DE102018120993A1 - Process for the gassing of molding material injected into a core box for the production of casting cores with a catalyst gas - Google Patents

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Klaus Arnold
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begasung von für die Herstellung eines Gießkerns in einen Kernkasten (3) eingeschossenen Formstoff (FS) mit einem Katalysatorgas (KG), das aus Druckluft (DL) und einem Katalysator (KS) gemischt ist. Die Druckluft (DL) wird vor der Vermischung auf eine Drucklufttemperatur erwärmt und mit einem Überdruck (PL) beaufschlagt. Der flüssige Katalysator (KS) wird in den Druckluftstrom (DL) eingebracht und verdampft dabei. Die eingebrachte Katalysatormenge wird so eingestellt, dass die Konzentration KK an Katalysator (KS) in dem Katalysatorgas (KG) unterhalb einer Grenzkonzentration UEG(T) liegt. Das Katalysatorgas (KG) wird über eine an den Kernkasten (3) angekoppelte Begasungseinrichtung (8) in den Kernkasten (3) geleitet. Um bei einem solchen Verfahren minimierte Aushärtezeiten und eine hohe Produktivität zu erzielen, schlägt die Erfindung vor, während der Begasung den Katalysator (KS) als geregelten Katalysator-Volumenstrom (KV) in den erwärmten und druckbeaufschlagten Druckluftstrom (DL) kontinuierlich einzudüsen, mindestens die Temperatur (T_IST) des Katalysatorgases (KG), vorzugsweise auch dessen Druck und Volumenstrom, vor seinem Eintritt in den Kernkasten (3) zu erfassen und den in den jeweiligen Druckluftvolumenstrom (DL) eingedüsten Katalysator-Volumenstrom (KV) in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur (T_IST) des Katalysatorgases (KG) derart zu regeln, dass für die Konzentration KK des Katalysators (KS) im Katalysatorgas (KG) stets gilt KK < UEG(T).The invention relates to a method for gassing molding material (FS) shot into a core box (3) for the production of a casting core with a catalyst gas (KG) which is mixed from compressed air (DL) and a catalyst (KS). The compressed air (DL) is heated to a compressed air temperature and mixed with an overpressure (PL) before mixing. The liquid catalyst (KS) is introduced into the compressed air flow (DL) and evaporates in the process. The amount of catalyst introduced is adjusted so that the concentration KK of catalyst (KS) in the catalyst gas (KG) is below a limit concentration LEL (T). The catalyst gas (KG) is fed into the core box (3) via a gassing device (8) coupled to the core box (3). In order to achieve minimized curing times and high productivity in such a process, the invention proposes to continuously inject the catalyst (KS) as a regulated catalyst volume flow (KV) into the heated and pressurized compressed air stream (DL), at least the temperature, during the gassing (T_IST) of the catalyst gas (KG), preferably also its pressure and volume flow, before it enters the core box (3) and the catalyst volume flow (KV) injected into the respective compressed air volume flow (DL) as a function of the detected temperature ( T_IST) of the catalyst gas (KG) in such a way that KK <LEL (T) always applies to the concentration KK of the catalyst (KS) in the catalyst gas (KG).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begasung von Kernsand, der für die Herstellung von Gießkernen in einen Kernkasten eingeschossen worden ist und als Mischung aus Kernsand, einem organischen Binder und optional zugegebenem Additiv vorliegt, wobei die Begasung mit einem Katalysatorgas erfolgt, das aus Druckluft und einem dampfförmigen Katalysator gemischt ist.The invention relates to a method for gassing core sand, which has been shot into the core box for the production of casting cores and is present as a mixture of core sand, an organic binder and optionally added additive, the gassing being carried out with a catalyst gas consisting of compressed air and a vaporous catalyst is mixed.

Um beim Gießen von Gussteilen aus Metallschmelzen Hohlräume im oder eine Außenkontur am jeweiligen Gussteil abzubilden, werden so genannte Gießkerne verwendet. Die Gießkerne werden in eine zum Gießen des Gussteils vorgesehene Gießform eingesetzt, um in dem Gussteil Höhlungen, Kanäle, Leitungen und desgleichen zu formen, oder dienen als äußere Formteile, die den die Form des Gussteils bestimmenden Formhohlraum der Gießform an seiner Außenseite begrenzen. Bei den im Inneren der Gießform angeordneten Gießkernen handelt es sich in der Regel um so genannte „verlorene Kerne“, die beim Entformen des Gussteils zerstört werden. Dagegen werden als äußere Formteile wiederholt verwendbare „Dauerkerne“ eingesetzt werden, die beim Entformen des Gussteils erhalten bleiben. Bei Gussteilen, die auch im Bereich ihrer äußeren Kontur eine komplexe Gestaltung aufweisen, werden jedoch auch Gießformen, so genannte „Kernpakete“ eingesetzt, die vollständig aus Gießkernen zusammengesetzt sind.So-called casting cores are used to form voids in or an outer contour on the respective casting when casting cast parts from molten metal. The casting cores are inserted into a casting mold provided for casting the casting, in order to form cavities, channels, lines and the like in the casting, or serve as external molded parts which delimit the outside of the mold cavity of the casting mold which determines the shape of the casting. The casting cores arranged inside the casting mold are generally so-called “lost cores”, which are destroyed when the casting is removed from the mold. In contrast, “permanent cores” that can be used repeatedly are used as outer molded parts and are retained when the casting is removed from the mold. In the case of cast parts that also have a complex design in the area of their outer contour, however, molds, so-called “core packages”, are also used, which are composed entirely of casting cores.

Für die Herstellung der Kerne gibt es verschiedene Verfahren und Werkstoffe. Ein Verfahren, welches in großem Umfang Verwendung findet, ist das ColdBox-Verfahren (s. beispielsweise DE 24 13 537 A1 ).There are various processes and materials for the production of the cores. One method that is widely used is the ColdBox method (see for example DE 24 13 537 A1 ).

Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Formstoff aus hierzu bewährtem Kernsand und ebenso bekanntem Binder gemischt. Ausgestaltungen derartiger Bindersysteme sind in großer Zahl bekannt (s. beispielsweise WO 2016/165916 A1 ). Zusätzlich können dem Formstoff optional Additive zugegeben werden, um seine Eigenschaften, wie das Fließverhalten, die Lagerfähigkeit und desgleichen einzustellen.In this process, a molding material consisting of core sand that has been tried and tested for this purpose and a binder that is also known are mixed. A large number of designs of such binder systems are known (see, for example WO 2016/165916 A1 ). In addition, additives can optionally be added to the molding material in order to adjust its properties, such as the flow behavior, the shelf life and the like.

Bei der Herstellung von Gießkernen für die Erzeugung von Gussteilen aus Eisengussschmelzen handelt es sich bei dem Bindersystem typischerweise um Isocyanat und Phenolharz, die im aus dem Kernsand geformten Gießkern zu Polyurethan werden und so den Zusammenhalt der Körner des Kernsands über eine zum Abgießen der Metallschmelze in der jeweiligen Gießform ausreichenden Zeit gewährleisten.In the production of casting cores for the production of castings from cast iron melts, the binder system is typically isocyanate and phenolic resin, which in the casting core formed from the core sand become polyurethane and thus the cohesion of the grains of the core sand via one for pouring off the molten metal in the Ensure sufficient time for each mold.

Um den Formstoff industriell verarbeiten zu können, muss der Formstoff mehrere Stunden lagerfähig sein. Um trotzdem zu einer schnellen Produktion zu kommen, wird nach dem Formen der Kerne aus dem Formstoff dessen Aushärtung durch einen Katalysator in Gasform auf wenige Sekunden reduziert.In order to be able to process the molding material industrially, the molding material must be storable for several hours. In order to achieve rapid production nevertheless, after the cores have been formed from the molding material, their curing is reduced to a few seconds by a catalyst in gaseous form.

Als Katalysator werden hier typischerweise Amine eingesetzt (s. https://www.giessereilexikon.com/giesserei-lexikon/Encyclopedia/show/coldbox-verfahren-781/), die mit der als Träger- und Transportgas dienenden Druckluft zu dem Katalysatorgas vermischt werden.Amines are typically used as the catalyst here (see https://www.giessereilexikon.com/giesserei-lexikon/Encyclopedia/show/coldbox-verfahren-781/), which mixes with the compressed air serving as carrier and transport gas to form the catalyst gas become.

