Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Formschießmaschine zum Herstellen von Formteilen, wie Gießkernen, für Gießformen zum Vergießen von Metallschmelze.
Bei der konventionellen Herstellung von für das Vergießen von Leichtmetall-Schmelzen bestimmten Gießkernen wird ein in der Regel kunstharzgebundener Formstoff in den die Endform des zu erzeugenden Gießkern-Formteils bestimmenden Hohlraum eines Formwerkzeugs gefüllt. Das Formwerkzeug weist dabei eine für eine gleichmäßige Befüllung des Hohlraums ausreichende Anzahl von Schußöffnungen auf, über welche die Befüllung mit Formstoff erfolgt. In jede dieser Schußöffnungen wird zum Befüllen des Formwerkzeugs jeweils eine "Schußdüse" eingeführt, über die dann der Formstoff eingeschossen wird. Die Schußdüsen werden in der Regel gemeinsam von einer höhenverstellbaren "Schußkopfplatte" getragen, die ein Ein- und Ausfahren des Kernkastens in die Schießpositionsicherstellt.
Die Versorgung der Schußdüsen erfolgt bei den bekannten Vorrichtungen üblicherweise über eine sogenannte "Schußhaube", welche die Schußkopfplatte auf ihrer vom Formwerkzeug abgewandten Seite abdeckt und mit Formstoff gefüllt ist. Zum Einschießen des Formsands wird der in der Schußhaube enthaltene Formstoff schlagartig mit einem Gas, in der Regel Luft, über einen Schießzylinder gleichmäßig druckbeaufschlagt, so daß er über die Schußdüsen in das Formwerkzeug getrieben wird.
Um die erforderliche Endfestigkeit des zu erzeugenden Formteils herzustellen, besteht einerseits die Möglichkeit, durch Zugabe geeigneter Mittel eine chemische Reaktion katalytisch in dem Formstoff hervorzurufen. Bei diesem sogenannten "Cold-Box-Verfahren" wird ein infolge der chemischen Reaktion ausgehärtetes Formteil erhalten. Dieses kann allerdings so nicht mehr in den Kreislauf für die Formteilherstellung verwendeten Werkstoffe zurückgeführt werden.
Alternativ kann die Aushärtung bei Verwendung geeigneter Binder durch Wärmezufuhr eingeleitet werden. Zur Durchführung dieses sogenannten "Hot-Box-Verfahrens" sind bekannte Formschießmaschinen zum Herstellen von Formkernen mit Heizungen zum Erwärmen des Formwerkzeugs ausgestattet. Die Aushärtung des Formstoffs wird in diesem Fall durch die Wärmezufuhr im Formwerkzeug bewirkt.
Da die Verwendung von organischen Bindern zu Arbeitsplatz- und Umweltbelastungen führen kann, ist man bestrebt, die bisher für die Herstellung von Gießkernen verwendeten, organische Binder enthaltenden Formstoffe durch solche Formstoffe zu ersetzen, die durch anorganische Binder, wie z.B. wasserglasbasierte Binder, gebunden werden. Ein Verfahren, welches die Verwendung derart zusammengesetzter Formstoffe zur Herstellung von Kernformlingen ermöglicht, ist aus der
Gemäß diesem bekannten Verfahren wird zunächst ein Formstoff durch Mischen eines anorganischen, feuerfesten Formsands mit einem anorganischen Bindemittel auf Wasserglasbasis hergestellt. Dieser Formstoff wird dann in ein temperiertes, während der Befüllung einem Unterdruck ausgesetztes Formwerkzeug gefüllt. Die Temperatur / Verweilzeit des Formstoffs nach dem Schließen des Formwerkzeugs wird dabei so eingestellt, daß sich an dem Kernformling eine formstabile und tragfähige Randschale ausbildet. Hat der Kernformling diesen Zustand erreicht, so wird das Formwerkzeug geöffnet und der Kernformling entnommen. Unmittelbar anschließend wird der Kernformling unter Einwirkung von Mikrowellen einer vollständigen Trocknung unterzogen. Dem durch die in das Formwerkzeug eingefüllte Mischung gebildeten Formstoff wird so auf physikalischem Wege Feuchtigkeit entzogen. Im Ergebnis wird durch diesen Entfeuchtungsvorgang noch im Formwerkzeug eine Verfestigung des Kernformlings erreicht, die mindestens sein Handling in den weiteren Bearbeitungsschritten ermöglicht.
