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Verfahren und Vorrichtung zum Härten von Formen und Formkernen aus
Sand mit Harz durch Gasdiffusion durch den Sand.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Härten von Gießformen und Gießformkernen oder dergleichen aus Sand mit Harz
durch Gasdiffusion durch den Sand.
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Es ist bereits ein Verfahren zur Härtung von Formen und Formkernen
für GieEereizwecke aus Sand mit Harz im Kalten bekannt, bei dem man ein Gemisch
aus Luft und Dimethyläthylamin (DMEA) im Sand diffundieren läßt. Nan erreicht damit
eine merk-liche Zeiteinsparung gegenüber der Härtung
durch Erhitzen,
jedoch bringt die Verwendung des Gasgemisches eine Reihe von Nachteilen mit sich.
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Das Gemisch (aus Luft und DMEA) selbst ist explosiv und daher gefährlich
für Gehalte an DMEA zwischen 2 und 9% in der Menge des Gemisches. Wenn man diesen
Wert von 9% bei dem bekannten Verfahren und mit den bekannten Vorrichtungen zum
Einspritzen von flüssigem DMEA unter dem Druck eines inerten Gases in eine Druckluftleitung
mit Ventilen und Hähnen überschreitet, dann kennen die kritischen Werte mit der
Gefahr einer Explosion zufällig an irgendeiner Stelle der Anlage überschritten werden.
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Nur bei einem Gehalt an DMEA unterhalb 2% geht man das Explosionsrisiko
nicht ein oder es sind die Risiken wenigstens gering. Man ist deshalb gezwungen,
sich auf einen Gehalt D>EA unter 2% zu beschränken. Das Gemisch aus Luft und
DMEA hat eine geringe Diffusionsfähigkeit durch den Gießsand. Geht man davon aus,
daß die Setzgeschwindigkeit einer Form oder eines Formkerns von gegebenem Gewicht
von der Zeit abhängt, in welcher man in ihn eine gegebene Menge an DMEA einbaut,
dann ist das bekannte Verfahren, bei dem ein Gemisch mit weniger als 2% DMEA Verwendung
findet, entsprechend langsam.
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Darüber hinaus ist DiEÄ im flüssigen Zustand ftir alle anderen Metalle
und Metalllegierungen außer Stahl korrosiv. Das Gemisch greift insbesondere die
Verbindungen aus Kunststoffen und Elastomeren an.
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Außerdem sind die bekann-ten Härteeinrichtungen, die mit einem Gemisch
aus Luft und D}EA arbeiten, kompliziert aufgebaut, um den verschiedenen Schwierigkeiten
Rechnung zu tragen, ohne daß die vorher erwähnten Unbequemlichkeiten
vollständig
vermieden werden können.
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Die Erfindung erstrebt ein verbessertes Verfahren zum Härten durch
Gasdiffusion von Gießelementen (Formen oder Formkernen) aus Sand mit Harz, bei den
die vorher erwähnten schweren Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden
können.
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Das verbesserte Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß ein nicht
explosibles gasförmiges Gemisch aus Dimethyläthylamin und Kohlendioxidgas hergestellt,
das Gas durch flüssiges Dimethyläthylamin hindurchgeperlt und das gasförmige Gemisch
während eines sehr kurzen Zeitraumes durch die zu härtenden Gießelemente-hindurchgeführt
wird.
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Gemäß einem wichtigen merkmal der vorliegenden Erfindung verwendet
man ein Gemisch aus DMEA und Kohlendioxid, dessen Gehalt an DMEA zwischen ca. 10
und 50 % der Gemischmenge liegt, wobei der Rest Kohlendioxid ist.
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Rei diesem Verfahren ist nicht nur das Gemisch nicht emplosiv, sondern
es liegt auch seine Diffusionsfähigkeit durch den Sand erheblich über derjenigen
der üblicherweise verwendeten Gemische aus Luft und DIMSA, die arm an DMEA sind.
Die Härtezeit für die Formen und Formkerne oder dergleichen wird damit beträchtlich
reduziert.
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Gegenstand der Erfindung ist darüberh-inaus auch eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens zum Härten von Gießelementen aus Sand mit Harz.