Die Gießkernfertigung im Coldbox-Verfahren läuft dabei wie folgt ab (s. https://www.giessereilexikon.com/giessereilexikon/Encyclopedia/show/kemschiessmaschine-800/):

  • - Es wird ein so genannter Kernkasten zur Verfügung gestellt, der einen den herzustellenden Kern abbildenden Formhohlraum umgrenzt.
  • - Der Formstoff wird in eine über den Kernkasten gesetzte Schusshaube gegeben und mittels eines Druckluftstoßes durch Öffnungen im Kernkasten in den Hohlraum des Kernkastens geschossen.
  • - Als Katalysatorgas wird ein vorerwärmtes Druckluft-Amin-Gemisch in den Kernkasten geblasen. Hierzu wird eine Begasungsplatte, die Einblasdüsen trägt und dazu eingerichtet ist, das in sie einströmende Katalysatorgas auf die Einblasdüsen zu verteilen, so auf den Kernkasten gesetzt, dass die Einblasdüsen in die Öffnungen des Kernkastens reichen und so das Katalysatorgas gezielt zu dem Formstoff bringen, der im Kernkasten ausgehärtet werden soll. Über an dem Kernkasten vorgesehene Abströmöffnungen verlässt das Katalysatorgas den Kernkasten und wird aufgefangen, um es zu entsorgen oder für eine Wiederverwendung aufzubereiten.
  • - Nach der Beaufschlagung mit dem Katalysatorgas wird der Kernkasten mit erwärmter Druckluft gespült, um die dort möglicherweise verbliebenen Amine auszutreiben und um durch Wärmezufuhr den Aushärtvorgang schnell zum Abschluss zu bringen.
  • - Ist die Aushärtung abgeschlossen, wird der Kernkasten geöffnet und der fertige, nun formstabile Kern kann aus dem Kernkasten entnommen werden.
The casting core production using the cold box process proceeds as follows (see https://www.giessereilexikon.com/giessereilexikon/Encyclopedia/show/kemschiessmaschine-800/):
  • - A so-called core box is provided, which delimits a mold cavity that maps the core to be produced.
  • - The molding material is placed in a shooting hood placed over the core box and shot into the cavity of the core box through openings in the core box by means of a compressed air blast.
  • - A preheated compressed air / amine mixture is blown into the core box as the catalyst gas. For this purpose, a gassing plate, which carries injection nozzles and is set up to distribute the catalyst gas flowing into it onto the injection nozzles, is placed on the core box in such a way that the injection nozzles extend into the openings in the core box and thus bring the catalyst gas specifically to the molding material which should be cured in the core box. The catalyst gas leaves the core box via outflow openings provided on the core box and is collected in order to dispose of it or to prepare it for reuse.
  • - After the catalyst gas has been applied, the core box is flushed with heated compressed air in order to drive out the amines which may be left there and to bring the curing process to a conclusion quickly by applying heat.
  • - When curing is complete, the core box is opened and the finished, now dimensionally stable core can be removed from the core box.

Zur Erzeugung des Katalysatorgases wird das jeweilige Amin verdampft und in einer Mischeinrichtung mit der Druckluft vermischt. Hierzu wird in der Praxis beispielsweise eine vordosierte Menge Amin in eine mit Druckluft gefüllte Mischkammer gegeben und dort erhitzt, so dass das Amin in der Druckluft verdampft. Danach wird über Ventile das so gebildete Katalysatorgas über Leitungen zum Kernkasten geführt. Bei einem alternativen Mischverfahren wird Druckluft durch einen Durchlauferhitzer geführt und Amin in den heißen Luftstrom gedüst. Die so aus der heißen Druckluft und dem eingedüsten Amin gebildete Katalysatorgas wird direkt in den Kernkasten geleitet.To generate the catalyst gas, the respective amine is evaporated and mixed with the compressed air in a mixing device. For this purpose, a predosed amount of amine is, for example, placed in a mixing chamber filled with compressed air and heated there, so that the amine evaporates in the compressed air. Then that's how it works with valves formed catalyst gas led via lines to the core box. In an alternative mixing process, compressed air is passed through a continuous flow heater and amine is injected into the hot air stream. The catalyst gas thus formed from the hot compressed air and the injected amine is fed directly into the core box.

Abhängig von Temperatur, Druck und Sättigung mit dem jeweiligen Amin können Luft-Amin-Gemische hoch explosiv sein. Daher ist die maximale Temperatur, auf die das Katalysatorgas erhitzt werden darf, bei den konventionellen Coldbox-Verfahren typischerweise auf 120 °C beschränkt.Depending on the temperature, pressure and saturation with the respective amine, air-amine mixtures can be highly explosive. Therefore, the maximum temperature to which the catalyst gas may be heated is typically limited to 120 ° C. in the conventional cold box processes.

Aus dieser Beschränkung ergibt sich in der Praxis das Problem, dass das im Katalysatorgas als Katalysator enthaltene Amin beim Eintritt in den Kernkasten kondensiert und so keine optimale Durchspülung des im Kernkasten enthaltenen Formstoffs mit dem als Katalysator die Aushärtung des im Formstoff enthaltenen Binders beschleunigenden Amin mehr gewährleistet ist. Diese Kondensation kann so stark sein, dass sich im Bereich der Einblasdüsen größere Ansammlungen von flüssigem Amin bilden, die die Durchdringung des Formstoffs mit dem Katalysator erheblich beeinträchtigen. Die Folge davon ist, dass in der Praxis jeweils deutlich längere Taktzeiten für den Aushärtvorgang benötigt werden, als dies bei einer optimalen Durchströmung des Formstoffs mit konstant gasförmigem Katalysator der Fall wäre. Zusätzlich verlängert wird die Taktzeit, die für das Begasen des Kernkastens mit dem Katalysatorgas benötigt wird, so dass für das Austreiben von kondensiertem Amin aus dem Kernkasten deutlich längere Spülzeiten benötigt werden als bei in der Gasphase gehaltenen Amin.In practice, this limitation gives rise to the problem that the amine contained in the catalyst gas as a catalyst condenses on entry into the core box, and thus no optimal flushing of the molding material contained in the core box with the catalyst which accelerates the curing of the binder contained in the molding material more guarantees is. This condensation can be so strong that larger accumulations of liquid amine form in the area of the injection nozzles, which considerably impair the penetration of the molding material with the catalyst. The consequence of this is that in practice, significantly longer cycle times are required for the curing process than would be the case with an optimal flow of the molding material with a constant gaseous catalyst. In addition, the cycle time required for gassing the core box with the catalyst gas is extended, so that significantly longer flushing times are required to drive out condensed amine from the core box than with amine kept in the gas phase.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu nennen, mit denen sich bei der Gießkernfertigung im Coldbox-Verfahren minimierte Aushärtezeiten und eine damit einhergehend hohe Produktivität erzielen lassen.Against this background, the task has arisen of naming a method and a device with which minimized curing times and associated high productivity can be achieved in casting core production using the cold box method.

Die Erfindung hat diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.The invention has achieved this object by the method specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden wie der allgemeine Erfindungsgedanke nachfolgend im Einzelnen erläutert.Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims and, like the general inventive concept, are explained in detail below.

In Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand wird demnach bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Begasung von Formstoff, der für die Herstellung eines Gießkerns in einen Kernkasten eingeschossen worden ist und aus einer Mischung aus einem Kernsand, einem organischen Binder und optional einem Additiv vorliegt, mit einem Katalysatorgas, das als Gemisch aus Druckluft und einem Katalysator vorliegt,

  • - die Druckluft vor der Vermischung mit dem Katalysator auf eine Drucklufttemperatur erwärmt und mit einem Überdruck beaufschlagt,
  • - der in flüssiger Form bereitgestellte Katalysator in den erwärmten und druckbeaufschlagten Druckluftstrom unter Dampfbildung eingebracht,
  • - die in den Druckluftstrom eingebrachte Katalysatormenge so eingestellt, dass die Konzentration KK an Katalysator in dem Katalysatorgas unterhalb einer für den jeweiligen Katalysator geltenden Grenzkonzentration UEG(T) liegt,
und
  • - das so gebildete Katalysatorgas über eine Begasungseinrichtung in den Kernkasten geleitet, die zu diesem Zweck an den Kernkasten angekoppelt wird.
In accordance with the state explained at the outset, in a method according to the invention for the gassing of molding material which has been injected into a core box for the production of a casting core and is present from a mixture of a core sand, an organic binder and optionally an additive, with a catalyst gas , which is a mixture of compressed air and a catalyst,
  • - the compressed air is heated to a compressed air temperature and mixed with an overpressure before it is mixed with the catalyst,
  • the catalyst provided in liquid form is introduced into the heated and pressurized compressed air stream with the formation of steam,
  • - The amount of catalyst introduced into the compressed air flow is adjusted so that the concentration KK of catalyst in the catalyst gas is below a limit concentration UEG (T) applicable to the respective catalyst,
and
  • - The catalyst gas thus formed is passed through a gassing device in the core box, which is coupled to the core box for this purpose.

Erfindungsgemäß wird nun

  • - während der Begasung
  • - der Katalysator als geregelter Katalysator-Volumenstrom in den erwärmten und druckbeaufschlagten Druckluftstrom kontinuierlich eingedüst,
  • - die Temperatur des Katalysatorgases vor seinem Eintritt in den Kernkasten erfasst
und
  • - der in den jeweiligen Druckluftvolumenstrom eingedüste Katalysator-Volumenstrom in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur des Katalysatorgases derart geregelt, dass für die Konzentration KK des Katalysators in dem Katalysatorgas stets gilt KK < UEG(T).
According to the invention
  • - during fumigation
  • the catalyst is continuously injected into the heated and pressurized compressed air stream as a regulated volume flow of catalyst,
  • - Detects the temperature of the catalyst gas before it enters the core box
and
  • - The catalyst volume flow injected into the respective compressed air volume flow is regulated as a function of the detected temperature of the catalyst gas in such a way that for the concentration KK of the catalyst in the catalyst gas always applies KK <LEL (T).

Erfindungsgemäß wird somit nicht nur eine erfahrungsgemäß für die Aushärtung der in den Kernkasten eingeschossenen Formstoffmenge ausreichende Menge an flüssig bereitstehendem Katalysator in die Druckluftmenge eingedüst, um das Katalysatorgas zu erzeugen, sondern der Katalysator wird zudem mindestens auch temperaturabhängig geregelt mit dem vorgeheizten Druckluftstrom vermischt. Dabei findet die Temperaturmessung im kritischen Bereich zwischen der Stelle, an der die Zumischung des Katalysators stattfindet, und dem Eintritt in den Formhohlraum des Kernkastens statt.According to the invention, not only is an amount of liquid catalyst available, which is sufficient for curing the amount of molding material injected into the core box, injected into the amount of compressed air to produce the catalyst gas, but the catalyst is also, at least as a function of temperature, mixed with the preheated compressed air stream. The temperature measurement takes place in the critical area between the point at which the catalyst is added and the entry into the mold cavity of the core box.

Durch die erfindungsgemäß temperaturgeregelte Zugabe des Katalysators zu der Druckluft ist einerseits sichergestellt, dass stets immer nur so viel Katalysatorflüssigkeit in die Druckluft eingebracht wird, dass die kritische Konzentrationsgrenze UEG, die so genannte „untere Eingriffgrenze“, ab der ein potenziell explosionsfähiges Luft-Katalysator-Gemisch vorliegen würde, sicher nicht überschritten wird. Hierbei wird der an sich bekannten Temperaturabhängigkeit der Konzentrationsgrenze UEG Rechnung getragen.The temperature-controlled addition of the catalyst to the compressed air according to the invention ensures on the one hand that only as much catalyst liquid is always introduced into the compressed air that the critical concentration limit LEL, the so-called “lower intervention limit”, drops a potentially explosive air-catalyst mixture would certainly not be exceeded. The known temperature dependence of the concentration limit LEL is taken into account.

Gemäß der europäischen Richtlinie 94/9/EG („ATEX“) wird beispielsweise im Rahmen von Betriebszulassungen die Konzentrationsgrenze UEG für im industriellen Umfeld eingesetzte Stoffgemische bestimmt, die in einem explosionsgefährdeten Umfeld eingesetzt bzw. selbst explosionsgefährdend sein können. Dementsprechend sind die üblicherweise in Form von Konzentrations-Temperatur-Diagrammen (s. 2) dargestellten Konzentrationsgrenzen UEG für Stoffe, die bei der Erzeugung von Gießkernen im Coldbox-Verfahren die als Katalysatoren eingesetzt werden, standardmäßig bekannt.According to the European Directive 94/9 / EC ("ATEX"), the concentration limit LEL is determined, for example, in the context of company approvals for mixtures of substances used in an industrial environment, which may be used in an explosive environment or may even be explosive. Accordingly, they are usually in the form of concentration-temperature diagrams (see 2 ) shown concentration limits UEG for substances that are used as standard in the production of casting cores in the cold box process that are used as catalysts.

Indem erfindungsgemäß die Zugabe des Katalysators temperaturabhängig vorgenommen wird, ist auch bei hohen Temperaturen stets sichergestellt, dass das erfindungsgemäß gemischte Katalysatorgas kein explosionsfähiges Gasgemisch darstellt. Auf diese Weise ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die Temperatur des Katalysatorgases deutlich über die Temperaturgrenze von 120 °C anzuheben, die üblicherweise bei heute eingesetzten Kernfertigungsmaschinen gilt, die nach dem Coldbox-Verfahren arbeiten. Durch die erhöhte Temperatur wird eine erhöhte Wirksamkeit des in den Kernkasten erfindungsgemäß eingeblasenen Katalysatorgases und damit einhergehend eine deutlich verkürzte Aushärtezeit erreicht.By making the addition of the catalyst dependent on the temperature according to the invention, it is always ensured, even at high temperatures, that the catalyst gas mixed according to the invention is not an explosive gas mixture. In this way, it is possible in the method according to the invention to raise the temperature of the catalyst gas significantly above the temperature limit of 120 ° C., which usually applies to core production machines used today which operate according to the cold box method. The increased temperature results in an increased effectiveness of the catalyst gas blown into the core box according to the invention and, as a result, a significantly reduced curing time.

Gleichzeitig wird dadurch, dass erfindungsgemäß nicht nur, wie im Stand der Technik üblich, zur Erzeugung des Katalysatorgases eine bestimmte Katalysatorportion auf einen Schlag einem bestimmten Druckluftvolumen zugegeben wird, sondern während des Begasens, insbesondere laufend, in erfindungsgemäßer Weise geregelt Katalysator zugegeben wird, sichergestellt, dass auch dann eine für das Aushärten des Formstoffs ausreichende Menge an Katalysator in den Kernkasten gelangt, wenn die Konzentration des Katalysators im Katalysatorgas aufgrund einer erhöhten Temperatur herabgesetzt ist, um die für diese Temperatur geltende Konzentrationsgrenze UEG nicht zu überschreiten.At the same time, this ensures that, according to the invention, not only is a certain catalyst portion added to a certain volume of compressed air in one fell swoop to produce the catalyst gas, but also, during the gassing, in particular continuously, a controlled catalyst is added in the manner according to the invention, that a sufficient amount of catalyst for the hardening of the molding material gets into the core box when the concentration of the catalyst in the catalyst gas is reduced due to an elevated temperature in order not to exceed the concentration limit LEL valid for this temperature.

Ergänzend zu der erfindungsgemäß beim Mischen des Katalysatorgases temperaturabhängig geregelten Zugabe des Katalysators und der damit erzielten Steigerung der Effektivität des Aushärteprozesses kann die Entstehung von Kondensat aus dem im Katalysatorgas enthaltenen Katalysator in den zum Kernkasten führenden Leitungen, in der an den Kernkasten angekoppelten Begasungseinrichtung oder dem Kernkasten selbst dadurch vermieden werden, dass zusätzlich zu der beim Erzeugen des Katalysatorgases temperaturgeregelten Zugabe des Katalysators zu der Druckluft der Druck des Katalysatorgases vor dem Eintritt in den Kernkasten erfasst und der Druckluftvolumenstrom in Abhängigkeit vom erfassten Druck des Katalysatorgases derart geregelt wird, dass der Partialdruck des Katalysators in dem Katalysatorgas stets unterhalb eines Grenzdrucks liegt, bei dessen Überschreiten es zur Kondensation von Katalysator aus dem Katalysatorgas kommen würde. Um eine optimal präzise druckbezogene Regelung des Katalysatorgases zu erreichen, kann zusätzlich auch der Volumenstrom des zum Kernkasten strömenden Katalysatorgases gemessen werden.In addition to the addition of the catalyst, which is regulated as a function of the temperature when the catalyst gas is mixed, and the increase in the effectiveness of the curing process achieved thereby, the formation of condensate from the catalyst contained in the catalyst gas can occur in the lines leading to the core box, in the gassing device coupled to the core box, or in the core box can be avoided even in that, in addition to the temperature-controlled addition of the catalyst to the compressed air during the generation of the catalyst gas, the pressure of the catalyst gas is recorded before entering the core box and the compressed air volume flow is regulated in dependence on the detected pressure of the catalyst gas in such a way that the partial pressure of the catalyst in the catalyst gas is always below a limit pressure, above which condensation of the catalyst from the catalyst gas would occur. In order to achieve an optimally precise pressure-related control of the catalyst gas, the volume flow of the catalyst gas flowing to the core box can also be measured.

Die zur Vermeidung von Kondensation erfindungsgemäß zusätzlich zur temperaturbezogenen Regelung auch in Abhängigkeit vom Druck und vom Volumenstrom des Katalysatorgases erfolgende Regelung des Druckluftvolumenstroms wird dabei durch die temperaturabhängige Regelung der Konzentration des Katalysators im Katalysatorgas überlagert und steht in gegenseitiger Abhängigkeit mit der temperaturabhängigen Regelung. Stellt sich heraus, dass zur Vermeidung von Kondensatbildung der Druckluftvolumenstrom gesenkt werden muss, um den Druck zu mindern, so würde dies bei einer konstanten, ungeregelten Zumischung von Katalysator bei der Erzeugung des Katalysatorgases zu einer Erhöhung der Katalysatorkonzentration im Katalysatorgas führen, was wiederum ein Überschreiten der kritischen Konzentrationsgrenze UEG zur Folge haben könnte. Da aber erfindungsgemäß die Konzentration des Katalysators im Katalysatorgas temperaturabhängig stets so eingestellt wird, dass die Konzentrationsgrenze UEG nicht überschritten wird, kann dieser Effekt beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht auftreten.The regulation of the compressed air volume flow to avoid condensation according to the invention, in addition to the temperature-related regulation, also as a function of the pressure and the volume flow of the catalyst gas, is superimposed by the temperature-dependent regulation of the concentration of the catalyst in the catalyst gas and is interdependent with the temperature-dependent regulation. If it turns out that in order to avoid the formation of condensate, the compressed air volume flow has to be reduced in order to reduce the pressure, this would lead to an increase in the catalyst concentration in the catalyst gas with a constant, unregulated admixture of catalyst, which in turn would exceed it could result in the critical concentration limit UEG. However, since, according to the invention, the concentration of the catalyst in the catalyst gas is always set in a manner dependent on the temperature so that the concentration limit LEL is not exceeded, this effect cannot occur in the method according to the invention.

