[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung für den Drucklufteinlass- und -auslass an Formmaschinen,
insbesondere Kemschießmaschinen.
[0002] Aus der DE 91 09 886 U1 ist ein Schießsystem für kalthärtende Sande mit einem innenliegenden,
auswechselbaren Düsenring bekannt. Der Kernsand im Inneren des Schießrohres wird dabei
mit Druckluft beaufschlagt, die über einen Lufteinlassstutzen im domartig geformten
Oberteil des Schießsystems einströmt. Durch den waagerecht angeordneten Düsenring
wird die Druckluft senkrecht nach unten geleitet. Dabei wird der Luftstrom nach dem
Durchtritt durch den Düsenring zwischen der Innenwandung des Schießrohres und der
beabstandeten Außenwandung eines als Hohlzylinder ausgebildeten Sandeinlaufs geführt.
Somit trifft der durch den Düsenring zusätzlich beschleunigte Luftstrom unter einem
Winkel von etwa 0°, bezogen auf die Längsachse des Schießrohres, auf den Kernsand
im unteren Bereich des Schießsystems.
[0003] Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass durch den in den Arbeitsraum des Schießsystems
ragenden, hohlzylinderförmigen Sandeinlauf die Sandeinfüllmenge begrenzt ist. Dieser
Nachteil könnte durch eine größere Dimensionierung des haubenartigen Aufsatzes des
Schießsystems, das Lufteinlass- und Luftauslass aufnimmt, kompensiert werden. Durch
die größere Bauform werden die Fertigungskosten der Kernschießmaschine signifikant
erhöht. Ebenso steigt proportional der tatsächliche Luftverbrauch pro Schuss und damit
die direkt zurechenbaren Nebenkosten für Hilfsstoffe und Energie.
[0004] Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch die kreisringförmige Gestalt des
waagerecht angeordneten Düsenrings eine Druckbeaufschlagung des Sandes ausschließlich
in der peripheren Randzone im Inneren des Schießsystems erfolgt. Dadurch kommt es
zu einem diskontinuierlichen Nachrutschen des Kernsandes und in der Folge zu einer
ungleichmäßigen Befüllung der Schießform. Bedingt durch die ungleichmäßige Befüllung
der Schießform wird eine inhomogene Kernstruktur erreicht, welche sehr unterschiedliche
Festigkeitseigenschaften aufweist.
[0005] Daneben ist aus der DE 299 22 733 U1 ein Schießsystem zur Verdichtung kalt aushärtender
Sande mit einem Sandeinlaufrohr und mit einem, das Sandeinlaufrohr in koaxialem Verlauf
umschließenden Schießrohr zur Durchleitung gespannter Luft bekannt. Dabei ist das
an dem, den Sandeinlauf zugewandten Ende des Schießrohres eine Haube mit Lufteinlass-
und Luftauslass angeordnet. Im Inneren der Haube befindet sich ein Luftverteilkorb
mit einem koaxial zum Sandeinlaufrohr ausgerichteten und das Sandeinlaufrohr mit einem
definierten Abstand umschließenden Ringabschnitt. Die in dem Ringabschnitt des Luftverteilkorbes
angeordneten Luftdurchtrittsöffnungen sind schlitzartig ausgebildet und erstrecken
sich koaxial, in Lufteintrittsrichtung sich stetig verjüngend, auf dem Umfang des
Luftverteilkorbes.
Durch diese Anordnung wird eine gleichmäßige Belüftung sowohl beim Transport des Kernsandes
in den Formkasten als auch beim nachfolgenden, unter hohem Druck erfolgenden Einschießens
der hochgespannten Luft zur nachfolgenden Verdichtung des Sandes gewährleistet. Durch
die Verjüngung der waagerecht verlaufenden Schlitze wird zudem ein Mitreißen von Kernsand
beim anschließenden Entlüften weitestgehend vermieden.
Nachteilig an dieser Lösung ist der konstruktiv hohe Aufwand für die Gestaltung des
Luftverteilkorbes. Durch die größeren Anordnungen des Luftverteilkorbes im Arbeitsraum
des Schießsystems ist die maximal einzubringende Menge an Kernsand begrenzt. Eine
Alternative bestünde auch hier in der größeren Dimensionierung des haubenartigen Aufsatzes
des Schießsystems, mit den vorgenannten Nachteilen.