Diese Einrichtung kennzeichnet sich durch die Kombination folgender Merkmale: Ein
dichter, geschlossener Stahlbehälter;
im Behälter eine gewisse Menge
an flüssigem DMEA, die nur teilweise diesen Behälter derart füllt, daß ein freier
ltaum im oberen Teil des Behälters verbleibt; eine Eintrittsleitung für das Kohlendioxidgas,
die in dem Behälter in der Nähe seines Bodens einmündet; eines Austrittsleitung
für das gasförmige Härtegemisch aus dem Kohlendioxid und dem Dimethyläthylamin,
welche aus dem freien Raum des Behälters ausmündet; einen dichten und geschlossenen,
an diese Austrittsleitung angeschlossenen haum zur Aufnahme wenigstens eines zu
härtenden Gießelementes und mit wenigstens einer Austrittsöffnung, die so angeordnet
ist, daß das gasförmige Gemisch nur durch diese Öffnung austreten kinn, nachdem
es quer durch das Element diffundiert ist; und aus den beiden Leitungen Verschlußeinrichtungen
zur Steuerung des Austritts von Kohlendioxid und gasförmigem Genl sich.
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Dank einer solchen Einrichtung steht das DMEA im flüssigen Zustand
nur mit dera Stahlbehälter in Berührung, der nicht angegriffen wird, und die Anschlüsse
der Vorrichtung und ihrc Hähne sind geschützt, weil sie nur mit dem inerterten Gas
oder einem gasförmigen Medium in Berührung stehen, das durch das erhaltene Gemisch
gebildet wird.
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Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine schematische
Darstellung der Einrichtung, wie sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorzugsweise Verwendung findet; Fig. 2 einen Vertikalsohnitt durch den wesentlichen
Teil der Anlage; Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer abgeänderten
Ausführungsform gemäß der Erfindung.
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Gemäß dem in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel hat die Erfindung
den Zweck, Gießelemente aus Sand, insbesondere Formen oder Teile von Formen, Formkerne
oder ähnliche: Stücke rasch mit Harz zu härten. Diese Elemente sind in die dichten
Behälter 1 cingeschlossen und zwar wenigstens ein Element e pro Behälter. Jeder
Behälter 1 ist abgedichtet. Er enthält einen Einlaß 2 für das gasförmige Härtegemisch
und eine oder mehrere Austrittsöffnungen 3 für das Gemisch nach seiner Diffusion
durch das oder die zu härtenden Elemente. Die Austrittsöffnungen 3 münden in eine
nicht gezeichnete Leitung, die zu einer thermischen Reinigungsanlage führt, wo der
Überschuß an DMEA mit einem Stadtgas verbrannt wird.
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Das verwendete Gasgemisch ist ein Gemisch aus Dimethyl äthylamin (DMEA)
und einem für dieses Amin inertem Gas
Kohlendioxid (CO2), welches neben seiner
eine erhöhte Diffusionsgeschwindigkeit durch den Gießsand auflist.
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Das Gas wird durch eine Leitung 4 unter Regulierung der Menge durch
ein Druckninderventil zum Boden des verschlossenen Stahlbehälters 6 zugefülirt,
in welchem das
Gas in das flüssig@ DMEA 7 einperlt. Vom freien Raun@@
oberhalb das Spiegels 9 des flüssigen Amins erlaubt eine Leitung 10 die Entnahme
des gasförmigen Gemisches aus Gas und DMEA und seine Zuführung über den Einlaß 2
in den oder die Behälter 1, weil man die Elemente e einzeln hintereinander oder
mehrere Elemente e parallel zueinander behandeln kann. Jeder Behälter 1 ist über
eine Leitung 15 mit er T-Schaltung boi 11 verbunden, die über zwei Elektroventile
12 und 13 oder ähnliche Regelventile an der Leitung 10 bzw. an einer Ililfsleiürng
14 liegt, über die das Gasgemisch bzor. luft oder ein anderes Spülmedium der T-Schaltung
und damit über die Leitung 15 dem entsprechenden Behälter 1 zugeführt werden kann.
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In Fig. 2 ist im einzelnen der wesentliche Teil der Vorrichtung wiedergegeben.
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Der Stahlbehälter 6 ist durch eincn Deckel 16 dicht verschlossen,
durch den die Einlaßleitung 4 für das unter Druck stehende Kohlendioxid geführt
ist, das mit Hilfe des Druckminderventils 5 geregelt werden kann.
