Dämpfungshülse 29 angeordnet, die auf einem Teil ihrer Mantelfläche vom Druckzylinder 7 durch einen Ringraum 30 abgesetzt ist. Die Dämpfungshülse 29 ist ferner mit mehreren Durchbrüchen 31 versehen, die die Verbindung zwischen dem Hydraulikraum und den Anschlüssen 23 herstellen. Die Dämpfungs­ hülse 29 kann über eine auf ihre Unterseite wirkende Hydraulik mit einem Anschluß 32 axial voreingestellt werden. Das Anheben der Dämpfungs­ hülse 29 erfolgt durch die genannte Hydraulik, während das Absenken durch die Hydraulikflüssigkeit im Hydraulikraum 22 geschieht. Die Hub­ länge der Dämpfungshülse 29 sollte dabei ca. 20 bis 30% des Ver­ dichtungshubs betragen. Statt dieser Variation der Dämpfungslage des Arbeitskolbens 15 ist es auch möglich, die Hublage der Modellplatte 1 mittels eines entsprechenden Hubaggregates einzustellen, so daß ein be­ liebiger Teil des in Fig. 3 mit 27 bezeichneten Freihubs als freier Vor­ lauf 33 der Preßplatte 8 zur Verfügung steht, so daß sich bei vollem Hub des Arbeitskolbens 15 ein geringerer Hub der Preßplatte 8 ergibt. Vor allem bei dieser Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, an der Stirn­ seite 25 des zentrischen Ansatzes der Preßplatte 8 einen elastischen Auf­ schlagring 34 einzulegen, um Aufschlaggeräusche zu vermeiden.

Bei ausgefallenen Modellen mit stark unterschiedlicher Modellhöhe sind bereichsweise unterschiedliche Verdichtungshübe notwendig. Dies läßt sich durch zusätzliche Massen an der Preßplatte 8 verwirklichen, die an die Modellkontur angepaßt sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, auch diese zusätzlichen Massen an der Preßplatte 8 axial beweglich zu führen, um ein selbsttätiges Nachlaufen dieser Massen bei formstoff­ bedingten Schwankungen des Verdichtungshubs zu ermöglichen. In Fig. 4 ist eine solche zusätzliche Verdichtungsmasse 35 wiedergegeben, die für eine großes Ballenmodell vorgesehen ist, dessen Grundfläche 36 bis unterhalb der Trennebene 37 reicht. Die zusätzliche Preßplattenmasse 35 ist über Stehbolzen 38 an der Preßplatte 8 geführt. In der Ausgangslage ist aufgrund der Hubbewegung der Modellplatte 1 die zusätzliche Preß­ plattenmasse 35 zur Anlage an die Unterseite der Preßplatte 8 gebracht worden. Beim nachfolgenden Verdichtungshub wird zunächst der Form­ stoff unterhalb der zusätzlichen Preßplattenmasse 35 vorbeschleunigt, bis schließlich die restliche Unterfläche der Preßplatte auf dem Form­ stoffrücken aufläuft. Danach wird die gesamte Formstoffmasse weiterbe­ schleunigt. Bei Erreichen der Dämpfungslage wird der Antriebskolben 15 verzögert, während die Preßplatte 8 und die zusätzliche Preßplatten­ masse 35 infolge Massenträgheit jeweils unabhängig voneinander und ab­ hängig von der bereichsweise erreichten Verdichtung des Formstoffs in ihre jeweilige Endlage weiterlaufen.

Fig. 6 zeigt eine Variante, die insbesondere für größere Formkästen ge­ eignet ist. Hierbei sind auf einem gemeinsamen Träger 39 zwei Verdich­ tungsaggregate 6 mit je einer Preßplatte 8 nebeneinander angeordnet, wo­ bei jede Preßplatte 8 etwa den halben Querschnitt des Formkastens 3 bzw. des Füllrahmens 4 überdeckt. Der Verdichtungshub der beiden Verdichtungs­ aggregate 6 kann gemeinsam ausgelöst werden, erfordert jedoch keine exakte Gleichlaufbewegung. Zweckmäßig sind jedoch die Schaltorgane, die den Abfluß des Hydraulikmediums aus dem Hydraulikraum 22 des Druckzylinders 7 steuern, parallel angeordnet und vor den Schaltorganen eine Druckaus­ gleichsleitung vorgesehen. Die Variante gemäß Fig. 6 kann auch in der Weise abgewandelt werden, daß zugleich Ober- und Unterkasten einer kom­ pletten Kastenform in einem einzigen Arbeitstakt hergestellt werden können.

In Fig. 5 ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steue­ rung wiedergegeben. Die Anschlüsse 23 liegen in einem Hydraulik-Hoch­ druckkreislauf, dessen Quelle, z. B. eine Hydraulikpumpe, mit 41 be­ zeichnet ist. Sie wird aus einem Tank 46 gespeist. Von der Hochdruck­ quelle 41 gelangt das Druckmittel über einen Steuerschieber 42 und ein Rückschlagventil 43 in Zweigleitungen 44, die das Druckmittel zu den beiden Anschlüssen 23 des Hydraulikraums 22 führen. Die Zweiglei­ tungen 44 sind über ein aufsteuerbares Rückschlagventil 45 an einen Ablauftank 47 angeschlossen, dessen Abfluß 48 in den Tank 46 mündet und der ferner eine Entlüftung 50 aufweist. Das Rückschlagventil 45 liegt über eine Steuerleitung 49 am Steuerschieber 42 und kann somit von der Hydraulikpumpe 41 beaufschlagt werden. Gegebenenfalls kann der Hydraulik­ raum 22 noch über eine Leitung 51 und eine Drossel 52 zur Feineinstel­ lung mit den Zweigleitungen 44 verbunden sein.

In der Position "B" des Steuerschiebers 42 wird der Hydraulikraum 22 von der Hydraulikpumpe 41 beaufschlagt, so daß der Arbeitskolben 15 das Gasvolumen im Speicher 16 auf den gewünschte Enddruck bringt. Das aufsteuerbare Rückschlagventil 45 befindet sich dabei in der Schließ­ stellung. Die Preßplatte 8 ist durch Nachführen der Modellplatte 1 mit Formkasten 3 und Füllrahmen 4 in ihre obere Ausgangslage bewegt worden.

Durch Umschalten des Steuerschiebers 42 in die Position "A" wird der Hydraulikraum 22 über das Rückschlagventil 43 gegenüber der Hydraulik­ pumpe 41 abgeschlossen, während zugleich die Pumpe über die Steuer­ leitung 49 das Rückschlagventil 45 öffnet. Die Hydraulikflüssigkeit kann über die Anschlüsse 23, die Zweigleitungen 44 und das offene Rückschlag­ ventil 45 schlagartig in den Ablauftank 47 abfließen, dessen Volumen groß genug ist, um die gesamte Hydraulikmenge des Systems aufzu­ nehmen und den Druck schlagartig abzubauen. Dabei bewegen sich der Arbeitskolben 15 und die Preßplatte 8 mit dem gewünschten Geschwindig­ keitsverlauf nach unten, um die Formstoff-Füllung 5 zu verdichten.

Fig. 7 zeigt schließlich eine Ausführungsform eines Verdichtungsaggre­ gates 6 mit einem induktiven Antrieb. In einem Maschinengestell 53 ist ein Spulenkörper 54 mit mehreren axial übereinander angeordneten, getrennt erregbaren und steuerbaren Spulen 55, 56, 57 und 58 angeordnet. Ferner ist eine Stabilisierungs- und Haltespule 59 oberhalb des Spulen­ pakets 55 bis 58 vorhanden. Die Preßplatte 8 ist mittels Stangen 60 an einem Spulenkern 61 befestigt, der von der Kolbenstange 62 mit end­ ständigem Mitnehmer 63 eines Rückholzylinders 64 durchgriffen ist.

Die zylindrischen Spulen 54 bis 59 erzeugen ein homogenes, gerichtetes elektromagnetisches Kraftfeld, das den Spulenkern 41 in der Ruhelage, wie auch bei der Bewegung selbsttätig axial ausrichtet. Der Verdichtungs­ hub läßt sich durch die Anzahl der zugeschalteten Spulen 55 bis 58 in Stufen ändern. Der Beschleunigungsverlauf wird durch die auf den Spulen­ kern 61 wirkende Feldstärke beeinflußt und hängt bei gegebener Dimensio­ nierung innerhalb des Sättigungsbereichs des Materials des Spulenkerns von der Stromstärke ab. Das Verdichtungsergebnis läßt sich somit nicht nur durch die Variation des Verdichtungshubs, sondern auch durch Änderung der Stromstärke der Spulen variieren.