Ein weiterer Nachteil der Lösung nach der DE 299 22 733 U1 liegt darin begründet,
dass die Teilluftströme beim Passieren der waagerecht angeordneten Schlitze im Inneren
des Schießrohres aufeinanderprallen und verwirbeln, so dass durch die daraus resultierenden
turbulenten Strömungsverhältnisse eine gleichmäßige, impulsartige Druckbeaufschlagung
der Oberfläche des zu transportierenden und zu verdichtenden Kernsandes nicht gewährleistet
ist.
[0006] Aus der DE 37 15 997 A1 ist ein Kopf zum Laden und Einfüllen von Gießereierde in
Formmaschinen zum Formen von gepressten Erdkernen bekannt, bei dem die Schießluft
über radiale, waagerecht verlaufende Eintrittsöffnungen in das Innere des Schießkopfes
und nachfolgend durch einen ringförmigen Spalt zwischen der Innenwandung des Schießrohres
und der Außenwandung eines in das Schießrohr mündenden Sandeinfüllstutzens senkrecht
nach unten geleitet wird. Durch die damit verbundene Änderung der Strömungsrichtung
der Druckluft kommt es insbesondere bei höheren Drücken bzw. größeren Strömungsgeschwindigkeiten
zu Turbulenzen, die ein ungleichmäßiges Befüllen und Verdichten der Kernform bewirken.
Diese bekannte Einfüllvorrichtung hat daneben den Nachteil, dass - bedingt durch die
gewählte konstruktive Lösung - das Verhältnis von Durchmesser zu Länge der Füllkammer
des Schießrohres zu einem wesentlich größeren Volumen gegenüber anderen Schießsystemen
führt. Durch dieses größere Volumen wird mehr Druckluft als bei anderen Systemen benötigt.
Der Kernformstoff wird somit von mehr Druckluft durchströmt.
Bedingt durch die höhere Durchströmung werden aus dem Bindesystem mehr Lösemittel
ausgetragen. Diese Lösemittelverluste senken die Festigkeitswerte ab. Wird das Schussvolumen,
unter Beibehaltung der Ausführung Druckkessel unmittelbar um das Schießrohr angeordnet,
z. B. von 201 auf 401 vergrößert, erfolgt ein nicht benötigter Volumenzuwachs im Schießrohr
im Bereich des Druckkessels und die unerwünschte Durchströmung des Kernformstoffes
wird noch verstärkt.
[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung für den Lufteinlass und -auslass an
einer Formmaschine, insbesondere einer Kernschießmaschine zu schaffen, die die Nachteile
des bekannten Standes der Technik eliminiert.
[0008] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorzugsweise
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
[0009] Bei der Anordnung für die Lufteinlass- und Auslasseinheit wird die Schießluft aus
einem Druckbehälter, der sich in unmittelbarer Nähe des Lufteinlasses befindet, impulsartig
auf die Sandsäule im Inneren der Schießeinrichtung geleitet. Eine gleichförmige Druckbeaufschlagung
des Kernsandes im Inneren des Schießrohres wird erreicht durch Luftleitkanäle, die
unmittelbar in der Wandung des Schießrohres integriert sind und einen Neigungswinkel
von 15° bis 45° gegenüber der vertikalen Längsachse des Schießrohres aufweisen.
Durch den Verzicht auf gesonderte Luftführungseinrichtungen und die Minimierung der
Überströmwege zwischen Druckluftbehälter und Innenraum des Schießrohres konnte der
Übergangswiderstand der durchströmenden Luft minimiert werden. Zugleich sinken die
Herstellungskosten der Schießeinrichtung, da die geneigten Luftleitkanäle mit einfachen
Mitteln (z. B. Wasserstrahlschneiden) in die Wandung des aus hochfesten Stählen gefertigten
Schießrohres eingearbeitet werden können.
In einer vorzugsweisen Weiterbildung weist die Schießeinrichtung eine zusätzliche
Luftleiteinrichtung auf. Damit besteht die Möglichkeit, in Abhängigkeit von der zu
transportierenden Sandmenge und den Fließeigenschaften des jeweils verwendeten Kernsandes
den Einfallswinkel der Teilluftströme mit einfachen Mitteln gezielt zu verändern.
