Method of and installation for compacting granular moulding materials, for example foundry mould sand

Abstract: 1. A process for compressing granular moulding material such as foundry moulding sand by means of a pressure wave of gaseous medium such as compressed air acting at high speed on the surface of the loose moulding material, with the compression medium emerging uniformly form Laval-type nozzles that are arraged close together in a raster system in a bottom plate (54) over the entire surface of the moulding material (50), characterized in that the single air jets burst open at the nozzle outlet so that the air jets emerging close to each other intermingle and impinge vertically as well as uniformly at all points as a pressure wave on the surface (50) of the loose moulding material.

Description: Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten von kornförmigen Formstoffen z.B. Giessereiformsand Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 6. Neben den rein mechanischen Verfahren zur Formstoffverdichtung durch Rütteln und Pressen sowie durch Einschiessen des Formstoffes mit anschliessendem Nachpressen, sind Verfahren bekannt, bei denen der Formstoff durch die Druckwirkung eines explodierenden Gases oder durch die unmittelbare Einwirkung von Druckluft verdichtet wird. So sind z.B. entsprechende Vorrichtungen in den Druckschriften DE-3025993 und DE-2949340 (Explosionsverfahren) sowie in den Druckschriften DE-1 097622 und DE-3105350 (Druckluftverfahren) beschrieben. Bei dem Explosionsverfahren ist es nachteilig, dass ein explosives Medium angewendet werden muss. Dieses macht erhebliche Massnahmen der Sicherheit und des Umweltschutzes erforderlich. Ausserdem wird die Vorrichtung und der Formstoff erheblichen Temperaturbelastungen ausgesetzt, was u.a. zu einer starken Austrocknung der Formstoffoberfläche führt. Ferner ist davon auszugehen, hass sich die Druckwelle durch die Explosion sternförmig ausbreitet und somit nicht an allen Stellen gleichmässig und senkrecht als frontale Druckwelle auf die lose Formstoffoberfläche auftrifft. Die bekannten Vorrichtungen mit den Druckluftverfahren haben den Nachteil, dass die Druckluft punktuell und nicht gleichmässig frontal auf die lose Formstoffoberfläche auftrifft. Dies führt zu einer ungleichmässigen Verdichtung und zu einer aufgewühlten, kraterähnlichen Oberfläche der Formrückseite. Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die Druckluft nach einem zentralen Auslass über Schikanen auf die lose Formstoff oberfläche geleitet wird, was zu erheblichen Energieverlusten führt. Weitere Nachteile sind, dass die kegelförmigen Ventilteller einen grossen Ventilhub erfordern, und dass ein externer Antrieb mit fremder Engergiequelle und entsprechenden Abdichtungen das Ventil oder die Ventile öffnet, was insgesamt gesehen die für das Verfahren bedeutsame Schnelligkeit des Systems negativ beeinflusst. Beim Auftreffen der Druckluft auf die lose Formstoffoberfläche, wird die Formstoffmasse beschleunigt und durch nachfolgendes Abbremsen auf der Modellplatte verdichtet. Es entsteht hierbei der charakteristische Formhärteverlauf mit hohen Werten an der Modellseite und niedrigen Werten an der Formrückseite, die von der Druckluft direkt beaufschlagt wurde. Die für die Giesstechnik ideale Charakteristik hat aber den Nachteil, dass die Formrückseite nicht den Anforderungen der Praxis entspricht, insbesondere im Hinblick auf Giesstümpelund Eingusstrichter. Es bedarf daher einer integrierten Einrichtung die diesen Nachteil beseitigt ohne jedoch den vorteilhaften Formhärteverlauf wesentlich zu beeinflussen. Vorteilhaft wäre, wenn diese gleiche Einrichtung auch die lose Formstoffoberfläche vor der Druckeinwirkung leicht andrückt. Dadurch wird einerseits das Luftporenvolumen in der losen Oberfläche des Formstoffes reduziert und andererseits des Eindringen der Druckluft in den