Im Fall der besonders praxisrelevanten Ausgestaltung, bei der eine sowohl temperatur-, als auch druckabhängige erfindungsgemäße Regelung der Zusammensetzung des Katalysatorgases einerseits und dessen Druck andererseits stattfindet, lassen sich somit besonders betriebssicher kurze Aushärtezeiten, entsprechend kurze Taktzeiten und damit einhergehend eine maximierte Produktivität bei der Fertigung von Gießkernen realisieren.In the case of the particularly practice-relevant design, in which the composition of the catalyst gas is regulated on the one hand and its pressure as a function of temperature and pressure according to the invention, short curing times, correspondingly short cycle times and, consequently, maximized productivity during production can be carried out in a particularly reliable manner of casting cores.

Hierbei zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere dadurch aus, dass bei ihm die Drucklufttemperatur des mit dem Katalysator vermischten Druckluftstroms und des aus dem derart erwärmten Druckluftstrom und dem Katalysator gemischten Katalysatorgases typischerweise mehr als 120 °C und bis zu 350 °C betragen kann.The method according to the invention is characterized in particular in that the compressed air temperature of the compressed air stream mixed with the catalyst and of the catalyst gas mixed from the heated compressed air stream and the catalyst can typically be more than 120 ° C. and up to 350 ° C.

Als „Überdruck“ wird hier die Differenz zwischen dem Normaldruck (= 1 bar absolut) und dem tatsächlichen Druck des Druckluftstroms bezeichnet. Demnach entspricht 1 bar Überdruck einem Druck von 2 bar absolut. Der Überdruck, mit dem der Druckluftstrom beaufschlagt ist, wenn er in erfindungsgemäßer Weise mit dem Katalysator zu dem Katalysatorgas vermischt wird, liegt typischerweise im Bereich von 1 - 6 bar über dem Normaldruck.The “overpressure” is the difference between the normal pressure (= 1 bar absolute) and the actual pressure of the compressed air flow. Accordingly, 1 bar overpressure corresponds to a pressure of 2 bar absolute. The overpressure with which the compressed air stream is acted upon when it is mixed with the catalyst to the catalyst gas in the manner according to the invention is typically in the range of 1-6 bar above normal pressure.

Als Katalysator eignen sich beim erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere Amine aus der Gruppe „Dimethylethylamin (DMEA), Dimethylpropylamin (DMPA), Triethylamin (TEA), Dimethylisopropylamin (DMIPA)“ ist.Particularly suitable catalysts in the process according to the invention are amines from the group “dimethylethylamine (DMEA), dimethylpropylamine (DMPA), triethylamine (TEA), dimethylisopropylamine (DMIPA)”.

Indem der Katalysator vor dem Eindüsen in den Druckluftstrom erwärmt wird, lassen sich bei der Erzeugung des Katalysatorgases eine gute Verdampfung und damit einhergehend eine gute Vermischung mit der Druckluft gewährleisten. Gleichzeitig werden Wärmeverluste, zu denen es beim Einmischen des Katalysators in die Druckluft kommen kann, sicher vermieden. Zu diesem Zweck beträgt die Temperatur, auf die der Katalysator vor dem Eindüsen erwärmt wird, vorzugsweise 20 - 250 °C.By heating the catalyst before it is injected into the compressed air stream, good evaporation and, as a result, good mixing with the compressed air can be ensured during the generation of the catalyst gas. At the same time, heat losses that can occur when the catalyst is mixed into the compressed air are reliably avoided. For this purpose, the temperature to which the catalyst is heated before the injection is preferably 20-250 ° C.

Die erfindungsgemäße Art und Weise erlaubt es ohne Weiteres, Kernkästen zu begasen, die nicht nur einen, sondern mehrere Formhohlräume für die gleichzeitige Herstellung von zwei oder mehr Gießkernen aufweisen.The manner according to the invention allows gassing core boxes which have not only one but several mold cavities for the simultaneous production of two or more casting cores to be gassed without further ado.

Nachdem die für die beschleunigte Aushärtung ausreichende Menge an Katalysator über das aus ihm und dem erwärmten und druckbeaufschlagten Druckluftstrom gebildete Katalysatorgas in den Kernkasten eingebracht worden ist, wird das Eindüsen des Katalysators in den Druckluftstrom beendet. Beim anschließenden Spülen des Kernkastens mit Druckluft kann die erfindungsgemäße temperatur- und optional zusätzlich druckabhängige Regelung des Druckluftstroms aufrechterhalten werden, um einerseits ein für das schnelle Aushärten des Formstoffs optimales Temperaturniveau im Kernkasten aufrechtzuerhalten und um andererseits sicherzustellen, dass das aus dem Kernkasten austretende Gasgemisch eine unkritische Zusammensetzung aufweist. Die so erfolgende Belüftung wird dabei zweckmäßigerweise so lange fortgesetzt, bis die Konzentration von mittels der Druckluft aus dem Kernkasten ausgespültem Katalysator im aus dem Kernkasten austretenden Gasgemisch unterhalb einer Grenzkonzentration liegt, unterhalb der der Katalysator keine umweltschädigende Wirkung mehr aufweist. Das bis zum Erreichen dieses Grenzwertes austretende Gasgemisch wird in an sich bekannter Weise aufgefangen und einer Aufbereitung oder Entsorgung zugeführt.After the amount of catalyst sufficient for the accelerated curing has been introduced into the core box via the catalyst gas formed from it and the heated and pressurized compressed air stream, the injection of the catalyst into the compressed air stream is terminated. When the core box is subsequently flushed with compressed air, the temperature-dependent and optionally additionally pressure-dependent regulation of the compressed air flow according to the invention can be maintained, on the one hand to maintain an optimal temperature level in the core box for the rapid curing of the molding material and on the other hand to ensure that the gas mixture emerging from the core box is an uncritical one Has composition. The aeration thus carried out is expediently continued until the concentration of catalyst flushed out of the core box by means of the compressed air in the gas mixture emerging from the core box is below a limit concentration below which the catalyst no longer has an environmentally harmful effect. The gas mixture escaping until this limit value is reached is collected in a manner known per se and sent for processing or disposal.

Die Erfindung schlägt somit ein Verfahren zur Begasung von für die Herstellung eines Gießkerns in einen Kernkasten eingeschossenen Formstoff, der aus einem Kernsand, einem organischen Binder und optional einem Additiv gemischt ist, mit einem als Gemisch aus Druckluft und einem Katalysator vorliegenden Katalysatorgas vor. Vor der Vermischung von Katalysator und Druckluft wird die Druckluft auf eine Drucklufttemperatur erwärmt und mit einem Überdruck beaufschlagt. Der flüssige Katalysator wird in den erwärmten und druckbeaufschlagten Druckluftstrom eingebracht und verdampft in ihm. Die eingebrachte Katalysatormenge wird so eingestellt, dass die Konzentration KK an Katalysator in dem Katalysatorgas unterhalb einer Grenzkonzentration UEG(T) liegt. Das so gebildete Katalysatorgas wird über eine an den Kernkasten angekoppelte Begasungseinrichtung in den Kernkasten geleitet. Um bei einem solchen Verfahren minimierte Aushärtezeiten und eine damit einhergehend hohe Produktivität zu erzielen, schlägt die Erfindung vor, während der Begasung den Katalysator als geregelten Katalysator-Volumenstrom in den erwärmten und druckbeaufschlagten Druckluftstrom kontinuierlich einzudüsen, mindestens die Temperatur des Katalysatorgases, vorzugsweise auch dessen Druck und optional auch dessen Volumenstrom, vor seinem Eintritt in den Kernkasten zu erfassen und den in den jeweiligen Druckluftvolumenstrom eingedüsten Katalysator-Volumenstrom mindestens in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur des Katalysatorgases, vorzugsweise zusätzlich in Abhängigkeit von dessen erfassten Druck und optional von dessen erfassten Volumenstrom, derart zu regeln, dass für die Konzentration KK des Katalysators in dem Katalysatorgas stets gilt KK < UEG(T).The invention thus proposes a method for the gassing of molding material shot into a core box for the production of a casting core, which is mixed from a core sand, an organic binder and optionally an additive, with a catalyst gas present as a mixture of compressed air and a catalyst. Before the catalyst and compressed air are mixed, the compressed air is heated to a compressed air temperature and pressurized. The liquid catalyst is introduced into the heated and pressurized compressed air stream and evaporates in it. The amount of catalyst introduced is adjusted so that the concentration KK of catalyst in the catalyst gas below a limit concentration LEL (T) lies. The catalyst gas thus formed is passed into the core box via a gassing device coupled to the core box. In order to achieve minimized curing times and an associated high productivity in such a method, the invention proposes to continuously inject the catalyst as a regulated volume flow of catalyst into the heated and pressurized compressed air stream during gassing, at least the temperature of the catalyst gas, preferably also its pressure and optionally also its volume flow, to be detected before it enters the core box and the catalyst volume flow injected into the respective compressed air volume flow at least as a function of the temperature of the catalyst gas detected, preferably additionally as a function of its pressure detected and optionally of its volume flow as such regulate that for concentration KK of the catalyst in the catalyst gas always applies KK < LEL (T) ,

