DE2912201C2

DE2912201C2 - Verfahren zum Herstellen einer Gießform

Info

Publication number: DE2912201C2
Application number: DE19792912201
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(grad.) 8191 Gelting Rebhan
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1979-03-28
Filing date: 1979-03-28
Publication date: 1987-01-22
Also published as: DE2912201A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gießform unter Verwendung eines Gußstückmodells durch Frieren von feuchtem Sand.
Bei derartigen Verfahren wird Sand und Wasser in geeigneten Mischvorrichtungen gemischt, die Mischung auf ein Gußstückmodell gebracht und gepreßt. Anschließend wird die gebildete Gießform auf eine Metallplatte gegeben und mit flüssigem Stickstoff besprüht, wobei das Wasser gefriert und der Gießform die gewünschte Bindefestigkeit gibt. Das Frieren der Gießform aus feuchtem Sand erfolgt z. B. in Gefriertunneln, die prinzipiell für das Gefrieren von Lebensmitten bereits bekannt sind. Anschließend kann flüssiges Metall in die Gießform gegossen werden.
Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist die lange Dauer des Gefriervorganges. Dieser Zeitaufwand ist bedingt durch die Frostschicht, die sich zunächst nur am äußeren Rand der Gießform bildet und über die die gesamte Wärme der Gießform, d. h. im wesentlichen die Erstarrungswärme des Wassers, entzogen werden muß. Wegen des geringen Wärmeleitvermögens sind damit ein hoher Verbrauch an flüssigem Stickstoff und eine entsprechend lange Gefrierzeit verbunden. Außerdem besteht die Gefahr, daß der Feuchtigkeitsgehalt des Sandes während der langen Gefrierphase abnimmt, so daß die Festigkeit der gefrorenen Gießform leiden könnte.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Gießform unter Verwendung eines Gußstückmodells durch Frieren von feuchtem Sand zu entwickeln, mit dem Gießform schnell und in wirtschaftlicher Weise hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf das Gußstückmodell gleichzeitig gekühlter Sand und Wasser in feinverteilter Form aufgebracht werden.
Bei diesem Verfahren wird in einem Vorratsbehälter gespeicherter Sand gekühlt und z. B. mit einer eigenen Fördervorrichtung auf das Gußstückmodell gebracht. Gleichzeitig wird dosiert Wasser auf das Gußstückmodell gesprüht. Der Sand tritt, nachdem er am Gußstückmodell zur Ruhe gekommen ist, in innigen Wärmekontakt mit dem Wasser. Der Sand muß dabei auf eine Temperatur gekühlt worden sein, die zum Frieren des auf das Gußstückmodell gesprühten Wassers ausreicht. Auf diese Weise wird Sand schichtartig auf das Gußstückmodell aufgetragen und sofort durch das frierende Wasser gebunden. Innerhalb kurzer Zeit bildet sich die gewünschte Gießform mit beliebig großen Wandstärken. Aufgrund des direkten Wärmekontaktes zwischen den einzelnen Sandkörnern des gekühlten Sandes und dem versprühten Wasser wird die Kälte des Sandes optimal genutzt.
Grundsätzlich ist es möglich, den Sand in indirektem Wärmekontakt mit einem Kühlmittel zu kühlen. Es ist jedoch nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zweckmäßig, den Sand in direktem Wärmekontakt mit einem Kühlmittel zu kühlen, da hiermit der geringste Energieaufwand für die Kühlung gegeben ist. Dazu ist möglichst ein Kühlmittel zu verwenden, das den Sand nicht nur auf eine sehr niedrige Temperatur kühlen kann, sondern das leicht vom gekühlten Sand entfernt und in die Atmosphäre abgegeben werden kann. Ein derartiges Kühlmittel kann z. B. flüssiger Stickstoff sein, der im Wärmekontakt mit dem Sand verdampft. Der Sand sollte einen möglichst hohen Trocknungsgrad, z. B. weniger als 0,5% Wasser besitzen, um ein vorzeitiges Aneinanderfrieren mehrerer Sandkörner zu vermeiden. Der Sand kann sehr rasch und mit geringem Kühlmittelverbrauch gekühlt werden, wenn dieser während des Abkühlen umgewälzt wird.
Da der tiefgekühlte Sand das ihm zugemischte Wasser sehr schnell abkühlt und gefriert, ist es von Vorteil, den Sand möglichst rasch auf das Gußstückmodell aufzubringen. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann dazu kaltes, unter Druck stehendes Gas dienen, das den gekühlten Sand aus einem Vorratsbehälter, beispielsweise injektorartig ansaugt und auf das Gußstückmodell schleudert. Neben einem raschen Aufbringen des Sandes ist ein weiterer, mit dem Aufschleudern des Sandes auf das Gußstückmodell verbundener Vorteil der, daß auf der Modelloberfläche eine hohe Verdichtung des Sandes erreicht wird, die eine qualitative hochwertige Oberfläche des Gußstückes bewirkt. Außerdem ist das Aufbringen des Sandes mit Hilfe kalten Druckgases z. B. über eine Stahlpistole einfach durchzuführen, da der Sand auf allen Seiten des Gußstückmodelles leicht aufgetragen werden kann und sich im Kontakt mit dem Druckgas nicht nennenswert erwärmt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber nicht auf eine Förderung des Sandes mit kaltem Druckgas eingeschränkt, vielmehr können auch andere geeignete Schleudersysteme, beispielsweise ein Schleuderrad Anwendung finden.
Besitzt der Sand keine für das Gefrieren des aufgesprühten Wasses ausreichend tiefe Temperatur oder ist ein besonders schnelles Frieren der Gießform erwünscht, besteht nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens die Möglichkeit, den auf das Gußstückmodell aufgebrachten Sand erneut in Kontakt mit einem weiteren Kühmittel zu bringen. Es erweist sich als besondes vorteilhaft, auch bei dieser zusätzlichen Kühlung einen direkten Wärmekontakt zwischen dem weiteren Kühlmittel und dem Gußstückmodell bzw. dem auf das Gußstückmodell aufgebrachten Sand herzustellen. Dazu wird das Kühlmittel auf das Gußstückmodell und/oder auf den bereits gefrorenen bzw. aufgebrachten ungefrorenen Sand gesprüht.
Zum Kühlen des trockenen, in einem Vorratsbehälter gespeicherten Sandes sowie als weiteres Kühlmittel erweisen sich flüssiger Stickstoff oder flüssige Kohlensäure als einfache und wirkungsvoll einzusetzende Kühlmittel.
Die Herstellung einer gefrorenen Gießform verläuft besonders rasch, wenn das auf das Gußstückmodell aufzubringende Wasser vor dem Versprühen bis in die Nähe des Gefrierpunktes abgekühlt wird, da dem Wasser in diesem Fall lediglich die Erstarrungswärme, nicht aber fühlbare Wärme entzogen werden muß.
Anhand einer schematische Skizze sollen die wesentlichen Bestandteile eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, dargestellt und erläutert werden:
Ein Gußstückmodell 1 wird auf eine Unterlage 2 bzw. in einen Kasten gelegt. In einen isolierten Vorratsbehälter 3 wird trockener Sand 4 gegeben. Über eine Leitung 5 mit einer Sprühdüse 6 an ihrem Ende wird flüssiger Stickstoff aus einem Tank auf den Sand gesprüht, der mittels nicht dargestellter Mischvorrichtungen umgewälzt werden kann. Ist der Sand auf eine ausreichend tiefe Temperatur gekühlt worden, wird dieser mit einer nach dem Injektor-Prinzip arbeitenden Strahlpistole 7 auf das Gußstückmodell geschleudert. Dazu wird ein kaltes, unter Druck stehendes Fluid, beispielsweise verdampfter Stickstoff, über eine Versorgungsleitung 8 der Strahlpistole zugeführt, das aus einer Düse mit hoher Geschwindigkeit in eine davorgeschaltete Mischdüse eintritt und dabei den gekühlten Sand 4 aus dem Vorratsbehälter 3 über einen Stutzen 9 ansaugt. Die geförderte Sandmenge kann über den Druck des kalten Fluids geregelt werden. Gleichzeitig mit dem Aufbringen des kalten Sandes auf das Gußstückmodell wird über ein eigenes Fördersystem Wasser, das eine Temperatur in der Nähe des Gefrierpunktes besitzt, z. B. über eine Leitung 10 gefördert und durch ein Sprühsystem 11 in kleine Tropfen zerteilt und auf das Gußstückmodell gesprüht. Das Wasser und der gekühlte Sand sollten sich erst in unmittelbare Nähe des Gußstückmodells bzw. der bereits gefrorenen Sandschichten durchmischen, um ein frühzeitiges Aneinanderfrieren loser Sandkörner zu unterbinden. Dazu ist es zweckmäßig, zwischen dem Sandstrahl und dem Wassertropfenstrahl einen bestimmten Winkel einzuhalten. Sobald der Sand am Gußstückmodell zur Ruhe gekommen ist, kühlt er das Wasser ab und gefriert es, wobei sich die Gießform 13 bildet. Zur Unterstützung des Friervorganges kann über eine dritte Leitung 12 zusätzlich flüssiger Stickstoff in möglichst feinverteilter Form auf das Gußstückmodell gesprüht werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Gießform unter Verwendung eines Gußstückmodells durch Frieren von feuchtem Sand, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Gußstückmodell gleichzeitig gekühlter Sand und Wasser in feinverteilter Form aufgebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Sand in direktem Wärmekontakt mit einem Kühlmittel gekühlt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gekühlte Sand mit Hilfe von kaltem, unter Druck stehendem Gas auf das Gußstückmodell geschleudert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf das Gußstückmodell aufgebrachte Sand erneut in Kontakt mit einem weiteren Kühlmittel gebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Kühlmittel auf das Gußstückmodell und/oder den bereits gefrorenen bzw. aufgebrachten, ungefrorenen Sand gesprüht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kühlmittel flüssiger Stickstoff oder flüssige Kohlensäure sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser vor dem Versprühen bis in die Nähe des Gefrierpunktes abgekühlt wird.