In der Praxis zeigen sich bei der Durchführung des bekannten Verfahrens in herkömmlichen, mit einer Einrichtung für die Erwärmung des Formwerkzeugs ausgestatteten Vorrichtungen verschiedene Mängel. Diese äußern sich beispielsweise in einem unerwünschten vorzeitigen Aushärten der Formstoffe in den Bauteilen der Formschießmaschine, die von der vom Formwerkzeug abgestrahlten Wärme erfaßt werden. Bei diesen Bauteilen handelt es sich insbesondere um die Schußdüsen und die Schußhaube, die auch in Wartestellung auf eine für den Beginn des Aushärtens des Formstoffes aufgrund von Dehydration kritische Temperatur erwärmt werden. Das vorzeitige Aushärten des Formstoffes führt beispielsweise in der Schußhaube zur Krustenbildung an der Formstoffoberfläche, so daß sich der Formstoff nicht mehr ordnungsgemäß in das Formwerkzeug einbringen läßt. Unvollständige Füllungen des Formwerkzeugs und Verstopfungen der Schußdüsen sind die Folge. Auch in den Schußdüsen selbst aushärtender Formstoff führt zum Verstopfen der Düsen, so daß ebenfalls eine gleichmäßige, ordnungsgemäße Befüllung nicht mehr gewährleistet ist.
Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik sind aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen sich aus einem einen anorganischen Binder enthaltenden Formstoff Formteile für Gießformen zuverlässig und mit verminderter Störungsanfälligkeit herstellen lassen.
Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik wird diese Aufgabe im Hinblick auf das Verfahren erfindungsgemäß durch die Lehre des unabhängigen Verfahrensanspruchs 1 gelöst.
Zum anderen wird die voranstehend genannte Aufgabe in Bezug auf eine Vorrichtung erfindungsgemäß durch die Lehre des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst.
Vorzugsweise ist dabei das Formwerkzeug zusätzlich zwischen einer Befüll- und einer Entnahmestation hin- und herbewegbar.
Besonders geeignet sind ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsgemäße Formschießmaschine zur Herstellung von Gießkernen für das Vergießen von Leichtmetall-Schmelzen, die in der Praxis den weitaus größten Teil der in Vorrichtungen der hier in Rede stehenden Art hergestellten Gießformteile darstellen.
Gemäß der Erfindung werden während des Aushärtens des in das erwärmte Formwerkzeug gefüllten Formstoffs diejenigen Bauteile gezielt feucht gehalten, die von der vom Formwerkzeug abgestrahlten Wärme auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der das ungewollte vorzeitige und infolgedessen störende Aushärten des Formstoffs einsetzen könnte. Auf diese Weise wird dem in oder an diesen Bauteilen infolge der Erwärmung andernfalls eintretende Wasserentzug aus dem Formstoff entgegengewirkt und so die Verfestigung von Formstoff in den kritischen Bauteilen der Schießmaschine verhindert. Bei den von der Erwärmung besonders betroffenen Bauteilen handelt es sich dabei typischerweise um die Schußdüsen oder die zur Versorgung der Schußdüsen benötigte Schußhaube mit der an sie angeschlossenen Schußplatte oder andere Formstoff führende Versorgungskanäle.
