DE1508672C - Mischer zum Herstellen von selbstharten dem Formsand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Herstellen von selbsthärtendem Formsand einheitlicher Zusammensetzung.

Bisher wurde selbsthärtender Formsand durch verschiedene Verfahren, wie das sogenannte »Ν-Verfahren« (kieselsaurer Sand + Ferro-Silicium + Wasserglas) und das sogenannte »Μ-Verfahren« (kieselsaurer Sand + kieselsaures Natriumfluoridpulver + Wasserglas) hergestellt. Bei diesen Verfahren wird selbsthärtender Sand durch Mischen und Kneten verschiedener Formsandbestandteile in einem einzigen Mischer hergestellt. Das N-Verfahren soll kurz als bezeichnendes Beispiel dieser Verfahrensarten betrachtet werden.

Im N-Verfahren wird selbsthärtender Formsand auf die Weise hergestellt, daß ein Mischer mit kieselsaurem Sand für den Modellsand oder den Füllsand, Ferro-Silicium, Kohlenstaub und anderen Stoffen gefüllt, die Füllung gemischt und geknetet wird, ihr dann Wasserglas zugesetzt und diese Füllung wiederum gemischt und geknetet wird. Wenn dieser selbsthärtende Formsand in einem Formkasten eingestampft und darin stehengelassen wird, geht er eine fortschreitende chemische Reaktion ein, wobei er aushärtet, worauf die Form fertig ist. In den vergangenen Jahren wurde dieses Verfahren, Formen mit selbsthärtendem Formsand zu machen, in der Praxis zunehmend eingeführt und wird allgemein als N-Verfahren bezeichnet.

Da der selbsthärtende Formsand sofort nach seiner Herstellung aushärtet, muß er sogleich in einen Formkasten eingestampft werden, wenn er aus dem Mischer herausgenommen wird. Die Aushärtezeit dieses Formsandes nach dem Einstampfen in den Formkasten hängt eng mit der Temperatur des Formsandes gleich nach dem Mischen und Kneten im Mischer und der Raumtemperatur am Formplatz zusammen.

Um Gußstücke in Fließbandverfahren herzustellen, wobei die Gießereieinrichtungen, d. h. die Formerei und die Gießerei, stets mit ihrer Leistung voll ausgenutzt sind, muß die Leistung des Formsandmischers auf die der Formerei und der Gießerei abgestimmt werden. Dazu ist es auch nötig, daß die Aushärtezeit des Formsandes nach dem Einstampfen in den Formkasten das ganze Jahr über gleich ist. Mit den herkömmlichen Verfahren ist es jedoch nicht möglich, diese Forderung zu erfüllen.

Es sind Formsandaufbereitungsvorrichtungen mit zweistufigen Mischern zum Herstellen selbsthärtenden Formsandes bekannt, bei denen zwei Komponenten zunächst getrennt voneinander in zwei parallel arbeitenden Mischern vorgemischt und diese Komponenten dann in einer nachgeschälteten Mischstufe miteinander vermengt werden. Das Vormischen und Vermengen geschieht in immer gleichmäßigem und unbeeinflußtem Durchlauf durch die Stufen.

Derartige Mischer bieten keine Möglichkeit, sich unterschiedlichen Bedingungen, insbesondere hinsichtlich der Aushärtezeit des mit Bindemitteln versetzten Formsandes, anzupassen, die vornehmlich von schwankenden Temperaturen der Umgebung hervorgerufen sind.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen Mischer zum Herstellen von selbsthärtendem Formsand mit in zwei getrennten, hintereinandergeschalteten Mischereinheiten und mehreren, in die erste Mischereinheit speisenden Zuführtrichtern für die einzelnen Formsandbestandteile zu schaffen, der es ermöglicht, die Aushärtezeit des Formsandes nach Hinzufügen eines Bindemittels auch bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen in gewissen Grenzen wählen zu können, so daß bei jeder jahreszeitlich unterschiedlichen Umgebungstemperatur stets Formsand mit derselben oder mit einer genau vorherbestimmbaren Aushärtezeit zur Verfügung steht. Es muß dabei jedoch unbedingt vermieden werden, daß sich Formsand im

ίο Mischer absetzt und dort aushärtet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Erfindung in der Weise, daß die erste Mischereinheit eine Vielzahl von Rührfiügeln aufweist, die an einer mit hoher Drehzahl umlaufenden Welle sitzen, Steuervorrichtungen zur Beeinflussung der Wellendrehzahl vorgesehen sind und stellbare Absperrorgane vor der ersten Mischereinheit den Durchflußwiderstand der Mischung bestimmen und daß die nachgeschaltete zweite Mischereinheit in an sich bekannter. Weise eine Einspritzdüse für ein flüssiges Bindemittel sowie eine Vielzahl von an einer Welle befestigten Rührflügeln aufweist, die mit geringer Drehzahl umlaufen.

