DE102015004889A1

DE102015004889A1 - Verfahren zum Entkernen von Gussteilen mit anschließender Regenerierung des Kernaltsandes

Info

Publication number: DE102015004889A1
Application number: DE102015004889.9A
Authority: DE
Inventors: Gotthard Wolf; Hartmut Polzin
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-10-20

Abstract

Bei der Herstellung von Gussteilen aus metallischen Gusslegierungen werden zur Abbildung von Hohlräumen verlorene Sandkerne verwendet, die nach der Erstarrung der Gussteile wieder entfernt werden müssen. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Entkernen solcher Gussteile kombiniert mit einer sich unmittelbar anschließenden Regenerierung des entfernten Kernaltsandes. Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zum Entkernen von Gussteilen mit sich anschließender Regenerierung des Kernaltsandes zu entwickeln, dass eine wasserfreie Entkernung von Gussteilen und eine wasserfreie Kernsandaufbereitung ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, dass der im Gussstück zu entfernende Kern mit einem Trockeneisdruckluftstrahl beaufschlagt, der dadurch gelockerte Kernaltsand abgeführt, in den abgeführten kalten Kernaltsand mechanische Energie eingebracht und der kalte Kernaltsand anschließend einer Entstaubungsanlage zur Entfernung der Binderanteile zugeführt wird.