Formstoff vermindert. Die zuvor beschriebene Einrichtung ist bei den bisher bekannten Vorrichtungen mit dem Druckluftverfahren nicht vorhanden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, womit eine frontale, gleichmässige and senkrecht wirkende Druckwelle erzeugt wird, die mit lsher Geschwindigkeit den Formstoff gleichmässig verdichtet und die eine integrierte Einrichtung zur Vor- und Nachbe andlung der Formrückseite aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 3, 5 und 6. Weitere Merkmale und besondere Ausführungsformen sind in den son stigen Ansprüchen angegeben. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden insbesondere durch folgende Merkmale gekennzeichnet: - die Bodenplatte 54 weist eine grosse Anzahl kleiner kreis formiger Öffnungen 53 mit lavaldüsenähnlichen Querschnitten auf, die so ausgebildet sind, dass der Luftstrahl am Aus gang der Düse leicht aufplatzt. Dies bewirkt im Zusammen hang mit einer definierten, minimalen Distanz 49 zwischen Bodenplatte 54 und der losen Formstoffoberfläche 50 die Ausbildung einer frontalen Druckwelle, die senkrecht und gleichmässig auf die lose Formstoffoberfläche 50 auftrifft und somit zu einer gleichmässigen Verdichtung führt. - die Bodenplatte 54 weist an der Unterseite zwischen den kreisförmigen Düsenausgängen eine noch ausreichende ca. 50 prozentige Fläche 59 zum Andrücken und Nachpressen des Formstoffes auf. Die Bodenplatte 54 kann daher als integrierte Pressvorrichtung benutzt werden. Ausserdem ist ein Nachverdichten auch durch Druckerhöhung des entspannten Gases möglich. - Die Ventilstössel 52,65 und der Hauptkolben 41 bilden zusam men ein Differentialkolbensystem. Das Druckmedium der Druckgaskammer 17 steht ständig als potentielle Energie am Hauptkolben 41 an. Eine fremde Energiequelle ist nicht erforderlich. Die Freigabe des gesamten Auslassquerschnittes erfordert nur den sehr geringen Hub von d/4 einer kleinen kreisförmigen Auslassöffnung. Zusammen bewirken diese Kriterien ein öffnen des gesamten Auslassquerschnittes in nur wenigen Millisekunden. - Der Hauptkolben 41 benötigt keine Dichtungen, weil er mit dem ifleeium der Druckgaskammer angetrieben wird und weil der geöffnete Zustand nur Bruchteile von Sekunden dauert. - Der Rahmen 45 hat zum drosselfreien Nachströmen des Druck mediums die grosszügig bemessenen Öffnungen 14,57,67. Der Kolbenhohlraum 20 und der untere Zylinderraum 24 sind integrierte Bestandteile der Druckgaskammer 17. Letzteres bewirkt ein annähernd verzögerungsfreies Reagieren des Hauptkolbens 41. Das erfindungsgemässe Verfahren kann insbesondere in der Giesserei zur Verdichtung von Formen und Kernen, sowie in der Bauindustrie zur Verdichtung von Baustoffen Anwendung finden. Ausserdem kann das erfindungsgemässe Verfahren auch zur Verdichtung von irgendwelchen anderen Formstoffen verwendet werden. Nachstehend wird nun die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Hierbei zeigen: Fig.1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemässe Vorrichtung linker Halbschnitt : in Ausgangsstellung rechter Halbschnitt: in Arbeitsstellung Fig.2 einen Querschnitt durch die Ventilstössel gemäss Linie A-A, Fig.1 Fig.3 einen Querschnitt durch den Rahmen gemäss Linie B-B, Fig.1 Fig.4 eine Unteransicht der Bodenplatte gemäss Linie C-C, Fig.1 Fig.5 einen Längsschnitt durch einen Ventilstössel gemäss Linie D-D, Fig.3 Fig.6 ein Anordnungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung Fig.7 einen Teilschnitt einer anderen Ventilstösselaus führung Fig.1 zeigt eine Modellplatte 5 mit Modell 5a zusammen mit einem Formkasten 7 und einem Füllrahmen 8. Darüber befindet sich die Bodenplatte 54, die eine grosse Anzahl kleiner, kreisförmiger Öffnungen 53 mit lavaldüsenähnlichen Querschnitten aufweist. Die Bodenplatte 54 ist Bestandteil der darüber angeordneten Druckluftkammer 17. Die Druckluftkammer 17 ist zur Vergrösserung des