Indem diese Bauteile während der für das Aushärten des Formteils im Formwerkzeug benötigten Verweilzeit gezielt befeuchtet werden, wird beispielsweise sowohl eine Krustenbildung in der Schußhaube als auch das Verkleben der Schußdüsen durch sich verfestigenden Formstoff verhindert. Auf diese Weise lassen sich auch anorganische, wasserbasierte Binder enthaltende Formstoffe sicher zu Formteilen für den Gießereibetrieb nutzen. Die erhaltenen Formteile zeichnen sich durch eine gute Festigkeit aus und lassen sich nach ihrem Gebrauch wieder in den Kreislauf der für die Formteilherstellung eingesetzten Werkstoffe zurückführen.
Die Befeuchtung der durch die vom Formwerkzeug abgegebenen Wärme erwärmten und infolgedessen hinsichtlich des Verfestigens von Formstoff gefährdeten Bauteile erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß mindestens eines der Befüllelemente während der Aushärtezeit mindestens zeitweise einer feuchten Atmosphäre ausgesetzt wird. Diese Ausgestaltung der Erfindung eignet sich insbesondere zur Vermeidung des Aushärtens von Formstoff in der Schußhaube, wenn in der Haube gezielt eine feuchte Atmosphäre aufrechterhalten wird. Der Feuchtigkeitsgehalt der vorzugsweise durch Luft als Trägergas gebildeten Atmosphäre kann dabei problemlos den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt werden. So ist es beispielsweise denkbar, die Feuchtigkeit der die in Wartestellung befindlichen Schießdüsen umgebenden Atmosphäre so einzustellen, daß sich an den Schußdüsen Kondensat bildet und infolgedessen die Verfestigung von in den Schußdüsen enthaltenem oder an ihnen haftendem Formstoff sicher vermieden wird.
Ergänzend zu einer Befeuchtung durch Aufrechterhaltung einer Atmosphäre von bestimmter Feuchtigkeit kann es vorteilhaft sein, mindestens eines der miterwärmten Befüllelemente während der Aushärtezeit mindestens zeitweise zu kühlen. Auch durch eine solche gezielte Kühlung kann die Bildung von Kondensat herbeigeführt werden. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist daher besonders zum Schutz der Schußdüsen vor der Verstopfung durch verfestigten Formstoff geeignet. Zusätzlich oder alternativ kann die Schußluft selbst befeuchtet werden, um einem Austrocknen oder Aushärten des Formstoffs von vornherein vorzubeugen.
Eine weitere, besonders einfach zu verwirklichende und dennoch wirkungsvolle Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der miterwärmten Befüllelemente während der Aushärtezeit mindestens zeitweise mit einem Feuchtigkeitsträger in Kontakt gebracht wird. Bei diesem Feuchtigkeitsträger kann es sich um ein mit Flüssigkeit, insbesondere Wasser, getränktes saugfähiges Material, wie einen Schwamm oder einen Lappen handeln. Praktische Versuche haben ergeben, daß sich, wenn ein solcher Feuchtigkeitsträger an die in Wartestellung befindlichen Schußdüsen angedockt wird, die Verfestigung von in den Düsen enthaltenem Formstoff sicher vermeiden läßt.
Indem der Hohlraum des Formwerkzeugs im Verlauf der Aushärtezeit mindestens zeitweise von einem heißen Gas, vorzugsweise erwärmter Luft, durchströmt wird, das trocken zugeführt und mit Feuchtigkeit beladen abgezogen wird, läßt sich der Verlauf des Aushärtens des im Formwerkzeug enthaltenen Formteils gezielt verbessern. Nach dem Befüllen des Formwerkzeugs mit Formstoff wird in diesem Fall während der für das Aushärten des Formlings benötigten Zeit zusätzlich zu der über das Werkzeug selbst eingebrachten Wärme ein heißer, trockener Gasstrom durch die Form geleitet. Auf diese Weise werden einerseits die im Zuge des Aushärtens entstehenden Gase aus dem Formwerkzeug abgeführt. Andererseits wird zusätzliche Wärme in das Formteil eingebracht. Dabei dringt diese Wärme nicht langsam über die Randschale des Formteils in dessen Inneres vor, sondern wird aktiv von dem Gasstrom in das Kerninnere des Formteils transportiert.
