Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aushärten von Giesserei-Kernen aus einer Sand enthaltenden Masse, bei welchem der Kern zu seiner Härtung im Kern-Formwerkzeug einem mit einem Katalysator angereicherten Gasstrom und nachfolgend einem Druckluftstrom ausgesetzt wird.
Solche kalthärtende Verfahren sind bekannt, wie etwa das sogenannte Coldbox-Verfahren, bei dem dem Kernsand zwei Komponenten eines Kunstharzsystems zugefügt werden, welche dann mit dem Sand aushärten, sobald ein Amin, etwa ein Alkylamin oder ein Methyl-Formiat, als Katalysator zugegeben wird. Die eine Komponente könnte hierbei z.B. ein Polyesterharz, ein Polyätherharz oder ein beliebiges Kunstharz flüssiger Konsistenz mit reaktiven Hydroxylgruppen sein; die zweite Komponente ist auf jeden Fall ein organisches Isocyanat. Die beiden Komponenten werden mit dem Formsand gründlich vermischt und dann verformt. Um hier nun die Reaktion zu katalysieren und die Handhabung und den Gebrauch der insbesondere Amine zuverlässig zu gestalten, sind bisher verschiedene Anstrengungen unternommen worden.
So ist es bereits seit längerer Zeit bekannt, ein Gemisch von tertiärem Alkylamin und Luft durch das Isocyanatharz-Sand-Gemisch zu drücken, wobei dieses Amin-Luft-Gemisch auf Temperaturen von 30-50 DEG erwärmt wird, um alle Amintröpfchen zu verdampfen.
Die bekannten Verfahren haben aber einen gemeinsamen Nachteil, indem der Aushärtevorgang eine erhebliche Zeitdauer beansprucht. Beispielsweise nimmt die Ausformung des Kernsand-Gemisches im Formwerkzeug auf einer Kern-Schiess-Maschine oft nur Bruchteile einer Sekunde in Anspruch, wogegen die nachfolgende Begasung zur Aushärtung des Kernes über mehrere Sekunden zu erfolgen hat, was die Begasung natürlich zu einem enormen Kostenträger macht.
Um die Begasungszeit bzw. Aushärtezeit zu verringern, hat man dann in der Regel den Anteil der Amine überdosiert, unter der Gefahr, dass ein Wiederanlösen der Binder erfolgen konnte, was die mögliche Endfestigkeit des Kernes auf ca. 80 bis 85% vermindert.
Danach ist ein weiteres Verfahren bekannt geworden, nach dem Dosierpumpen zwischen der Katalysator-Quelle und der Mischstelle von Trägergas und Katalysator eingeschaltet werden sollen, um den Katalysator besser dosieren zu können, was allerdings auch hier nur zu einem unbefriedigenden Ergebnis führen kann.
Eine unzureichende Dosierung ist deshalb gegeben, weil diese, statt durch \ffnen und Schliessen des Auslassventiles an der Quelle für den Katalysatordampf, hier zwar durch den Ansaugvorgang der Pumpe erfolgt, danach aber erst der "dosierte" Katalysatordampf mit dem Trägergas, das hier ebenfalls direkt aus der Druckluftquelle zugeführt wird, unmittelbar vor dem Eintritt in den Kern gemischt werden muss. Abgesehen davon, dass der Einbau von Pumpen die Taktzeit vergrössert, hängt hier u.a. die Dosierung von mindestens den Temperaturänderungen an den unter Druck stehenden Quellen für den Katalysatordampf und das Trägergas ab. Zudem wird auch bei einer Verwendung von höchstpräzisen Ventilen in der Regel mehr Katalysatordampf in den Kern einströmen als notwendig, da der Druck in den Quellen kaum konstant gehalten werden und so wieder ein Überschuss vorberechnet werden muss.
Nachteilig ist aber auch, dass jeder Einbau von Steuergliedern, Pumpen, Heizungsmitteln und dgl. in die Zuleitungen zwischen Quellen und Kern die Strömungswege verlängert und somit auch die Einströmzeit des Katalysatordampf-Trägergas-Gemisches und der nachfolgenden Spülluft in den Kern, was gerade die Aushärtezeiten verlängert statt verkürzt.