In dieser Vorrichtung zum Mischen von selbsthärtendem Formsand wird der Mischvorgang in

»5 einen ersten und einen zweiten Teilvorgang unterteilt und so durchgeführt, daß im ersten'Teilvorgang in einem ersten Mischer die festen Formsandbestandteile durchmischt werden, wobei die Tatsache ausgenutzt wird, daß sich die Stoffe durch die Umwandlung der hineingesteckten mechanischen Arbeit in Wärme erhitzen, worauf dem durchmischten Sand, der vom ersten Mischer in einen zweiten Mischer des zweiten Teilvorgangs abgegeben wird, ein flüssiges Bindemittel, das das Selbsthärten bewirkt, zugesetzt wird und das Bindemittel dem gemischten Sand untergemischt wird.

Die Anordnung der Einspritzdüse für ein flüssiges Bindemittel ist bei einstufigen Mischern an sich bekannt, doch sind hier die Verhältnisse von denen bei der Erfindung besonders im Hinblick auf die Temperaturbeeinflussung im Formsand sehr verschieden.

Da der gemischte Sand und das Bindemittel im zweiten Mischer eine exotherme chemische Reaktion eingehen, kann die Temperatur des gemischten Formsandes am Austritt dadurch auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, daß die dem Material im ersten Mischer zugeführte mechanische Arbeit entsprechend bemessen wird.

Die Eigenart, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden deutlicher aus der folgenden eingehenden Beschreibung, die sich auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bezieht, in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 eine grafische Darstellung der Aushärtezeit in Abhängigkeit von der Formsandtemperatur bei verschiedenen Raumtemperaturen,

F i g. 2 eine Seitenansicht im wesentlichen als Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines Mischers,

F i g. 3 einen Schnitt III-HI nach F i g. 2, der den ersten Mischer zeigt,

F i g. 4 einen Schnitt nach IV-IV in F i g. 3,

F i g. 5 einen Schnitt nach V-V in F i g. 3,

Fig. 6 einen Schnitt nach VI-VI in Fig. 2, der -den zweiten Mischer zeigt,

F i g. 7 eine Seitenansicht von F i g. 6 teilweise aufgeschnitten,

F i g. 8 einen Schnitt nach VITI-VIII in F i g.. 7.

3 4

Die Kurven-, B und C der Fig. 1 zeigen die Ab- welle 17 von einem Motor 35 über eine Kraftüberhängigkeit der Aushärtezeit von der Temperatur des tragungseinrichtung angetrieben wird, die eine Zahnselbsthärtenden Formsandes bei Raumtemperaturen radwelle 34, mit welcher ein treibendes Zahnrad 30 . von 10, 20 und 30° C. Zum Beispiel härtet der 30° C verbunden ist, ein getriebenes Zahnrad 29, das auf warme Formsand · bei einer Raumtemperatur von 5 der Welle 17 sitzt, und eine über die Zahnräder 30 10° C in etwa 23 Minuten aus, bei 20° C Raumtem- und 29 laufende und vom Spannrad 32 geführte Kette peratur in etwa 17 Minuten und bei 30° C Raumtem- enthält und die unter einer Abdeckung 33 unterperatur in etwa 6 Minuten. In F i gr 2 besteht der gebracht ist. Der Antriebsmotor 35 ist polumschaltdargestellte Formsandmischer im wesentlichen aus bar, wodurch die Drehzahl der Rührflügelwelle 17 geeiner Rohstoffzuführung 1, einem ersten Mischer 2 io geändert werden kann. Wahlweise kann die Drehzahl und einem zweiten Mischer 3· . auch mittels einer Drehzahlverstelleinrichtung, z. B.

