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Vorrichtung zum Härten von Gießereikernen und Gießereiformen Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Härten von Erstarrungssanden od. dgl. bei der Herstellung
von Gießereikernen und Gießereiformen mittels eines gasförmigen oder zerstäubten
chemischen Reaktionsmittels, insbesondere mittels CO2-Gas.
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Das Härten von Erstarrungssanden durch Einleiten von CO, beruht
auf der chemischen Reaktion eines zum größten Teil aus Wasserglas (Na2 Si 02 - x
H2 O) bestehenden Bindemittels mit Kohlensäure (C02). Zu diesem Zweck wird als Kernsand
trockener, kalter Quarzsand verwendet, dem 4 bis 511/o des Bindemittels beigemischt
werden. Nach dem Füllen des Kernkastens wird dann der Kern im Kernkasten durch Einleiten
von CO, gehärtet. Die Dauer des C 02 Einleitens ist abhängig von der Größe
und der Form der Kerne. Nach dem Härtevorgang wird der Kern aus dem Kernkasten herausgenommen.
Es kann sodann sofort vergossen werden, so daß jegliches Trocknen entfällt. Außerdem
ist von Vorteil, daß die fertige Kernsandmischung infolge der Dünnflüssigkeit des
Bindemittels eine sehr gute Fließfähigkeit besitzt, so daß selbst komplizierte Kerne
maschinell, insbesondere durch Schießen hergestellt werden können. Die Kerne haben
eine genaue Maßhaltigkeit, bei komplizierten Kernen fallen die Trockenschalen weg,
die Trocknung der Kerne entfällt, und Kerneisen werden eingespart.
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Der Nachteil des C02-Verfahrens liegt in seinen hohen Kosten. Diese
sind hauptsächlich durch den großen Verbrauch an C02 sowie durch die handhabungsmäßige
umständliche und zeitraubende Durchführung des Härteverfahrens verursacht.
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Ursprünglich ging man bei der Durchführung des C02-Verfahrens so vor,
daß man einfach eine mit einem längeren Schlauch an eine CO2-Flasche angeschlossene
Brause von Kasten zu Kasten über die Sandeinfüllöffnung hielt und dann abwartete,
bis das CO2-Gas in den im Kasten befindlichen Sand eingedrungen war. Bei einer solchen
Arbeitsweise geht naturgemäß eine große Menge C02, insbesondere beim Aufbrausen
verloren. Diese Verluste sind im Verhältnis zur Kernmasse vor allem dann besonders
hoch, wenn es sich um das Härten von kleinen Kernen handelt.
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Zur Verringerung der Verluste an C02 Gas und zur Beschleunigung des
Härtevorganges sind Härteautomaten bekannt, die mit Zeitschaltwerk arbeiten und
das C 02 Gas unter Druck in den Kernkasten einbringen. Aber auch bei diesen Härteautomaten
ist der Verbrauch an gasförmigen Reaktionsmitteln und die Härtezeit noch zu groß,
weil stets mit einer Überdosis an z. B. C 02 Gas gearbeitet werden muß, um zu gewährleisten,
daß das Reaktionsmittel auch tatsächlich den ganzen zu härtenden Formling durchdringt
und durchhärtet.
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Man ist deshalb schon dazu übergegangen, das Härten der Formlinge
in einer Vakuumkammer durchzuführen, in der die zu härtenden Formlinge zunächst
einem Unterdruck und dann der Einwirkung des Härtemittels ausgesetzt werden. Durch
die Herstellung eines erheblichen Unterdruckes wird die in den porösen Formlingen
eingeschlossene Luft weitgehend entfernt, so daß anschließend das mit Überdruck
von etwa 1,2 atü einwirkende C 02 Gas in den Erstarrungssand besser eindringen und
den Formling bzw. Formkasten durchhärten kann.
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Derartige nach dem Vakuumprinzip arbeitende, bekannte Härtevorrichtungen
besitzen eine Behandlungskammer, die für jeden Verfahrenszyklus jeweils mit zu härtenden
Formlingen aus Erstarrungssand od. dgl. vollgepackt wird. Es ist dabei bekannt,
die Behandlungskammer seitlich aufklappbar auszubilden und von der Seite her einen
Stapel zu härtender Formlinge in die Kammer hineinzuschieben und nach Ablauf des
Härtevorganges ebenso seitlich wieder herauszuziehen. Es ist auch bekannt, die Behandlungskammer
als trogförmigen Bottich auszubilden und mit einem vertikal hochziehbaren Trogdeckel
auszurüsten, an dessen Unterseite ein gelochter kastenartiger Rahmen hängt, in den
die zu härtenden Formlinge hineingestapelt und dann zur Durchführung des Härtevorganges
durch Absenken des Trogdeckels in den Behandlungsbottich
eingetaucht
werden. Die mit Formlingen mehr oder weniger vollgepackte Behandlungskammer wird
zunächst vermittels einer üblichen kleinen Vakuumpumpe evakuiert und dann unter
einen-Überdruck an C OZ Gas gesetzt, was mehrfach wiederholt werden kann. Um die
Evakuierung zu beschleunigen und den Verbrauch an C OGas zu verringern, pflegt man
die beim Vollpacken der Behandlungskammer verbleibenden Toträume durch geeignete
Holzklötze auszufüllen. Dies ist insbesondere dann vonnöten, wenn die Formlinge
etwa auf Grund einer komplizierten Gestalt nicht stapelbar sind oder aus sonstigen
Gründen einzeln behandelt werden müssen.
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Eine solche Handhabungsweise ist jedoch zu umständlich und zeitraubend
und demzufolge für eine Massenproduktion ungeeignet. Die Erfindung bezweckt eine
weitmögliche Beseitigung dieser Nachteile und liefert eine Vorrichtung, die nicht
nur handhabungsmäßig besondere Vorteile besitzt, sondern infolge des mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung möglichen nur geringen Verbrauchs an C 0z erst eine wirtschaftliche
Durchführung des CO; Vakuumverfahrens bzw. ganz allgemein eines Verfahrens zum Härten
von Erstarrungssanden mittels gasförmiger oder zerstäubter flüssiger Reaktionsmittel
bei einer Massenproduktion ermöglicht.
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Die neue Vorrichtung zum Härten von Gießereikernen und Gießereiformen
mittels gasförmiger oder zerstäubter Reaktionsmittel, insbesondere CO.-Gas, die
in an sich bekannter Weise einen Vakuumraum aufweist, in dem die zu härtenden Formlinge
zunächst einem Unterdruck und dann der Einwirkung des Härtemittels ausgesetzt werden,
ist gemäß dem Grundgedanken der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sie für die
Herstellung des Vakuums einen Absaugzylinder mit großem Absaugvolumen aufweist,
in dem ein großflächiger Saugholben verschiebbar ist. Es ist dadurch möglich, den
kammerartigen Vakuumraum schlagartig zu evakuieren, was sich gegenüber den mit normalen
Vakuumpumpen ausgerüsteten bekannten Behandlungskammern in einer beträchtlichen
Zeitersparnis auswirkt und die Härtevorrichtung konstruktiv wesentlich vereinfacht
und für den robusten Gießereibetrieb geeigneter macht.
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Vorzugsweise umfaßt die Härtevorrichtung für die Herstellung des Vakuums
zwei Kolbenzylinder mit einem darin verschiebbaren Doppelkolben mit zweckmäßig horizontaler
Achse, von denen der eine Kolbenzylinder als Absaugzylinder und der andere Kolbenzylinder
als Arbeitszylinder fungiert. Der Arbeitskolben und der Arbeitszylinder, die ohne
weiteres pneumatisch mit der in jeder Gießerei vorhandenen Druckluft von meist 6
atü arbeiten können, sind zwecks Einsparung von Arbeitsdruckluft vorzugsweise im
Durchmesser kleiner als der Saugkolben und der Saugzylinder.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind der Absaugzylinder oder
beide Kolbenzylinder im Maschinengestell der Härtevorrichtung eingekapselt oder
bilden das Maschinengestell etwa in Form des Grundgestells bzw. eines Maschinensockels.
Der Absaugzylinder oder beide Kolbenzylinder können dabei einen Auflagetisch tragen,
wenn es sich bei der Härtevorrichtung um eine solche mit Vakuumhaube handelt, die
über die zu härtenden Formlinge gestülpt wird und an ihrer Auflagekante mit einer
Abdichtung ausgerüstet ist. In diesem Falle kann der Auflagetisch eine oder mehrere
Anschlußbohrungen für das Absaugen und/oder Wiedereinlassen von Luft und/oder für
die Zufuhr des Härtemittels in das Haubeninnere aufweisen.
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Es ist zweckmäßig, den Absaugzylinder und auch den Absaugkolben aus
einem gegen das Härtemittel widerstandsfesten Material, insbesondere aus Hartgummi,
Kunststoff oder keramischem Material, zu fertigen. Dies ist ohne weiteres möglich.
weil der Absaugzylinder lediglich einen Druck von etwa 1 atü auszuhalten braucht.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist der Absaugzylinder
ein federbelastetes Auslaßventil auf, dessen Schließfeder in ihrer Schließkraft
regulierbar ist. Dies hat den Vorteil, daß nach dem Ausstoßen der ursprünglich aus
der Vakuumkammer abgesaugten atmosphärischen Luft im Totraum des Absaugzylinders
ein bestimmter Restdruck aufrechterhalten werden kann, der das Einströmen des in
die Behandlungskammer eingeleiteten CO.-Gases od. dgl. in den Saugzylinder mit verhindert.
Zu dem gleichen Zweck kann in der von der Vakuumkammer zum Absaugzylinder führenden
Absaugleitung, in der vorzugsweise auch ein Luftfilter vorgesehen ist, ein federbelastetes
Rückschlagventil angeordnet sein. Es ist dabei angebracht, die Schließkräfte der
Schließfedern des Auslaßventils und des Rückschlagventils zusammenaddiert größer
als den im Vakuumraum beirr Härten der Formlinge auftretenden Überdruck des Härtemittels
zu wählen.
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In der Zeichnung ist ein vorzugsweises Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Härtevorrichtung schematisch verdeutlicht: Das Grundgestell bzw. der Maschinensockel
wird durch zwei Zylinder 1 und 2 gebildet, in denen ein aus zwei Kolben 3 und 4
bestehender Zwillingskolben horizontal verschiebbar arbeitet. Der größere Zylinder
1 ist ein Saugzylinder mit großem Absaugvolumen und großflächigem Saugkolben 3,
während der kleinere Zylinder 2 ein Arbeitszylinder mit einem Arbeitskolben 4 kleinerer
Querschnittsfläche ist. Beide Kolben 3 und 4 sind durch eine Kolbenstange 5 miteinander
verbunden. Der Saugzylinder 1 trägt hier einen Auflagetisch 6, in dem eine Absaugdüse
7 angeordnet ist, die mittels einer Absaugleitung 8 mit der Saugseite des Saugzylinders
1 verbunden ist. In der Absaugleitung 8 sind ein Rückschlagventil 9 sowie ein Luftfilter
10 angeordnet. Am Kopfende des Saugzylinders 1 ist ein Ausblasventil 11 vorgesehen,
dessen Schließfeder in ihrer Schließkraft regulierbar ist.
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Oberhalb des Auflagetisches 6 befindet sich an einem Haltegestell
12 eine Vakuumhaube 13, die an ihrer unteren Auflagekante eine Abdichtung 14 besitzt.
Die Vakuumhaube wird von einer Hubeinrichtung gehalten, die aus einem Hubzylinder
15 mit darin vertikal beweglichem Hubkolben 16 besteht, an dessen Kolbenstange 17
die Vakuumhaube 13 auswechselbar befestigt ist. Eine Führungsstange 18 verhindert
ein Drehen der Vakuumhaube 13 beim Absenken und Wiederanheben. Rechts ist strichpunktiert
angedeutet, wie die Innenwandung 19 der Vakuumhaube 13 an die Oberflächenkontur
der zu härtenden Formlinge 20 angepaßt sein kann. Die Vakuumhaube 13 besitzt hier
ein Meßgerät 21 für die Anzeige des nach dem Absenken der Vakuumhaube in dieser
herrschenden Unter- oder Überdrucks. Außerdem ist in der Vakuumhaube 13 eine Anschlußbohrung
7a für die Einleitung des CO2-Gases und das anschließende Wiedereinlassen von atmosphärischer
Luft vorgesehen, an
deren Stelle aber auch eine gleichartige Anschlußbohrung
7 b im Auflagetisch 6 vorgesehen sein kann.
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Mit der Härtevorrichtung wird wie folgt gearbeitet: Über ein nicht
gezeichnetes zentrales Steuerventil wird der Anschlußbohrung 22 des Arbeitszylinders
2 Druckluft von beispielsweise 6 atü zugeführt, die den Arbeitskolben 4 und damit
den Saugkolben 3 nach rechts bewegt und hierdurch die im Saugzylinder 1 vorhandene
Luft über das regulierbare Ausstoßventil 11 ins Freie drückt. Gleichzeitig wird
vom zentralen Steuerventil aus dem Hubzylinder 15 über den Zuleitungskanal 23 Druckluft
zugeführt, die den Hubkolben 1.6 und damit die an dessen Kolbenstange 17 befestigte
Vakuumhaube 13 aufwärts bewegt. Die Härtevorrichtung ist damit für den ersten Arbeitszyklus
bereit.
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Die zu härtenden Formlinge aus Erstarrungssand werden nun entweder
im Kernkasten, wie strichpunktiert links gezeichnet, oder aber frei, wie strichpunktiert
rechts gezeichnet, auf den Auflagetisch 6 aufgesetzt. Durch weitere Betätigung des
(nicht gezeichneten) zentralen Steuerventils wird die Leitung 23 des Hubzylinders
15 entlüftet und dadurch die Vakuumhaube 13 herabgelassen und über die zu härtenden
Formlinge gestülpt. Sobald die Vakuumhaube 13 mit ihrer an der unteren Randkante
vorgesehenen Abdichtung 14, die beispielsweise aus Gummi oder sonstigem geeignetem
Material bestehen kann, auf den Auflagetisch 6 zur Auflage gekommen ist, führt das
zentrale Steuerventil dem Hubzylinder 15 nunmehr über den oberen Anschlußkanal 24
Druckluft zu, wodurch der Hubkolben 16 nunmehr als Druckkolben wirkt und die Vakuumhaube
13 fest abdichtend auf den Auflagetisch 6 preßt. Die Haube 13 bildet dann zusammen
mit der Planfläche des Auflagetisches 6 eine Luft- und gasdichte Behandlungskammer,
in der sich die zu härtenden Formlinge befinden.
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Durch weitere Betätigung des zentralen Steuerventils, das auch z.
B. mittels Zeitschaltwerk automatisch arbeiten kann, wird nun dem anderen Luftanschluß
25 des Arbeitszylinders 2 Druckluft zugeführt und gleichzeitig seine Anschlußleitung
22 entlüftet. Die beispielsweise unter einem überdruck von 6 atü stehende Druckluft
treibt dann den Arbeitskolben 4 schlagartig in seine linke Endlage. Infolge der
Ausbildung als Zwillingskolben wird dadurch auch der Saugkolben 3 ruckartig nach
links bewegt. Der sich dabei im Saugzylinder 1 rapide einstellende Unterdruck bewirkt
eine schnelle Evakuierung des Haubeninnenraumes 13, indem die darin befindliche
atmosphärische Luft über das Rückschlagventil 9 und ein in der Absaugleitung
8 vorgesehenes Luftfilter 10
in den Absaugzylinder 1 abströmt, der
zu diesem Zweck ein großes Absaugvolumen hat, das hier ein Mehrfaches des Haubenvolumens
ist. Das sich in der Haube 13 einstellende Vakuum hat zur Folge, daß die in den
Poren der Formlinge befindliche atmosphärische Luft herausgesaugt und mit in den
Saugzylinder 1 abgesaugt wird.
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Beim Weiterschalten des zentralen Steuerventils wird nunmehr der Anschluß
25 des Arbeitszylinders 2 entlüftet und über den Anschluß 22 Druckluft eingelassen,
die den Zwillingskolben 4-5-3 nach rechts treibt und die im Saugzylinder 1 befindliche
abgesaugte Luftmenge bei nunmehr geschlossenem Rückschlagventil 9 über den regulierbaren
Schheßfederdruck des Auslaßventils 11 ins Freie drückt. Der im schädlichen Raum
des Saugzylinders 1 und in der Ab-Saugleitung 8 verbleibende Restdruck unterstützt
die Schließkraft des Rückschlagventils 9, wenn gleichzeitig über die Anschlußbohrung
7a der Vakuumhaube 13 in deren Innenraum CO.-Gas mit einem Überdruck von beispielsweise
0,8 atü eingeleitet wird. Das C O"-Gas dringt dabei in die von atmosphärischer Luft
evakuierten Poren der Formlinge ein und härtet diese in wenigen Sekunden vollkommen
durch.
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Nach Ablauf der nötigen Härtezeit wird die Zuleitung von CO"-Gas gesperrt,
die Anschlußleitung 24 des Hubzylinders 15 entlüftet und der Hubkolben 16 über die
Zuleitung 23 mit Druckluft beaufschlagt, wodurch die Vakuumhaube 13 vom Auflagetisch
6 abgehoben wird. Die fertiggehärteten Formlinge können dann vom Auflagetisch 6
abgenommen werden, wonach die Härtevorrichtung für den nächsten Arbeitszyklus bereit
ist.