DE19944150C2 - Verfahren zur Messung der Sandverdichtung im Vollformgießverfahren bei Serienfertigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um vor dem Abguß der Gießtraube im Vollformgießverfahren die durch Verdichtungsvorgänge erreichte Sanddichte prozeßsicher zu steuern und zu überwachen.

Gemäß dem Stand der Technik entsprechend Dipl. Ing. Ernst Brunhuber, Giesserei Lexikon 16. Aufl. 1994 Verlag Schiele & Schön, werden beim Vollformgießverfahren einmalig verwendbare, aus Kunststoffschaum herausgeschnittene oder formgeschäumte verlorene Modelle verwendet. Diese werden bei der Gußteile Serienfertigung um einen zylinder- oder rahmenförmigen Gießlauf mit Einguß, welcher ebenfalls aus Kunststoffschaum besteht, zu Gießtrauben zusammengestellt. Die in einen Behälter eingebrachte, geschlichtete Gießtraube wird mit ungebundenem Sand so eingeformt, daß nur noch der Einguß aus dem Sand herausragt. Der Sand mit darin enthaltener Gießtraube aus Kunststoffschaum wird vor dem Abgießen der Gießtraube durch horizontale und/oder vertikale Rüttelbewegungen am Behälter verdichtet. Alternativ kann diese Verdichtung auch durch Einbringen von einer Rüttelsonde in den Behälter erreicht werden, wie sie zum Beispiel im Baubereich zur Betonverdichtung eingesetzt wird. Durch die Sandverdichtung wird eine feste Sandkonsistenz erreicht, welche vor dem Eingießen des flüssigen Gußmetalls erforderlich ist. Das flüssige Metall vergast die Gießtraube aus Kunststoffschaum, nimmt deren Platz ein und stellt so das fertige Gußteil her. Bei nur locker aufgeschütteten Sandbereichen ohne oder solchen mit geringer Verdichtung bewirkt der Druck des eingefüllten flüssigen Metalls einen Metallaustritt durch die Schlichte hindurch in den Sand und verursacht somit einen Gußteilfehler, der meist zum Ausschuß des Gußteiles führt.

Das Ausmaß einer erreichten Sandverdichtung wird über die Zeitdauer der Rüttelbewegungen und deren Frequenz bestimmt. Eine Messung der Sanddichte ist durch Meßfühler möglich, die bei der Sandbefüllung an den gewünschten Meßstellen in den Behälter eingebracht werden. Diese Meßfühler arbeiten nach dem dielektrischen Prinzip oder als Druckdose.

Nachteilig am Stand der Technik ist, daß die im Behälter eingeformte Gießtraube nicht abgegossen werden kann, ohne daß die eingebrachten Meßfühler mit den Kabelverbindungen zum Meßanzeigegerät einer Beschädigungsgefahr ausgesetzt werden, entweder Schaden durch Hitze, Beeinträchtigung durch emitierende Gase aus dem Vergasungsvorgang des Kunststoffschaums oder mechanische Beschädigung beim Ausleeren des Behälters nach dem Erstarren bei der Entnahme der abgegossenen Gießtraube. Auch die erforderliche Vielzahl von teueren Meßfühlern, die notwendig wären, um den erforderlichen Umlaufbestand an Meßfühlern für eine mehrere Behälter zählende Serienanlage zum Vollformgießen bereit zu haben, ist nicht vorteilhaft. Somit werden als Vereinfachung bei der Serienfertigung die Parameter Rüttelzeit und Rüttelfrequenz nur über gesondert gemessene Test-Behälter ermittelt, diese Ergebnisse werden auf die abzugießenden Behälter übertragen, ohne daß die Sandverdichtung in den einzelnen abzugießenden Behältern wirklich gemessen wird.

Somit besteht kein tatsächlicher Nachweis, daß sich die Sandverdichtung in den abgegossenen Behältern gleichartig entwickelt hat wie in den gemessenen Test- Behältern. Der Nachweis einer Prozeßsicherheit entsprechend den Vorgaben eines zeitgemäßen Qualitätsmanagements ist nicht gesichert durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches die tatsächlich erreichte Ist-Sandverdichtung in jedem abzugießenden Behälter mißt um durch Auswertung und mögliche Korrektur des Sandverdichtungsvorganges eine Prozeßsicherheit beim Vollformgießen in der Serienfertigung zu erreichen. Gelöst wird die Aufgabe durch Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 3.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren in Verbindung mit einer Vorrichtungsanordnung eingerichtet, welches die erreichte Sandverdichtung mißt, diese Ergebnisse einem Rechner zuleitet welcher durch Vornahme eines Soll-Ist Vergleiches die Sandverdichtungsmeßergebnisse bewertet und bis zum Erreichen des erforderlichen Sollmeßwertes die sandverdichtende Rüttelvorrichtung, die einzelnen Meßvorgänge und die Sandbefüllung steuert. Gleichzeitig werden die erreichten Sandverdichtungswerte aufgezeichnet und gespeichert als Nachweis und als Arbeitsunterlage für eine Bewertung der Produktion.

Zur Messung der Sandverdichtung wird ein Meßfühler nach dem Stand der Technik eingesetzt, welcher abhängig von der erreichten Sandverdichtung ein elektrisches Signal erzeugt, welches über eine Kabelverbindung dem Rechner zur Weiterverarbeitung zugeleitet werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß die Sandverdichtung beim Vollformgießverfahren optimal in dünnen Sandschichten erreicht werden kann, die abhängig von der Sandqualität, Verdichtungsverfahren und Behältergeometrie eine Schichtstärke von 20 mm bis 150 mm haben und die nacheinander in den Behälter eingebracht und verdichtet werden. Der Verfahrensablauf ist daher: Gießtraube einbringen, Behälter mit einer Sandschicht füllen und dabei den Meßfühler so positionieren, daß er sich im Mittelbereich der entstehenden Sandschicht befindet, verdichten und gleichzeitig oder nach dem Verdichten messen bis das Soll- Sandverdichtungsmeßergebnis erreicht ist, nächste Sandtage einfüllen und dabei den Meßfühler auf den neuen Sandschicht Mittelbereich positionieren, verdichten und messen etc. bis der Behälter bis zum oberen Bereich des Einguß der Gießtraube mit Sand gefüllt und verdichtet ist.

Alternativ zu der stufenförmigen Arbeitsweise mit einzelnen Sandschichten können die Arbeitsabläufe so gestaltet werden, daß das Sandbefüllen des Behälters, positionieren des Meßfühlers, verdichten und messen gleichzeitig ununterbrochen in einer nicht abgestuften Arbeitsabfolge fortlaufend geschieht. Mit Beginn der Sandbefüllung des Behälters beginnt die Sandverdichtung durch Rütteln, gleichzeitig wird der Meßfühler positioniert und bewegt sich gleichmäßig unter laufenden Messungen mit der steigenden Sandhöhe aufwärts bis die vorbestimmte Füllhöhe erreicht ist.

In der Serienfertigung ist es vorteilhaft mindestens einen Meßfühler an einem stabförmigen Träger anzubringen. Sofern dieser Träger rohrförmig ausgestaltet wird, kann im Rohrinneren das Meßkabel der Verbindung Meßfühler zu Rechner gegen mechanische Beschädigungen geschützt angebracht werden. Alternativ sind Meßfühlerbauformen bekannt, wo der Meßfühler aus Draht besteht mit einem Meßbereich an der Spritze, hier könnte der stabförmige Träger durch eine Haltevorrichtung ersetzt werden. Die mechanische Bewegung des Trägers mit Meßfühler wird in der Serienfertigung vorteilhafterweise mechanisiert durch einen Zylinder mit Wegemessung oder ein vergleichbares Handhabungsgerät, welches den Träger mit Meßfühler nach Abschluß der Sandverdichtung und deren Messung in eine den weiteren Fertigungsablauf nicht beeinträchtigende Ruheposition fährt. Diese Bewegungen werden gleichermaßen zeitlich und räumlich über den Rechner gesteuert. Durch diese Führung des Trägers mit Meßfühler in Abhängigkeit zur eingefüllten Sandhöhe im Behälter wird sichergestellt daß bei Erreichen der vorbestimmten Füllhöhe alle Sandbereiche auf Verdichtung gemessen sind und der Träger mit Meßfühler aus dem Sand entfernt werden kann, ohne die erreichte Sandverdichtung zu beeinträchtigen.

Gleichfalls übernimmt der Rechner die auf die Arbeitsvorgänge Verdichten und Messen abgestimmte Steuerung der Sandbefüllung des Behälters, indem er nach Erreichen des Soll-Sandverdichtungsmeßergebnisses die abzugebende Sandmenge aus einer Portioniereinrichtung abruft.

Die Zeichnung in Fig. I veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit der Rüttelvorrichtung 1 auf welcher der Behälter 2 steht in den aus der Sand- Portioniereinrichtung 3 der Sand der ersten Sandschicht 7 eingefüllt wurde. Der Hubzylinder 4 mit daran befestigtem Träger 5 mit Meßfühler 6 mißt die beim rüttelnden Verdichten erreichte Sanddichte, deren Meßwert über die Datenleitungen 8 in den Rechner 9 weitergeleitet wird. Auf die Darstellung der in den Behälter eingebrachten Gießtraube und die zeichnerische Wiederholung der Datenleitung 8 wurde verzichtet. Fig. II zeigt als weitere Entwicklung des Verfahrensablaufs die nun verdichtete Sandschicht 7 auf welche eine neue Sandschicht 7a eingefüllt wurde in welcher sich der Träger 5 mit Meßfühler 6 für die Messung des neuen Verdichtungsvorgangs positioniert hat. Die Steuerung von Sandeinfüllen und Positionieren des Trägers mit Meßfühler erfolgte dabei über die Datenleitungen 8 auf Veranlassung des Rechners 9. Fig. III zeigt als weitere Entwicklung die letzte eingefüllte Sandschicht 7b nach deren Verdichtung und Messung der Träger 5 mit Meßfühler 6 dann auf die in Fig. IV dargestellte Ruhestellung fährt wenn die Sandschichten 7, 7a und 7b vollständig verdichtet sind.

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung der Sandverdichtung beim Vollformgießverfahren in der Serienfertigung in einem Behälter mit eingebetteter Gießtraube dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein an einem stabförmigen Träger befestigter Meßfühler die erreichte Sandverdichtung während oder nach einem rüttelnden Sandverdichtungsvorgang einer in den Behälter eingefüllten Sandschicht mißt und die Meßergebnisse an einen Rechner zur Aufzeichnung und zur Datenverarbeitung weiterleitet bevor die Messung von weiteren eingefüllten Sandschichten durch den gleichen nun höher im Behälter positionierten Meßfühler erfolgte, dass der Rechner die eingehenden Meßdaten aus der in Messung befindlichen Sandschicht mit einem vorher festgelegten Soll-Ergebnis vergleicht und die zeitliche Dauer und die Frequenz der angewandten Rüttelbewegung zur Verdichtung der Sandschicht steuert, bis eine Übereinstimmung der Soll- und Ist- Meßwerte vorliegt, und dass vor dem Abgießen der Gießtraube der Träger mit Meßfühler aus dem Behälter entfernt wird, ohne die erreichte Sandverdichtung im Behälter wieder aufzulockern.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen hintereinander eingefüllten und auf ihre Sandverdichtung gemessenen Sandschichten eine Schichtstärke zwischen 20 mm und 150 mm haben.

3. Verfahren zur Steuerung der Sandverdichtung beim Vollformgießverfahren in der Serienfertigung in einem Behälter mit eingebetteter Gießtraube dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein an einem stabförmigen Träger befestigter Meßfühler die erreichte Sandverdichtung fortlaufend während einem rüttelnden Sandverdichtungsvorgang einer sich kontinuierlich in den Behälter einfüllenden Sandmenge mißt und die Meßergebnisse an einen Rechner zur Aufzeichnung und zur Datenverarbeitung weiterleitet, gleichzeitig der Träger mit Meßfühler fortlaufend entsprechend dem fortschreitenden Füllgrad des Behälters mit Sand vom Behälterboden nach oben fährt, der Rechner die eingehenden Meßdaten aus der in Messung befindlichen Sandmenge mit vorher festgelegten Soll-Ergebnissen vergleicht und die zeitliche Dauer und die Frequenz der angewandten Rüttelbewegung zur Verdichtung der Sandmenge steuert, bis eine Übereinstimmung der Soll- und Ist- Meßwerte vorliegt, und dass vor dem Abgießen der Gießtraube der Träger mit Meßfühler aus dem Behälter entfernt wird, ohne die erreichte Sandverdichtung im Behälter wieder aufzulockern.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet daß der Rechner nach Erreichen des erforderlichen Soll-Meßergebnisse zur Sandverdichtung die Sandbefüllung des Behälters mit weiterem Sand aus einer Sandportionierungsvorrichtung in Schichten oder in fortlaufender Sandfüllmenge steuert und zusätzlich entsprechend der Füllhöhe des neuen Sandes die Positionierung des Trägers mit Meßfühler im Behälter höher veranlaßt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung der Meßvorgänge, die Auslösung der Sandportionier­ vorrichtung und die mechanisierte Positionierung des Trägers mit Meßfühler vollautomatisch über einen Rechner geschieht.