Ausgangsvolumens über die grosszügig dimensionierten Leitungen 42 mit den zwei symetrisch angeordneten Windkesseln 43 verbunden. Der Druck in der Druckluftkammer beträgt 5 bar. In der Druckluftkammer 17 befindet sich der luftdurchlässige Rahmen 45, der die elastischen Ventilstössel 52,65 trägt. Die grosszügig ausgelegten Bohrungen 14,57,67 im Rahmen 45 ermöglichen ein drosselfreies Durchströmen der Druckluft. Die elastischen Ventilstössel 52,65 verschliessen die Öffnungen 53 in der Bodenplatte 54. Der Rahmen 45 ist am Kolben 41 befestigt. Der Kolben 41, der das öffnen und Schliessen der Bodenplattenöffnungen 53 bewirkt, gleitet in einem Zylinder, dessen unterer Raum 21 integrierter Bestandteil der Druckluftkammer 17 ist. Ebenso ist der Kolbenhohlraum 20 integrierter Bestandteil der Druckluftkammer 17. Am Aussenrand des Gehäuses 15 ist ein senkrecht beweglicher Flansch 11 an vier Pneumatikzylindern 44 aufgehängt. Die Pneumatikzylinder stehen kolbenseitig unter Dauerdruck und sie wirken somit als pneumatische Feder. In der Ausgangsstellung werden die Kolben gegen die Anschläge 16 gedrückt. Der Flansch 11 hat die Aufgabe, mit seinen Dichtungen 9 und 13 eine druckdichte Verbindung zwischen dem Gehäuse 15 und dem Füllrahmen 8 herzustellen. Die Dichtung 9 ist eine statische Dichtung, während die Dichtung 13 mit Druckluft aktivierbar ist. Im nicht aktivierten Zustand zieht sich die Dichtung 13 hinter die Flanschinnenfläche zurück und das Gehäuse 15 kann mit dem Spiel 46 berührungslos durch den Flansch 11 bewegt werden. Im aktivierten Zustand wird die Dichtung 13 gegen die Aussenwand des Gehäuses 15 gepresst. Fig.1 linker Halbschnitt zeigt die Vorrichtung in der Ausgangsstellung. Die Modellplatte 5 mit Modell 5a, Formkasten 7 und Füllrahmen 8 ist über die Rollenbahn 4 unter die Bodenplatte 54 gefahren. Der Formstoff 6 ist bis zur Oberfläche 50 lose und gleichmässig aufgeschüttet. Mit dem Hubtisch 3 wird die Modellplatte 5 von der Rollenbahn 4 abgehoben und mit der weiteren Aufwärtsbewegung wird der Füllrahmen 8 unter den Flansch 11 gedrückt, der dann gegen den pneumatischen Federdruck 44 ebenfalls nach oben bewegt wird. Die Aufwärtsbewegung wird soweit geführt bis die Bodenplatte 54 die lose Formstoffoberfläche 50 zur Verminderung ihres Luftporenvolumens leicht angedrückt hat. Danach wird durch eine Abwärtsbewegung die lose Formstoffoberfläche 50 in eine definierte Distanz 49 zur Bodenplatte 54 gebracht (Schussposition). Es kann aber auch darauf verzichtet werden, die Formstoffoberfläche leicht anzudrücken. Die Aufwärtsbewegung wird dann direkt bis zur definierten Distanz 49 (Schussposition) geführt. Fig.1 rechter Halbschnitt zeigt die Vorrichtung in Schussposition, wobei mit "Schuss" das schlagartige Austreten der Druckluft gemeint ist. In dieser Position wird zunächst die Dichtung 13 aktiviert. Der pneumatische Federdruck 44 bewirkt eine Anpressung der Dichtung 9. Ausserdem wirkt dieser pneumatische Federdruck der Kraft entgegen, die durch die Druckeinwirkung auf den Spalt 48 entsteht. Das System ist damit druckdicht verschlossen und die Druckwellenverdichtung kann freigegeben werden. Das Gehäuse der Druckluftkammer 17 ist über den Kopfrahmen 22, den Säulen 55, dem Grundrahmen 1 und dem Zylinder 2 mit Hubtisch 3 zu einem kraftschlüssigen System verbunden. Durch Anheben des Kolbens 41 werden über den biegesteifen Rahmen 45 alle Auslassbohrungen 53 gleichzeitig geöffnet. Weil zum Öffnen eines drosselfreien Querschnittes nur ein kleiner Hub von wenigen Millimetern (d/4 einer Auslassbohrung) erforderlich ist und weil weitere noch zu beschreibende, vorteilhafte Kriterien vorliegen, werden nur wenige Mi lii:- sekunden zum Öffnen eines drosselfreien Querschnittes benötigt. Die Druckluft kann somit aus den Öffnungen 53 der Bodenplatte 54, die insgesamt einen sehr grossen Querschnitt ausmachen, schlagartig austreten. Die kreisförmigen