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Anlage und Vorrichtung zum Herstellen eines Guß-
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stückes in einer Gießform Die Erfindung betrifft eine Anlage sowie
eine Vorrichtung zum Herstellen eines Gußstückes in einer Gießform, in der in einem
Formmedium ein Hohlraum als Teil eines von einem Modell begrenzten Formraumes für
das Grußstück erzeugt und dieser Formraum mit Flüssigmetall gefüllt wird, wobei
wenigstens ein die Form aufnehmendes Tragorgan vorgesehen ist.
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Dem Fachmann sind mehrere Systeme zum Herstellen von Gußstücken aus
Flüssigmetall in einer Gießform bekannt, in der unter Zuhilfenahme eines rieselfähigen
und mit Bindemittel versetzten Formmediums sowie eines in dieses Formmedium zeitweilig
eingebrachten Modells der Formraum ausgebildet wird. So erfolgt etwa beim Sandguß-Handformverfahren
das Ausformen im Formsand mit Durchlaufmischern und manuellen Eingriffen,
mit
Handstampfer, Druckluftstampfer oder Slinger -es entsteht eine einmal nutzbare Gießform.
Beim Sandguß-Maschinenformverfahren werden Gießformen und Kern mittels Form- bzw.
Kernschießmaschinen hergestellt.
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Gießsand als Formedium wird in Formen durch Rütteln, Pressen unter
Vakuum oder durch Explosionen eingebracht und verdichtet. ".ernformen werden zumeist
ausgeschosser.
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Gießfor-'und Kern sind nur einmal einsetzbar.
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Der sog. Maskenformguß setzt beheizte Metallmodelle und -kernkästen
zur Herstellung von Masken formen und Maskenkernen aus kunstharzgebundenen Sanden
voraus. Auch hier ist jede Maske und jeder Kern nur einmal zu benutzen.
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Im Rahmen der Vollformgießverfahren werden einmal verwendbare, aus
Kunstschaumstoff herausgeschnittene Modelle verwendet, die entsprechend dem Handformverfahren
eingeformt werden, aber in der Gießform verbleiben. Als Formstoffe dienen hier Gießereisande,
beispielsweise mit kalthärtenden Bindern. Dieses Verfahren ist sowohl zur Einzelfertigung
mittlerer und großer Gußstücke als auch zur Serienfertigung geeignet, wenn serienmäßig
in speziellen Formen geschäumte Modelle vorgefertigt werden.
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Chemisch gebundene Sandformen werden mit gutem Erfolg in der Handformerei,
zur Einzelfertigung und zur Kernherstellung herangezogen. Im Bereich der Kleinserienfertigung
findet man chemisch gebundene Sandformen als Masken, die von Maskenschalen oder
gasdurchlässigen interfüllwerkstoffen beispielsweise durch losen Sand oder Stahlkies
-- gestützt werden.
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Bei Massenfertigungen werden Cußteile vorzugsweise in Kokillen oder
Grünsandformen hergestellt. Als Vorteile der Grünsandformen gegenüber der Gießformen
aus chemisch gebundenem Sand können die niedrigen Formstoffkosten angesehen werden
sowie die Anwendbarkeit produktionserprobter Formautomaten, die geringe Taktzeiten
ermöglichen. Jedoch überwiegen die Nachteile der Grünsandform gegenüber den chemisch
gebundenen Formen, nämlich - hohe Anforderungen an Sand- und Bindemittelqualität;
- hoher Formstoffmengenbedarf; - Bindemittel werden knapp; - aufwendige Sandaufbereitungu.aF
u.a durch großen Plazbedarf, lange Abkühlstrecken; - Erfordernis zweier Sandsysteme
für Gießform und Kern; - hoher Energieaufwand; - Form- und Gußfehler schon bei geringen
Formstoffschwankungen; - größeres Toleranzfeld; - schlechtere Gußoberflächen; -
hoher Putzaufwand; - hohe Ausschußquote; - Erfordernis eines hohen Ausbildungsstandes
des Fachpersonals; - große Umweltbelastung.
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Auf dem Markt ist eine Maschine zur Herstellung von Gußkernen bekannt
geworden mit einer Zuführeinheit, die Kernkästen zu einer die Beschickung in Formkästen
einführenden Einschußeinheit bringt, dann jeden Formkasten zu einer Härtungseinheit
überleitet, die den Kern härtet und den Formkasten zu einer Kernableit- und Kastenreinigungseinheit
weiterleitet, wobei letztere jeden Kasten getrennt öffnet, um den Kern auf eine
Kernableitvorrichtung zu bringen. Hierauf werden die Kästen gereinigt und wieder
verschlossen, um sie zur Zuführeinheit überzuleiten; von dort gelangen die Formkästen
erneut zu Einschußeinheit. Dieser Vorgang wird durch eine Antriebseinrichtung gesteuert,
welche die Bewegungen der verschiedenen Einheiten so aufeinander abstimmt, daß die
Arbeitsvorgänge und die Überleitungen in kontinuierlicher Bewegung erfolgen. Jede
der Einheiten rotiert, d.h. sie trägt einen rotierenden Teller, Tisch Zylinder od.
dgl. Arbeitsfläche mit einer oder mehrere Station/en, auf welche die Formkästen
aufgebracht werden und bis zur Übergabe an eine Station der nächsten Einheit verbleiben;
sie nehmen so an der Rotation der Einheit, auf der sie sich jeweils befinden, teil.
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Angesichts dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel
gesetzt, eine Anlage sowie Vorrichtungen der eingangs erwähnten Art zu schaffen,
dank denen es möglich wird, -- insbesondere für die Serienfertigung von Gußstücken
-- auf den Einsatz von Grünsand unter Meidung der genannten Nachteile zu verzichten
und eine -- bei geringem Verbrauch an Formmedium -- einfach herzustellende sowie
kostengünstige Gießform ausreichender Gasdurchlässigkeit anzubieten, die zudem eine
hohe Gußqualität bei geringer Umweltbelastung gewährleistet.
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Sowohl die Anlage als auch deren Vorrichtungn sollen mit hohem Wirkungsgrad
einsetzbar sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß nach einer Gießstation eine Behandlungsstation
für die chemisch gebundenen Formstoff enthaltende Form mit einer Abhebeeinrichtung
für einen Formkastenteil sowie einer Entnahmeeinrichtung zum gerichteten Entnehmen
des Gußstückes aus der geöffneten Form angeordnet ist. Letztere besteht -- wie gesagt
-- aus chemisch gebundenem Formstoff. Der durch die Gießtemperatur rieselfähig gewordene
Formstoffanteil in unmittelbarer Nachbarschaft der Gußstücke sowie der in seiner
Festigkeit ebenfalls verminderte Formstoff einer anschließenden Außenzone, der ohne
größere Einwirkung zerfällt, wird nunmehr ausgekehrt, ausgeblasen oder ausgeschüttet,
gegebenenfalls nach Wenden des Formkastens; der thermisch kaum belastete Teil des
Formstoffes wird in der Form belassen und bildet vom zweiten Formumlauf ab eine
Hinter-Füllmasse mit allen Vorzügen einer üblichen Sandform (Gasdurchlässigkeit
usw.).
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So wird es möglich, die erforderlichen Formstoffmengen zu minimieren
ohne daß es zur Verminderung des Formstoffeinsatzes bekannter Hilfsmittel wie Schalen
oder Stützmassen bedürfte; letztere bedingen eine aufwendige Handhabung sowie zusätzliche
Aufbereitungskosten.
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Für das Ausleeren der Form bedarf es hier also keiner schweren Werkzeuge,
da der Formstoff i.w. im Formkasten verbleibt. So hat es sich als günstig erwiesen,
im Förderweg der Tragfläche als Behandlungsorgan für die Form wenigstens eine relativ
zu dieser bewegbare Blasdüse so anzuordnen, daß sie auf die Wandung des Formraumes
der von chemisch gebundenem Formstoff gebildeten Formhälfte gerichtet ist.
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Diese Blasdüse löst den -- gegebenenfalls nach einem Ausschüttvorgang
-- in der Form vorhandenen, durch die Gießwärme angelösten Formsandanteil Anstatt
der Blasdüse -- oder zusätzlich zu ihr -- kann nach einem anderen Merkmal der Erfindung
auch eine Bürste vorgesehen sein.
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Der Vorzug der Blasdüse als das die Form für den nächsten Abguß präparierende
Werkzeug liegt in der guten Steuerbarkeit des angreifenden Blasstrahles, mit dem
einerseits ein sanftes Lösen des thermischen beeinflußten Formsandes, anderseits
das Einbringen von Nuten in den Formsand möglich wird. Es können zudem auch Saugdüsen
bzw. Absaugglocken für einen Absaugvorgang zur Entfernung von SchadstoFfen bzw.
zur Kühlung der Form vorgesehen werden.
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Erfindungsgemäß ist eine der FormhälFten oberhalb der Blasdüse und/oder
der Bürste mit abwärts weisendem Formraum angeordnet, so daß gelockerter Formsand
ohne weiteres abfällt und unterhalb der Form -- erfindungsgemäß durch einen Aufnahmebehälter
-- aufgefangen werden kann. Mit der anderen Formhälfte kann dieser Vorgang nach
deren Wenden vorgenommen werden.
