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Diese
Erfindung betrifft ein Auflagersystem für einen Sandbehälter, der
auf einem Rütteltisch
in einer Anlage zum Gießen
mit verlorenen Schaumstoffformen in Schwingungen versetzt werden
soll. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Auflagersystem, wie
es im Oberbegriff von Anspruch 1 festgelegt ist. Ein derartiges
Auflagersystem ist in der US-Patentschrift
4 859 070 beschrieben.
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Es
ist bekannt, dass es sich beim Gießverfahren mit verlorenen Schaumstoffformen
um ein Gießverfahren
handelt, das im Wesentlichen auf der Herstellung eines Polystyrolmodells
(oder einem Modell aus einem ähnlichen
Material) beruht, das die Merkmale jenes Stücks wiedergibt, das hergestellt werden
soll. Das Modell wird in einen Behälter eingesetzt, der mit Sand
gefüllt
ist, der durch Vibrationen so verteilt und verdichtet wird, dass
er die Form des Modells genau wiedergibt. Daraufhin wird heißes Gussmaterial
(typisch geschmolzenes Metall) in jenen Raum gegossen, den das Modell
einnimmt. Das Gussmaterial löst
das Modell auf und nimmt den Raum ein, den das Modell vorher im
Sand eingenommen hat. Es entsteht schließlich ein Gussstück und damit
ein Werkstück,
dessen Form die Form des Modells genau nachbildet.
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Herkömmliche
Systeme zum Verdichten von Sand umfassen entweder Rütteleinrichtungen,
die eine vertikale Bewegung erzeugen (die infolge der Form der Kupplungsflächen zwischen
dem Rütteltisch
und dem Behälter
teilweise in eine horizontale Bewegung umgesetzt wird), oder Rütteleinrichtungen,
die eine Drehbewegung um eine vertikale Achse erzeugen. Bei beiden
Systemen wurde festgestellt, dass sie im Betrieb dadurch schwerwiegende
Einschränkungen
besitzen, dass die immer komplizierteren Formen der Modelle, die
vom Sand umhüllt
werden sollen, dazu führen,
dass die Vibrationsbelastungen erhöht werden müssen.
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Herkömmliche
Rüttelsysteme
prägen
einer Einheit, deren Gesamtgewicht einschließlich des mit Sand gefüllten Behälters und
dem Rütteltisch
etwa 2.000 bis 2.500 kg beträgt,
Beschleunigungen von mehreren g (3 bis 4) auf. Unter diesen Bedingungen beim
Gießen
von besonders komplizierten Formen kann die Zeit, die zum Rütteln benötigt wird,
um alle inneren Hohlräume
des Schaumstoffmodells zu füllen,
2 bis 3 Minuten betragen. Eine Verlängerung der Rüttelzeit
erhöht
die Gefahr beträchtlich,
dass die Oberflächen
der Polystyrolmodelle verformt werden.
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Ein
Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Behälter-Auflagersystem
gemäß Anspruch
1 zu liefern, das so aufgebaut ist, dass es richtig arbeitet, wenn
dem Rütteltisch
viel höhere
Beschleunigungen aufgeprägt
werden, beispielsweise in der Größenordnung
von 10 bis 15 g, um die Rüttelzeiten
herabzusetzen und die Gefahr zu vermeiden, dass die Oberflächen des
Modells verformt werden, und um die Verdichtung des Sands und damit
die Leistungsfähigkeit
der Anlage zu verbessern.
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Weitere
Angaben über
das Auflagersystem finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 12.
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Ein
anderer Gegenstand der Erfindung besteht darin, die Abnutzung am
Boden des Behälters und
die damit verbundenen Kosten für
die Wartung der Behälter
herabzusetzen und die Betriebslebensdauer der Behälter selbst
zu verlängern,
besonders dann, wenn diese im Betrieb hohen Beschleunigungen ausgesetzt
sind.
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Ein
besonderer Gegenstand der Erfindung besteht darin, ein System zu
liefern, das aus Auflagerelementen besteht, die Stößen widerstehen
können, die
vom Boden des Behälters
verursacht werden, ohne zu zerbrechen.