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Die Leitung 4 endet kurz oberhalb des Bodens des Behälters 6 und taucht
in das Bad 7 aus DMEA über einen Doppelwandverteiler 17 ein, dessen obere Wand zahlreiche
Austrittsöffnungen 18 für das Gas trägt. Auf den Deckel 15 ist ein Manometer 19
montiert. Durch den Deckel 15 greift auch die Auslaßleitung 10, die wesentlich oberhalb
des Spiegels 9 des flüssigen DMEA 7 endet, beispielsweise in der Höhe des Deckels
16. Die Auslaßleitung 10 leitet das Gemisch aus Kohlendioxidgas und DMEA zu dem
Behälter 1 oder zu den Behiltern 1 über das Ventil 12 und die entsprechende Leitung
15.
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Die Einrichtung zum Mischen des Kohlendioxidgases mit den DMEA kann
näher oder weiter entfernt vom Formplatz angeordnet sein, wo sich die Behälter 1
oder der Behälter 1 für die zu härtenden Sandelemente e befinden.
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Andere bekannte Elemente, wie Ventile, Schieber und Rückschlagventile,
sind nicht wiedergegeben, um die Zeilchnung nicht zu verkomplizieren.
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Die Anlage arbeitet wie folgt: 1. Herstellungdes Gemisches: Das .Druckmiiiderventil
5 ist dauernd geöffnet und regelt dauernd. Die Ventile 12 und 13 sind geschlossen.
Das Kohlendioxidgas durchströmt das Flüssigkeitsbad 7 aus DIEN über die ganze Oberfläche
dank der Unterteilung durch den Verteiler 17 und bildet mit den Amin ein gas förmiges
Gemisch, welches sich im oberen Teil des Behälters bei 8 über dem Flüssigkeitsspiegel
9 sammelt.
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Es ist somit dauernd ein Vorrat an Gasgemisch im Behälter 6 vorhanden.
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2. Härten der oandelemenste e; Für jedes zu härtende Element e wird
bei geschlossenen Ventil 13 das Ventil 12 kurzzeitig in der Größenordnung von einer
halben Sekunde geöffnet. Das Gasgemisch wird über die Leitung -15 dem Behälter 1
zugeführt., Dann wird das Ventil 12 geschlossen und das Ventil 13 für einige Sekunden
geöffnet. Die aus der Leitung 14 kommende Luft
trifft auf das Gasgemisch
aus dem Behälter 1, spült überflüssiges Gas mit aus und entweicht durch die Öffnungen
3, wo sie gesammelt und zu einer nicht gezeichneten Reinigungsvorrichtung geleitet
wird.
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Während der sehr kurzen Öffnungszeit des Ventiles 12 stellt das Kohlendioxidgas,
das laufend in den Behälter 6 strömt, automatisch über den flüssigen Amin 7 eine
Menge an gasförmigem Gemisch her, die derjenigen entspricht, die durch die Leitung
10 entweicht, so daß der Anfangsdruck wieder hergestellt und aufrechterhalten wird.
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Beispielsweise muß zum Härten eines Sandkernes von ca.
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5 kg Gewicht mit Harz ein Behandlungszeitraum von annähernd einer
halben Sekunde für die Behandlung mit dem gasförmigen Gemisch aus Kohlendioxidgas
und DMEA veranschlagt werden, wobei das Kohlendiodgas unter dem Druck von ca. 1
Bar und das Di4L'A in einem Anteil von ca. 40 c, des Gesamtgemisches vorliegt. Für
das Spülen der Leitung 10 und zur Durchführung der Gasdiffusion in dem Behälter
1 werden ca. 4,5 Sekunden bei Verwendung von Druckluft von ca. 2 Bar benötigt.
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Im Vergleich dazu benötigt man bei den bekannten Verfahren zur Härtung
mittels eines Gemisches aus Luft und DI4EA mit 2S/o DMEA im Gemisch eine Zeit von
ca. 20 Sekunden.
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Die Erfindung ermöglicht also eine beträchtliche Zeitersparnis.
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Das Verfahren und die Vorrichtung, wie sie oben beschrieben worden
sind, bringen zahlreiche Vorteile mit sich: oie erlauben einen erhöhten Gießtalrt
wegen der rascheren Aushärtezeit, wobei die einzige To-tzeit dadurch gegeben
ist,
daß die Zuführungsleitung 15 mit Druckluft gespült werden muß; sie bieten hohe Sicherheit
für das Personal, weil das Gasgemisch aus Kohlendioxid und DMEA nicht explosiv ist,
und die Anschlüsse für die Regelhähne und Druclcregler nicht mit flüssigem DSEA
in Berührung stehen; damit ist eine gute Dichtheit erreicht, die sich leich-t in
einer einfachen und robusten Einrichtung aufrechterhalten läßt; da das Gasgemisch
den Behältern unter verhältnismässig niedrigem Druck zugeführt wird, können die
Formen und Formkerne beim Eintritt des Gasgemisches niemals zerstört werden; infolge
dieses niedrigen Druckes des Gasgemisches werden Vorrichtungen zum Aufbau eines
steigenden Druckes eingespart; schließlich sind die Abmessungen des Behälters 6
nicht begrenzt und können so groß gemacht werden, daß vorteilhaft eine große Anzahl
von Kernbehältern parallel versorgt werden kann.