Description

Bei der Herstellung von Gussteilen aus metallischen Gusslegierungen werden zur Abbildung von Hohlräumen verlorene Sandkerne verwendet, die nach der Erstarrung der Gussteile wieder entfernt werden müssen. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Entkernen solcher Gussteile kombiniert mit einer sich unmittelbar anschließenden Regenerierung des entfernten Kernaltsandes.
Ihre Festigkeit erhalten die verlorenen Kerne aus Quarzsand oder anderen Sanden durch Formstoffbindemittel. Bindemittel für die Formsande können anorganischer oder organischer Natur sein, wobei die anorganischen Bindemittel in natürliche und in synthetische anorganische Bindemittel unterteilt werden. Natürliche anorganische Bindemittel umfassen Tone wie Montmorrillonit, Glaukonit, Kaolinit, Illit oder Attapulgit. Synthetische anorganische Bindemittel umfassen unter anderem Wasserglas, Zement und Gips. Organische Bindemittel umfassen Kunstharze wie die Phenol-, Harnstoff-, Furanharze sowie Ethylsilikat, Öle, Kohlehydratbinder, wasserlösliche Flüssigkeitsbinder auf Basis von Sulfit-Ablaugen, Melasse, Dextrose-Abläufen, Alkanolaminen und Pechbinder werden auch noch eingesetzt (K.-E. Höner „Gießereiwesen", Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, S. 271–287, Bd. 12, 4. Auflage, Verlag Chemie Weinheim, 1976). Zur Entfernung des Kernformstoffes nach der Gussteilherstellung werden vorrangig mechanische Verfahren auf der Basis von Rüttel-, Vibrations- oder Schlagtechnik angewendet. Derartige Entkernverfahren sind zeitaufwändig sowie lärm-, vibrations- und staubintensiv. Die Gussteile müssen danach gereinigt werden. Bekannt ist auch die Entkernung von Gussteilen durch Wasserhochdrucktechnik ( EP 2 727 670 A1 , DE 102 48 856 A1 ), wobei eine nachfolgende Reinigung nicht mehr notwendig ist. Es ist bekannt, dass Kernwerkzeuge mit Trockeneis gereinigt werden können, wobei kleine gefrorenen Kohlendioxid-Pellets mit Druckluft auf die zu reinigenden Oberflächen geschossen werden. Durch die dadurch bewirkte Schockkühlung platzen die Sandreste vom Untergrund ab und können abgeblasen bzw. abgesaugt werden. Nachteilig gegenüber der Reinigung mit Hochdruckwasser ist der kostenintensive Verbrauch von Trockeneis. (H. Finkenberg: Produktion und Technik, Gießerei-Erfahrungsaustausch 9/2008 S. 31).
DE 43 06 007 A1 beschreibt ein Verfahren zur Regenerierung wasserglasgebundener Gießereialtsande, wobei der mechanisch zerkleinerte Gießereisand auf Temperaturen über 200°C erhitzt und dadurch die störenden Bestandteile zerstört oder derart umgewandelt werden, dass der Gießereisand für einen weiteren Formprozess geeignet ist. EP 0876866A1 beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kalten Aufbereitung von Gießereisand, wobei der Gießereisand, der Bindemittel oder andere Additive enthält, auf Temperaturen unter 0°C abgekühlt, bei Temperaturen unter 0°C zur Ablösung der Bindemittel von der Sandkornoberfläche mechanisch beansprucht und der Sand und das Bindemittel bzw. Additive in separate Fraktionen getrennt wird. Bei tongebundenen Gießereisanden ist der Zusatz von bis zu 16% Wasser und die Kühlung des Sandes auf unter –40°C zweckmäßig. Die Abkühlung des Sandes erfolgt vorzugsweise durch die Zugabe von flüssigem Stickstoff.
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zum Entkernen von Gussteilen mit sich anschließender Regenerierung des Kernaltsandes zu entwickeln, dass eine wasserfreie Entkernung von Gussteilen und eine wasserfreie Kernsandaufbereitung ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, dass der im Gussstück zu entfernende Kern mit einem Trockeneisdruckluftstrahl beaufschlagt, der dadurch gelockerte Kernaltsand abgeführt, in den abgeführten kalten Kernaltsand mechanische Energie eingebracht und der kalte Kernaltsand anschließend einer Entstaubungsanlage zur Entfernung der Binderanteile zugeführt wird. Das Entkernen der Gussteile wird mit einer Trockeneisstrahlanlage durchgeführt. Eingesetzt werden dabei handelsübliche Trockeneispellets. Die auf den Sandkern aufgestrahlten Trockeneispellets zerbrechen den Sandkern einerseits durch die eingebrachte mechanische Energie und andererseits durch die entstehenden Spannungen infolge der schnellen Abkühlung. Nach dem Auftreffen der Trockeneispellets auf die Kernoberfläche sublimiert das Trockeneis vollständig. Die dabei freiwerdende Energie wird zur Abführung des Kernaltsandes genutzt. Durch die Trockeneiskühlung werden die noch im Kernformstoff vorhandenen Binderhüllen versprödet. Die mechanische Energie in den entfernten kalten Kernaltsand mit den versprödeten Altbinderbestandteilen wird z. B. durch Schleifen, Schlagen, Prallen oder Reiben eingebracht, wodurch die versprödeten Binderbestandteile von den Sandkörnern abgetragen werden. Die abgetragenen Binderbestandteile werden durch eine Entstaubungsanlage aus dem Kernaltsand abgeführt und im Ergebnis entsteht ein wiedereinsatzfähiger Formgrundstoff (das Regenerat). Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Gussteilentkernung mittels Trockeneisstrahlgerät mit der Kernaltsandwiederaufbereitung (Regenerierung) bei tiefen Temperaturen wird eine wasserfreie Technologie bereitgestellt, die die höheren Kosten bei der Gussteilentkernung durch Kostensenkung bei der Kernaltsandaufbereitung mehr als ausgleicht.
Ausführungsbeispiel
Eine Anwendung von anorganisch gebundenen Kernen liegt heute in der Herstellung von Zylinderköpfen für PKW-Motoren aus Aluminiumgusslegierungen. Als Bindemittel für den Formgrundstoff werden Systeme auf Silikatbasis eingesetzt, zusätzlich setzt man dem Formstoff Additive zur Verbesserung der Eigenschaften zu. Ein typischer eingesetzter Formstoff besteht aus 2–3 Vol.-% Silikatbinder; 0,5–1,0 Vol.-% Additiven und Quarzsand. Diese Formstoffmischung wird vorzugsweise in einem Flügelmischer hergestellt und dann in einer Kernschießmaschine zu Kernen verarbeitet. Zur Kernherstellung wird die hergestellte Formstoffmischung in einen auf 160 bis 200°C erwärmten Kernkasten geschossen und beginnt durch die Wärme des Urformwerkzeuges auszuhärten. Eine anschließende Warmluftbegasung schließt die Härtung im Werkzeug ab und der fertige Kern kann entnommen werden. Nach erfolgter Endverfestigung (nach 1 bis 24 Stunden) und Nachbearbeitung des Kerns (z. B. Entgraten und Schlichten) wird der Kern in die Gießform eingelegt und Aluminiumschmelze in die Form gegossen. Nach dem Erstarren und Abkühlen wird das Gussteil aus der Form entnommen.
Das Gussteil enthält nach dem Auspacken aus der Form einen Großteil des Kernformstoffes. Dieser wird nun mit Hilfe von Trockeneisgranulat aus dem Teil gelöst. Dazu wird ein handelsübliches Gerät zum Trockeneisstrahlen verwendet, welches in der Gießerei zur Reinigung von Kernkästen oder Modellen verwendet wird. Das verwendete Trockeneis hat eine Granaliengröße von ca. 3 mm und wird durch den Druckluftstrahl auf eine Geschwindigkeit von bis zu 300 m/s beschleunigt. Beim Aufprall entsteht ein punktueller Thermoschock, welcher zur Versprödung der vorhandenen Binderhüllen führt. Nachfolgende Pellets sorgen dann für die Auflösung des Formstoffverbundes. Die Trockeneispellets gehen sofort nach dem Aufprall in den gasförmigen Zustand über und hinterlassen einen trockenen und weitgehend kornvereinzelten Kernaltsand.
Das Granulat hat beim Aufprall auf die Formstoffoberfläche eine Temperatur von –78°C. Der ausgetragene Altsand hat ein Maximaltemperastur von ca. –70°C und wird sofort in das Regenerierungsaggregat überführt. Dort werden die tiefkalten und spröden Binderhüllen durch den Eintrag von mechanischer Energie (z. B. durch Schleifen, Reiben oder Prallen) von den Sandkörnern entfernt. Nach dem Absaugen der abgelösten staubförmigen Bindereste durch eine Trocken- oder Nassentstaubung liegt ein gereinigter Formgrundstoff (das Regenerat) vor, der unter Zusatz von neuem Binder erneut zu Kernen verarbeitet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2727670 A1 [0002]
DE 10248856 A1 [0002]
DE 4306007 A1 [0003]
EP 0876866 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

K.-E. Höner „Gießereiwesen”, Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, S. 271–287, Bd. 12, 4. Auflage, Verlag Chemie Weinheim, 1976 [0002]
H. Finkenberg: Produktion und Technik, Gießerei-Erfahrungsaustausch 9/2008 S. 31 [0002]

Claims

Verfahren zum Entkernen von Gussteilen mit anschließender Regenerierung des Kernaltsandes, gekennzeichnet dadurch, dass der im Gussstück zu entfernende Kern mit einem Trockeneisdruckluftstrahl beaufschlagt, der dadurch gelockerte Kernaltsand abgeführt, in den abgeführten kalten Kernaltsand mechanische Energie eingebracht und der kalte Kernaltsand anschließend einer Entstaubungsanlage zur Entfernung der entfernten Binderanteile zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass in den abgeführten kalten Kernsand mechanische Energie durch Schleifen, Schlagen, Prallen oder Reiben eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der kalte Kernaltsand einer Trockenentstaubungsanlage zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der kalte Kernsand einer Nassentstaubungsanlage zugeführt wird.