Etwas bessere Ergebnisse konnten dann dadurch erzielt werden, dass sowohl das Katalysatordampf-Trägergas-Gemisch als auch die Druckluft je in einem Dosierbehälter temporär gespeichert und aus diesen Dosierbehältern dann nacheinander schlagartig in den Kern eingeschossen werden, wobei die Druckluft mit einem grösseren Volumen gespeichert und auf eine höhere Temperatur aufgeheizt wird als das Katalysatordampf-Trägergas-Gemisch.
Für diese Massnahmen aber ist der technische Aufwand enorm.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der vorgenannten Art zu schaffen, das bei geringster Begasungszeit und optimalster Dosierung des erforderlichen Katalysators einen vergleichsweise dem Stand der Technik minimalsten technischen Aufwand erfordert.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass zur Herstellung des Katalysatordampf-Trägergas-Gemisches der Kata lysator in flüssiger Form einer der Heizstufe vorgeschalteten Düse zugeführt wird, wobei deren Austrittsstrahl unter dem Einfluss eines zusätzlich durch die Düse strömenden Zerstäubungsgases zerfällt.
Durch diese gasunterstützte Zerstäubung des Katalysators wird eine optimale Dosierung des Katalysators und eine ebenso optimale Mischung von Flüssigkeit und Gas, in der Regel Druckluft, erreicht ohne den bisher üblichen Aufwand an Dosierbehältern, Dosierpumpen u.dgl., indem hier die Dosierung und das Mischungsverhältnis lediglich über Druckregler und Spritzcharakteristik der Zerstäubungsdüse erfolgt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Anordnung zur Erzeugung eines Katalysatordampf-Trägergas-Gemisches und mit einer Druckluftquelle.
Diese Einrichtung zeichnet sich aus durch eine der Heizungsstufe vorgeschalteten Zerstäubungsdüse, welche über druckgeregelte Zuleitungen sowohl mit einer Gasquelle als auch mit einer Katalysatorquelle in Strömungsverbindung steht.
Eine solche Einrichtung lässt sich, wie ohne weiteres er kennbar, mit geringsten, handelsüblichen Mitteln aufbauen, ist äusserst präzise zu steuern und praktisch wartungsfrei.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens an einer Kern-Schiess-Maschine.
Eine beispielsweise Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist nachfolgend anhand der Zeichnung, welche im Blockschema eine Einrichtung zum Aushärten von Giesserei-Kernen im Coldbox-Verfahren zeigt, näher erläutert.
Die gezeigte, an ein Kern-Formwerkzeug 1 einer nicht näher gezeigten Kern-Schiess-Maschine anschliessbare Einrichtung zum Aushärten von Giesserei-Kernen vorzugsweise im Coldbox-Verfahren umfasst zunächst in bekannter Weise eine Anordnung 2 zur Erzeugung eines Katalysatordampf-Trägergas-Gemisches mit Anschlussleitungen 3 und 4, welche über Regelventile 5 und 6 an eine nicht näher veranschaulichte Katalysatorquelle resp. Druckluftquelle anschliessbar sind, sowie mit einer, dem Kern-Formwerkzeug 1 vorgeschalteten Heizstufe 7 in Form eines Wärmeaustauschers o.dgl. in der Zuführleitung 8 zum Kern-Formwerkzeug.
Erfindungsgemäss wird nun der Katalysator in flüssiger Form direkt einer der Heizstufe 7 über eine Zwischenleitung 9 vorgeschalteten Zerstäubungsdüse 10 über eine, dem Regelventil 5 nachgeschaltete Druckreglerstufe 11 in der Anschlussleitung 3 zugeleitet.
Ferner wird dieser Zerstäubungsdüse 10 die Druckluft direkt über eine, dem Regelventil 6 nachgeschaltete Druckreglerstufe 12 in der Anschlussleitung 4 zugeleitet.
Wahlweise kann aber auch die Zerstäubungsdüse 10 mittels Bypass 13 und Bypassventil 14 überbrückt werden, um durch diese Leitung mit dann grösserem Strömungsquerschnitt eine grössere Menge Spülluft in gleicher Zeiteinheit durch den Kern drücken zu können.
Die Zerstäubungsdüse 10 kann von unterschiedlicher, konventioneller Bauweise sein.