Öff- nungen 53, die gemäss Fig.4 in einem Rastersystem sehr nah beieinanderliegen, haben lavaldüsenähnliche Querschnitte. Durch eine entsprechende Ausbildung der Düse wird erreicht, dass der Luftstrahl am Ausgang der Düse leicht aufplatzt. Dies hat zur Folge, dass die nah nebeneinander austretenden Luft strahl sich vermischen und im weiteren Verlauf der Distanz 49 eine Druckwelle bilden. Die Druckwelle trifft mit hoher Geschwindigkeit auf die lose Formstoffoberfläche 50 auf. Der Formstoff 6 wird beschleunigt und durch nachfolgendes Abbremsen auf der Modellplatte 5 verdichtet. Die Druckluft entspannt dabei in dem geschlossenen System mit adiabatischem Verlauf auf einen definierten Enddruck. Die stärkste Verdichtung entsteht im Bereich der Modellplatte, weil diese als starre und unnachgiebige Masse die stärkste Verzögerung der Formstoffmassenteilchen bewirkt und weil hier noch die vollständige Masse des Formstoffes wirksam ist. Im Verlauf zur Oberfläche 51 hin nimmt die Formstoffverdichtung leicht ab, weil die Formstoffmasse und somit die Massenenergie abnimmt und weil die oberen Schichten des Formstoffes nicht mehr unmittelbar auf der starren Modellplatte sondern in den Zwischenschichten des Formstoffes abgebremst werden. Es entsteht hierdurch der charakteristische und giesstechnisch ideale Formhärteverlauf. Falls die Formhärte der Oberflächenschicht 51 nicht ausreicht, um Giesstümpel und Giesstrichter einzufräsen, so kann die Formstoffoberfläche 51 nachverdichtet werden ohne jedoch den idealen Formhärteverlauf wesentlich zu beeinflussen. Hierzu wird nach dem Verschliessen der Bodenplattenöffnungen 53 das Ventil 12 geöffnet. Der Restdruck über der Formstoffoberfläche 51 wird dabei wieder auf den Systemdruck 6 bar erhöht und dieser wird für eine kurze Zeit als statischer Druck über der Formstoffoberfläche 51 gehalten. Über das Ventil 10 wird der Raum zwischen Bodenplatte 54 und Formstoffoberfläche 51 wieder drucklos gemacht. Eine weitere Möglichkeit der Nachverdichtung besteht darin, dass die Formstoffoberfläche 51 mittels Hubtisch 3 gegen die Bodenplatte 54 gedrückt wird. Dies geschieht, indem zuvor der Restdruck über der Formstoffoberfläche 51 durch das Ventil 10 abgelassen und die Dichtung 13 entspannt wird. Die wirksame Pressfläche 59 zwischen den Öffnungen 53 beträgt ca. 50% der gesamten Formstoffoberfläche 51. Nach dem Verdichtungsvorgang wird der Hubtisch wieder abgesenkt, wodurch sich die Modellplatte 5 mit Modell 5a, Formkasten 7, Füllrahmen 8 und der verdichteten Form wieder auf die Rollenbahn 4 absetzt. Die Modellplatte 3 mit den aufliegenden Einheiten wird herausgefahren. Gleichzeitig wird von der entgegengesetzten Seite die andere odellhälfte unter die Bodenplatte 54 gefahren und mit Anheben des Hubtisches 3 beginnt ein neuer Verdichtungszyklus. Dieses vorteilhafte Anordnungsbeispiel einer Druckgaskammer für zwei Modellhälften ist in Fig.6 dargestellt. Darüberhinaus sind viele andere Anordnungsvarianten möglich. Die Summe der Querschnittsflächen 47,60 und die Querschnittsfläche des Kolbens 41 bilden zusammen ein Differentialkolbensystem. Die Querschnittsfläche des Kolbens 41 ist grösser als die Summe aller Querschnittsflächen 47,60. In den Zylinderräumen 21 und 24 sowie über den Ventilstösseln 52 stehen die gleichen Druckwerte der Druckluftkammer 17 an. Hieraus ergibt sich eine resultierende Kraft, die die Ventilstössel 52,65 auf ihren Sitz drücken. Diese Kraft entspricht dem Produkt aus der Summe aller Querschnittsflächen 47,60 und dem Druck der Druckluftkammer 17. Wird der Druck im Zylinderraum 24 auf atmosphärischen Druck entspannt, dann eraibt sich eine nach oben gerichtete Kraft, weil die Querschnittsfläche des Kolbens 41 grösser ist als die Summe aller Querschnittsflächen 47,60. Im Zeitpunkt, in dem die Ventilstössel zu öffnen beginnen, entspricht diese Kraft dem Produkt aus der Differenzquerschnittsfläche und dem Druck der Druckluftkammer. Im weiteren Verlauf des Ventilstösselhubes erhöht sich diese Kraft, weil durch das Freiwerden der Ventilstössel die gesamte Querschnittsfläche des Kolbens 41 wirksam wird. Zu berücksichtigen ist jedoch hierbei, dass der Druck entsprechend der Volumenverhältnisse und des adiabatischen Verlaufes von 5 bar auf ca. 3,5 bar abnimmt. Die Flächenverhältnisse sind so ausgelegt, dass im Zeitpunkt des Hubbeginns der Ventilstössel eine Kraft zur Verfügung steht, die die Uberwindung des Eigengewichtes und der Reibung sowie die erforderliche Beschleunigung sicherstellt. Die weitere Krafterhöhung kann somit eine zusätzliche Beschleunigung bewirken, was wiederum für das schnelle öffnen von Bedeutung ist. Die Kolbengleitflächen 18 und 23 sind mit Führungsbändern versehen, die einen sehr niedrigen Reibwert haben und hoch verschleissfest sind. Sie verhindern ausserdem eine metallische Berührung des Kolben- und Zylindermaterials. Dichtungen sind an den Kolbengleitflächen 18 und 23 nicht erforderlich, weil der Kolben 41 im geschlossenen Zustand der Nffnungen 53 beidseitig vom gleichen Systemdruck beaufschlagx wird. Der ge öffnete Zustand, indem der Zylinderraum 24 über die reichlich dimensionierten Schnellentlüfterventile 36 auf atmosphärischen Druck entlastet wird, dauert maximal nur 1 Sekunde. Die dabei auftretenden geringfügigen Leckagen werden in Kauf genommen, weil sie die Funktion nicht beeinflussen. Nachfolgend werden nochmals die Kriterien zusammengefasst, die für das schnelle, nur wenige Millisekunden dauernde Öffnen von besonderer Bedeutung sind: - kleiner, nur wenige Millimeter langer Hub - Kolbenflächen 18 und 23 ohne Dichtung - Kolbenflächen 18 und 23 mit reibungsarmen Führungsbändern - auf Grund des kleinen Hubes nur ein kleiner Zylinderraum 24, der über die Schnellentlüftungsventile 36 sehr schnell ent lüftet werden kann. - Druck steht im Zylinderraum 21 als potentielle Energie an - grosse Beschleunigungskraft zum Anheben des Systems Die hohe Beschleunigung führt trotz des geringen Hubes zu einer hohen Kolbengeschwindigkeit. Um bei Hubende ein zu hartes Aufschlagen des Kolbens 41 zu vermeiden, ist im Zylinderraum 24 eine Federdämpfung 39 eingebaut, die den Kolben 41 über einen definierten Bremsweg zum Stillstand bringt. Auf der Kolbenfläche ist eine entsprechend belastbare Kunststoffscheibe 40 aufgebracht, die ein metallisches Aufschlagen des Kolbens auf die Fläche der Federdämpfung 39 verhindert. Wenn der Kolben 41 den zum öffnen des gesamten Auslassquerschnittes erforderlichen Hub 39a zurückgelegt hatl schlägt die Kunststoffscheibe 40 am Flansch 39 an. Die Federn 38 haben in dieser Ausgangsstellung nur eine sehr geringe Vorspannung, sodass der Bremsbeginn annähernd stossfrei ist. Die Federn 38 sind so ausgelegt, dass sie den Kolben 41 zum Stillstand bringen, bevor er den Zylinderflansch 25 berührt. Die Führungen 56, die auch als Rollen ausgebildet sein können, verhindern ein Verdrehen des Rahmens 45. Sie sind mit einem geringfügigem Spiel eingestellt, sodass die Hubbewegung des Rahmens nicht behindert wird. Die Ventilstössel 52,65 bestehen aus einem elastischen Material 64 (z.B. Gummi), welches auf einem Stahlkern 63 aufvulkanisiert ist. Der Stahlkern 63 und der Schraubenkopf 62 stützen das elastische Material gegen den nach Aussen wirkenden Systemdruck ab. Die Flächen 68 und 70 verlaufen geanau planparallel. Die Länge 69 der Ventilstössel 52,65 entspricht in einem definierten Toleranzbereich diesem planparallelen Abstand. Toleranzdifferenzen werden durch die Elastizität der Ventilstössel angeglichen. Die genaue Länge 69 wird innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches durch die Distanzscheiben 66 festgelegt. Die Distanzscheiben werden in einer Schablone ermittelt und dem Ventilstössel während einer Zwischenlagerung unverlierbar beigegeben. Für das Auswechseln der Ventilstössel 