DE2242812C - Verfahren zum Härten von säurehärtbaren Formstoffgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von säurehärtbaren Formstoffgemischen, wobei als Härter ein sauer reagierendes Gas benutzt wird, welches in einen das geformte Formstoffgemisch enthaltenden Formkasten eingeleitet wird.

Formstoffgemische, wie sie vornehmlich in der Gießereitechnik zur Herstellung von Formen, Modellen oder Kernen verwendet werden, bestehen zur Hauptsache aus einem Gemisch von Formsand und einem härtbaren Bindemittel. Diesem Gemisch können ggfs. noch weitere spezielle Zusätze beigegeben sein. Der Formsand ist normalerweise Quarzsand, kann aber auch aus anderen Sanden bzw. einer Mischung verschiedener Sande bestehen. Als Bindemittel werden entweder organische Binder, insbesondere Kunstharzbinder auf der Basis von Phenol-, Furan- oder Harnstoffharzen oder deren Gemische oder Kopolymerisate verwendet, oder es kommen anorganische Binder, insbesondere Wasserglasbinder, zum Einsatz.

Viele der verwendeten Bindemittel werden durch Säuren oder saure Salze gehärtet So ist es beispielsweise bekannt, Formstoffgemischen, die einen der vorgenannten Kunstharzbinder enthalten, bei der Herstellung ein flüssiges Härtemittel z. B. in Form einer wäßrigen Lösung von Phosphorsäure, p-Toluolsulfonsäure, Ammoniumchlorid oder dergleichen zuzugeben und die Gemische anschließend in Kernkästen oder Modellkästen (zusammenfassend als »Formkästen« bezeichnet) zu verformen. Der Nachteil dieser Arbeitsweise liegt darin, daß die Härtungsreaktion unmittelbar nach dem Zusatz des Härters einsetzt und das Formstoffgemisch somit unweigerlich unbrauchbar wird, wenn die Verarbeitung nicht ausreichend schnell erfolgen kann. Ein gewisser Nachteil kann auch darin bestehen, daß unnötig Wasser aus der Härterlösung in das Formstoffgemisch hineingebracht wird.

Es ist auch bereits bekanntgeworden, säurehärtbare Formstoffgemische mit gasförmigen Härtemitteln zu härten, indem das härtende, also sauer reagierende Gas nach der Formgebung des Formstoffgemisches im Formkasten unter Anwendung von Druck durch den Porenhohlraum des Formstoffgemisches hindurchgepreßt wird. Diese Arbeitsweise, die beispielsweise zum Härten von Wasserglasbindern mittels Kohlendioxid angewendet wird, aber auch für das Härten von Kunstharzbindern mittels gasförmigem Chlorwasserstoff bekannt ist ist jedoch relativ aufwendig. Sie erfordert eine sorgfältige Planung von Entlüftungsdüsen im Formkasten, um sicherzustellen, daß das Härtergas alle Bereiche des Formstoffgemisches ausreichend erfaßt wobei bei komplizierteren Formgebungen dennoch nicht immer eine völlig gleichmäßige Härtung des Formstoffgemisches erreicht werden konnte. Außerdem sind umfängliche Vorsorgemaßnahmen erforderlich, um eine Belästigung des Bedienungspersonals durch das Härtergas, insbesondere wenn dieses ätzend ist, zu vermeiden. Schließlich dauert das Härten von Formstoffgemischen mittels eines Härtergases häufig auch unwirtschaftlich lange. Das alles ist ein Grund dafür, daß sich die Verwendung von Härtergasen insbesondere zur Härtung von Kunstharzbindern in der Praxis nicht nennenswert eingebürgert hat.

Mit der Erfindung soll nunmehr ein Verfahren zum Härten von säurehärtbaren Formstoffgemischen mittels eines gasförmigen, sauer reagierenden Härters angegeben werden, welches die Nachteile der bisherigen Arbeitsweise vermeidet. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das sauer reagierende Gas aus einer explosionsfähigen und zündfähigen Gasmischung entnommen wird, welches sich in einem mit dem Formkasten verbundenen und im übrigen abgeschlossenen Raum befindet und darin gezündet wird.

Nach dem Vorschlag der Erfindung wird somit das Härtergas durch den Druck einer Explosionswelle in das Formstoffgemisch hineingedrückt. Das führt zu einer Reihe erheblicher Vorteile gegenüber der bisherigen Arbeitsweise. Zum ersten stellt die Explosionswelle eine gleichmäßige Verteilung des Härtergases im Formstoffgemisch und damit eine gleichmäßige Aushärtung des Formstoffgemisches sicher. Weiterhin verläuft der Härtungsvorgang sehr schnell, weil sich einerseits das Härtergas durch die Explosionswelle praktisch schlagartig im Formstoffgemisch verteilt und weil andererseits sich infolge der Explosionswärme eine Temperaturerhöhung einstellt, die beschleunigend auf den Härtungsvorgang wirkt. Andererseits bleibt der grundlegende Vorteil der Verwendung von Härtergasen gegenüber flüssigen Härtern, nämlich die Zuführung des Härters in das bereits geformte Formstoffgemisch und damit die Vermeidung von Verlusten infolge einer nicht rechtzeitigen Verarbeitung eines bereits im voraus mit Härter versetzten Formstoffgemisches sowie ggfs. die Vermeidung einer unnötigen Einführung von Wasser in das Formstoffgemisch, auch beim erfindungsgemäßen Verfahren in vollem Umfang bestehen.

Ein anderer wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in dem beträchtlich verminderten apparativen Aufwand. Da die Explosionswelle auch bei

komplizierten Formgebungen eine gleichmäßige Verteilung des Härtergases im Formstoffgemisch sicherstellt, brauchen am Formkasten keine Entlüftungsdüsen oder entsprechende Mittel zur gleichmäßigen Verteilung des Härtergases mehr angebracht zu werden. Oberhaupt braucht der Formkasten nicht gasdurchlässig zu sein, es genügt vielmehr z. B. ein zur Seite und nach unten hin geschlossener Formkasten, der das zu härtende Formstoffgemisch enthält und der auf seiner Oberseite mit einer aufsitzenden Glocke abgedeckt ist, welche die explosionsfähige und zündfähige Gasmischung enthält Die Glocke muß lediglich entsprechend der Größe des Formkastens so bemessen sein, daß sie mit einer ausreichenden Menge der Gasmischung gefüllt werden kann. Sie braucht auch nicht unbedingt fest und dicht mit dem Formkasten verbunden zu sein, da auch bei kleinen Spalten zwischen dem Formkasten und der Glocke in jedem Fall der überwiegende Anteil des Explosi&nsdruckes in die Porenhohlräume des Formstoffgemisches gelangt und nur ein sehr geringer Anteil durch solche Spalten nach außen dringt. Am Arbeitsplatz selbst genügt normalerweise eine einfache Abzughaube, um Belästigungen des Bedienungspersonals durch das Härtergas zu vermeiden.

Schließlich ist noch als sehr wichtiger Vorteil zu erwähnen, daß sich beim erfindungsgemäßen Verfahren der Explosionsdruck zugleich stark verdichtend auf das Formstoffgemisch auswirkt Unter diesem Aspekt kann das erfindungsgemäße Verfahren sogar ggfs. das bekannte Schießverfahren ersetzen. Bei dem Schießverfahren wird das Formstoffgemisch mittels stark komprimierter Luft in den Formenhohlraum hineingeschossen, wobei es verdichtet wird. Dabei ist ein gewisser maschineller Aufwand erforderlich, und außerdem ist der Schießvorgang mit einer beträchtlichen Geräuschbelästigung verbunden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei entsprechender Einstellung der explosionsfähigen und zündfähigen Gasmischung zu einer mit Schießmaschinen vergleichbaren Verdichtung des Formstoffgemisches führen, erlaubt also die Einsparung solcher Schießmaschinen und arbeitet außerdem auch beträchtlich leiser, da, im Gegensatz zu den Schießmaschinen, der Explosionsknall nur in unwesentlichem Ausmaß nach außen dringt.

Insgesamt führt somit das erfindungsgemäße Verfahren bei vergleichsweise geringem apparativem Aufwand und geringer Gefahr einer Belästigung des Bedienungspersonals zu einer schnellen und gleichmäßigen Härtung und zugleich zu einer sehr vorteilhaften zusätzlichen Verdichtung des Formstoffgemisches, so Vorrichtungsmäßig werden dabei an die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine besonderen Anforderungen gestellt; es muß nur gewährleistet sein, daß ein im wesentlichen abgeschlossener Explosionsraum vorhanden ist, von dem aus der Explosionsdruck in das Formstoffgemisch gelangen kann.

Aber auch hinsichtlich der Auswahl der Gasmischungen ergeben sich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine besonderen Probleme. Grundsätzlich ist jede explosionsfähige und zündfähige Gasmischung geeignet, die einen ausreichenden Explosionsdruck erzeugt und die entweder ein Härtergas zugemischt enthält oder die dieses Härtergas durch die Explosionsreaktion bildet In jeder der beiden Möglichkeiten wird dabei sichergestellt, daß das Härtergas durch den Explosionsdruck in ausreichender Menge und in guter, gleichmäßiger Verteilung schnell in das Formstoffgemisch hineingedrückt wird.