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Bei dem in Fig. 3 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel sind die wesentlichen
Elemente der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 die gleichen und tragen deshalb
auch die gleichen Bezugszeichen. Für das Härten der Sandformelemente e mit Harz
durch Diffusion eines gasförmigen Gemisches aus Kohlendioxid und DMEA iäßt man das
Kohlendioxid bei 7/18 am Boden des Bades 7 aus flüssigem DBEA in einem Stahlbehälter
6/16 ausperlen und in ihm das Gemisch bilden. Das das
DMEA in Suspension
mitführende Kohlendioxid wird aus dem Behälter durch eine Leitung 10/15 abgeführ-t
und über die Ventile 11, 12, 13, 14 zu einem oder mehreren dichten Behältern 1/2/3
geleitet, die die zu härtenden Formelemente enthalten.
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Der oder die Behälter 1 können nahe oder weit vom Behälter 6/16 angeordnet
sein. Nan kann wieder eine zentrale Herstellung des gasförmigen Gemisches aus C02
und DMEA, im wesentlichen bestehend aus dem Behälter 6/16 und seinen Armaturen,
vorsehen. Die zentrale Herstellung ist an einem Ort untergebracht, der entfernt
vom Orte der Verwendung des Gemisches in den Behältern 1 liegt, so daß bestimmte
strenge Sicherheitsvorschriften eingehalten werden können.
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Uber den Behälter G ist die Leitung 4 für die Zuführung des Kohlendioxidgases
voll einer Heizmanschette 20 oder' I.. Wärmeaustauscher zur erhöhung der Temperatur
des Kohlendioxidgases auf einen vorbestimmten Wert umgeben.
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In Behälter 6 braucht das Bad 7 aus DMEA nur so hoch zu stehen, daß
das Einziehen von flüssigem DMEA in die Leitung 10 - 15 und damit in die nachfolgende
Anlage mit Sicherheit vermieden ist. Es ist noch einmal auf die korrodierende Wirkung
von flüssigem DMEA auf die Verbindungsstellen aus plastischen oder elastomerem Material
sowie auf alle anderen Metalle und Djetallverbindungen außer Stahl hinzuweisen.
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Aus diosem Grund ist die Höhe h des Bades 7 auf ungefähr ein Viertel
der Gesamthöhe H des Behälters 6/16 beschränkt.
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Vorzugsweise hat der zylindrische Behälter 6 eine langegestreckte
Form, dessen kreisförmiger Boden einen Durchmesser aufweist, der wesentlich geringer
als die Höhe ist. Beispielsweise hat der Behälter 6 cinen Durchmesser von 500 mm
eine Höhe H von 1600 mm und enthält ein Bad 7 aus 50 Litern
DMEA
bis zu einer Höhe h von ungefähr 400 mm.
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Im Behälter 1 verteilt sich das aus dem Behälter 6 über die Leitung
15 kommende Gasförmige Gemisch in die verschiedenen zu härtenden Elemente e dank
eines Verteilerkanales 21, an den die Elemente e angeschlossen sind. Nach der Diffusion
verläßt das Gas in analoger Weise die Einrichtung durch einen Sammelkanal 22.
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Der Sammelkanal 22 ist an einen Abzugskamin über ein Dreiwegeventil
24 angeschlossen, in welches eine Leitung 25 für Spülluft mündet, die unter dem
Druck von einigen Bar steht.
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Hin brelmbares Gas wird parallel zum Kamin 23 bis zu dessen oberem
Ende mit Hilfe einer Leitung 26 zugeführt, so daß die Abgase im Kamin 23 mit Hilfe
der Zündflamme 27 verbrannt werden können.