Die optionale Luftleiteinrichtung ist vorzugsweise als auswechselbare, dünnwandige
Lochplatte ausgebildet.
[0010] In einer weiteren, gleichfalls bevorzugten Ausbildung sind zwei Luftleiteinrichtungen
(z. B. in Form von Lochplatten) zueinander beabstandet angeordnet. Durch eine Verschiebung
der Luftleiteinrichtungen gegeneinander wird die Strömungsrichtung der Druckluft gezielt
verändert.
[0011] In einer weiteren, gleichfalls bevorzugten Ausbildung ist im Zwischenraum zwischen
den beabstandeten Luftleiteinrichtungen ein Filter angeordnet, der insbesondere feinkörnige
Komponenten des Schießsandes zurückhält und dadurch eine mechanische Zerstörung bzw.
einen mechanischen Abrieb der Bauteile bzw. Baugruppen im Luftauslassbereich des Schießkopfes
verhindert.
[0012] Durch die gerichtete Druckbeaufschlagung des Kernsandes im Inneren des Schießsystems
ist es zudem gelungen, eine homogene Strömung des Kernformstoffes zu erreichen. Der
Schüttkegel im Schießrohr bleibt nach jedem Schuss mit seiner Oberfläche zu erhalten.
Die gleichmäßigere Verdichtung bewirkt eine bessere Homogenität des künftigen Kerns
in seiner Konsistenz und führt insbesondere zu einer Verringerung der Oberflächenrauhigkeit
und einer gleichmäßigen Festigkeit des Kernmaterials und damit einer besseren Oberfläche
des späteren Gussteiles.
[0013] In einer besonders bevorzugten Ausbildung ist ein Druckluftbehälter kreisringförmig
am Umfang der Schießeinrichtung angeordnet. Dadurch sind die Übertragungswege zwischen
Druckluftbehälter und Innenraum des Schießsystems minimiert. So kann die vorgespannte
Druckluft auf kürzestem Wege und ohne Druckabfall über eine oder mehrere verschließbare
Lufteintrittsöffhungen in den Innenraum des Schießsystems dringen.
[0014] Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben und
in zugehörigen Zeichnungen dargestellt.
[0015] Es zeigen:
- Figur 1:
- eine Schießeinrichtung in einer stilisierten, geschnittenen Seitenansicht,
- Figur 2:
- in einer vergrößerten Einzelheit die Neigung der Lufteinschusskanäle gegenüber der
Längsachse des Schiessrohres,
- Figur 3:
- die Anordnung gemäß Figur 2 mit einem ringförmig angeordneten Filter, der die Mündungen
der Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnung überdeckt,
- Figur 4:
- in einer stark stilisierten, geschnittenen Draufsicht die ringförmige Anordnung der
Lufteinschusskanäle.
[0016] Das Einbringen des Kernsandes in die Kernkästen geschieht wie folgt (vgl.
Fig. 1):
Bei Erreichen einer minimalen Füllstandshöhe der Sandsäule 4 im Schießrohr 1 wird
zur Befüllung der Schießeinrichtung die am höchsten Punkt angeordnete Drehklappe 9
geöffnet, so dass der im nicht näher dargestellten Sandtrichter befindliche Kernsand
frei in den Arbeitsraum des Schießrohres 1 fallen kann. Nach Erreichen der maximalen
Füllstandshöhe schließt die Drehklappe 9 den Arbeitsraum des Schießrohres 1 gasdicht.
Zum Transport des Kernsandes in die Form des Kernkastens und zum gleichzeitigen Verdichten
des Kernsandes wird Druckluft impulsartig über die in der Wandung des Schießrohres
1 angeordneten, unter einem Winkel Φ = 30° geneigt zur Längsachse 6 des Schießrohres
1 angeordneten Lufteintrittskanäle 7 gerichtet auf die Oberfläche des Kernsandes im
Arbeitsraum des Schießrohres 1 aufgebracht. Die ringförmig angeordneten Lufteintrittsöffnungen
7 grenzen unmittelbar an einen umlaufenden kreisringförmig ausgebildeten Druckluftbehälter
3. Durch diese besondere Ausbildung sind die Übertragungswege zwischen Druckluftbehälter
3 und Arbeitsraum des Schießrohres 1 minimiert. So kann die vorgespannte Schießluft
S auf kürzestem Wege und ohne Druckabfall über eine oder vorzugsweise mehrere verschließbare
Lufteintrittsöffnungen 7 in den Arbeitsraum des Schießrohres 1 dringen.