52,65 wird das Gehäuseunterteil 15 am Schnellverschluss 19 gelöst und mit dem Hubtisch 3 abgesenkt und mittels einer einfachen Palette über die Rollenbahn 4 seitlich weggefahren. Die Ventilstössel 52,65 sind dann von unten frei zugänglich. Fig.1 zeigt neben der mechanischen Vorrichtung auch das pneumatische Steuerungssystem. Die Druckluft wird vom Netz mit dem Nenndruck 6 bar über den Absperrhahn 27 und über das Filter 26 eingespeist. Die Arbeitsluft wird von dort über das Ventil 30 und über den Druckregler 31 den zwei Windkesseln 43 zugeführt. Die Steuerlüft wird hinter dem Druckluftöler 29 abgenommen und über die Ventile 32 und 34 dem Zylinderraum 24 zugeführt. Die Schnellentlüfterventile 36 dienen zum schnellen Entlüften des Zylinderraumes 24. Das Ventil 12 dient zum Nachverdichten der Formstoffoberfläche 51 und das Ventil 10 dient zum Entlasten des Raumes über der Formstoffoberfläche 51. Ventil 37 ist das Hauptsicherheitsventil. Mit dem Druckregelventil 31 wird der Arbeitsdruck auf 5 bar gehalten. In der Ausgangsstellung ist das Ventil 34 stromlos geöffnet (Sicherheitsschaltung), das Ventil 32 stromlos geschlossen und das Ventil 30 stromführend geöffnet. Die Ventile 10, 12 und 28 sind stromlos geschlossen. In dieser Schaltstellung steht der Druck der Druckluftkammer 17 und der Windkessel 43 über das Rückschlagventil 33, dem Ventil 34 und den Schnellentlüfterventilen 36 im Zylinderraum 24 an. Der Kolben 41 wird nach unten gedrückt und die Ventilstössel 52,65 verschliessen somit die Öffnungen 53. Wenn die Vorrichtung sich in SchuBposition befindet, wird zunächst das Ventil 28 geschaltet und somit die Dichtung 13 aktiviert. Danach wird das Ventil 34 eingeschaltet und das Ventil 30 ausgeschaltet. Das Ventil 30 unterbricht die weitere Zufuhr der Arbeitsluft. Das Ventil 34 unterbricht die Zufuhr der Steuerluft und entlastet gleichzeitig die Schnellentlüfterventile 36. Über einen grossen und drosselfreien Querschnitt der Schnellentlüfterventile 36 und der nachgeschalteten Schalldämpfer 35 wird der Zylinderraum 24 in sehr kurzer Zeit entlastet. Der Kolben 41 hebt die Ventilstössel 52,65 an und die Bodenplatten öffnungen 53 werden in wenigen Millisekunden freigegeben. Die Druckluft tritt aus der Druckluftkammer aus und verdichtet - wie bereits beschrieben - den Formstoff. Der Druck sinkt dabei entsprechend der VQlumensveränderung und unter Berücksichtigung des adiabatischen Verlaufes von 5 bar auf ca. 3,5 bar ab. Nach der Druckwellenverdichtung werden die Ventile 32 und 34 geöffnet. Der Kolben 41 wird mit dem Netzdruck von 6 bar nach unten bewegt und die Ventilstössel 52,65 verschliessen wieder die öffnungen 53. Zum Nachverdichten wird das Ventil 12 für kurze Zeit geöffnet. Danach wird das Ventil 32 geschlossen und das Ventil 30 geöffnet, wodurch die Druckluftkammer 17 und die Windkessel 43 wieder auf den Ausgangsdruck von 5 bar gebracht werden und der Zylinderraum 24 wieder vom 6 bar-System auf das 5 bar-System der Druckluftkammer 17 geschaltet wird. Zum Entlasten des Druckraumes über der verdichteten Formstoffoberfläche 51 wird das Ventil 10 kurzzeitig geöffnet. Danach wird die Dichtung 13 über das Ventil 28 entlastet. Der Verdichtungsvorgang ist beendet und der Hubtisch 3 kann die Modellplatte 5 wieder auf die Rollenbahn 4 absenken.

Claims: Process for compressing granular moulding materials, for example foundry moulding sand (a) through a pressure wave of gaseous medium, for example, compressed air, acting at high speed on the surface of the loose moulding material, (b) in which the pressure medium emerges uniformly from Laval-type nozzles located close to one another in a grid system, (c) which nozzles are located in a base plate (54) over the entire surface (50) of the moulding material, (d) in which the openings (53) of the nozzles are closed prior to the compressing by valve tappets located in a frame (45) attached