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Die l!lrikungsweise der im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Einrichtung
ist folgende: Bei 8 verbleibt dauernd ein Vorrat an Gasgemisch im Behälter-6 über
dem Bad 7 aus flüssigem DIfEA. Der Anteil an DMEA in dem Gemisch aus C02 und DMEA
oder die Lonzentration von DMEA ist allein eine Funktion des Druckes und der Temperatur
des Kohlendioxidgases. Durch Regelung dieser beiden Parameter, nämlich des Druckes
mit dem Druchminderventil 5 auf der Leitung 4 und er Temperatur mit HilSe der Heizmanschette
20, erhält man die gewünschte Konzentration an DMEA. Diese nimmt zu, wenn der Druck
abnimmt und wenn die Temperatur steigt.
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Die Konzentration an DMEA wird zwischen 10 und 50 ,% der Gesamtmenge
des Gemisches gehalten, wobei der Rest Kohlendioxid ist. Dies bedeutetbeispielsweiae:
10 % bei 20C und 4 Bar (absoluter Druck) 34 % bei 20°C und 2,5 Bar (Absoluter Druck)
und 47 % bei 250C und 2 Bar (absoluter Druck).
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Um die Härtung der Elemente e aus Sand mit Harz durch zuführen, öffnet
man das Ventil 12 zwischen den Leitungen 10 und 15, schließt das Ventil 13 zwischen
der Spulleitung 14 und der Leitung 15 und betätigt das Ventil 24 derart, daß es
den Sammelkanal 22 mit dem Kamin 23 verbindet.
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Die Zuführung des gasförmigen Gemisches während einer sehr kurzen
Zeit, beispielsweise einer halben Sekunde, ruft einen Druckabfall im Vorrat 8 im
Behälter 6 hervor. Da die Konzentration an DIES zunimmt, wenn der Druck abnimmt,
neigt während dieser sehr kurzen Zeit die Konzentration an DMEA zur Zunahme. an
vermeidet somit jegliche Kondensations von DIES in den entfernter liegenden Armaturen
des Behälters 6 und damit jede Zerstörung von Leitungen und Verbindungen; tatsächlich
ergibt sich eine Kondensation an DMEA nur, wenn die Konzentration DMEA/CO2 für eine
gegebene Temperatur abnimmt, was jedoch nicht der Fall ist.
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lan schließt dann das Ventil 12 und öffnet das Ventil 13, um Spülluft
in den Behälter aus der Leitung 14 zu fördern.
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Nach der Diffusion in die Elemente e tritt der Teil des gasförmigen
Gemisches, der nicht mit dem Harzmaterial der die Elemente e bildenden Form reagiert
hat, entsprechend den Pfeilen f1 durch den Kanal 22 und den Kamin 23 aus und verbrennt.
Die Menge der Abgasflamme 27 zeigt genau den
Unter- oder Überschuß
in der Konzentration an DMEA an.
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Ist die Flamme zu groß, dann bedeutet dies einen Überschuß an DIvEA.
Die Beobachtung der Flamme 27-ermöglicht somit eine genaue Regulierung der Konzentration
an DMEA durch Betätigung des Druckminderventils 5.
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Nach der Benutzung der Einrichtung stellt die Ankunft von Kohlendioxidgas
den Anfangsdruck im Vorrat 8 des Behälters 6 in einer Zeit wieder her, die über
derjenigen der Benu-tzungszeit liegt. Um den Behälter 1 zu spülen und' zu reinigen,
insbesondere seine Filter, die nicht wiedergegeben sind, wird Spülluft in den Behälter
1 von der Leitung 25 entsprechend den gestrichelt gezeichneten Pfeilen f2 zugef-ührt,
indem man die Ventile 12 und 13 schließt und das Ventil 24 öffnet. Nan erhält somit
nach diesem Verfahren und mit einer solchen Vorrichiung alle Vorteile eines höheren
Wirkungsgrades, höherer Arbeitsgeschwindigkeit und besserer Sicherheit beim härten
von Gießformen oder Gießforniernen aus Sand mit Harz.
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Die Erfindung findet vorteilhafte Anwendung bei kleinen Kalthärtungsanlagen
für Gießformen und Gießformkerne und bedeutenderen Einrichtungen mit einem zentralen
Erzeuger für das Gasgemisch, welcher das Gemisch auf verschiedene Formplätze verteilt.
Die Vorteile einer solchen Vorrichtung sind ebenfalls höherer Wirkungsgrad, Geschwindigkeit
der Härtung der Formen und Formkerne und Sicherheit.
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Patentansprüche: