DE4322950C1 - Verfahren zum Aushärten von Sandformkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aushärten von Sand­ formkörpern, insbesondere von Gießkernen, wie es beispielsweise aus der DE-OS 41 20 928 als bekannt hervorgeht.

Nach den aus dem Stande der Technik bekannten Kaltaushärtever­ fahren lassen sich entsprechende Sandformkörper mit einer guten Biege- und Abriebfestigkeit, einer hohen Naßgenauigkeit und Oberflächengüte sowie guter Lagerfähigkeit aus kalten Form­ werkzeugen in sehr kurzen Taktzeiten herstellen.

Die Sandmischung für dieses Kaltaushärteverfahren besteht üb­ licherweise aus einem trockenen Quarzsand und einem flüssigen Zweikomponenten-Kunstharzbindersystem, das bei Zutritt eines Katalysators aushärtet. Als Katalysator werden bei der Verfah­ rensdurchführung bei Raumtemperatur normalerweise flüssige, leichtflüchtige Amine, meistens Triethylamin, Dimethylethylamin oder Dimethylisopropylamin eingesetzt.

Diese beim Aushärten von Sandformkörpern als Katalysator ein­ gesetzten chemischen Verbindungen sind relativ teuer und stel­ len übelriechende und giftige, die Gesundheit auch in geringen Konzentrationen schädigende Substanzen dar. Entsprechend sind aus dem Stande der Technik verschiedene Verfahrensdurchfüh­ rungen bekannt, um den Einsatz dieser Verbindungen als Kataly­ sator beim Aushärten von Sandformen zu minimieren; dazu sind beispielhaft die DE-OS 28 33 305, die DE-OS 36 08 112 und die DE-PS 42 25 436 anzugeben. Aus der DE-PS 25 26 875, der DE-OS 25 50 588 und der DE-OS 26 21 153 sind Verfahren und Vorrich­ tungen zum Härten von Sandformkörpern zu entnehmen, mit denen eine Gesundheitsgefährdung durch die Rückstandsstoffe des Re­ aktionsgases sowohl im unmittelbaren Bereich der Kernschießform als auch prinzipiell eine Umweltbelastung vermieden werden soll. Dazu ist es auch bereits bekannt, das Reaktionsgas mehrmals im Kreislauf zu fahren.

So ist aus der DE-OS 41 20 928 ein Verfahren zum Aushärten von Sandformkörpern zu entnehmen, wobei ein Träger-Härtegas-Strom mehrmals im Kreislauf durch den Sandformkörper hindurchgeführt wird. Dabei wird ein über eine Härtegasquelle führender Pri­ märkreislauf so lange im Kreis gefahren, bis die für eine vollständige Aushärtungsreaktion erforderliche Härtegasmenge vorhanden ist. Anschließend wird der Primärbegasungskreislauf geschlossen und ein Sekundärkreislauf geöffnet und letzterer so lange im Kreis gefahren, bis die Aushärtungsreaktion vollstän­ dig abgelaufen ist. Bei der in dieser Schrift angegebenen Ver­ fahrensweise entweichen bei der Öffnung der Kernschießform die im Sandformkörper und in der Kernschießform vorhandenen Reste an dem Reaktionsgas in die Umgebung des Arbeitsplatzes, was eine große gesundheitliche Gefährdung der dort Beschäftigten und insgesamt für die Umwelt bedeutet. Eine Entsorgung der entweichenden Abluft von den enthaltenen Rückstandsstoffen des Aushärtungsvorganges auf die nach der TA-Luft vorgeschriebenen Abluftwerte bringt zusätzliche Kosten mit sich.

Aus der DE-OS 41 12 701 ist ebenfalls ein Verfahren zur Her­ stellung von Sandkernen für den Metallguß bekannt, wobei die Begasung des Sandballens in einem bis zur Aushärtung des Sand­ ballens zum Sandkern geschlossenen Kreislauf durchgeführt wird. Die Menge des Härtegases soll dabei so eingestellt sein, daß das beim Belüften des Gassystems freiwerdende Gasgemisch Härtergaskonzentrationen enthält, die die zugelassenen Grenz­ werte nicht übersteigen. Das das Härtegas enthaltende Gasge­ misch wird so lange im Kreislauf durch den Sandballen geleitet, bis dieser zum Sandkern ausgehärtet ist. Da nach dieser Schrift mit Härtegasmengen gearbeitet wird, die den theoretischen Ver­ brauch um 25 bis 100% übersteigen, ist nicht auszuschließen, daß beim Öffnen der Kernschießform und Entnahme des Sandform­ körpers die zum Freien hin entweichende Abluft doch noch grö­ ßere Mengen an Rückstandsstoffen von dem Härtegas enthält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe daher zugrunde, bei einem gattungsgemäß zugrundegelegten Verfahren zum Aushärten von Sandformkörpern die beim Öffnen der Kernschießform bei der Entnahme des fertigen Sandformkörpers auftretenden Schad­ stoff-Emissionen und damit die Arbeitsplatz-Immission gänzlich zu vermeiden, mindestens auf jeden Fall sehr zu vermindern und damit gleichzeitig das Volumen an noch zu entsorgender Abluft zu verringern, bei einem geringen apparativen und energie­ mäßigen Aufwand für das Verfahren.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des 1. Patentanspruches gelöst.

Die Unteransprüche 2 bis 9 geben bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens an.

Die erfindungsgemäße Verfahrensdurchführung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung noch näher beschrieben.

In dieser Zeichnung ist mit I die Anreicherungsphase bezeich­ net, in der in einem geschlossenen Kreislauf eine Zudosierung von Katalysator bzw. Härter auf die Sollkonzentration erfolgt. Mit 1 ist der Reaktionsgas-Verdampfer bezeichnet, von dem aus über das geöffnete Ventil 2 das Reaktionsgas der Kernschießform 3 mit dem auszuhärtenden Sandformkörper 4 zugeführt wird. Das Ventil 5 ist in dieser Anreicherungsphase I geschlossen. Aus der Kernschießform 3 wird das Reaktionsgas in dem geschlossenen Kreislauf der Phase I über das geöffnete Ventil 6 über einen Druckspeicher 7 und eine Unterdruckpumpe 8 über das geöffnete Ventil 9 zu dem Reaktionsgas-Verdampfer 1 zurückgeführt. Die Ventile 10 und 11 sind in dieser Phase I geschlossen. Dem Re­ aktionsgas-Verdampfer 1 werden über die Leitung 12 über das geöffnete Ventil 13 frisches Trägergas und über die Leitung 14 über das geöffnete Ventil 15 in flüssiger Form der Katalysator bzw. Härter zugeführt.

Sobald die Sollkonzentration an Katalysator bzw. Härter in der Phase I erreicht ist, werden die Ventile 2 und 9 geschlossen und die Ventile 5 und 10 geöffnet und in einer Phase 11 zirku­ liert das Reaktionsgas in dem geschlossenen Kreislauf durch die Leitung 16 mit dem geöffneten Ventil 17 zurück zu der Kern­ schießform 3, in der der enthaltene Sandformkörper 4 in dieser eigentlichen Härtephase zwangskonvektiv mit dem Reaktionsgas in Kontakt gehalten wird.

Nach Beendigung des Aushärtens des Sandformkörpers wird das bisher geschlossene Ventil 11 geöffnet und in einer Phase III in einem geschlossenen Kreislauf das aus der Kernschießform 3 abgeleitete Reaktionsgas zuerst einer Kondensation zugeführt, in dem die höher siedenden Anteile an Lösungsmittel in dem Re­ aktionsgas auskondensiert werden, die über eine Leitung 37 zu dem Reaktionsgas-Verdampfer 1 zurückgeführt werden. Das von dem höher siedenden Lösungsmittel befreite Reaktionsgas wird von dem Kondensator 18 über die Leitung 19 und über das geöffnete Ven­ til 20 einer Adsorptionseinrichtung 21 zugeführt, wo dem Reak­ tionsgas die restlichen Rückstandsstoffe, nämlich Amin und die niedriger siedenden Lösungsmittel entzogen werden, die abge­ führt und wieder verwendet werden können. Das so gereinigte Reaktionsgas wird über die Leitung 22 mit dem geöffneten Ventil 23 und über die Leitung 24 mit dem geöffneten Ventil 5 in die noch geschlossene Kernschießform 3 zurückgeführt, wo es zum Ausspülen der im Sandformkörper 4 und in der Kernschießform 3 adsorbierten Reste an Reaktionsgas eingesetzt wird. Sobald die Adsorptionseinrichtung 21 mit den adsorbierten Rückstandsstoffen aus dem Reaktionsgas gesättigt ist, werden die Rückstandsstoffe aus dem Adsorbermaterial desorbiert. Zur Verbesserung der Regeneration des Adsorbers wird dieser zu­ sätzlich mit einem inerten Gas, vorzugsweise mit Stickstoff, gespült, der über die Leitungen 25 und 26 der Adsorptions­ einrichtung 21 zugeführt - bei geschlossenem Ventil 20 - und über die Leitungen 27 und 28 aus der Einrichtung 21 wieder ab­ geführt wird.

Um eine kontinuierliche Verfahrensdurchführung des Aushärtens des Sandformkörpers sicherzustellen, ist zweckmäßigerweise ne­ ben der ersten Adsorptionseinrichtung 21 eine zweite Adsorpti­ onseinrichtung 29 angeordnet, der während der Desorption des Adsorbers in der Einrichtung 21 über die Leitung 30 das noch von den restlichen Rückstandsstoffen zu reinigende Reaktionsgas zugeleitet wird. Von der Einrichtung 29 wird über die Leitungen 31 und 24 das gereinigte Reaktionsgas der Kernschießform zuge­ führt. Die Ventile 20, 32, 33, 34 und 37 sind dabei geschlossen und die Ventile 35 und 36 geöffnet.

Da die Kernschießform nicht vollständig dicht zu schließen ist, ist ein gewisses Ansaugen von "Falschluft" aus der diese umge­ benden Atmosphäre durch die Unterdruckpumpe 8 unvermeidlich. Über die Phase II und III des Gesamtkreislaufes gelangt diese "Falschluft" am Ende eines offenen Kreislaufes über die Lei­ tungen 27 und 28 als gereinigte Abluft in die Atmosphäre.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile be­ stehen insbesondere darin, daß bei der Kernschießform bei der Entnahme des fertigen Sandformkörpers geringere Arbeitsplatz- Emissionen und damit auch geringere Arbeitsplatz-Immissionen auftreten. Eine Spülung der Kernschießform mit eigens und damit zusätzlich zugeführter Frischluft ist nicht notwendig, da die gereinigte Prozeßluft für den Spülvorgang eingesetzt wird. Außerdem ist die Menge einer eventuell noch zu entsorgenden Ab­ luft geringer.

Claims (9)

1. Verfahren zum Aushärten von Sandformkörpern, insbesondere von Gießkernen, aus kunstharzgebundenem Sand mittels eines die Aushärtung des Kunstharzes bewirkenden Reaktionsgases, insbe­ sondere eines gas- oder dampfförmigen Amins als Katalysator, dem Luft als Trägergas zugegeben wird, das in einem Kreislauf durch die den zunächst noch losen Sandformkörper enthaltende Kernschießform gepreßt wird,

• - wobei die erforderliche Menge an Reaktionsgas in dem geschlossenen Kreislauf in einer Anreicherungsphase zudosiert wird und
• - wobei das gebildete Gasgemisch durch Zirkulation in dem geschlossenen Kreislauf mit dem in der Kernschießform enthaltenen Sandformkörper in der eigentlichen Härtephase zwangskonvektiv in Kontakt gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch gegen Ende der Härtephase, aber noch vor dem Öffnen der Kernschießform, innerhalb des geschlossenen Kreis­ laufes in einer Reinigungsphase von reaktiven und/oder umweltbelastenden Gasbestandteilen gereinigt wird und das ge­ reinigte Gasgemisch zum Ausspülen der im Sandformkörper und in der Kernschießform adsorbierten Reste von Reaktionsgas einge­ setzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasgemisch in einer ersten Reinigungsstufe vor allem die hochsiedenden Fraktionen der Lösungsmittel durch Kondensa­ tion entzogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem durch Kondensation vorgereinigten Gasgemisch in einer zweiten Reinigungsstufe die restlichen Rückstandsstoffe, näm­ lich Amin und die niedriger siedenden Fraktionen der Lösungs­ mittel durch Adsorption entzogen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat aus den höher siedenden Fraktionen der Lö­ sungsmittel einer Mischkammer zugeleitet wird, mit neu zuge­ führtem Katalysator vermischt und das Gesamtgemisch in die Kernschießform eingespeist wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Reinigungsstufe dem Gasgemisch die rest­ lichen Rückstandsstoffe durch Adsorption an einem durch Zufuhr trockener Wärme, insbesondere bei Unterdruck desorbierbaren Adsorptionsmittel, vorzugsweise Aktivkohle, entzogen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß zum Regenerieren des Adsorptionsmittels der zweiten Reinigungsstufe, dieses von Zeit zu Zeit nach Sättigung mit den Rückstandsstoffen aus dem Gasgemisch-Behandlungsstrom fluidisch herausgelöst und nach außen hermetisch verschlossen wird und
• - das Absorptionsgleichgewicht in Richtung der Desorption verschoben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Reinigungsstufe das Gasgemisch in einer zy­ klischen Folge durch zwei nebeneinander angeordnete Adsorpti­ onssäulen, jeweils nach Sättigung der einen Säule mit den Rückstandsstoffen geleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Regeneration des Adsorptionsmittels der zweiten Reinigungsstufe dieses mit einem inerten Gas, vor­ zugsweise Stickstoff, gespült wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluftbehandlung in einem offenen Kreislauf betrieben wird, bei dem die gereinigte Abluft vollständig in die Atmo­ sphäre entlassen wird.