Durch das gerichtete Einströmen der Druckluft unter einem Winkel von vorzugsweise
15° bis 45° gegenüber der Längsachse 6 des Schießrohres 1 trifft die Schießluft quasi
verwirbelungsfrei auf die Oberfläche des Sandkegels im Arbeitsraum des Schießrohres
1. Durch die quasi laminare Strömung, die durch die bevorzugte Anordnung und Größe
der Lufteintrittsöffnungen 7 erreicht wird, ist der Druckabfall beim Passieren der
Lufteintrittsöffnungen minimal.
Als weiterer Vorteil hat sich herausgestellt, dass durch die gewählte Anordnung der
vergleichsweise großflächigen Lufteintrittsöffnungen üblicherweise auftretende Nebengeräusche
(Pfeifen) beim Einströmen der Druckluft mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten vermieden
werden. Damit geht eine bedeutend geringere Umweltbelastung einher.
Ein weiterer Vorteil der gefundenen Anordnung beseht darin, dass sowohl der Energiebedarf
für die Erzeugung der Druckluft als auch die benötigte Luftmenge gegenüber den Lösungen
des Standes der Technik signifikant minimiert werden konnte. Daraus resultieren geringere
Fertigungsstückkosten.
Ein Mitreißen von Kernsandpartikeln beim Ausströmen der entspannten Druckluft nach
dem Schuss wird durch geeignete Rückhaltemittel bewirkt, die im Kopfbereich des Schießrohres
angeordnet sind und die vorzugsweise ringförmig angeordneten Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnungen
7 überdecken.
Als Rückhaltemittel zur Verhinderung des Mitreißens von Kernsandpartikeln beim Ausströmen
der entspannten Abluft A werden bekannte Filter 5 eingesetzt.
In einer weiteren, gleichfalls bevorzugten Ausbildung befindet sich zwischen zwei
parallel zueinander angeordneten, beabstandeten Prallblechen ein Filterstoff, der
insbesondere beim Schießen von feinstkörnigen Sanden zuverlässig ein Mitreißen von
Kernsandpartikeln in die Lufteintrittsöffnungen und den Druckluftbehälter des Schießsystems
verhindert. Dadurch werden Kemsandverluste vermieden und insbesondere die mechanisch
belasteten, bewegten Baugruppen des Schießsystems vor mechanischem Abrieb und Verschleiß
wirksam geschützt.
[0017] Das Öffnen und Schließen der Lufteintrittsöffnungen 7 erfolgt über einen druckluftbetätigten
ringförmigen Schieber 2, der an der Außenwandung des Schießrohres 1 axial verschiebbar
angeordnet ist. Bei geöffnetem Schieber 2 kann die Schießluft S vom Druckluftbehälter
3 über die Lufteinschusskanäle 7 und den Filter 5 in das Innere des Schießrohres 1
überströmen. Nach dem Einschießen des Kernsandes erfolgt die Entlüftung des Schießkopfes
über mehrere, in Luftaustrittskanäle. Vorteilhaft münden die Luftaustrittskanäle im
Inneren des Schießrohres im Bereich von Filtern oder Luftleiteinrichtungen, so dass
beim schlagartigen Entlüften des Innenraumes mitgerissene Sandpartikel von den Luftleiteinrichtungen
zurückgehalten werden. Dadurch werden Kernsandverluste vermieden bzw. weitestgehend
minimiert. Zudem werden Elemente der Luftauslasseinrichtung vor Zerstörungen bzw.
mechanischem Abrieb durch die mitgerissenen Sandpartikel wirksam geschützt.
[0018] Figur 2 zeigt in einer vergrößerten Einzelheit die Ausbildung des druckluftbetätigten Schiebers
2 in geöffneter Stellung. Die pneumatische Ansteuerung des Schiebers 2 erfolgt über
Steuerkanäle 10 und 11, über die Druckluft auf den Kolben 12 des Schiebers einwirkt.
Daneben ist die Lage und Neigung des Lufteinschusskanals 7 gegenüber der Längsachse
6 des Schiessrohres 1 sichtbar. Der Neigungswinkel Φ des Lufteinschusskanals beträgt
in diesem Ausführungsbeispiel 45 °.
[0019] Figur 3 zeigt die Anordnung gemäß Figur 2 mit einem ringförmig angeordneten Filter 7, der
die Mündungen der Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnung 7, 13 überdeckt. Durch die
benachbarte Anordnung der Mündungen der Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnung 7,
13 kann der Filter 5 klein dimensioniert werden, so dass der Strömungswiderstand minimiert
wird und bei einem technologisch notwendigen Filterwechsel der Austausch in kürzester
Zeit vorgenommen werden kann. Der Neigungswinkel α der Oberfläche des auswechselbaren
Filters, die dem Arbeitsraum zugewandt ist, beträgt je nach verwendetem Kernsand 10°
bis 60 °.
[0020] Figur 4 zeigt in einer stark stilisierten, geschnittenen Draufsicht die ringförmige Anordnung
der Lufteinschusskanäle 7. Um den Strömungswiderstand bei der Einleitung der vorgespannten
Schießluft S zu minimieren ist die Breite der Stege 14, die Ober- und Unterteil des
Schießrohres 1 verbinden, minimiert. Die vier symmetrisch angeordneten Lufteintrittskanäle
7 weisen einen Öffhungswinkel β von jeweils 60° auf.
Übersicht verwendeter Bezugszeichen
[0021]
- 1
- Schießrohr
- 2
- Schieber
- 3
- Druckluftbehälter
- 4
- Sandsäule
- 5
- Filter
- 6
- Längsachse des Schießrohres (Schießachse)
- 7
- Lufteinschusskanal
- 8
- Schießkopf
- 9
- Drehklappe
- A
- Abluft
- S
- Schießluft
- 10
- Steuerkanal (Steuerluft, offen)
- 11
- Steuerkanal (Steuerluft, geschlossen)
- 12
- Kolben
- 13
- Abluftkanal
- α
- Neigungswinkel der Oberfläche des Filters 5
- β
- Öffnungswinkel des Lufteinschusskanals 7
- Φ
- Neigungswinkel des Lufteinschusskanals 7
1. Anordnung für den Drucklufteinlass- und -auslass an Formmaschinen, insbesondere Kernschießmaschinen,
mit einem Druckluftbehälter (3), einem Schiessrohr (1), mindestens einem, am Umfang
des Schiessrohres (1) angeordneten Lufteinschusskanal (7) und mindestens einem Abluftkanal
(13),
wobei die Mündungen von Lufteinschusskanal (7) und Abluftkanal (13) benachbart angeordnet
sind,
der Lufteinschusskanal (7) den Druckluftbehälter (3) mit dem Inneren des Schiessrohres
(1) oder mit einem Filter (5) verbindet,
der Lufteinschusskanal (7) als strömungsoptimierter Durchbruch der Wandung des Schiessrohres
(1) ausgebildet ist
und der Lufteinschusskanal (7) gegenüber der Längsachse (6) des Schiessrohres (7)
einen Neigungswinkel von 15°<= Φ <= 60° aufweist.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lufteinschusskanal (7) gegenüber der Längsachse (6) des Schiessrohres (7) einen
Neigungswinkel von Φ = 45° aufweist.
3. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die in den Arbeitsraum des Schiessrohres (1) führenden Mündungen des Lufteinschusskanals
(7) und des Abluftkanals (13) von einem Filter (5) überdeckt werden.
4. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die in den Druckbehälter (3) führende Mündung des Lufteinschusskanals (7) von einem
Schieber (2) überdeckt wird, der axial verschiebbar aufdem Schiessrohr (1) angeordnet
ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mündungen der Lufteinschusskanäle (7) in einer Ebene angeordnet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Neigungswinkel α des Filter (5), bestehend aus zwei beabstandeten Lochblechen
mit dazwischenliegendem Feinstfilter, in Abhängigkeit vom Schüttwinkel der Sandsäule
(4), der Füllmenge und/oder der Fließeigenschaft des Kernsandes einstellbar ist.