Bei einer ersten Bauart solcher druckluftunterstützten Zerstäuber, die einen Flüssigkeitsfilm erzeugen, wird die Flüssigkeit durch eine relativ grosse \ffnung auf eine Filmfläche aufgebracht und fliesst, von der Schubspannung des überlagerten Druckluftstromes getrieben, in Form eines dünnen Filmes zur Zerstäubungsöffnung, an welcher der Zerfall des Filmes stattfindet.
Bei einer zweiten Bauart wird die Flüssigkeit getrennt vom Zerstäubungsgas bis zu der Düsenöffnung transportiert und fliesst in Form eines dünnen Strahls durch die Düsenöffnung in einen oder mehrere Gasstrahlen, wo der Zerfall des Flüssigkeitsstrahls stattfindet.
Vorzugsweise wird der Zerstäubungsdüse 10 der flüssige Katalysator wie auch das Trägergas, hier Luft, unter Druck zugeführt.
Es ist aber auch ohne weiteres möglich, den flüssigen Katalysator durch Saugwirkung oder Schwerkraft zuzuführen.
Selbstverständlich ist es weiter möglich, sämtliche Steuerglieder, wie die Regelventile 5 und 6, die Druckreglerstufen 11 und 12 sowie das Bypassventil 14 über einen Rechner und Steuerstufe 15 vorprogrammierbar und vollautomatisch zu steuern.
Mit dieser Steuerung der Druckkombinationen sowie die entsprechende Wahl der Düse mit vorgegebener Düsenpaarung lässt sich jede gewünschte Flüssigkeitskonzentration des Katalysator-Gas-Gemisches erreichen, wobei sich ohne weiteres auch Änderungen der Umgebungstemperatur ausgleichen lassen, so dass nunmehr eine bisher nicht mögliche Optimierung des Aushärtvorganges bei vergleichsweise minimalstem Aufwand erzielbar ist.
The present invention relates to a method for hardening foundry cores from a mass containing sand, in which the core is exposed to a gas stream enriched with a catalyst and subsequently to a compressed air stream for hardening in the core mold.
Such cold-curing processes are known, such as the so-called coldbox process, in which two components of a synthetic resin system are added to the core sand, which then harden with the sand as soon as an amine, for example an alkylamine or a methyl formate, is added as a catalyst. One component could e.g. be a polyester resin, a polyether resin or any synthetic resin of liquid consistency with reactive hydroxyl groups; the second component is definitely an organic isocyanate. The two components are thoroughly mixed with the molding sand and then molded. Various efforts have so far been made to catalyze the reaction here and to make the handling and use of the amines in particular reliable.
For example, it has been known for a long time to push a mixture of tertiary alkylamine and air through the isocyanate resin-sand mixture, this amine-air mixture being heated to temperatures of 30-50 ° C. in order to evaporate all the amine droplets.
However, the known methods have a common disadvantage in that the curing process takes a considerable amount of time. For example, the formation of the core sand mixture in the mold on a core shooting machine often takes only a fraction of a second, whereas the subsequent gassing to harden the core has to take several seconds, which of course makes fumigation an enormous cost.
In order to reduce the gassing time or curing time, the proportion of amines was generally overdosed, with the risk that the binder could be redissolved, which reduces the possible final strength of the core to approx. 80 to 85%.
Thereafter, another method has become known, according to which metering pumps between the catalyst source and the mixing point of carrier gas and catalyst are to be switched on in order to be able to meter the catalyst better, which, however, can only lead to an unsatisfactory result.
Insufficient metering is given because, instead of opening and closing the outlet valve at the source for the catalyst vapor, this is done by the suction process of the pump, but only then is the "metered" catalyst vapor with the carrier gas, which is also direct here is supplied from the compressed air source, must be mixed immediately before entering the core. In addition to the fact that the installation of pumps increases the cycle time, here depends among other things. dosing from at least the temperature changes at the pressurized sources for the catalyst vapor and the carrier gas. In addition, even with the use of high-precision valves, more catalyst vapor will generally flow into the core than is necessary, since the pressure in the sources can hardly be kept constant and an excess has to be pre-calculated again.