Beispiele für Gasmischungen, die aus einem explosionsfähigen und zündfähigen Gasgemisch sowie einem diesem zugesetzten Härtergas bestehen, sind die Systeme

Knallgas + Chlorwasserstoff als Härtergas
Knallgas + Schwefeltrioxid als Härtergas
Knallgas + Kohlendioxid als Härtergas

Dabei ist das letztgenannte System für die Härtung von Wasserglasbindern geeignet Für die Härtung von Kunstharzbindern reicht dagegen die Acidität des Kohlendioxids nicht aus, wogegen die beiden erstgenannten Systeme bei Kunststoffbindern eingesetzt werden können.

Bei den vorgenannten Systemen, die gewissermaßen aus einem »Explosionsträger« und einem fertigen Härtergas bestehen, eignet sich Knallgas wegen seiner großen Explosionskraft und seiner vergleichsweisen einfachen Herstellung besonders gut als Explosionsträger. Natürlich können aber auch alle anderen esplosionsfähigen und zündfähigen Gasgemische anstelle von Knallgas als Explosionsträger verwendet werden.

Beispiele für Sj sterne, bei denen die explosionsfähige und zündfähige Gasmischung das Härtergas erst durch die Explosionsreaktion selbst bildet, sind die Systeme

Chlorknallgap
andere Halogenknallgase,
insbesondere Fluorknallgas
Schwefeldampf + Sauerstoff
Schwefelkohlenstoff + Sauerstoff
Methylenchlorid + Sauerstoff
Azetylen + Sauerstoff
Kohlenmonoxid + Sauerstoff

Von diesen Systemen führen die beiden letztgenannten zur Bildung von Kohlendioxid als Härtergas, sie sind deshalb wiederum für die Härtung von Wasserglasbindern geeignet, wahrend die übrigen, die zu Chlorwasserstoff (Halogenwasserstoff) bzw. Schwefeldioxid als Reaktionsprodukt führen, für die Härtung von Kunstharzbindern eingesetzt werden können.

Gleichgültig, ob die explosionsfähige und zündfähige Gasmischung aus einem Explosionsträger und einem zugemischten Härtergas zusammengesetzt ist oder so beschaffen ist, daß sie das Härtergas als Reaktionsprodukt liefert, muß die Menge der Gasmischung an die Menge des zu härtenden Formstoffgemisches bzw. die Art und Menge des Binders im Formstoffgemisch angepaßt werden. Dabei läßt sich durch einfache Berechnungen in Verbindung mit einigen einfachen Versuchen für jeden Anwendungsfall die optimale Menge an Gasmischung leicht ermitteln. Das gleiche gilt auch für die Einstellung der Explosionskraft der Gasmischung, die sich ebenfalls durch einige wenige Handversuche für jeden Anwendungsfall leicht festlegen läßt. Es ist deshalb im Rahmen der Erfindung nicht erforderlich, spezielle Mischungsverhältnisse für die Gasmischungen anzugeben.

Die Zündung der explosionsfähigen und zündfähigen Gasmischung erfolgt durch übliche Methoden, beispielsweise durch einen Lichtblitz, eine Funkenentladung oder einen Glühkörper. Im übrigen kann bei allen denjenigen Gasmischungen, die Sauerstoff als Bestandteil enthalten, anstelle des Sauerstoffs auch Luft oder mit Sauerstoff bzw. Ozon angereicherte Luft verwendet werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Härten von säurehärtbaren Formstoffgemischen, wobei als Härter ein sauer reagierendes Gas benutzt wird, welches in einen das geformte Formstoffgemisch enthaltenden Formkasten unter Druck eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das sauer reagierende Gas aus einer explosionsfähigen und zündfähigen Gasmischung entnommen wird, welches sich in einem mit dem Formkasten verbundenen und im übrigen abgeschlossenen Raum befindet und darin gezündet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gasmischung ein explosionsfähiges und zündfähiges Gasgemisch verwendet wird, welches das sauer reagierende Gas als Zusatz enthält

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als explosionsfähiges und zündfähiges Gasgemisch Knallgas verwendet wird, welches mit Chlorwasserstoff, Schwefeltrioxid oder Kohlendioxid vermischt ist

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sauer reagierende Gas aus der explosionsfähigen und zündfähigen Gasmiscfiung durch die Explosionsreaktion gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als explosionsfähige und zündfähige Gasmischung Chlorknallgas, andere Halogenknallgase, insbesondere Fluorknallgas, bzw. ein Gemisch von Schwefeldampf, Methylenchlorid, Schwefelkohlenstoff, Azetylen oder Kohlenmonoxid mit Sauerstoff oder Luft verwendet wird.