Die Rohstoffzuführung 1 setzt sich zur Hauptsache einem Schaltgetriebe, geändert werden,

aus Trichter 4 zur Zuführung von Ferro-Silicium, Bei erfindungsgemäßem Betrieb des Mischers,

Trichter 5 zur Zuführung einer Beimengung wie nämlich selbsthärtenden Formsand herzustellen, wer-

Kohlenslaub, Trichter 6 für den Modellsand und 15 den zuerst die Motoren 35 und 36 des ersten und

Trichter 7 zur Zuführung des Rohmaterials für den zweiten Mischers 2 und 3 eingeschaltet und dann

Grundsand zusammen, wobei diese Trichter 4, 5, 6 durch Betätigen der Beschickungsräder 8, 9 und 10

und 7 mit sich drehenden Beschickungsrädern 8, 9, oder 11 die Stoffe wie Sand, Ferro-Silicium und

10 und 11 ausgestattet sind, die die Zuführmenge der Kohlenstaub in den ersten Mischer 2 eingeleitet. Die

einzelnen Rohstoffe zum ersten Mischer 2 steuern. 30 eingeleiteten Rohmaterialien werden daraufhin von

Den Aufbau des ersten Mischers 2 zeigt F i g. 3; an . den Rührflügeln 12 a, 12 b und 16 a und den Rühr-

den Enden des ersten Mischers befinden sich zwei platten 166 verrührt. Die Temperatur der. in diesem

\") Gruppen schaufeiförmiger Rührflügel 12a und 126, Verfahren so gerührten Materialien steigt wegen der.

von verstärkenden Gliedern 13 gehalten, die mit beim Rühren zugeführten mechanischen Arbeit, und

ihren unteren Enden fest in Flügelträgern 14 und. 15 35 der heiße gemischte Sand wird durch, die Entleerungs-.

in einem Winkel von ungefähr 45° zur Drehachse der öffnung 21 in den zweiten Mischer 3 entleert.

Rührflügel-Antriebswelle 17 eingesetzt sind. Diese Der Temperaturanstieg im gemischten Sand im

Flügelträger 14 und 15 sind, wie F i g. 4 zeigt, wieder- ersten Mischer 2 kann durch Verstellen der Schieber

um auf der Rührflügel-Antriebswelle 17 angebracht 25 in der Höhe, wodurch der Durchflußwiderstand

und mit Bolzen und Muttern befestigt. Zwischen den 30 eingestellt wird, oder durch Einstellen der Drehzahl

Rührflügeln 12 α und 126 am Ende des Mischers ist der Rührflügel, wodurch die dem gemischten Sand

auf der einen Seite der Welle 17 eine Reihe Rühr- zugeführte mechanische Arbeit angepaßt wird, be-

flügellöa und auf der entgegengesetzten Seite eine einflußt werden.