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Diese
Gegenstände
werden gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem Auflagersystem erreicht, das jene Merkmale besitzt,
die im Anspruch 1 festgelegt sind.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, eine vorzeitige
Abnutzung der Auflagerflächen
zwischen dem Boden des Behälters
und dem Rütteltisch
zu verhindern.
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Dieser
Gegenstand wird gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem System erreicht, das jene Merkmale besitzt,
die im Anspruch 3 festgelegt sind.
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Andere
wichtige Merkmale der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüche festgelegt.
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Die
Erfindung soll nun anhand eines nicht einschränkenden Beispiels und im Zusammenhang mit
den beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen zeigt:
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1 eine
teilweise geschnittene Ansicht des Auflagerbereichs zwischen dem
Boden eines Behälters
mit Sand, der verdichtet werden soll, und einem Rütteltisch;
und
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2 eine
der 1 ähnliche
Ansicht in einem Betriebszustand des Rütteltischs.
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Nunmehr
wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Mit der Bezugsziffer 10 ist
ein horizontaler Rütteltisch
bezeichnet, der mit einer darunter liegenden Rütteleinheit (nicht dargestellt)
gekuppelt ist, die dem Tisch vertikale Vibrationsbelastungen mit hohen
Beschleunigungen aufprägen
kann, beispielsweise in der Größenordnung
von 10 bis 15 g. Die Rütteleinheit
selbst ist für
das Verständnis
der Erfindung nicht von Bedeutung und soll daher hier nicht beschrieben
werden.
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Von
der oberen Fläche
des Rütteltischs 10 springt
eine Vielzahl von Auflagerzapfen-Elementen vor, von denen eines
in 1 dargestellt ist und allgemein die Bezugsziffer 11 trägt. Üblicherweise
sind drei Auflagerzapfen-Elemente auf dem Tisch 10 vorgesehen,
die winkelmäßig um 120° voneinander
beabstandet sind, wobei jedes eine Kegelstumpffläche 12a besitzt, die
sich nach oben verjüngt
und in einer ebenen, horizontalen, oberen Fläche 12b endet.
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Der
Boden des Behälters 14,
der den Sand enthält,
der um ein Polystyrolmodell (nicht dargestellt) verdichtet werden
soll, ist mit einer entsprechenden Vielzahl von kegelstumpfförmigen Auflagersitzen 15 versehen,
in denen ein seitlicher, kegelstumpfförmiger Teil 15a, der
sich nach oben verjüngt, und
ein ebener, horizontaler, oberer Flächenteil 15b zu sehen
sind.
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Die
Flächen 15a und 15b des
kegelstumpfförmigen
Sitzes 15 sind übereinstimmend
mit den entsprechenden seitlichen Kegelstumpfflächen 12a bzw. mit
den oberen, horizontalen Flächen 12b der Zapfenelemente 11 so
gekuppelt, dass der Behälter nur
von den Zapfenelementen 11 getragen wird, ohne dass der
Boden des Behälters
mit der oberen Fläche
des Tischs in Berührung
tritt. In den Ruhestellungen, die 1 zeigt,
wird ein vertikaler Zwischenraum d zwischen der unteren Fläche 14a des
Behälters
und der oberen Fläche 10a des
Rütteltischs 10 so
frei gelassen, dass eine direkte Berührung zwischen dem Rütteltisch
und dem Boden des Behälters verhindert
wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht eine der Kegelstumpfflächen 12a und 15a,
die während
des Betriebs auf dem Rütteltisch
durch einen Stoß in
Berührung
gelangen sollen, aus einem abriebfesten Material, während die
andere aus einem verschleißfesten
Material besteht. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Kegelstumpffläche 12a und
die obere Fläche 12b des
Auflagerzapfen-Elements 11 aus einem verschleißfesten
Material hergestellt, beispielsweise aus Polyetheretherketon oder
einem anderen Kunststoff, der trotzdem beachtliche Kennwerte hinsichtlich
der mechanischen Festigkeit, einer Abriebfestigkeit und einer hohen
Temperaturbeständigkeit
besitzt. Der Sitz 15 am Boden des Behälters besteht andererseits
aus einem Material, das eine hohe Abnutzungsfestigkeit besitzt,
beispielsweise aus induktionsgehärtetem
Stahl 38NCD4 mit einer Oberflächenhärte in der
Größenordnung von
55 bis 60 HRC.