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

  • 1 eine Einrichtung zum Begasen von in einen Kernkasten eingeschossenem, einen Gießkern bildenden Formstoff in einem Längsschnitt;
  • 2 ein Diagramm, in dem die Konzentration eines hier als Katalysator eingesetzten Amins in einem Katalysatorgas über die Temperatur aufgetragen ist;
  • 3 ein Dampfdruckdiagramm für ein als Katalysator bei der Begasung in der Einrichtung gemäß 1 eingesetztes Amin.
The invention is explained in more detail below on the basis of a drawing illustrating an exemplary embodiment. Each shows schematically:
  • 1 a device for gassing molded in a core box forming a casting core in a longitudinal section;
  • 2 a diagram in which the concentration of an amine used here as a catalyst in a catalyst gas is plotted against the temperature;
  • 3 a vapor pressure diagram for a as a catalyst in the fumigation in the device according to 1 Amine used.

Die Einrichtung 1 zum Begasen ist an einer konventionell aufgebauten Kernschießmaschine vorgesehen, deren Einzelheiten hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Ein typisches Beispiel für eine solche Kernschießmaschine ist in der EP 0 128 974 A1 beschrieben.The facility 1 for gassing is provided on a conventionally designed core shooter, the details of which are not shown here for the sake of clarity. A typical example of such a core shooter is in the EP 0 128 974 A1 described.

In der Kernschießmaschine wird Formstoff FS, der aus einem konventionellen, für diese Zwecke bewährten Kernsand und einem Binder gemischt ist, in einen Formhohlraum 2 eines ebenso konventionell ausgebildeten Kernkastens 3 geschossen. Der Kernkasten 3 weist dabei eine obere Kernkastenhälfte 4 auf, die auf einer unteren Kernkastenhälfte 5 sitzt, von der er zum Öffnen des Kernkastens 3 und entnehmen des in den Kernkasten 3 jeweils geformten Gießkerns abgenommen werden kann. In die obere Kastenhälfte 4 sind in üblicher Weise beispielsweise konventionelle Einblasdüsen 6 zum Einblasen von Katalysatorgas KG vorgesehen. Genauso sind in der unteren Kastenhälfte 5 in ebenso bekannter Weise ebenfalls konventionelle Entlüftungsdüsen 7 angeordnet, über die das in den Kernkasten 3 eingeblasene Katalysatorgas KG in üblicher Weise als Gasgemisch GA aus dem Kernkasten 3 abgeleitet und einer Entsorgung oder Aufbereitung zugeführt wird.In the core shooter, molding material is used FS , which is mixed from a conventional core sand, which has been tried and tested for this purpose, and a binder, into a mold cavity 2 an equally conventionally designed core box 3 shot. The Core box 3 has an upper core box half 4 on that on a lower core box half 5 from which he sits to open the core box 3 and take it into the core box 3 each molded core can be removed. In the top half of the box 4 are conventional injection nozzles, for example 6 for blowing catalyst gas KG intended. So are the bottom half of the box 5 also conventional venting nozzles in a likewise known manner 7 arranged over which in the core box 3 injected catalyst gas KG in the usual way as a gas mixture GA from the core box 3 is derived and disposed of or processed.

Nach dem Einschießen des Formstoffs FS in den Formhohlraum 2 des Kernkastens 3 wird als Begasungseinrichtung 8 eine so genannte „Begasungsplatte“ auf die Oberseite des Kernkastens 3 aufgesetzt, die haubenartig ausgebildet ist und einen zur Oberseite des Kernkastens 3 offenen Verteilraum 9 umgrenzt, dessen kernkastenseitige Öffnung die in der oberen Kernkastenhälfte 4 angeordneten Einblasdüsen 6 abdeckt. An der Oberseite des Verteilraums 9 mündet eine Versorgungsleitung 10, über die beim Begasen das Katalysatorgas KG oder Druckluft DL in den Verteilraum 9 und über die Einblasdüsen 6 in den Formstoff FS im Formhohlraum 2 des Kernkastens 3 geleitet wird.After shooting the molding material FS in the mold cavity 2 of the core box 3 is used as a fumigation facility 8th a so-called "fumigation plate" on the top of the core box 3 put on, which is designed like a hood and one to the top of the core box 3 open distribution room 9 bounded, the core box-side opening that in the upper half of the core box 4 arranged injection nozzles 6 covers. At the top of the distribution room 9 opens a supply line 10 , through which the catalyst gas during gassing KG or compressed air DL in the distribution room 9 and through the injection nozzles 6 in the molding material FS in the mold cavity 2 of the core box 3 is directed.

Im Verteilraum 9 sind mindestens ein für diese Zwecke an sich bekannter Temperaturmesssensor 11 und mindestens ein für diese Zwecke an sich ebenso bekannter Druckmesssensor 12 angeordnet. Der Temperaturmesssensor 11 und der Druckmesssensor 12 erfassen im Begasungsbetrieb die jeweilige Temperatur T_IST und den jeweiligen Druck P_IST der im Verteilraum 9 herrschenden, durch das jeweils eingeblasene Katalysatorgas KG gebildeten Atmosphäre und liefern die von ihnen erfassten Temperatur- und Druckmesswerte an eine Auswert- und Steuereinrichtung 13.In the distribution room 9 are at least one temperature measurement sensor known per se for these purposes 11 and at least one pressure measurement sensor which is also known per se for these purposes 12 arranged. The temperature measuring sensor 11 and the pressure measurement sensor 12 record the respective temperature in the fumigation mode T_IST and the respective pressure P_IST the one in the distribution room 9 prevailing, through the respectively injected catalyst gas KG formed atmosphere and deliver the measured temperature and pressure values to an evaluation and control device 13 ,

Die den Verteilerraum 9 umgrenzenden Wandungen der Begasungseinrichtung 8 sind mit einer Wärmeisolierung belegt, um Wärmeverluste des in den Verteilraum 9 eingeblasenen Katalysatorgases KG zu minimieren. Die Wärmeisolierung kann mit einer Heizung kombiniert sein, die dazu ausgelegt ist, eine Wärmewanderung von dem Katalysatorgas KG über die Wandung der Begasungseinrichtung 8 in die Umgebung zu verhindern.The the distribution room 9 bounding walls of the fumigation facility 8th are covered with thermal insulation to prevent heat loss in the distribution room 9 injected catalyst gas KG to minimize. The thermal insulation can be combined with a heater that is designed to remove heat from the catalyst gas KG over the wall of the fumigation facility 8th to prevent the environment.

In gleicher Weise ist die Versorgungsleitung 10 wärmeisoliert und optional beheizt, um sicherzustellen, dass die Temperatur der durch die Versorgungsleitung 10 strömenden Gase (Katalysatorgas KG oder Druckluft DL) weitestgehend konstant bleibt.The supply line is in the same way 10 Insulated and optionally heated to ensure that the temperature is maintained by the supply line 10 flowing gases (catalyst gas KG or compressed air DL ) remains largely constant.

Die Versorgungsleitung 10 ist an eine Druckluftversorgung 14 angeschlossen, welche den mit einem bestimmten Überdruck PL beaufschlagten Druckluftstrom DL in die Versorgungsleitung 10 leitet. Die Versorgungsleitung 10 führt dabei durch eine als konventioneller Wärmtauscher ausgebildete, regelbare Heizeinrichtung 15, von der der durch die Versorgungsleitung 10 strömende Druckluftstrom DL auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wird. Die Heizeinrichtung 15 ist über eine Steuerleitung 16 mit der Auswert- und Steuereinrichtung 13 verbunden.The supply line 10 is connected to a compressed air supply 14 connected which the with a certain overpressure PL pressurized air flow DL in the supply line 10 directs. The supply line 10 leads through a controllable heating device designed as a conventional heat exchanger 15 , of which by the supply line 10 flowing compressed air flow DL is heated to a certain temperature. The heater 15 is via a control line 16 with the evaluation and control device 13 connected.

In Strömungsrichtung S hinter der Heizeinrichtung 15 ist in der Versorgungsleitung 10 ein Stellventil 17 angeordnet, über das der durch die Versorgungsleitung 10 strömende Druckluftstrom DL geregelt wird. Auch das Stellventil 17 ist über eine Steuerleitung 18 an die Auswert- und Steuereinrichtung 13 angeschlossen.In the direction of flow S behind the heater 15 is in the supply line 10 a control valve 17 arranged, through which the through the supply line 10 flowing compressed air flow DL is regulated. Also the control valve 17 is via a control line 18th to the evaluation and control device 13 connected.

In Strömungsrichtung hinter dem Stellventil 17 und vor der Mündung der Versorgungsleitung 10 im Verteilraum 9 der Begasungseinrichtung 8 passiert die Versorgungsleitung 10 eine Eindüseinrichtung 19, die zum Eindüsen von Katalysator KS in den durch die Versorgungsleitung 10 strömenden Druckluftstrom DL ausgebildet ist.In the direction of flow behind the control valve 17 and in front of the mouth of the supply line 10 in the distribution room 9 the fumigation facility 8th passes the supply line 10 a injection device 19 that are used to inject catalyst KS in the through the supply line 10 flowing stream of compressed air DL is trained.

Dazu weist die Eindüseinrichtung 19 hinsichtlich des von ihnen ausgebrachten Katalysator-Volumenstroms KV regelbare Einspritzdüsen 20 auf, die nach Art der von Verbrennungsmotoren bekannten Einspritzdüsen ausgebildet sein können. Die Einspritzdüsen 20 sind über eine Steuerleitung 21 mit der Auswert- und Steuereinrichtung 13 verbunden und über eine Versorgungsleitung 22 an einen Tank 23 angeschlossen, in dem der hinsichtlich seiner Fließfähigkeit mit Wasser oder Benzin vergleichbare Katalysator KS bevorratet ist.The injection device points to this 19 with regard to the volume flow of catalyst that they deliver KV adjustable injectors 20th on, which can be designed in the manner of the injection nozzles known from internal combustion engines. The injectors 20th are via a control line 21 with the evaluation and control device 13 connected and via a supply line 22 to a tank 23 connected, in which the comparable fluidity with water or gasoline catalyst KS is in stock.

An der Versorgungsleitung 22 ist eine regelbare Heizeinrichtung 24 zum Beheizen des im Begasungsbetrieb durch die Versorgungsleitung 22 strömenden Katalysator-Volumenstroms KV montiert. Die Heizeinrichtung 24 ist ebenfalls über eine Steuerleitung 25 mit der Auswert- und Steuereinrichtung 13 verbunden.On the supply line 22 is an adjustable heating device 24 for heating the fumigation operation by the supply line 22 flowing catalyst volume flow KV assembled. The heater 24 is also via a control line 25th with the evaluation and control device 13 connected.

Der die Versorgungsleitung 10 durchströmende Druckluftstrom DL wird durch einen Strömungsmesssensor 26 erfasst, der in Strömungsrichtung S nach dem Stellventil 17 und vor der Eindüseinrichtung 19 in der Versorgungsleitung 10 angeordnet ist. Der Strömungsmesssensor 26 liefert seine Messergebnisse ebenfalls an die Auswert- und Steuereinrichtung 13.The the supply line 10 flowing compressed air flow DL is by a flow measurement sensor 26 recorded in the direction of flow S after the control valve 17 and in front of the injection device 19 in the supply line 10 is arranged. The flow measurement sensor 26 also delivers its measurement results to the evaluation and control device 13 ,

Die Eindüseinrichtung 19 düst während des Begasungsbetriebs den entsprechend den von der Auswert- und Steuereinrichtung 13 an sie übermittelten Steuersignalen eingestellten Katalysator-Volumenstrom KV in den die Eindüseinrichtung 19 passierenden Druckluftstrom DL, so dass aus dem Druckluftstrom DL und dem in ihn eingedüsten Katalysator KS das Katalysatorgas KG gebildet ist, das in Strömungsrichtung S nach der Eindüseinrichtung 19 in der Versorgungsleitung 10 zum Verteilraum 9 der Begasungseinrichtung 8 strömt. Die Beheizung des Katalysators KS wird dabei so vorgenommen, dass es durch das Eindüsen des Katalysators KS in den Druckluftstrom DL bei Eintritt in den Druckluftstrom DL vollständig verdampft und es zu keiner wesentlichen Temperaturänderung gegenüber der Temperatur des zu der Eindüseinrichtung 19 gelangenden Druckluftstroms DL kommt, so dass die Temperatur des in den Verteilraum 9 einströmenden Katalysatorgases KG gleich der Temperatur des Druckluftstroms DL ist.The injection device 19 injected during the gassing operation according to that of the evaluation and control device 13 to them transmitted control signals set catalyst volume flow KV into which the injection device 19 passing compressed air flow DL so that from the compressed air flow DL and the catalyst injected into it KS the catalyst gas KG is formed in the direction of flow S after the injection device 19 in the supply line 10 to the distribution room 9 the fumigation facility 8th flows. Heating the catalyst KS is carried out so that it is injected by the catalyst KS in the compressed air flow DL when entering the compressed air flow DL completely evaporated and there was no significant temperature change compared to the temperature of the injector 19 incoming compressed air flow DL comes, so the temperature of the in the distribution room 9 inflowing catalyst gas KG equal to the temperature of the compressed air flow DL is.

Bei dem Binder, der in den Formstoff FS eingemischt ist, handelt es sich beispielsweise um Phenolharz und Isocyanat. Als Katalysator KS der zur Beschleunigung des Aushärteprozesses des Formstoffes FS im Formhohlraum 2 des Kernkastens 3 eingesetzt wird, wird beispielsweise handelsübliches Dimethylpropylamin („DMPA“) C5H13N eingesetzt.For the binder that is in the molding material FS is mixed in, it is for example phenolic resin and isocyanate. As a catalyst KS to accelerate the curing process of the molding material FS in the mold cavity 2 of the core box 3 commercial dimethylpropylamine (“DMPA”) C 5 H 13 N is used.

Für den Katalysator KS ist in an sich bekannter Weise entsprechend den Vorschriften der ATEX die von Temperatur und Druck abhängige Grenzkonzentration UEG(T) bestimmt worden, ab der ein explosionsfähiges Gemisch von Katalysator KS und Luft vorliegt. Ebenso ist die temperaturabhängige Grenzkonzentration OEG(T) bestimmt worden, bei deren Überschreiten die Luft so stark mit Katalysator KS gesättigt ist, dass keine Explosionsgefahr mehr besteht. Die Grenzkonzentration OEG(T) spielt jedoch hier keine Rolle, da es bei derart hohen Konzentrationen KK von Katalysator KS in dem aus der Druckluft DL und dem Katalysator KS gebildeten Katalysatorgas KG zu massiver Kondensatbildung in der Begasungseinrichtung 8 oder im Kernkasten 3 kommen würde. Das Ergebnis der Ermittlung der Grenzkonzentrationen UEG(T) und OEG(T) ist in 2 schematisch als Diagramm dargestellt. Die Grenzkonzentrationen UEG(T) und OEG(T) begrenzen somit nach unten und oben den Bereich, in dem in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur die Konzentrationen KK des Katalysators KS im Druckluftstrom DL liegen, bei denen ein zündfähiges, aus dem Druckluftstrom DL und dem Katalysator KS gemischtes Katalysatorgas KG vorliegen würde und der als solcher nicht erreicht werden darf.For the catalyst KS is the limit concentration dependent on temperature and pressure in a manner known per se in accordance with the ATEX regulations LEL (T) have been determined from which an explosive mixture of catalyst KS and there is air. The temperature-dependent limit concentration is also OEG (T) have been determined, when exceeded the air so strongly with catalyst KS is saturated that there is no longer any risk of explosion. The limit concentration OEG (T) does not matter here since it is at such high concentrations KK of catalyst KS in which from the compressed air DL and the catalyst KS formed catalyst gas KG massive condensate formation in the gassing device 8th or in the core box 3 would come. The result of the determination of the limit concentrations LEL (T) and OEG (T) is in 2 represented schematically as a diagram. The limit concentrations LEL (T) and OEG (T) thus limit the range in which the concentrations depend on the respective temperature KK of the catalyst KS in the compressed air flow DL lie where an ignitable, from the compressed air flow DL and the catalyst KS mixed catalyst gas KG would exist and as such must not be reached.

In 3 ist das für DMPA geltende Dampfdruck-Diagramm wiedergegeben, das üblicherweise vom Hersteller zur Verfügung gestellt oder im Labor erstellt wird. Aus dem Dampfdruck-Diagramm geht der temperaturabhängige kritische Dampfdruck PG hervor, bei dessen Überschreiten das zuvor gasförmige DMPA in die flüssige Phase übergeht.In 3 the vapor pressure diagram applicable to DMPA is reproduced, which is usually provided by the manufacturer or created in the laboratory. The temperature-dependent critical vapor pressure is derived from the vapor pressure diagram PG when it is exceeded, the previously gaseous DMPA passes into the liquid phase.

Der Verlauf der kritischen Grenzkonzentration UEG(T) und der Verlauf des Grenzdrucks PG sind in datentechnisch aufbereiteter Form in der Auswert- und Steuereinrichtung 13 als Prozessparameter hinterlegt.The course of the critical limit concentration LEL (T) and the course of the limit pressure PG are in data processing form in the evaluation and control device 13 stored as process parameters.