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Im Rahmen der Erfindung liegen auch Blasdüsen am Boden des Aufnahmebehälters,
deren Blasstrahl Sandpartikel aufwärts treibt. Hierdurch entsteht zwischen einander
begegnenden Sandpartikeln eine reinigende Scheuerwirkung. An die Form gelangende
Sandpartikel reinigen in entsprechender Weise deren Oberfläche.
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Als günstig hat es sich dazu erwiesen, diese Blasdüse taktartig zu
steuern, z. B. am Beginn des Formsäuberns zum Teil zu öffnen und weitere Blasdüsen
später zuzuschalten.
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Es entstehen folgende Vorteile: - Form und Kern können aus einem Formstoff
hergestellt werden; - die vom 2. Umlauf ab eingebrachte Formstoffmenge ergibt sich
durch das Gießverfahren; - die Menge für die Sandrückgewinnung ist gering; - die
Sandqualität ist durch die thermische Belastung in den meisten Fällen sehr gut und
kann sogar besser als Neusand sein (Neusand braucht nur als Schwundsand zugegeben
werden); - die Deponien werden weniger belastet; - die Lärmbelästigung beim Anschlagen
entfällt; - die Rückgewinnungsanlage benötigt eine geringe Stundenkapazität; - die
Menge an Flüssigmetall kann in vielen Fällen geringer sein (steigerloses Gießen),
was zur Senkung der Schmelzkosten führt.
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Die Gießform muß nur bei einem Wechsel zu einem größeren Modell vom
Formstoff befreit werden; die Kastenhälften können z. B. im Strahlhaus sauber gestrahlt
werden, denkbar ist auch eine Ausschlagstelle. Wird nachfolgend ein kleinerer Formraum
benötigt, r eicht es dann naheliegenderweise aus, den nicht mehr gebrauchten Teil
des früheren Formraumes einmal mit Formstoff zu füllen.
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Durch dieses Verfahren werden die erforderlichen Formstoffmengen so
stark reduziert, daß ein Sandgußverhältnis unter 2:1 erreicht wird; beim Grünsandverfahren
sind Sandgußverhältnisse von 12:1 keine Seltenheit.
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Die Formstoffreduzierung durch das beschriebene Verfahren ist beachtlich.
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Ein besonderer Vorzug ist darin zu sehen, daß man die im Prozeß vorhandene
Wärme zur Regenerierung des i.w.
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gesamten in Umlauf befindlichen Formstoffes durch thermische Belastung
heranzieht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie
anhand der Zeichnung; diese zeigt in jeweils schematisierter Wiedergabe in: Fig.
1: eine Seitenansicht eines teilweise geschnittenen Formkastens zum Gießen eines
Gußstückes; Fig. 2: eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung des Formkastens nach
dem Gießvorgang; Fig. 3: das Trennen von Teilen des geschnitten wiedergegebenen
Formkastens zum Entfernen des Gußstückes; Fig. 4: das Entfernen von Sandteilen aus
den Formkastenteilen; Fig. 5 Teile des geschnittenen Formkastens in unterbis : schiedlichen
Verfahrensstufen4 Fig. 8 Fig. 9: ein Flußbild einer Anlage zum Herstellen von Gußstücken.
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Ein in der Zeichnung auf einer Tragebene 10 angedeuteter Formkasten
11 zum Gießen eines Gußstückes G umfaßt einen Unterkasten 12 sowie einen Oberkasten
13, deren freie Kanten 14 bzw. 15 aufeinandergelegt und die mittels in Kraglaschen
16 sitzender -- sowie von einem Keil 17 durchsetzter -- Führungsstifte 18 verbunden
sind.
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Der Formkasten 11 umgibt ein Formstoffbett aus mit flüssigem Bindemittel
gebundenem Quarzsand Q, in dessen Zentrum ein schematisch dargestellter Formraum
20 für das spätere Gußstück G
zu erkennen ist. Ein Einguß für Flüssigmetall
ist mit 22 bezeichnet; Speiser, Gießtümpel u. dgl. sind aus Gründen der Übersichtlichkeit
in der Zeichnung ebenso vernachlässigt wie gegebenenfalls im Formraum 20 vorgesehene
Kerne.
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Während des Gießvorganges bzw. des Einfüllens des Flüssigmetalls entsteht
das Gußstück G, gleichzeitig verändert sich der Formstoff Q in dem an das Flüssigmetall
angrenzenden Bereich; der dem Gußstück G unmittelbar anliegende Formstoff Q zerfällt
in einer Innenzone A unter Einfluß der Gießwärme zu einem sand -artigen Haufwerk
Q1 verkrustet in einer mittlerenin der Zeichnung schwarz hervorgehobenen -- Zone
B zu einer Kruste Q2, außerhalb deren der Formstoff Q des Formbettes einer so geringen
thermischen Belastung ausgesetzt ist, daß er -- und mit ihm die Festigkeit des vom
Formstoff Q in einer Außenzone C gebildeten Formbetteils -- im wesentlichen unverändert
erhalten bleibt.
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Zur Herausnahme des Gußstückes G wird -- nach dem Abschlagen eines
entstandenen Eingießzapfens 23 -- der Oberkasten 13 von Greiforganen 25 an Tragklauen
19 erfaßt und vom Unterkasten 12 angehoben (Fig. 3).
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Nun wird das Gußstück G in Pfeilrichtung x gerichtet entnommen sowie
in einer Entnahmestation H von anhaftenden Sandpartikeln befreit.
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Das sandartig gewordene Haufwerk Ol in der thermisch höchst beeinflußten
Zone A des vormaligen Formbettes ist in deren gesamten Breite e leicht zu entfernen,
beispielsweise nach Anheben des Oberkastens 13 gemäß Fig. 4 -- bzw. Wenden des Unterkastens
12 -- durch Schwerkraft; der gelöste Formsand Q1 fällt in einen Fangtrichter 40,
so daß die Breite i
des eigentllchen Formraumes 20 sowohl im Bereich
des unteren F rmraumFormraumteiles als auch des oberen Formraumteiles um jene Breite
e beidseits der Formkastenmittellinie M erweitert ist. Die so entstehenden erweiterten
Ausnehmunqen sind in Fig. 5, 6 mit 20t und 20h bezeichnet.
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Zum Entfernen der Formsandteile Q2 aus der Mittel zone B -- aus dem
auf einer Förderfläche 10 stehenden Unterkasten 12 auch des rieselnden Haufwerks
-- dienen Blasdüsen, von denen eine pars pro to to bei 41 wledergegeben ist. Sie
kann sowohl in Förderrichtung x als auch quer dazu verfahren werden.
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Mit 42 sind rotierende Bürsten bezeichnet, die man in den Formraum
20 absenken kann, um die Kruste B zu lösen und deren Formsand Q2 auszutragen; der
Formraum 20 ist dann um die dcppelte Dicke n beider Zonen A,R 2UI Ausnehmung 20t,
20h erweitert.
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Die beschriebenen Bürsten 42 können auch dazu eingesetzt werden, die
sog. Teilungsebenen herzustellen, d.h. die Form an diesen von abragenden Ansammlungen
des Formstoffes od. dgl. zu befreien.
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Der Fangtrichter 40 endet an einem Düsenboden 44 mit Luftdüsen 45,
welche den einfallenden Sand Q1' Q2 teilweise wieder aufwärts treiben und ihn so
zur Reinigung des Formraumes 20 und auch des ihn im Gegenstrom begegnenden Sandes
einsetzen; in Fig. 4 ist der Abstand q zwischen der Formkastenkante 15 und dem Fangtrichter
40 stark überhöht dargestellt.
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Im tibrigen sind jene Blasdiisen 45 so steuerbar, daß sie in unterschiedllcnem
lakt öffnen und schließen.
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Nach dem Reinigen der Formkastenteile 12,13 bleibt der Formsand Q
aus Zone C als Form stehen, in die Ausnehmungen 20t, 20h wird ein an einer Modellplatte
30 hängendes Modell 31 eingesetzt; zwischen der verbliebenen Zone C des Formbettes
und dem Modell 31 bzw. einem Einsteckpfropfen 32 im Bereich des Eingusses verbleibt
ein Füllspalt 33 jener Breite n, der nun- wie bei 35 in Fig. 7 angedeutet -- mit
Formstoff gefüllt wird; nach dem Einfüllen des Formstoffanteils 35 ist die Gestalt
des ursprünglichen Formraumes 20 für einen neuen Gießvorgang wieder hergestellt.
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Die ausgeblasenen bzw. in anderer Weise herausgenommenen Formstoffanteile
Q1' Q2 der Zonen A und B werden in üblicher Art wieder aufbereitet und können dann
als den Formraum 20 wiederherstellender Form stoffanteil 35 erneut Verwendung finden.
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Eine erfindungsgemäße Gießanlage gibt Fig. 9 wieder.
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In die Gießanlage werden bei S Binder und Neusand einem nicht gezeigten
Mischer zugeführt. Bevorzugt werden hier automatisch arbeitende Chargenmischer eingesetzt,
um sowohl die Sandqualität und die Sandmenge als auch die Verarbeitungszeit optimal
gestalten zu können. Der Mischer ist variabel und kompakt, um zum einen die verschiedenen
Formstoffe herstellen und zum anderen die Schadstofferfassung konzentrieren, z.B.
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durch geschlossene Systeme bis zum Mischerauslauf, zu können.
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An einer Gießstation gelangt Gießschmelze in den Formraum 20. Sobald
das flüssige Metall erstarrt ist, muß
der Gießtrichter oder Eingußzapfen
23 abgetrennt und die Form entklammert oder entlastet werden; das abgenommene Metall
23 gelangt zurück in die Gießschmelze.
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Das Kühlen des Gußes in der Form bestimmt in hohem Maße den Kastenumlaufpark
und somit die Wirtschaftlichkeit, da der Guß bei einer Temperatur über 7000 C nicht
aus der Form genommen werden darf. Um an dieser Stelle möglichstv,,enige Schadstoffe
entstehen zu lassen, ist es zweckmäßig, den Kühlprozeß auf kürzester Kühlstrecke
zu vollziehen.
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Das Trennen der Kastenhälften 12, 13 und das Entnehmen des Gußstückes
G soll vorzugsweise im kontinuierlichen Bewegungsablauf erfolgen in der Art, Die
Gußentnahme erfolgt automatisch unter Nutzung der gerichteten Gußstücklage (Pfeil
x in Fig. 3) im Unterkasten 12 oder in vertikaler Lage (Fig. 9). Die Formkastenteile
12,13 werden zur Formkasten-Kühlung bzw.
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-Entgasung weitergeleitet, wie dies bei 89 angedeutet ist, und das
Gußstück G einem Entkernungsvorgang unterzogen, wobei das Gußstück G die gerichtete
Form zur weiteren Nachbehandlung beibehalten soll.
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Das Entkernen soll in gerichteter Form erfolgen, wobei vorzugsweise
die heiße Gußwand nur in iigenfrequenz erregt sowie der Guß in gerichteter Form
abgegeben werden soll.
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Der bei der Trennung, beim Entkernen od. dgl. anfallende Sand wird
aufgefangen und der Regenerierung bei 90 zugeführt, entstehender Staub wird abgesaugt.
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Der thermisch belastete und mürbe Formsandanteii Q1 Q2 wird in --
wie zu Fig. 4 beschrieben -- entfernt. Die verbleibende Formmasse q ist so fest,
daß sie als Dauerform 11 für den weiteren Umlauf genutzt werden kann. Eventuellen
Erwärmungen crnd Verstopfunqen der Dauerform 11 kann durch Kühlung und Luftdrucksaugen
begegnet werden. Die so gerichteten Dauerformen 11 werden dem weiteren Umlauf übergeben
Bei Verwendung eines neuen Modells , das nicht mehr genügend Hohlraum in der Dauerform
11 findet, muß diese nach 97 ausgeschleust und dann von der Formmasse Q befreit
werden. Die alte Formmasse Q wird der Regenerierung zugeführt, der Leerkasten läuft
über Die bei der Formbehandlung und Gußentkernung anfallenden losen Stoffe werden
einer zentralen Rückgewinnungseinrichtung 100 zugeführt. Auch eine wirtschaftliche
Regenerierung von C02-Sanden ist durch die vorher stattgefundene Erwärmung -- durch
die Gießwärmevereinfacht.
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Falls die Regenerierung von C02-Sanden naß erfolgt, kann das Erwärmen
des Bades durch die erwärmten Abgase aus der Gußkühlung sowie durch den heißen Sand
vorgenommen werden. Die Entsorgungsanlagen bei C02-Verfahren im Vergleich zu den
anderen umweltbelastenden, kaltaushärtenden, anorganischen Verfahren sind nicht
so aufwendig.
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Die Sandrückgewinnung gewährleistet, daß z. B. Neusand nur als Schwundsand
für die verlorengegangenen Mengen zugegeben werden muß. Der regenerierte Altsand
gelangt zum Mischer zurück.
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Die Formkastensäuberung geschieht gemäß Fig. 9 mittels BlasluFt aus
Blasdüsen 41, die von einem teleskopartig veränderlichen Kasten 46 ausgehen.
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Schadhafte Formkästen 10s müssen durch einen Stempel 28 vom Formsand
befreit werden, der an einem Vibrationsboden 27 zerkleinert sowie über eine Leitung
26 zur Regenerierungsstation 90 zurückgeführt wird.