Im Ergebnis wird so eine schnelle und gleichmäßige Kernaushärtung erreicht. Der Einfluß auch stark schwankender Dickenverläufe des Kerns wird so minimiert. Bei Einhaltung dieser Variante der erfindungsgemäßen Vorgehensweise erhaltene Formteile besitzen daher bereits bei Entnahme aus dem Formwerkzeug eine besonders hohe, homogen verteilte Festigkeit. Gleichzeitig lassen sich auf diese Weise beispielsweise bei der Herstellung von Gießkernen Zykluszeiten erzielen, die nicht höher als die Zeiten sind, die für die Herstellung von entsprechenden Gießkernen aus organischen Bindern, insbesondere Kunstharzen, enthaltenden Formstoffen benötigt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden im Zusammenhang mit dem nachfolgend anhand einer Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen schematisch in einer teilweise geschnittenen Darstellung:
Die Formschießmaschine 1 zum Herstellen von Gießkernen K nach dem "Hot-Box-Verfahren" weist einen Mischer 3 auf. In dem Mischer 3 wird aus einem anorganischen, feuerfesten Formsand und einem wasserglasbasiertem Binder ein Formstoff F gemischt.
Dieser Formstoff F wird in einen unterhalb des Mischers 3 angeordneten Fülltrichter 4 gegeben, von dem er in einen unterhalb des Fülltrichters 4 positionierten Schießzylinder 5 geleitet wird. Der Schießzylinder 5 schießt den Füllstoff F in eine an ihn angeschlossene, sich ausgehend von dem Schießzylinder 5 in ihrer Breite und Tiefe nach unten erweiternde Schußhaube 6, die an ihrer Unterseite durch eine Schußkopfplatte 7 verschlossen ist. In der Schußkopfplatte 7 sind eine Vielzahl von weiter nicht dargestellten Aufnahmen eingeformt, in denen jeweils eine Schußdüse 8 sitzt.
Die sich in Richtung des Oberkastens 9 eines Formwerkzeugs 10 erstreckenden Schußdüsen 8 sind entsprechend den in den Oberkasten 9 eingeformten Schußlöchern 11 angeordnet. Die Schußlöcher 11 münden in einem Hohlraum 12, der durch entsprechende, in den Oberkasten 9 und den Unterkasten 13 des Formwerkzeugs 10 eingeformte Ausnehmungen gebildet ist. Weitere hier nicht dargestellte Elemente können Bestandteil der Formmaschine 1 sein.
Durch den Hohlraum 12 ist die Form des zu erzeugenden Gießkerns K bestimmt In den Unterkasten 13 sind Entlüftungsöffnungen 14 eingeformt, über die beim Befüllen des Hohlraums 12 die vom eingefüllten Formstoff F verdrängte Luft entweicht. Bei Bedarf sind entsprechende, hier nicht dargestellte Entlüftungsöffnungen in den Oberkasten eingebracht. Mittels einer Heizeinrichtung 15 können der Oberkasten 9 und der Unterkasten 13 des Formwerkzeugs 10 kontrolliert beheizt werden.
