Vollformverfahren und -vorrichtung

Abstract

 Bei einem Vollformverfahren, bei dem ein komplettes, positives Modell (2) aus einem thermisch zersetzbaren Ma­terial in einen Formkasten (1) mit Sand eingesetzt wird, wird der Sand durch Rütteln (4) verfestigt. Das Gießmetall wird auf das thermisch zersetzbare Modell gegossen und das Modell durch Gießhitze zersetzt.
Um auch Formstücke mit kritischen Hohlräumen sicher durch den Formsand einzuformen und aufzufüllen, wird während des Sandeinfüllens der Sand zum Einschließen des Modells einem Unterdruck (5) ausgesetzt. Die Auffül­lung und Verfestigung des Sandes wird dadurch noch begünstigt, daß während der Beaufschlagung des Sandes mit Unterdruck gleichzeitig gerüttelt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Vollformverfahren, bei dem ein komplettes positives Modell aus einem thermisch zersetzbaren Material in einen Formkasten mit Sand eingesetzt, der Sand durch Rütteln verfestigt, das Gießmetall auf das thermisch zersetzbare Modell ge­gossen und das Modell durch die Gießhitze zersetzt wird, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Ver­fahrens.

[0002] Zur Herstellung von Gußstücken werden üblicherweise Formen verwendet, die aus zwei Hälften bestehen. Diese Teilung der Formen läßt sich allerdings nur in bestimm­ten Maßtoleranzen durchführen, was zur Folge hat, daß am Gußstück innerhalb der Teilungsebene Fehler ent­stehen können durch Versatzgrate, Sandauswaschungen, Eindringen von Metall in die Sandform, angebrannte Sandpartien usw. Alle diese Fehler treten am Gußstück in Erscheinung und müssen durch Abschleifen, Abtren­nen, Abschlagen, Sägen usw. behoben werden.

[0003] Zur Vermeidung dieser umfangreichen Handarbeiten wird bei dem sogenannten Vollformverfahren ein ungeteiltes Modell in einen Formkasten mit losem trockenem Sand eingesetzt. Um das Modell entfernen zu können, ist dieses aus einem thermisch zersetzbaren Werkstoff her­gestellt, so daß das Modell durch die Gießhitze zer­setzt wird. Bei Verwendung eines ungeteilten Modelles entsteht ein gratfreies Gußstück. Es hat sich aller­dings gezeigt, daß nicht alle Arten von Modellen auf diese Weise eingeformt werden können, insbesondere Formstücke mit kuppelartigen Hohlräumen wie Pumpen­gehäuse und ähnliches lassen sich nicht zufriedenstel­lend im Sand einbetten, da der Sand nicht in diese Hohlräume aufsteigt. Ein Nachteil dieses bekannten Vollformverfahren ist somit, daß derartige Formstücke nicht nach diesem Verfahren eingeformt und gegossen werden können, sondern mit Loskernen oder nach dem herkömmlichen mehrteiligen Formverfahren hergestellt werden müssen. Alle Formstücke, bei denen der Sand in derartige Hohlräume wie in kommunizierenden Röhren auf­steigen müßte, sind somit von dem bekannten vorteil­haften Vollformverfahren ausgeschlossen.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Voll­formverfahren dahingehend zu verbessern, daß auch Form­stücke mit kritischen Hohlräumen sicher durch den Form­sand eingeformt und aufgefüllt werden. Eine weitere Aufgabe besteht hierbei darin, den Formsand kontrol­liert zu verdichten.

[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während des Sandeinfüllens der Sand zum Einschließen des Modells einer Druckdifferenz in Einfüllrichtung des Sandes ausgesetzt wird.

[0006] Dies wird in vorteilhafter Weise dadurch erzielt, daß während des Sandeinfüllens der Sand einem Unterdruck ausgesetzt wird.

[0007] Die Auffüllung und Verfestigung des Sandes in den kritischen Hohlräumen wird dadurch besonders begün­stigt, daß während der Beaufschlagung des Sandes mit Unterdruck gleichzeitig gerüttelt wird.

[0008] In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens wird vor­gesehen, daß der Unterdruck erst nach Beenden des Rüttelns abgeschaltet wird. Dadurch wird eine sichere Verfestigung des Sandes allseits um das Formstück herum erreicht, ohne daß die Gefahr einer erneuten Auflockerung des Sandes besteht.