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Während der
Bodenteil des Behälters 14 im Allgemeinen
aus gewöhnlichem
Stahl Fe37 besteht, enthält
bei der bevorzugten Ausführungsform
jener Teil des Bodens, in dem die kegelstumpfförmigen Sitze 15 ausgebildet
sind, einen Einsatz 16, der in den Boden des Behälters geschweißt ist und
aus einem gehärteten
Stahl besteht, der die oben erwähnten Härtewerte
besitzt.
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Jedes
der Auflagerzapfen-Elemente 11 enthält einen Körper 17 aus abriebfestem
Kunststoff, der am Rütteltisch
mit einem Schraubenelement 18 abnehmbar befestigt ist,
das im Verschleißkörper 17 mittig
angeordnet ist und sich in Längsrichtung
vertikal erstreckt. Das Schrauben-Befestigungselement besitzt einen Kopf 18a,
der sich zur oberen Fläche 12b des
Körpers 17 erweitert
und zum Boden im Wesentlichen kegelstumpfförmig verjüngt, um durch den Kunststoffkörper 17 eine
Druckvorspannung zu übertragen
und zu verteilen, durch die Gefahren eines Bruchs des Verschleißkörpers 17 herabgesetzt
werden, wie dies später
ausführlicher
erläutert
werden soll. Der Kopf 18a des Schraubenelements 18 besitzt die
Form eines sich nach unten verjüngenden
Kegels mit einer oberen Fläche 18b,
die eine Breite besitzt, die kleiner als die obere Fläche 12b des
Auflagerelements 11 aber mit dieser vergleichbar ist, um
die Druckkräfte
im Wesentlichen über
den gesamten Verschleißkörper 17 zu
verteilen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kegelstumpffläche des
Kopfs 18a mit einer Abschrägung von etwa 45 Grad zu einer
Horizontalebene versehen.
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Das
Schraubenelement 18 arbeitet mit einem Gegenelement zusammen,
das am Rütteltisch 10 befestigt
ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform
enthält
dieses Gegenelement eine Mutter 19, die in einem Sitz 20 aufgenommen
wird, der im Rütteltisch 10 ausgebildet
ist. Andererseits kann bei einer weniger bevorzugten und hier nicht
dargestellten Ausführungsform
das Befestigungselement 18 auch aus einer Schraube bestehen,
die in einen Gewindesitz eingeschraubt werden kann, der im Rütteltisch 10 ausgebildet
ist.
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Im
Kunststoffkörper 17 ist
eine Vielzahl von starren Verstärkungselementen 22 vorgesehen,
die parallel zum Schraubenelement 18 angeordnet und winkelmäßig um dieses
beabstandet sind. Bei der hier gezeigten Ausführungsform bestehen die Verstärkungselemente 22 aus
Metallzapfen, die im Verschleißkörper 17 des
Auflagerelements 11 vertikal verlaufen und im Wesentlichen
dazu dienen, um Scherbeanspruchungen aber auch teilweise Zugbeanspruchungen
aufzunehmen, die im Element 11 erzeugt werden, wenn der
Rütteltisch
in Betrieb steht.
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Wie
in den Zeichnungen dargestellt ist, ist bei der bevorzugten Ausführungsform
das Schraubenelement 18 nicht direkt am Rütteltisch
sondern an einer Zwischenplatte 23 befestigt, die am Rütteltisch 10 mit
einer Vielzahl von lösbaren
Befestigungselementen 24 abnehmbar befestigt ist, die rund
um den Umfang angeordnet sind und in Gewindesitze 25 eingreifen,
die im Körper
des Rütteltischs 10 ausgebildet sind.
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Ein
Bezugszapfen 26 springt von der Zwischenplatte 23 nach
oben vor, wobei der Zapfen in einem entsprechenden Sackloch 27 aufgenommen wird,
das in der unteren Fläche
des Kunststoffkörpers 17 ausgebildet
ist, um einem Verdrehen des Körpers 17 entgegen
zu wirken, wenn die Schraube 18 festgezogen wird, beispielsweise
dann, wenn ein Schlüssel
für Innensechskantschrauben
in einem passendem Hohlraum 18c verwendet wird, der im
Kopf 18a des Schraubenelements 18 ausgebildet
ist.
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Die
Zwischenplatte 23 kann abgenommen werden, um an der Schraube 18 eine
Tellerfeder oder Bauer-Feder 28 sowie einen Einstellblock 29 anbringen
zu können.
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Der
Einstellblock 29 ist mit einer inneren Seitenfläche 29a sowie
mit einer äußeren Seitenfläche 29b versehen,
die beide nicht kreisförmig
ausgebildet sind und dazu dienen, um eine Verbindung mit der Innenfläche des
Hohlraums 20 bzw. der Mutter 19 so herzustellen,
dass ein Verdrehen der Mutter dann verhindert wird, wenn es erwünscht ist,
die Schraube dadurch festzuziehen oder zu lockern, dass mit einem
geeigneten Werkzeug von außen
auf den Hohlraum 18c eingewirkt wird.
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Ebenfalls
erfindungsgemäß ist durch
das Auflagerelement, im Besonderen durch das Schraubenelement 18,
ein innerer Kanal 30 ausgebildet, um während des Betriebs des Rütteltischs
eine Druckluftströmung
in den Berührungsbereich
der Kegelstumpfflächen 12a und 15a zu
führen.
Die Luftströmung
dient dazu, um Staub und Sandkörnchen
von der Zwischenfläche
zwischen den Kegelstumpfflächen
fern zu halten, durch die die Abnutzung des Kunststoffkörpers 17 beschleunigt
werden könnte. Bekanntlich
sind Sand und Staub in beträchtlichen Mengen
in der Umgebung vorhanden, in der der Rütteltisch arbeitet, um den
Sand zu verdichten.
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Die
durch den Kanal 30 zugeführte Druckluft kommt von einer Druckluftquelle
(nicht dargestellt), die mit den verschiedenen Auflagerelementen 11 über Kanäle 31 in
Verbindung steht, die im Rütteltisch 10 ausgebildet
sind und sich in die Hohlräume 20 öffnen, in
denen die Befestigungsmutter 19 aufgenommen wird.
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Im
Betrieb wird der Behälter
durch die vom Rütteltisch 10 aufgeprägten Vibrationen
wiederholt nach oben und nach unten gestoßen, wobei er auf die Auflagerzapfen-Elemente 11 prallt.
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Wie 2 zeigt,
sind während
der Abwärtsbewegung
des Behälters
die Sitze 15 nicht immer mit den Zapfen 11 genau
ausgerichtet, so dass der Aufprall auf den Kegelstumpfflächen 12a des
Zapfens erfolgt, wodurch im Auflagerelement 11 eine Spannung
S erzeugt wird, die eine horizontale Komponente S' besitzt, der im
Behälter
eine horizontale, gleich große
und entgegengesetzte Reaktionskomponente R' entspricht, die dazu beiträgt, dass
der Sand verdichtet wird. Die vom Schraubenelement 18 erzeugte vertikale
Vordruckkraft wirkt der Erzeugung von Zugspannungen im Verschleißelement 17 entgegen. Weiters
nehmen die Zapfen-Verstärkungselemente 22 Scher-
und Zugbeanspruchungen auf, wodurch verhindert wird, dass der Aufprall
einen teilweisen Bruch des Körpers 17 hervorruft,
wie dies beispielsweise durch mögliche
Bruchlinien B dargestellt ist.
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Versuche
haben gezeigt, dass man ausgezeichnete Leistungen mit Verschleißkörpern aus
Polyetheretherketon erhält,
die in Abständen
von zwei bis drei Monaten ersetzt werden müssen. Der Einstell-Gegenblock 29 ermöglicht ein
leichtes Entfernen und Ersetzen des Körpers 17, wenn von
außen mit
einem Schlüssel
für Innensechskantschrauben eingewirkt
wird, ohne dass die Zwischenplatte 23 ausgebaut werden
muss, um einer Drehung der Mutter 19 entgegen zu wirken.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform überträgt die Bauer-Feder 28 (die
in der Fig. in einem vollständig
zusammen gedrückten
Zustand dargestellt ist) auf die Schraube 18 eine Zugspannung,
die ein Herabsetzen der Überlastungsspitzen
auf die Schraube ermöglicht,
wenn der Behälter
auf das Auflagerelement absinkt.