However, it is also disadvantageous that each installation of control elements, pumps, heating means and the like in the supply lines between the sources and the core extends the flow paths and thus also the inflow time of the catalyst vapor / carrier gas mixture and the subsequent purge air into the core, which in particular the curing times lengthened instead of shortened.
Somewhat better results could then be achieved in that both the catalyst vapor / carrier gas mixture and the compressed air were each temporarily stored in a dosing container and then suddenly shot into the core from these dosing containers, the compressed air being stored and opened with a larger volume a higher temperature is heated than the catalyst vapor / carrier gas mixture.
However, the technical effort for these measures is enormous.
It is therefore an object of the present invention to provide a method of the aforementioned type which, with the shortest gassing time and optimal metering of the required catalyst, requires a minimal technical effort compared to the prior art.
This is achieved according to the invention in that, in order to produce the catalyst vapor / carrier gas mixture, the catalyst is supplied in liquid form to a nozzle upstream of the heating stage, the exit jet of which disintegrates under the influence of an atomizing gas additionally flowing through the nozzle.
This gas-assisted atomization of the catalytic converter achieves an optimal metering of the catalytic converter and an equally optimal mixture of liquid and gas, usually compressed air, without the hitherto customary use of metering containers, metering pumps and the like, simply by adding the metering and the mixing ratio here via pressure regulator and spray characteristics of the atomizing nozzle.
Furthermore, the present invention relates to a device for performing the method with an arrangement for producing a catalyst vapor / carrier gas mixture and with a compressed air source.
This device is characterized by an atomizing nozzle upstream of the heating stage, which is in flow connection with both a gas source and a catalyst source via pressure-controlled feed lines.
Such a device can, as is readily recognizable, be set up with the smallest, commercially available means, is extremely precise to control and is practically maintenance-free.
Furthermore, the present invention relates to the use of the method according to the invention on a core shooting machine.
An example of an embodiment of a device for carrying out the method according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which shows in the block diagram a device for hardening foundry cores in the cold box method.
The device shown, which can be connected to a core molding tool 1 of a core shooting machine (not shown in more detail), for hardening foundry cores, preferably using the cold box method, initially comprises, in a known manner, an arrangement 2 for producing a catalyst vapor / carrier gas mixture with connecting lines 3 and 4, which via control valves 5 and 6 to a catalyst source, not shown, respectively. Compressed air source can be connected, as well as with a heating stage 7 upstream of the core molding tool 1 in the form of a heat exchanger or the like. in the feed line 8 to the core mold.
According to the invention, the catalyst in liquid form is now fed directly to an atomization nozzle 10 upstream of the heating stage 7 via an intermediate line 9 via a pressure regulator stage 11 downstream of the control valve 5 in the connecting line 3.
Furthermore, this atomizing nozzle 10 is supplied with the compressed air directly via a pressure regulator stage 12 downstream of the control valve 6 in the connecting line 4.
Alternatively, however, the atomizing nozzle 10 can be bridged by means of bypass 13 and bypass valve 14 in order to be able to push a larger amount of purging air through the core in the same time unit through this line with a larger flow cross section.
The atomizing nozzle 10 can be of different, conventional designs.
In a first design of such compressed air-assisted atomizers, which produce a liquid film, the liquid is applied to a film surface through a relatively large opening and flows, driven by the shear stress of the superimposed compressed air stream, in the form of a thin film to the atomizing opening at which the decay of the Film takes place.
In a second design, the liquid is transported separately from the atomizing gas to the nozzle opening and flows in the form of a thin jet through the nozzle opening into one or more gas jets, where the decay of the liquid jet takes place.
The atomizing nozzle 10 is preferably supplied with the liquid catalyst as well as the carrier gas, here air, under pressure.
However, it is also easily possible to supply the liquid catalyst by suction or gravity.
Of course, it is also possible to control all the control elements, such as the control valves 5 and 6, the pressure control stages 11 and 12 and the bypass valve 14, in a programmable and fully automatic manner via a computer and control stage 15.
With this control of the pressure combinations as well as the appropriate choice of the nozzle with a given pair of nozzles, any desired liquid concentration of the catalyst-gas mixture can be achieved, whereby changes in the ambient temperature can also be compensated for, so that the curing process can now be optimized in a comparative manner minimal effort can be achieved.