[0009] Dadurch, daß die Einführung des Unterdruckes in den Formkasten unterhalb des Gießmodells, vorzugsweise durch den Boden des Formkastens erfolgt, wird er­reicht, daß alle Hohlräume des Gießmodells einwandfrei mit Sand gefüllt und dieser an dem Modell verdichtet wird. Um eine gewünschte Gasdurchlässigkeit des Sandes zu erreichen, wird die Höhe des Unterdruckes in Abhän­gigkeit von der Beschaffenheit des Sandes festgelegt. Dadurch, daß der Unterdruck mit zunehmender Füllhöhe des Formsandes reduziert wird, wird die der Rüttel­kraft entgegenwirkende Kraft allmählich verringert und damit eine gleichmäßige Verdichtung bei allen Füllungs­graden ermöglicht. In jedem Fall wird aber bei Er­reichen des Niveaus des Modells der Unterdruck auf die zum Einschließen des Modells festgelegte Höhe ge­bracht. Das Aufsteigen des Sandes in den Modellhohl­ raum wird dadurch begünstigt, daß die Füllhöhe des Formsandes in Nähe des auszufüllenden Hohlraumes des Modells in etwa konstant gehalten wird, bis der Hohl­raum vollständig gefüllt ist. Vorzugsweise wird das Modell mit ungebundenem Sand eingeschlossen.

[0010] Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Form­kastens über eine Zuleitung an eine Unterdruckvorrich­tung angeschlossen ist. Eine rasche und gleichmäßige Beaufschlagung des Sandes mit Unterdruck wird dadurch bewirkt, daß der Formkasten von einer Ringleitung um­geben ist, die über Luftaustrittsöffnungen mit seinem Innenraum und der Zuleitung verbunden ist. Dadurch, daß die Luftaustrittsöffnung unterhalb des Gießmodells angeordnet ist, werden die Modellhohlräume besonders zuverlässig ausgefüllt. Vorzugsweise ist dabei die Luftaustrittsöffnung am Boden des Formkastens angeord­net. In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist der Unterdruckvorrichtung eine Steuervorrichtung zuge­ordnet.

[0011] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Figur 1 die wesentlichen Teile einer Vollformanlage in schematischer Darstellung im Schnitt;

Figur 2 Zusammenhänge zwischen Unterdruck- und Füll­höhe in graphischer Darstellung.

[0012] In einen Formkasten 1 sind ein oder mehrere komplette positive Modelle als Traube eingesetzt, von denen in Fig. 1 lediglich ein Modell 2 mit einem Hohlraum 20 ge­zeigt ist. Das Modell 2 besteht - ebenso wie das Eingußrohr 21 und die Traubenläufe 22 - aus einem - thermisch zersetzbaren Material, beispielsweise Poly­styrol, und stellt einen Schnitt durch einen Teil eines Radialpumpengehäuses dar. Der Formkasten 1 wird mit trockenem Sand gefüllt, vorzugsweise mit ungebun­denem Sand. Ein etwas gröberer Quarzsand, wie er üb­licherweise zum Formen verwendet wird, hat sich als geeignet erwiesen. Dem mittels Federn 3 schwingfähig gelagerten Formkasten 1 ist eine Rüttelvorrichtung 4 zugeordnet, durch die der Sand gerüttelt und dadurch verdichtet wird.

[0013] Erfindungsgemäß wird in Formkasten 1 während des Ein­füllens eine Druckdifferenz in Einfüllrichtung aufge­baut, wobei diese Druckdifferenz durch Anlegen von Überdruck an der Oberseite des Formkastens erzeugt werden kann oder vorzugsweise durch eine Unterdruckvor­richtung 50 erzeugt wird. Diese Unterdruckvorrichtung 50 ist über eine Zuleitung 5 an den Innenraum des Formkastens 1 angeschlossen. Die Luftaustrittsöffnung 51 des Formkastens 1 wird zweckmäßig unterhalb des Modells 2 in einer Seitenwand des Formkastens 1 vorge­sehen, oder, was bevorzugt wird, im Boden des Form­kastens 1. Dies ist durch die Zuleitung 5ʹ angedeutet. Im Ausführungsbeispiels sind die Seitenwände des Form­kastens 1 mit einer Vielzahl von Luftaustrittsöffnun­gen 51 versehen und von einer Ringleitung 52 umschlos­sen, so daß der Unterdruck rasch und gleichmäßig im Formkasten 1 wirksam wird. Es können auch mehrere Ringleitungen 52 in verschiedener Höhe installiert sein, die entsprechend der Füllhöhe nacheinander beauf­schlagt werden. In einer anderen Ausführung kann auch eine Ringleitung 52 vorgesehen werden, die in ihrer Höhe verstellbar ist. Der Formsand wird aus einer Sandzuführvorrichtung 6 über ein Absperrorgan 61 in den Formkasten 1 gefüllt.

[0014] Die Beaufschlagung des Sandes mit Unterdruck während des Füllens des Formkastens bewirkt überraschender­weise ein Aufsteigen des Sandes auch in die kritischen Hohlräume 20 des Modells 2 oder anderer bisher vom Vollformverfahren ausgeschlossener Formstücke. Wie sich inzwischen gezeigt hat, erfolgt das Auffüllen der kritischen Hohlräume mit Sand und dessen Verfestigung besonders zuverlässig dann, wenn ein Unterdruck von 0,5 bar aufgebracht und der Unterdruck unterhalb des Modells 2 in den Formkasten eingeleitet wird, insbe­sondere auch durch den Boden des Formkastens 1 hin­durch.

[0015] Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, während des gesamten Befüllens des Formkastens 1 den Unter­druck auf der für das Ausfüllen der Hohlräume 20 festgelegten Höhe zu halten. Der Unterdruck kann viel­mehr lediglich während des Ausfüllens des Hohlraumes 20 des Modells 2 oder - gemäß Fig. 2 - mehrerer Modelle 2 aufgebracht werden. Dies ist in Fig. 2 b graphisch dargestellt.

[0016] Im Hinblick darauf, daß der Unterdruck der Rüttelkraft entgegenwirkt, kann ferner vorgesehen werden, den Sand zwar während des gesamtem Befüllvorganges mit Unter­ druck zu beaufschlagen, jedoch den Unterdruck mit zu­nehmender Füllhöhe zu reduzieren (Fig. 2 a). Dabei wird von einem Maximalwert bei geringer Füllhöhe ausge­gangen, der geeignet ist, ein Fluidisieren des Sandes zu unterdrücken und damit ein Verdichten zu erreichen. Um auch bei dieser Verfahrensweise das sichere Ausfül­len der Hohlräume 20 des Modells 2 bzw. der Modelle 2 sicherzustellen, wird während des Ausfüllens der Unter­druck auf die dafür erforderlich und festgesetzte Höhe gebracht (Fig. 2 c).

[0017] Wesentlich für ein zuverlässiges und vollständiges Aus­füllen des oder der Hohlräume 20 ist ferner, daß die Luft und damit auch der von ihr mitgerissene Sand in den Hohlraum 20 einströmt. Dies wird dadurch sicherge­stellt, daß die Füllhöhe des Formsandes in Nähe des auszufüllenden Hohlraumes 20 während der Zeit des Aus­füllens in etwa konstant gehalten wird. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, bildet sich in Nähe der Öffnung 20ʹ zum Hohlraum 20 eine durch die Strömungspfeile angedeutete Strömungsgasse, durch die der Sand mitgerissen und in den Hohlraum 20 transportiert wird. Die Sandzufuhr in den Formkasten 1 wird hierzu bei Erreichen des Modell-­Niveaus beispielsweise unterbrochen oder an eine Stel­le verlegt, an der diese Strömungsgasse nicht zuge­schüttet und so das Ausfüllen des Modells nicht be­hindert wird.

[0018] Durch Rütteln des Sandes während seiner Beaufschlagung mit Unterdruck wird das Ausfüllen des Hohlraumes 20 unterstützt und begünstigt. Dabei kann dem Rütteln mit Unterdruck ein Rütteln ohne Unterdruck vorausgehen.