Nicht dargestellte Stelleinrichtungen sind vorgesehen, um den Kernkasten mit den Schußlöchern 11 an die Schußdüsen 8 in eine Schußstellung zu fahren, in der sie in den Schußlöchern 11 des Formwerkzeugs 10 sitzen. Mit den Schußdüsen 8 werden dabei die mit ihnen fest verbundene Schußkopfplatte 7, die Schußhaube 6, der Schußzylinder 5 und der Trichter 4 zusammengeführt (
Nach erfolgtem Einschießen des Formstoffs F in das Formwerkzeug 10 wird die Formmaschine 1 in die Wartestellung bewegt, in denen die Spitzen der Schußdüsen 9 mit Abstand oberhalb des Formwerkzeugs 10 angeordnet sind (
An die Schußhaube 6 ist eine Befeuchtungseinrichtung 16 angeschlossen, über die feuchte Luft in den Innenraum der Schußhaube 6 geleitet werden kann. Darüber hinaus ist ein Schwamm 17 auf einer Platte 18 befestigt, die bei in Wartestellung befindlichen Schußdüsen 8 unter die Schußdüsen 8 gefahren und so angehoben werden kann, daß der Schwamm 17 gegen die Schußdüsen 8 drückt und mindestens ihren unteren, die Düsenöffnung aufweisenden Abschnitt vollständig umgibt. Zusätzlich ist den Schußdüsen 8 jeweils eine Düse 19 zugeordnet, über die bei in Wartestellung befindlichen Schußdüsen 8 von der Befeuchtungseinrichtung 16 gelieferte feuchte Luft auf die Schußdüsen 8 geblasen wird.
Der Feuchtegehalt der in der Wartestellung in die Schußhaube 6 eingeleiteten und gegen die Schußdüsen 8 geblasenen feuchten Luft ist so abgestimmt, daß es zu keiner Dehydration des Formstoffs kommt. Auf diese Weise wird sicher verhindert, daß sich der in der Schußhaube 6 und den Schußdüsen 8 in der Wartestellung noch enthaltene Formsand F infolge der Erwärmung und des Wasserentzuges verfestigt, der die betreffenden Bauteile aufgrund der von dem warmen Formwerkzeug 10 abgegebenen Strahlungswärme W sowohl während des Befüllvorgangs (
Durch den in Wartestellung gegen die Schußdüsen 8 gedrückten Schwamm 17 ist dabei zusätzlich gezielt sichergestellt, daß es zu keiner Verstopfung der Düsenöffnungen der Schußdüsen 8 infolge von verklebendem Formstoff F kommt. Ergänzend unterstützt werden kann die Kondensatbildung im Bereich der Schußdüsen 8 dadurch, daß die Schußdüsen 8 mit Hilfe einer hier nicht gezeigten Kühleinrichtung in der Wartestellung gekühlt werden. Diese Kühlung verhindert zudem wirksam, daß die Temperatur im Innenraum der Schußdüsen 8 auf ein für die Verfestigung des Formstoffs F kritisches Niveau steigt. Durch die Befeuchtung der Außenseite der Schußdüsen 8 ist gewährleistet, daß es nicht zum Anbacken von verfestigtem Formsand F auf den Schußdüsen 8 kommt.
Um einen verbesserten Verlauf der Aushärtung des Gießkerns K im Formwerkzeug 10 zu erreichen, ist eine Einrichtung 20 vorgesehen, die einen Luftzufuhranschluß 21 und Absauganschluß 22 aufweist. Während der für die Aushärtung des Gießkerns K benötigten Aushärtezeit sind bei in Wartestellung befindlichen Schußdüsen 8 der Luftzufuhranschluß 21 der Einrichtung 20 mit den Schußlöchern 11 und der Absauganschluß 22 der Einrichtung 20 mit Entlüftungsöffnungen 14 des Formwerkzeugs 10 verkoppelt (
Gleichzeitig transportiert der über den Absauganschluß 22 abgesaugte Luftstrom L die im Zuge der Erwärmung des Gießkern K entstehenden Gase gezielt und schnell aus dem Formwerkzeug 10 heraus. Die durch den Luftstrom L erreichte homogenere Wärmeverteilung im Gießkern K bewirkt so eine verkürzte Aushärtezeit bei gleichzeitig verbesserter Festigkeit des erhaltenen Gießkerns K.
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.