Demnach liegt bei einem Überdruck von 1 - 3 bar, d.h. einem Druck P, der um 1 - 3 bar über dem Normaldruck NP (= 1 bar) liegt, im Temperaturbereich von ca. 87 °C (1 bar Überdruck) bis 115 °C (3 bar Überdruck) das in den Druckluftstrom DL als Katalysator KS eingedüste und in ihm verdampfte DMPA sicher noch in der Gasphase vor. Der betreffende Bereich ist in 3 durch Schraffierung hervorgehoben.Accordingly, there is an overpressure of 1-3 bar, ie a pressure P , which is 1 - 3 bar above normal pressure NP (= 1 bar) lies in the temperature range of approx. 87 ° C (1 bar overpressure) to 115 ° C (3 bar overpressure) in the compressed air flow DL as a catalyst KS injected and evaporated in it, DMPA certainly still in the gas phase. The area in question is in 3 highlighted by hatching.

Vor dem Start des Begasungsbetriebs wird von der Druckluftversorgung 14 in einem bestimmten Volumenstrom zunächst konstant gelieferte Druckluft DL beim Durchströmen der Heizeinrichtung 15 auf beispielsweise 180 - 190 °C erwärmt und in den Verteilraum 9 der Begasungseinrichtung 8 geleitet. Erforderlichenfalls wird der zugeführte Volumenstrom im folgenden Prozessablauf nachgeregelt, um beispielsweise Strömungsverluste, zu denen es durch Verschmutzungen kommen kann, die sich im Bereich der Einblasdüsen 6 anlagern, zu vermeiden.Before the start of fumigation operation, the compressed air supply 14 Compressed air initially supplied in a certain volume flow DL when flowing through the heating device 15 heated to 180 - 190 ° C, for example, and into the distribution room 9 the fumigation facility 8th directed. If necessary, the volume flow supplied is readjusted in the following process sequence, for example in order to avoid flow losses which can be caused by contaminations that occur in the area of the injection nozzles 6 attach to avoid.

Der Temperaturmesssensor 11 erfasst die Ist-Temperatur T_IST der in den Verteilraum 9 gelangenden Druckluft DL und meldet diese an die Auswert- und Steuereinrichtung 13. Gleichzeitig erfasst der Druckmesssensor 12 den Ist-Druck P_IST der im Verteilraum 9 durch die Druckluft DL gebildeten Atmosphäre und meldet diesen an die Auswert- und Steuereinrichtung 13. Diese ordnet unter Berücksichtigung des in ihr hinterlegten Verlaufs der kritischen Grenzkonzentration UEG(T) und unter Berücksichtigung des in ihr ebenso hinterlegten Verlaufs des kritischen Grenzdrucks PG der Temperatur T_IST und dem Druck PG einen in die Druckluft DL einzudüsenden Katalysator-Volumenstrom KV zu, bei dem einerseits sichergestellt ist, dass die resultierende Konzentration K_IST an Katalysator KS im Katalysatorgas KG unterhalb der der jeweiligen Temperatur T_IST zugeordneten kritischen Grenzkonzentration UEG(T) liegt und andererseits so eingestellt ist, dass der Partialdruck des Katalysators KS im Katalysatorgas KG innerhalb eines Bereichs liegt, in dem der kritische Grenzdruck PG nicht überschritten wird, in dem also sichergestellt ist, dass der Katalysator KS dampfförmig ist.The temperature measuring sensor 11 records the actual temperature T_IST the one in the distribution room 9 incoming compressed air DL and reports this to the evaluation and control device 13 , At the same time, the pressure measurement sensor detects 12 the actual pressure P_IST the one in the distribution room 9 through the compressed air DL formed atmosphere and reports this to the evaluation and control device 13 , This arranges taking into account the course of the critical limit concentration stored in it LEL (T) and taking into account the course of the critical limit pressure that is also stored in it PG the temperature T_IST and the pressure PG one into the compressed air DL catalyst volume flow to be injected KV to which, on the one hand, it is ensured that the resulting concentration K_IST of catalyst KS in the catalyst gas KG below that of the respective temperature T_IST assigned critical limit concentration LEL (T) is on the other hand and is set so that the partial pressure of the catalyst KS in the catalyst gas KG is within a range in which the critical limit pressure PG is not exceeded, thus ensuring that the catalyst KS is vaporous.

Ist der im Verteilraum 9 festgestellte Druck P_IST so hoch, dass die Gefahr eines Überschreitens des kritischen Grenzdrucks PG besteht, gibt die Auswert- und Steuereinrichtung 13 ein Stellsignal an das Stellventil 17, das daraufhin den Strömungsquerschnitt der Versorgungsleitung 10 entsprechend verengt, bis der vom Strömungsmesssensor 26 festgestellte Druckluftstrom DL der Sollvorgabe entspricht und, damit einhergehend, der Druck P_IST einen Wert erreicht hat, bei dem ein eine Kondensatbildung sicher ausschließender Abstand zum Grenzdruck PG besteht. Gleichzeitig gibt die Auswert- und Steuereinrichtung 13 Steuersignale an die Einspritzdüsen 20, um den in den Druckluftstrom DL eingedüsten Katalysator-Volumenstrom KV so weit zu reduzieren, dass die Konzentration von Katalysator KS im Katalysatorgas KG trotz des reduzierten Druckluftstroms DL sicher unter der kritischen Grenzkonzentration UEG(T) liegt.Is that in the distribution room 9 detected pressure P_IST so high that the risk of exceeding the critical limit pressure PG there is, the evaluation and control device 13 a control signal the control valve 17 , which is then the flow cross section of the supply line 10 narrowed accordingly until that of the flow measurement sensor 26 detected compressed air flow DL corresponds to the target specification and, with it, the pressure P_IST has reached a value at which a distance to the limit pressure reliably precludes the formation of condensate PG consists. At the same time, the evaluation and control device 13 Control signals to the injectors 20th to the in the compressed air flow DL injected catalyst volume flow KV reduce so far that the concentration of catalyst KS in the catalyst gas KG despite the reduced compressed air flow DL safely below the critical limit concentration LEL (T) lies.

Die Begasung wird durchgeführt, bis eine für das beschleunigte Aushärten des im Formhohlraum 2 des Kernkastens 3 enthaltenen Formstoffs FS ausreichende Menge an Katalysatorgas KG durch den Kernkasten 3 geleitet ist. Anschließend wird der Formhohlraum 2 mit reiner Druckluft DL gespült, um im Formstoff FS noch vorhandene Reste des Katalysators KS aus dem Formhohlraum 2 auszutreiben. Dabei wird die temperatur- und druck- sowie optional volumenabhängige Regelung des Druckluftstroms DL fortgesetzt, um sicherzustellen, dass das aus dem Kernkasten 3 austretende Gasgemisch GA eine unkritische Mischung von Druckluft DL und aus dem Kernkasten 3 ausgespültem Katalysator KS bildet. Gleichzeitig wird durch die während des Spülens aufrechterhaltene Temperierung der in den Kernkasten 3 eingeblasenen Druckluft DL die Temperatur des im Kernkasten 3 enthaltenen Formstoffs FS auf einem für seine beschleunigte Aushärtung günstigen Niveau gehalten. Das Druckluft-Spülen wird fortgesetzt, bis die Konzentration an Katalysator KS im austretenden Gasgemisch GA unter einen Grenzwert fällt, dessen Erreichen bedeutet, dass kein flüchtiger Katalysator KS mehr in gesundheits- oder umweltschädlichen Mengen aus dem Kernkasten 3 und dem in ihm enthaltenen Formstoff FS austritt.Fumigation is carried out until one for accelerated curing of the in the mold cavity 2 of the core box 3 contained molding material FS sufficient amount of catalyst gas KG through the core box 3 is headed. Then the mold cavity 2 with pure compressed air DL rinsed to in the molding material FS residues of the catalyst still present KS from the mold cavity 2 to drive out. The temperature, pressure and optionally volume-dependent control of the compressed air flow DL continued to make sure that the core box 3 escaping gas mixture GA an uncritical mixture of compressed air DL and from the core box 3 flushed catalyst KS forms. At the same time, the temperature in the core box is maintained during the rinsing 3 blown compressed air DL the temperature of the in the core box 3 contained molding material FS kept at a level favorable for its accelerated curing. The compressed air purging continues until the concentration of catalyst KS in the exiting gas mixture GA falls below a limit, reaching which means that no volatile catalyst KS more from the core box in quantities that are harmful to health or the environment 3 and the molding material contained in it FS exit.

Der im Formhohlraum 2 des Kernkastens 3 beschleunigt ausgehärtete Formstoff FS bildet einen Gießkern, der beispielsweise beim Gießen eines hier nicht gezeigten Motorblocks für einen Verbrennungsmotor aus einem Eisengussmaterial einen Wassermantel oder eine vergleichbare Höhlung in dem Motorblock-Gussteil abbildet. Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise gelingt es, auch besonders große Gießkerne sicher und in hoher Qualität herzustellen, wie sie beispielsweise für das Gießen schwerer LKW-Motoren und desgleichen im Serienbetrieb benötigt werden.The one in the mold cavity 2 of the core box 3 accelerates hardened molding material FS forms a casting core which, for example when casting an engine block (not shown here) for an internal combustion engine from an iron casting material, forms a water jacket or a comparable cavity in the engine block casting. With the procedure according to the invention, it is possible to produce particularly large casting cores safely and in high quality, as are required, for example, for casting heavy truck engines and the like in series operation.