[0019] Dies sollte allerdings nach dem Rütteln mit Unterdruck vermieden werden, da die Gefahr besteht, daß der ver­festigte Sand sich durch das Rütteln allein wieder lockert. Der Unterdruck wird aus diesem Grund zumin­dest so lange aufrechterhalten, bis das Rütteln be­endet ist.

[0020] Die Betätigung der Unterdruckvorrichtung und der Sand­zuführvorrichtung 6 in der verfahrensmäßig beschrie­benen Weise kann manuell oder auch durch eine Steuer­vorrichtung erfolgen, wie sie beispielsweise in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.

[0021] Dem Formkasten 1 ist ein Meßwertaufnehmer 7 zugeord­net, der jeweils bei Erreichen einer vorbestimmten, der Füllhöhe im Formkasten 1 entsprechenden Absenk­tiefe des Kastens ein Signal an einen Mikroprozessor 71 abgibt. Der Mikroprozessor 71 ist mit der Unter­druckvorrichtung 50 und einem diesem zugeordneten Meß­glied 53 verbunden und regelt den Unterdruck im Verhäl­tnis zur Füllhöhe im Formkasten 1 und bei Erreichen des Modell-Niveaus. Außerdem wird durch den Mikropro­zessor 71 die Sandzufuhr in den Formkasten 1 über das Absperrorgan 61 gesteuert.

[0022] Der Mikroprozessor 71 kann ferner zu Steuerzwecken mit der Rüttelvorrichtung 4 verbunden sein. Ebenso können dem Mikroprozessor 71 bei Verwendung eines Formsandes von anderer Beschaffenheit und damit anderen Verdich­tungseigenschaften entsprechende Informationen, zum Beispiel über die Höhe des dann anzulegenden Unter­druckes, eingegeben werden.

Ansprüche

1. Vollformverfahren, bei dem ein komplettes, positi­ves Modell aus einem thermisch zersetzbaren Ma­terial in einen Formkasten mit Sand eingesetzt, der Sand durch Rütteln verfestigt, das Gießmetall auf das thermisch zersetzbare Modell gegossen und das Modell durch die Gießhitze zersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Sandeinfüllens der Sand zum Ein­schließen des Modells einer Druckfifferenz in Ein­füllrichtung des Sandes ausgesetzt wird.

2. Vollformverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Sandeinfüllens der Sand zum Einschließen des Mo­dells einem Unterdruck ausgesetzt wird.

3. Vollformverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Beaufschlagung des Sandes mit Unterdruck gleich­zeitig gerüttelt wird.

4. Vollformverfahren nach Anspruch 2 oder 3, da­durch gekennzeichnet, daß der Unterdruck erst nach Beenden des Rüttelns abge­schaltet wird.

5. Vollformverfahren nach einem oder mehreren der An­sprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Einführung des Unterdruckes in den Formkasten unterhalb des Gieß­modelles, vorzugsweise durch den Boden des Form­kastens erfolgt.

6. Vollformverfahren nach einem oder mehreren der An­sprüche 2 bis 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Höhe des Unterdruckes in Abhängigkeit von der Art des Sandes festgelegt wird.

7. Vollformverfahren insbesondere nach einem der An­sprüche 2 bis 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Unterdruck mit zunehmender Füllhöhe des Formsandes reduziert wird.

8. Vollformverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen des Niveaus des Modells der Unterdruck auf die zum Einschließen des Modells festgelegte Höhe gebracht wird.

9. Vollformverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllhöhe des Formsandes in Nähe des auszu­füllenden Hohlraumes des Modells in etwa konstant gehalten wird, bis der Hohlraum gefüllt ist.

10. Vollformverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell mit ungebundenem Sand eingeschlos­sen wird.

11. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Formkasten und einer dem Formkasten zugeordneten Rüttelvor­richtung, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Innenraum des Formkastens (1) über eine Zuleitung (5) an eine Unterdruckvorrichtung (50) angeschlossen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkasten (1) von einer Ringleitung (52) umgeben ist, die über Luftaustrittsöffnungen (51) mit seinem Innen­raum und der Zuleitung (5) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, da­durch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnung (51) unterhalb des Gieß­modells (2) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnung (51) am Boden des Formkastens (1) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruckvorrichtung (50) eine Steuervor­richtung (7, 71) zugeordnet ist.

Zeichnung