to a piston (41) and the valve tappets (52,65) are lifted for commencement of the compressing, (e) in which valve tappets (52,65) consisting of a resilient material, for example rubber, are used, which support the lifting of the piston (41) by reason of their spring action, whereby the mass inertia of the piston and of the frame is overcome before the valve tappets are lifted with a definable starting speed from the valve seat and (f) the individual air jets at the outlet of the nozzles brust, so that (g) the air jets emerging close beside one another mix and (h) strike the surface (50) of the loose moulding material vertically and at all points uniformly as a pressure wave. Process according to claim 1, characterized in that the bottom plate (54) and/or the surface of the loose moulding material (50) - the latter effected by the moulding plate (5) - can be moved towards each other in a vertical direction. Process according to claims 1 and 2, characterized in that the surface (50) of the loose moulding material can be lightly pressed by the bottom plate (54) prior to exposure to the pressure wave in order to reduce the air voids present in said surface. Process according to claims 1 and 2, characterized in that the bottom Plate (54) is brought to the surface (50) of the loose moulding material at a defined distance (49) prior to exposure to the pressure wave, in order to reach a uniform, frontal formation of the pressure wave. Process according to claims 1 and 2, characterized in that after the pressure wave compression a thin, somewhat less compressed surface layer (51) can be re-compressed by re-pressing with the bottom plate (54) and/or by increasing the pressure of the gase over the firm moulding material surface (51). Device for implementing the process according to claim 1, consisting of a table (3) holding a moulding plate (5), of a moulding flask (7) and filling frame (8) supported on it, of a pressure gas chamber (17) located above it and of a bottom plate (54) with openings (53) positioned close to each other in a raster system as a component part of the pressure gase chamber (17), characterized in that flexible valve lifters (52, 65) close to the openings (53) that are positioned close to each other in a raster system in the bottom plate (54), that the valve lifters (52, 65) are attached to a rigid and gas-permeable frame (45) and that the frame (45) is attached to a piston (41) that is directly under the influence of the gas pressure of the pressure gas chamber (17) and whose cross-sectional area is greater than the sum total of the cross-sections of all openings (47, 60) in the bottom plate (54). Device according to claim 6, characterized in that the piston (41) that effects opening and closing of the openings (53) in the bottom plate (54) is pressurized in both directions by the gas pressure of the pressure gas chamber (17) and in that no external source of energy is therefore necessary. Device according to claims 6 and 7, characterized in that the piston (41) is raised in a few milliseconds by the rapid pressure release lasting a few milliseconds in the cylinder compartent (24) of the piston (41) through the gas pressure available as potention energy in the cylinder compartment (21) and through the supporting spring action of the flexible valve lifter (52,65). Device according to claims 6 to 8 inclusive, characterized in that the sliding surfaces (18) and (23) of the pistons can be without seals. Device according to claims 6 to 9 inclusive, characterized in that the cavity (20)of the piston and the cavity (21) of the cylinder are integrated component parts of the pressure gas chamber (17). Device according to claim 6, characterized in that the sealing surfaces (61) of the flexible valve lifter (65) are plane-parallel to the inner surface (70) of the bottom plate (54) in order to attain a throttle-free