BezugszeichenlisteReference list

11
Einrichtung zum BegasenFumigation facility
22
FormhohlraumMold cavity
33
KernkastenCore box
44
obere Kernkastenhälfteupper core box half
55
untere Kernkastenhälftelower core box half
66
EinblasdüsenInjection nozzles
77
EntlüftungsdüsenVentilation nozzles
88th
Begasungseinrichtung (Begasungsplatte)Fumigation facility (fumigation panel)
99
VerteilraumDistribution room
1010
Versorgungsleitungsupply line
1111
TemperaturmesssensorTemperature measuring sensor
1212th
DruckmesssensorPressure measuring sensor
1313
Auswert- und SteuereinrichtungEvaluation and control device
1414
DruckluftversorgungCompressed air supply
1515
HeizeinrichtungHeating device
1616
SteuerleitungControl line
1717
StellventilControl valve
1818th
SteuerleitungControl line
1919
EindüseinrichtungInjection device
2020th
EinspritzdüsenInjectors
2121
SteuerleitungControl line
2222
Versorgungsleitungsupply line
2323
Tanktank
2424
HeizeinrichtungHeating device
2525
SteuerleitungControl line
2626
Strömungsmesssensor Flow measurement sensor
DLDL
Druckluft / DruckluftstromCompressed air / compressed air flow
FSFS
FormstoffMolding material
GAGA
aus dem Kernkasten 3 austretendes Gasgemischfrom the core box 3 escaping gas mixture
K_ISTK_IST
Ist-Konzentration des Katalysators KS im Katalysatorgas KG Actual concentration of the catalyst KS in the catalyst gas KG
KGKG
KatalysatorgasCatalyst gas
KKKK
Konzentration des Katalysators im Katalysatorgas KG Concentration of the catalyst in the catalyst gas KG
KSKS
Katalysatorcatalyst
KVKV
Katalysator-VolumenstromCatalyst volume flow
NPNP
Normaldruck (= 1 bar)Normal pressure (= 1 bar)
PP
Druckprint
P_IST P_IST
Ist-Druck im Verteilraum 9 Actual pressure in the distribution room 9
PGPG
kritischer Dampfdruckcritical vapor pressure
PLPL
ÜberdruckOverpressure
SS
Strömungsrichtung des Druckluftstroms DL und des Katalysatorgases KG Direction of flow of the compressed air flow DL and the catalyst gas KG
T_ISTT_IST
Ist-Temperatur im Verteilraum 9 Actual temperature in the distribution room 9
UEG(T)LEL (T)
untere Grenzkonzentrationlower limit concentration
OEG(T)OEG (T)
obere Grenzkonzentrationupper limit concentration

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 2413537 A1 [0003]DE 2413537 A1 [0003]
  • WO 2016/165916 A1 [0004]WO 2016/165916 A1 [0004]
  • EP 0128974 A1 [0033]EP 0128974 A1 [0033]

Claims (9)

Verfahren zur Begasung von Formstoff (FS), der für die Herstellung eines Gießkerns in einen Kernkasten (3) eingeschossen worden ist und aus einer Mischung aus einem Kernsand, einem organischen Binder und optional einem Additiv vorliegt, mit einem Katalysatorgas (KG), das als Gemisch aus Druckluft (DL) und einem Katalysator (KS) vorliegt, - wobei die Druckluft (DL) vor der Vermischung mit dem Katalysator (KS) auf eine Drucklufttemperatur erwärmt und mit einem Überdruck (PL) beaufschlagt wird, - wobei der in flüssiger Form bereitgestellte Katalysator (KS) in den erwärmten und druckbeaufschlagten Druckluftstrom (DL) unter Dampfbildung eingebracht wird, - wobei die in den Druckluftstrom (DL) eingebrachte Katalysatormenge so eingestellt wird, dass die Konzentration KK an Katalysator (KS) in dem Katalysatorgas (KG) unterhalb einer für den jeweiligen Katalysator (KS) geltenden Grenzkonzentration UEG(T) liegt, und - wobei das so gebildete Katalysatorgas (KG) über eine Begasungseinrichtung (8) in den Kernkasten (3) geleitet wird, die an den Kernkasten (3) angekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Begasung - der Katalysator (KS) als geregelter Katalysator-Volumenstrom (KV) in den erwärmten und druckbeaufschlagten Druckluftstrom (DL) kontinuierlich eingedüst wird, - die Temperatur (T_IST) des Katalysatorgases (KG) vor seinem Eintritt in den Kernkasten (3) erfasst wird und - der in den jeweiligen Druckluftvolumenstrom (DL) eingedüste Katalysator-Volumenstrom (KV) in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur (T_IST) des Katalysatorgases (KG) derart geregelt wird, dass für die Konzentration KK des Katalysators (KS) in dem Katalysatorgas (KG) stets gilt KK < UEG(T).Process for the gassing of molding material (FS), which has been shot into a core box (3) for the production of a casting core and which consists of a mixture of a core sand, an organic binder and optionally an additive, with a catalyst gas (KG), which as Mixture of compressed air (DL) and a catalyst (KS) is present, - the compressed air (DL) being heated to a compressed air temperature before being mixed with the catalyst (KS) and subjected to an excess pressure (PL), - the liquid form The catalyst (KS) provided is introduced into the heated and pressurized compressed air stream (DL) with the formation of steam, - the amount of catalyst introduced into the compressed air stream (DL) being adjusted so that the concentration KK of catalyst (KS) in the catalyst gas (KG) is below a limit concentration LEL (T) applicable to the respective catalyst (KS), and - the catalyst gas (KG) thus formed via a gassing device ung (8) in the core box (3), which is coupled to the core box (3), characterized in that during the gassing - the catalyst (KS) as a regulated catalyst volume flow (KV) in the heated and pressurized compressed air stream (DL) is injected continuously, - the temperature (T_IST) of the catalyst gas (KG) is recorded before it enters the core box (3) and - the catalyst volume flow (KV) injected into the respective compressed air volume flow (DL) is dependent on the temperature (T_IST) of the catalyst gas (KG) is regulated in such a way that KK <LEL (T) always applies to the concentration KK of the catalyst (KS) in the catalyst gas (KG). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der Druck (P_IST) des Katalysatorgases (KG) vor dem Eintritt in den Kernkasten (3) erfasst und der Druckluftvolumenstrom (DL) in Abhängigkeit vom erfassten Druck (P_IST) des Katalysatorgases (KG) derart geregelt wird, dass der Partialdruck des Katalysators (KS) in dem Katalysatorgas (KG) stets unterhalb eines Grenzdrucks (PG) liegt, bei dessen Überschreiten es zur Kondensation von Katalysator (KS) aus dem Katalysatorgas (KG) kommen würde.Procedure according to Claim 1 , characterized in that in addition the pressure (P_IST) of the catalyst gas (KG) is recorded before entering the core box (3) and the compressed air volume flow (DL) is regulated as a function of the detected pressure (P_IST) of the catalyst gas (KG) in such a way that the partial pressure of the catalyst (KS) in the catalyst gas (KG) is always below a limit pressure (PG), which, if exceeded, would result in the condensation of catalyst (KS) from the catalyst gas (KG). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der Volumenstrom des zum Kernkasten (3) strömenden Katalysatorgases (KG) gemessen wird.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the volume flow of the catalyst gas (KG) flowing to the core box (3) is also measured. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucklufttemperatur >120 - 350 °C beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the compressed air temperature is> 120-350 ° C. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck (PL), mit dem der Druckluftstrom (DL) beaufschlagt wird, um 1 - 6 bar über dem Normaldruck liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the overpressure (PL) with which the compressed air stream (DL) is acted upon is 1-6 bar above the normal pressure. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (KS) ein Amin aus der Gruppe „Dimethylethylamin (DMEA), Dimethylpropylamin (DMPA), Triethylamin (TEA), Dimethylisopropylamin (DMIPA)“ ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the catalyst (KS) is an amine from the group "dimethylethylamine (DMEA), dimethylpropylamine (DMPA), triethylamine (TEA), dimethylisopropylamine (DMIPA)". Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (KS) vor dem Eindüsen in den Druckluftstrom (DL) erwärmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the catalyst (KS) is heated before being injected into the compressed air stream (DL). Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur, auf die der Katalysator (KS) vor dem Eindüsen erwärmt wird, 20 - 250 °C beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature to which the catalyst (KS) is heated before the injection is 20-250 ° C. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ende des Eindüsens des Katalysators (KS) in den Druckluftvolumenstrom (DL) der Druckluftvolumenstrom (DL) aufrechterhalten wird, bis die Konzentration des Katalysators (KS) im aus dem Kernkasten (3) austretenden Gasstroms (GA) unterhalb eines Grenzwertes liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the end of the injection of the catalyst (KS) into the compressed air volume flow (DL) the compressed air volume flow (DL) is maintained until the concentration of the catalyst (KS) in the core box (3) escaping gas flow (GA) is below a limit.
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