Nach erfolgter Verdichtung wird die Preßplatte 8 mittels des Rückhol­ zylinders 64 wieder in ihre Ausgangslage gebracht und durch Aktivieren der Rückhaltespule 59 fixiert. Vor jedem Verdichtungshub wird die Kolbenstange 62 wieder in ihre in Fig. 7 wiedergegebene Lage ausge­ fahren.

Claims (37)

1. Verfahren zum Verdichten von Gießereiformstoff, insbesondere Form­ sand, mittels einer der Formstoffoberfläche unmittelbar aufliegenden Preßplatte, die auf eine Hubgeschwindigkeit bis zu 20 m/s beschleu­ nigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßplatte in einer Anlaufphase mit bis zu 50% der Gesamt­ hubzeit bis zur maximalen Hubgeschwindigkeit progressiv beschleunigt, in der anschließenden Bewegungsphase mit nahezu konstanter Hubgeschwin­ digkeit bewegt und in der Auslaufphase mit bis zu maximal 30% der Gesamthubzeit degressiv verzögert wird.

2. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubgeschwindigkeit der Preßplatte umgekehrt proportinal zur Form­ stoffhöhe gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubge­ schwindigkeit bis zu 200 mm Formstoffhöhe zwischen und 20 und 12 m/s von 200 bis 400 mm Formstoffhöhe zwischen 12 und 7 m/s und für Form­ stoffhöhen größer 400 mm zwischen 7 und 2 m/s beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßplatte mittels eines vorgespannten Federantriebs, vorzugs­ weise mittels eines abgeschlossenen hochgespannten Druckgasvolumens angetrieben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druck­ gas nach dem Entspannen rückkomprimiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Hubgeschwindigkeit der Preßplatte durch die Höhe des Gasdrucks eingestellt und der zeitliche Gasdruckabfall durch hydrau­ lischen Gegendruck gesteuert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgasvolumen mit ein oder mehr abgeschlossenen hochge­ spannten Gasvolumina in Verbindung steht, die im Verlauf des Druck­ abfalls zugeschaltet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßplatte in der Auslaufphase der Hubbewegung von der An­ triebskraft des Gasvolumens abgekoppelt und allein aufgrund des ihrer Massenträgheit entgegenwirkenden Widerstandes des Formstoffs bis zu ihrer Endlage verzögert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßplatte elektromagnetisch angetrieben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Hubwegs der Preßplatte Magnetfelder steuerbarer Intensität zur Wirkung gebracht werden.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bestehend aus einer Modellplatte, einem den Formstoff auf­ nehmenden Formkasten mit Füllrahmen und einer darüber angeordneten Preßplatte mit einem Antrieb, unter dessen Wirkung die Preßplatte in den Füllrahmen unter Verdichten des Formstoffs eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb ein Speicher (16) mit hochgespanntem Druckgas dient, dessen eine Begrenzung von einem Antriebskolben (15) gebildet ist, an den die Preßplatte (8) angeschlossen ist, und daß der Antriebskolben (15) unter Wirkung einer hydraulischen Gegenlast steht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrau­ lische Gegenlast durch die Abflußgeschwindigkeit des Hydraulikmediums entsprechend dem gewünschten Verlauf der Hubgeschwindigkeit der Preßplatte (8) abbaubar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußgeschwindigkeit des Hydraulikmediums steuerbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikraum (22) mit großen Abflußquerschnitten (23) ver­ sehen ist und diesen ein verstellbares Steuerglied (29) zugeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abflußquerschnitte (23) des Hydraulikraums (22) so ausgelegt sind, daß das Hydraulikmedium mit einer Geschwin­ digkeit von mehr als 10 m/s ablaufen kann.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abfluß des Hydraulikraums (22) über Schaltele­ mente (45) vom sonstigen Hydraulik-Kreislauf abgekoppelt und über eine Leitung relativ großen Querschnitts an einen Ablauftank (47) angeschlossen ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druck der Hydraulikquelle zwischen 100 und 300 bar liegt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeich­ net, daß der Arbeitsdruck des Druckgasspeichers (16) durch Volumen­ veränderung voreinstellbar ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeich­ net, daß der Druckgasspeicher mit wenigstens einem zuschaltbaren externen Druckgasspeicher verbunden ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgasspeicher (16) von einem den Antriebskolben (15) führenden Druckzylinder (7) gebildet ist, dessen Volumen mittels eines Stell­ kolbens (17) veränderbar ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeich­ net, daß der Antriebskolben (15) doppeltwirkend ausgebildet ist und einerseits den beweglichen Abschluß des Gasdruckspeichers (16) an­ dererseits den beweglichen Abschluß des Hydraulikraums (22) bildet.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Antriebskolben (15) mit einer hohlen, zum Druck­ gasspeicher (16) offenen Kolbenstange (13) auf die Preßplatte (8) wirkt, und daß der Stellkolben (17) mit einem zylindrischen Ansatz (18) in die Kolbenstange (13) mit Spiel hineinragt.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeich­ net, daß der Druckgasspeicher (16) in der Ausgangslage der Preß­ platte (8) unter einem Gasdruck zwischen 50 und 200 bar steht.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhältnis von Druckgasspeichervolumen und Verdrängungsvolumen des Antriebskolbens mindestens 5 : 1 beträgt.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zu- und Ablauföffnung (23) des Hydraulikraums (22) in wenigstens zwei Zu- und Ablaufkanäle (44) mündet.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hydraulikquelle (41) über einen Steuerschieber (42), ein Rückschlagventil (43) und eine Ringleitung (44) mit den beiden Kanälen (23) des Hydraulikraums (22) verbunden ist, und daß die Ringleitungen (44) über ein aufsteuerbares Rückschlagventil (45) an den Ablauftank (47) angeschlossen ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 26, dadurch gekennzeich­ net, daß der Steuerschieber (42) in einer ersten Stellung des Hydrau­ likraum (22) mit der Hydraulikquelle (41) verbindet und die Steuer­ leitung (49) des aufsteuerbaren Rückschlagventils (45) druckent­ lastet, so daß dieses schließt und in einer zweiten Stellung die Steuerleitung (49) mit der Hydraulikquelle (41) verbindet, so daß das Rückschlagventil (45) gegen den Druck in der Ringleitung (44) öffnet und den Hydraulikraum (22) mit dem Ablauftank (47) verbindet.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeich­ net, daß die Preßplatte (8) an dem Antriebskolben (15) begrenzt axial verschieblich geführt ist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 28, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben (15) an seinem freien Ende mit einer Führungsstange (10) versehen ist, auf der die Preßplatte (8) axial beweglich angeordnet ist, und daß die Führungsstange (10) mit einem die axiale Beweglichkeit der Preßplatte (8) begrenzenden An­ schlag (11) versehen ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 29, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Preßplatte (8) entsprechend der Modellkontur profiliert ist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 30, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Masse der Preßplatte (8) umgekehrt proportional der Formstoffhöhe bzw. der Formstoffmasse ge­ wählt wird.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 31, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verhältnis von Preßplattenmasse und Formstoffmasse zwischen 1 : 1 und 1 : 10 beträgt.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 32, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an der Preßplatte (8) axial verschiebbare Zusatzmassen (35) anbringbar sind.

34. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einer Modellplatte, einem den Formstoff aufnehmenden Formkasten mit Füllrahmen und einer darüber angeordneten Preßplatte mit einem Antrieb, unter dessen Wirkung die Preßplatte in den Füllrahmen unter Ver­ dichten des Formstoffs eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (6) aus mehreren axial hintereinander angeordneten elektromagnetischen Spulen (55 bis 58) besteht und daß die Preßplatte (8) einen in diese eintauchenden Spulenkern (61) aufweist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke jeder Spule (55 bis 58) steuerbar ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (55 bis 58) jeweils getrennt zu- und abstellbar sind.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spulenkern (61) freiliegend innerhalb der Spulen (55 bis 58) angeordnet und in der angehobenen Ausgangslage von einer Zentrier- und Rückhaltespule (59) gehalten ist.