output cross-section with the smallest possible stroke (e.g. d/4 of a circular opening (60). Device according to claims 6 and 11, characterized in that the bottom plate (54) has a large number of openings (53) with cross-sections like that of a Laval nozzle that are arranged in a rectangular raster system and are formed in such a way that the air jets emerging at supersonic speed burst open lightly at the nozzle outlets and intermingle in the course of the defined distance (49), causing a frontal pressure wave to be formed. Device according to claims 11 and 12, characterized in that the frame (45) between the valve lifters (52,65) that run conically upwards has openings (14,57,67)that have a greater cross-section than the openings (47,60) in the bottom plate (54) and that the cross-sections (58) between the valve lifters (52,65) are the same as or greater than those of the openings (14,57,67) of the frame (45). Device according to claims 6 to 13 inclusive, characterized in that the piston (41) has to cover only a very small stroke (d/4 of one circular opening (47,60) in order to open the entire outlet cross-section in the bottom plate (54) throttle-free, which is of significance for the necessary, rapid opening of the entire outlet cross-section within a period of a few milliseconds. Device according to claims 4, 11 and 12, characterized in that the valve cone (52,65) consists of an elastic material (64), e.g. rubber, that is vulcanized onto a steel core (63) and that the screw head (62) and the steel core (63) support the elastic material (64) against the effect of the gas pressure. Device according to one of the claims 6 to 15 inclusive, characterized in that a flange (11) suspended on the housing (15) produces a pressure-tight connection between the housing (15) and the filling frame (8) and that the flange (11) is pressed onto the filling frame (8) by a pneumatic spring force (44). Device according to claim 16, characterized in that the flange (11) has a static seal (9) to the filling frame (8) and also a seal (13) to the housing (15), said seal (13) capable of being activated by compressed gas. Device according to claims 16 and 17, characterized in that the activatable seal (13) is let into a recess of the flange (11) and withdraws behind the inner surface of the flange in non-activated state because of its elasticity, as a result of which the housing (15) can be moved contact-free with a defined clearance (46) through the flange (11). Device according to one of the claims 6 to 18 inclusive, characterized in that the flange (11) can, with a defined dimension (49), also be permanently connected with the housing (15) and has only the static seal (9). Device according to claims 6 to 12 inclusive, characterized in that each valve lifter (73) can also have its own driving piston (75) according to claims 6 - 12 inclusive and that the valve lifter (73) that is formed for a large outlet opening (71) has a ball-and-socket joint suspension (74) with a defined, polydirectional swing that permits plane-parallel positioning of the sealing surface (72). Device according to claim 15, characterized in that the rubber mass (64a-Fig.5) that is supported by the screw head (62) against the acting gas pressure represents a spring compressed by the locking pressure that due to its initial stress assists the lifting of the piston (41) and of the frame (45) in the opening process and, as a result of the spring excursion, causes the mass of the piston (41) and of the frame (45) initially to start moving upwards before the valve lifters (52,65) rise at a defined initial speed in excess of zero from the valve seat, as a result of which the entire outlet cross-section is opened in a few milliseconds.

Inventors: MERTES JOSEF, MERTES, JOSEF
Applicants: MERTES JOSEF, MERTES, JOSEF
Application year: 1984
Main classification: B22C15
IPC codes: B22C15