Reihe' Rührflügel 166 vorgesehen, von denen die Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen den Aufbau des Flügel 16a dieselbe Form wie die Flügel 12a und 35 zweiten Mischers 3· Im Gehäuse 37 des Mischers 3 12 6 haben und die Flügel 16 6 die Form von flachen sind am Einlaßende (in den F i g. 2, 6 und 7 auf der Platten aufweisen. Die Flügel 16 α und 16 6 sind mit rechten Seite) eine Einlaßöffnung 38 für den geihren unteren Enden mit geeignetem Abstand und mischten Sand, die mit der oben angeführten Entunter dem Winkel von ungefähr 45 bzw., 90° zur leerungsöffnung 21 des ersten Mischers 2 verbunden Achse der Rührflügel-Antriebswelle in die Flügel- 40 ist, eine Wasserglas-Einspritzdüse 39 im dazwischenträger 15 und 14 eingesetzt. liegenden Teil und eine Entleerungsöffnung 40 für Die Rührflügel-Antriebswelle 17 wird von Lagern den gemischten Sand an seinem Auslaßende vor-18 und 19 an den äußeren Enden des Mischer- gesehen. Durch Anbringen der Wasserglas-Einspritz- '■') gehäuses 20 des Mischers! gehalten. Die in Fig. 2 düse39 an einer Stelle, die in Längsrichtung gesehen ^*" dargestellte Rohstoffzuführeinrichtung 1 ist mit dem 45 ungefähr in der ersten Hälfte mit Abstand von der Einlaß des Mischergehäuses 20 (in F i g. 2 und 3 Einlaßöffnung des zweiten Mischers 3 liegt, kann rechtsliegend) verbunden, welches mit einer Ent- Klumpenbildung verhindert werden, die die Gleichleerungsöffnung 21 für den gemischten Sand an mäßigkeit des Formsandes stört. Die Düse 39 wird seinem Auslaßende versehen ist. von einer Förderpumpe 39a durch Leitungen 396 . In Strömungsrichtung gesehen ist dicht vor der 50 mit Wasserglas versorgt, wie F i g. 2 zeigt.
Entleerungsöffnung eine Trennwand 22 vorgesehen, Der zweite Mischer 3 weist in seinem Gehäuse 37 die symmetrisch geformte Ausflußöffnungen 23 und eine langgestreckte Rührflügelwelle 41 auf, die am 24 für den gemischten Sand aufweist, wie F i g. 5 Auslaßende in einem am Gehäuse 37 angebrachten zeigt. Die Größe der Öffnungen 23 und 24 kann Lager 42 gehalten wird und in Längsrichtung Reihen durch Schieber 25 verstellt werden, die in Führungs- 55 zweier verschiedener Arten von Rührflügeln 43 und rahmen 26, welche an der Trennwand 22 angebracht 44 und eine schmale Rührschnecke 45 trägt. Jeder sind, aufwärts oder abwärts bewegt werden können, der Rührflügel 43 sitzt im Winkel zur Achse der wodurch der Widerstand, der dem Abfließen des ge- Rührflügelwelle 41, wohingegen alle Rührflügel 44 mischten Sandes in den zweiten Mischen 3 entgegen- parallel zur Achse verlaufen; alle Rührflügel sitzen gesetzt wird, eingestellt werden kann. Jeder der 60 auf Tragarmen, die mit ihrem unteren Ende mit der Schieber 25 kann in seinen Führungsrahmen 26 in ge- Welle 41 in den Zwischenräumen der schraubeneigneter Stellung mit einem Steckbolzen, der durch förmigen Windungen der Rührschriecke 45 verbunden eines der Löcher 27 im Rahmen 26 und das züge- sind. Die Rührschnecke 45 ist an den Verlängerungen hörige Loch 28 im Schieber 25 gesteckt wird, ein- der Tragarme 46 der Rührflügel 43 befestigt. Die gerastet werden. Die Schieber 25 müssen nicht von 65 Flügelwelle wird von dem obenerwähnten Motor 36 Hand, sondern können auch durch andere Mittel, wie . _,' angetrieben.

z. B. ein hydraulisches System, verstellt werden. Im zweiten Mischer 3 wird das durch die Düse 39 Fig. 3 zeigt weiter, daß die Rührflügel-Antriebs- eingespritzte Wasserglas im vom ersten Mischer zu-

geleiteten Sand verteilt. Der mit Wasserglas vermischte Sand wird, wenn er von der Rührschnecke 45 und den Rührflügeln 43 und 44 einheitlich vermischt ist, weiterbefördert, und aus der Auslaßöffnung 45 wird selbsthärtender Sand von gewünschter Temperatur entnommen.

Um das Wesen der Erfindung noch genauer aufzuzeigen, wird ein besonderes Beispiel der Formsandbereitung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Wenn sich die zum Mischen hergenommenen Formsandbestandteile aus 1.00 Gewichtsteilen Sand und 2 Gewichtsteilen Ferro-Silicium zusammensetzen und die Raumtemperatur 10° C beträgt, steigt die Temperatur des Rohsandes auf etwa 25° C durch das Verrühren im ersten Mischer, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Rührflügel des ersten Mischers 240 m pro Minute beträgt; bei der Zugabe von 5 Teilen Wasserglas im zweiten Mischer entsteht Wärme, wodurch der Auslaßöffhung 40 selbsthärtender Formsand von ungefähr 30° C entnommen wird. Da die Aushärtezeit von Formsand dieser Temperatur etwa 23 Minuten beträgt, z. B. nach der in Fig. 1 dargestellten Kurve Λ, kann er für die Herstellung von Formen bei einer Raumtemperatur von 10° C ver- as wendet werden.

Es hat sich gezeigt, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit der schaufeiförmigen Rührflügel des ersten Mischers mindestens 100 m pro Minute betragen muß, um eine gute, einheitliche Durchmischung zu bekommen.

Andererseits ist es nötig, im zweiten Mischer die Rührgeschwindigkeit soweit wie möglich zu senken, ohne die gleichmäßige Verteilung des Wasserglases zu beeinträchtigen, da der selbsthärtende Formsand an den Innenflächen des Mischers anklebt und die Abnutzung der Rührschnecke steigert. Genauer gesagt zeigte sich, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Rührschnecke des zweiten Mischers im Bereich von 20 bis 80 m pro Minute liegen sollte. Die Notwendigkeit, im zweiten Mischer mit niedrigerer Geschwindigkeit zu arbeiten, wird durch ein Beispiel deutlich gemacht; darin wurde bei Dauerbetrieb mit 40 Umdrehungen pro Minute der Rührwelle am Umfang der Rührschnecke 45 in 10 Stunden eine Abnutzung von etwa 1 mm und in 50 Stunden von etwa 3 mm festgestellt.

Die Lage der Düse 29 zur Zugabe des Wasserglases in den zweiten Mischer ist ebenfalls wichtig. Es wurden Versuche mit verschiedenen Formen und Größen der Düse 39 durchgeführt, wobei die Düse 39 direkt unter der Auslaßöffnung 21 des ersten Mischers 2 angebracht war, um dem zweiten, beschickten Mischer 2 Wasserglas zuzuführen. In keinem Fall waren die Ergebnisse jedoch befriedigend; es bildeten sich etwa 0,8 °/o Klumpen. Deshalb wurde die Düse 39 innerhalb der vorderen Hälfte mit Abstand von der Einlaßöffnung angebracht, worauf es möglich wurde, die Klumpenbildung zu verhindern.

Statt des obengenannten Ferro-Siliciums werden in anderen Verfahren auch andere Stoffe wie pulverisiertes kieselsaures Natriumfluorid verwendet.

Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung nach der Beschreibung ist es möglich, die Aushärtezeit des erzeugten, selbsthärtenden Formsandes das ganze Jahr über konstant zu halten, da der selbst-

härtende Formsand durch Anwendung des erfindungsgemäßen Mischers bei der unter Berücksichtigung der Raumtemperatur günstigsten Temperatur aus den Formsand-Grundbestandteilen hergestellt werden kann. Außerdem kann Formsand einheitlicher Zusammensetzung hergestellt werden, ohne daß er an den Rührflügeln anklebt.

Es ist eine weitere, bedeutende Eigenschaft des erfindungsgemäßen Mischers, daß der Temperaturanstieg des Formsandes im Mischvorgang auf einen

gewünschten Wert dadurch eingestellt werden kann, daß der Strömungswiderstand für den Formsand oder die Drehzahl der Rührflügel gesteuert wird.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Mischers kann die Produktion in der Gießereiindustrie erheb-

ao Hch gesteigert werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Mischer zum Herstellen selbsthärtenden Formsandes mit zwei getrennten, hintereinandergeschalteten Mischereinheiten und mehreren, in die erste Mischereinheit speisenden Zuführtrichtern für die einzelnen Formsandbestandteile, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mischereinheit (2) eine Vielzahl von Rührflügeln (12 a, 126, 16 a, 16 b) aufweist, die an einer mit hoher Drehzahl umlaufenden Welle (17) sitzen, Steuervorrichtungen zur Beeinflussung der Wellendrehzahl. vorgesehen sind und stellbare Absperrorgane (22, 25) vor der Abgabeöffnung (23, 24) der ersten Mischereinheit (2) den Durchflußwiderstand der Mischung bestimmen und daß die nachgeschaltete zweite Mischereinheit (3) in an sich bekannter Weise eine Einspritzdüse (39) für ein flüssiges Bindemittel sowie eine Vielzahl von an einer Welle (41) befestigten Rührflügeln (43, 44) aufweist, die mit geringer Drehzahl umlaufen.

2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Rührflügel der zweiten Mischereinheit (3) als die Mischereinheit (3) lang durchziehende Schnecke (45) ausgebildet ist, während die Rührflügel (12 a, 126, 16 a) der ersten Mischereinheit schaufeiförmig sind.

3. Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stellbaren Absperrorgane am Ausgang der ersten Mischereinheit (2) eine mit öffnungen (23, 24) und vor den öffnungen verstellbaren Schiebern (25) ausgestattete Trennwand (22) quer zur Mischerwelle (17) sind.

4. Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (39) für das Bindemittel in der zweiten Mischereinheit im vorderen Mischerabschnitt mit Abstand von der Einlaßöffnung (38) angebracht ist. „ . '

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen