WO2018099894A1 - Method for producing cores or molds for metal casting - Google Patents

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WO2018099894A1
WO2018099894A1 PCT/EP2017/080618 EP2017080618W WO2018099894A1 WO 2018099894 A1 WO2018099894 A1 WO 2018099894A1 EP 2017080618 W EP2017080618 W EP 2017080618W WO 2018099894 A1 WO2018099894 A1 WO 2018099894A1
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mold cavity
mold
binder
hardening gas
gas
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PCT/EP2017/080618
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Inventor
David Strunk
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HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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    • B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
    • B22C9/123—Gas-hardening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
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    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/162—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents use of a gaseous treating agent for hardening the binder
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    • B22C1/20—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents
    • B22C1/22—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents of resins or rosins
    • B22C1/2233—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents of resins or rosins obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • B22C1/2246—Condensation polymers of aldehydes and ketones
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    • B22C1/2233—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents of resins or rosins obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • B22C1/2273—Polyurethanes; Polyisocyanates

Definitions

  • the invention relates to a method for producing cores or molds for casting metal from a mixture of core or mold base material and a binder, using a hardening gas for curing the binder.
  • a binder of one or more components to molds or sand cores from a mold base for foundry purposes to impart sufficient hardness to the mold or core for the subsequent casting process.
  • the binder added to the mold base material either cures by itself after a predetermined period of time or can be cured more rapidly by adding a catalyst.
  • Processes for molding or core production with accelerated curing of the binder have been known in the foundry industry for several decades.
  • a hardening gas is introduced into a mold cavity of a core or mold box. By means of the hardening gas introduced into the mold cavity, the curing of the mixture in the mold cavity is usually achieved within a few seconds.
  • DE 2 620 303 A1 discloses a method for hardening sand molds or sand cores made of sand and a binder curable by a catalyst gas in molds.
  • a negative pressure generated by a vacuum source is maintained, whereby the escape of the hardening gas from the mold is avoided and at the same accelerated the hardening gas is passed through the mold.
  • DE 4 1 12 701 A1 relates to the core production of core sands, which are mixed with a synthetic resin binder, which can be cured with a hardening gas.
  • a container provided separately from a core box is pressurized, and the container with introduction of the hardening gas into the core box is fluidly connected to the cavity of the core box to accelerate the introduction of the hardening gas into the mold cavity. Only so much hardening gas is introduced into the core box as theoretically needed to cure the amount of resin binder in the mixture. Further, the hardening gas is continuously pumped through the core box in a cycle until the catalyst contained in the hardening gas is used up to cure the synthetic resin binder and the mold or the core has hardened.
  • EP 0 774 31 1 A2 describes a method and an apparatus for producing a core of gas-hardenable molding sand. After introducing gas-hardenable molding sand into a mold space, the pressure in the mold space is reduced. Subsequently, an air flow is introduced at an air pressure rate of between 50 and 600 Kg / cm 2 in order to achieve a high charging density via the pressure acting on the surface of the gas-hardenable molding sand. Subsequently, a hardening gas is introduced into the mold cavity for curing the molding sand.
  • EP 0 544 863 B1 discloses a method and a device for curing sand moldings, in particular for foundries.
  • EP 2 163 328 A1 discloses a water-glass-coated and / or mixed core or foundry sand for producing cores and casting molds.
  • the molds or cores produced by the methods known from the prior art may, in particular depending on the mold or core geometry to be produced, have under certain circumstances mold areas which are only sparingly gassed and thus only partially cured.
  • mold areas which are only sparingly gassed and thus only partially cured.
  • the invention has the object to provide a method for producing cores or molds, in which, regardless of the shape or core geometry and a possible associated arrangement of gassing in the mold, a uniform curing of the core or the shape is guaranteed.
  • the invention solves its underlying object by a method for producing cores or molds having the features of claim 1.
  • the method comprises the steps of: evacuating a negative pressure within a mold cavity filled with a mixture of core or mold base and binder - gas from the spaces between the particles of the mixture in the mold cavity; Closing the pressurized mold cavity with respect to its environment and then introducing hardening gas into the mold cavity, so that the binder hardens.
  • the invention is based on the finding that the process-technical separation between the step of generating a negative pressure in the mold cavity and the introduction of the hardening gas into the mold cavity, ie by the intermediate step of closing the cavity relative to the environment, achieves that Hardening gas when introducing into the mold cavity and the associated pressure equalization in all directions evenly spread between the particles of the mixture.
  • the hardening gas thus spreads uniformly within the mold cavity filled with the mixture for producing the core or mold, regardless of the arrangement of possible gassing nozzles on the surface of the core or mold box.
  • the hardening gas is introduced into the mold cavity until preferably a natural one Adjusted pressure equalization between the mold cavity and the upstream gassing. Any dead volumes within the mold cavity into which the hardening gas can not flow are avoided.
  • closure of the mold cavity is understood to be a seal against its surroundings, so that pressure equalization between the mold cavity and the environment can not take place via supply or discharge lines connected to the mold cavity. Regardless, however, there may be minor leaks that result in unwanted pressure equalization between the mold cavity and its surroundings, e.g., due to existing manufacturing tolerances on the mold halves involved in forming the mold cavity, a core or mold box.
  • the introduction of the hardening gas can thus preferably take place via only one nozzle fluid-conductively connected to the mold cavity.
  • the generation of a negative pressure and / or the introduction of the hardening gas via a plurality of outlet and / or inlet nozzles on the mold or core box takes place simultaneously.
  • the inlet or outlet opening used to generate the negative pressure is used on the mold or core box.
  • the steps of generating a negative pressure in the mold cavity, closing the mold cavity from the environment, and introducing hardening gas into the mold cavities are repeated one or more times.
  • the frequency of repeating the steps mentioned hereinbefore can be made, for example, as a function of the size of the underpressure which can be generated within the mold cavity. If a negative pressure near the vacuum is to be generated within the mold cavity, it is preferable to repeat all of the abovementioned steps once to produce a sufficiently uniform distribution of the hardening gas in the mold cavity for the uniform curing of the mold or of the core.
  • the hardening gas is discharged respectively in the re-generated generating a negative pressure in the mold cavity or dissipated before removing the cured core or the cured form and vented the mold cavity.
  • the hardening gas is preferably removed via a discharge device which is coupled to the mold cavity and which, for example, comprises discharge lines for the hardening gas connected in a fluid-conducting manner to the mold or core box.
  • the vacuum source used to generate the negative pressure in the mold cavity such as a vacuum pump, part of the discharge device, so that the hardening gas is sucked out of the mold cavity and simultaneously a negative pressure in the mold cavity before the next steps to be performed, ie in particular before the introduction of hardening gas in the mold cavity.
  • the generation of the negative pressure in different areas of the mold cavity takes place.
  • the mold cavity preferably has a plurality of outlet openings formed in different regions of the mold cavity, each of which is connected to a discharge line.
  • the outlet openings are located at opposite ends of the mold cavity.
  • the various outlet ports are alternately connected to the negative pressure source used to generate the negative pressure in the mold cavity.
  • the hardening gas discharged from the mold cavity is collected, washed out or recovered.
  • the collected hardening gas is preferably collected and processed in accordance with one embodiment of the invention and provided for reuse.
  • the processing of the discharged hardening gas preferably comprises filtering the discharged hardening gas in order to separate unwanted residues or constituents contained in the hardening gas therefrom.
  • the treated hardening gas can then be reintroduced into the mold cavity to cure the mixture of mold base and binder.
  • the collected and treated hardening gas is recovered. It is preferable to re-convert the pure catalytically active starting material used as the basis for the hardening gas.
  • the collection and recovery of the hardening gas by means of a collecting and / or recovery device takes place.
  • a development of the method according to the invention provides that the discharged hardening gas is recovered by freezing.
  • the hardening gas is preferably cooled so that it changes its state of aggregation.
  • the component forming the raw material for the hardening gas is cooled so far that it condenses, i. from the gaseous to the liquid phase passes.
  • the hardening gas before being introduced into the mold cavity is mixed with a carrier gas, preferably air, which transports the hardening gas.
  • a carrier gas preferably air
  • the concentration of hardening gas can be easily adjusted or adjusted.
  • the concentration in the carrier gas-hardening gas mixture it is possible to introduce only as much hardening gas into the mold cavity as is needed to cure the core or the mold.
  • the carrier gas used is air which is added or admixed with the hardening gas in a gassing device in a targeted manner.
  • Other carrier gases such as, for example, pure CO 2, can also be used as the basis for the carrier gas / hardener gas mixture to be produced.
  • the process according to the invention is a cold-box process in which the binder comprises a mixture of a polyol component, preferably a phenolic resin, and an isocyanate component. That from the polyol component and the Isocyanate component produced binder forms within the mixture of mold base and binder from a separate, preferably liquid or viscous phase.
  • the components of the binder react chemically with one another in the presence of the hardening gas.
  • the chemical reaction of the components contained in the binder results in a solid resin, preferably a solid polyurethane resin.
  • the core / mold to be produced receives its preferably permanently solid form, which also has high temperatures, as in casting of metals, resists.
  • the hardening gas used is an amine present in the gaseous state, preferably triethylamine, dimethylethylamine, dimethylpropylamine, dimethylisopropylamine or mixtures thereof.
  • the amines which are preferably used serve as initiator and catalyst for the chemical reaction of the abovementioned components of the binder, which can react with one another in an accelerated manner.
  • the hardening gas e.g., amine
  • the binder contained in the binder / mold material mixture cures, i. the binder becomes firm. Curing can take place in less than a minute, preferably within a few seconds, depending on the size of the core to be produced or the shape to be produced. As a result, the cycle times in the production of the cores or molds to be produced can be further reduced.
  • two different amines are preferably used as hardening gases, which are introduced one after the other into the mold cavity of a core or mold box.
  • various amines are introduced sequentially as a hardening gas into the mold cavity.
  • the different hardener gases have different degrees of effectiveness with respect to the curing of the binder contained in the mixture.
  • the hardener gases are thus catalytically different or reactive with respect to the abovementioned components of the binder.
  • the first hardening gas first introduced into the mold cavity is less catalytically active or reactive than the second hardening gas introduced subsequently into the mold cavity.
  • amines having between 3 and 6 carbon atoms are used as initiator and catalyst for the chemical reaction of the binder components.
  • Preferably used as (single or first or second) hardening gas is a present in the gaseous state amine or a mixture of amines which are introduced together with a gaseous diluent or before a gaseous diluent or after a gaseous diluent in the mold cavity. It is preferred to use a diluent in which the catalyst, in the present case the amine used as starting material for the hardening gas, dissolves completely.
  • Suitable diluents or solvents are preferably those which, in the liquid state, preferably take up the said amines homogeneously in solution.
  • the solvents are preferably adapted to be brought under the conditions prevailing at the gassing conditions together with the amines in the gaseous state or to be transferred together with a carrier gas in a carrier gas-hardening gas mixture.
  • the diluent or solvent is preferably not a catalyst for the chemical reaction of the components of the binder in the mixture of molding material and binder; it is preferably inert.
  • solvents for example, polar solvents, such as ester alkylsilanes, alkoxysilanes, but also hydrocarbon solvents are preferred.
  • the process is a methyl formate process, wherein alkaline phenol resoles, in particular so-called Resane® from Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH, are used as binders and cured by gassing with methyl formate.
  • the method is a C0 2 cold box method in which oxyanions resoles contained, in particular so-called Carbophen® of Wilsontenes Albertus Chemische Werke GmbH, are used as a binder which is cured by gassing with C0 2 ,
  • a negative pressure in the core or mold box before filling with the mixture of core or mold base material and binder.
  • the molding material-binder mixture is sucked into the mold cavity during filling of the core or mold box. This results in a preferred complete filling of the mold cavity with the mixture.
  • a molding sand is used as the molding material.
  • quartz sand having a particle size in the size range of 0.02 to 2 mm grain diameter is used. Quartz sand is inexpensive and can be used with a variety of binders with few restrictions. Depending on the complexity of the molds and cores to be produced, instead of quartz sand, it is also possible to use quartz sand, zircon sand or other molding materials.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an apparatus for producing cores or molds for metal casting.
  • a device 1 for producing molds or cores which has a core or mold box 2 with a mold cavity 4.
  • a mixture 6 is input from a mold base and a binder via a feed means for molding material-binder mixture, not shown.
  • the mold cavity is coupled with the feed device in the medium-conducting manner.
  • the mixture 6 is injected according to the example shown in the mold cavity 4 of the core or mold box 2 or introduced in any other way.
  • the mold cavity 4 can be evacuated via a vacuum source 8 which can be connected to the mold cavity in a fluid-conducting manner before introduction of the mixture.
  • the vacuum source 8 is connected via at least one discharge line 10 with the mold cavity 4.
  • the discharge line 10 is connected to at least one outlet not shown in at least one region of the mold cavity 4.
  • a control valve 12 for shutting off the discharge line in the direction of the vacuum source 8 is arranged.
  • the device 1 further comprises a gassing device 14, with which a hardening gas or a mixture of a carrier gas and a hardening gas is provided for introduction into the mold cavity 4 filled with the mixture of molding material and binder.
  • the introduction of the hardening gas takes place via at least one feed line 16 connected in a fluid-conducting manner to the mold cavity
  • Supply line 16 is also a control valve 12 'is arranged, with which the fluid flow in the supply line 16 is released or interrupted.
  • a vacuum is generated in the filled mold cavity 4 by evacuating gas from the spaces between the particles of the mixture in the mold cavity.
  • the evacuation of the mold cavity is carried out in accordance with the example shown also via the vacuum source 8, which in turn is fluidly connected to the mold cavity 4 at the moment of evacuation via the discharge line 10.
  • the control valve 12 After reaching a predetermined negative pressure in the mold cavity 4, also referred to as a reduced pressure, the control valve 12 is closed and the mold cavity is closed to the environment.
  • the control valve 12 'in the supply line 16 is opened, so that the in the supply line 12' located hardening gas or a mixture of a carrier gas and the hardening gas in the mold cavity 4, in the negative pressure is applied, flows until substantially a pressure equalization takes place is.
  • the concentration of the hardening gas in the carrier gas generating a negative pressure in the mold cavity 4 the closing of the mold cavity 4 from the environment and the introduction of hardening gas in the mold cavity 4 is repeated one or more times.
  • a two-stage cure is run with two different hardener gases introduced successively into the mold cavity.
  • the hardening gas discharged from the mold cavity 4 is fed via the discharge line 10 and the vacuum source 8 to a collecting and / or recovery device 18 connected downstream of the vacuum source.
  • the hardening gas is collected in the collecting and / or recovering device 18 and in a preferred embodiment, the component serving for the hardening gas as a starting base is frozen in the recovery device 18.
  • the hardening gas is cooled down so far that the component changes from its gaseous phase into the liquid phase.
  • the recovered component can then be fed back to the gassing device 14 as a starting material for the production of hardening gas after appropriate treatment.

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Abstract

The invention relates to a method for producing cores or molds for metal casting from a mixture of a core or mold base material and a binder using a hardener gas for hardening the binder, having the following steps: - generating a negative pressure within a mold cavity (4) which is filled with a mixture of the core or mold base material and a binder by evacuating gas out of the intermediate spaces between the particles of the mixture in the mold cavity; - closing the mold cavity (4) to which the negative pressure is applied from the surroundings of the mold cavity, and subsequently - introducing a hardener gas into the mold cavity (4) so as to harden the binder.

Description

Verfahren zum Herstellen von Kernen oder Formen für den Metallguss  Method for producing cores or molds for metal casting
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Kernen oder Formen für den Metallguss aus einem Gemisch aus Kern- oder Formgrundstoff und einem Bindemittel, unter Verwendung eines Härtergases zum Aushärten des Bindemittels. The invention relates to a method for producing cores or molds for casting metal from a mixture of core or mold base material and a binder, using a hardening gas for curing the binder.
Es ist im Stand der Technik bekannt, Formen oder Sandkernen aus einem Formgrundstoff für Gießereizwecke ein Bindemittel aus ein oder mehreren Komponenten hinzusetzen, um der Form oder dem Kern für den nachfolgenden Gießprozess eine ausreichende Härte zu verleihen. Das dem Formgrundstoff hinzugegebene Bindemittel härtet entweder nach einer vorbestimmten Zeitdauer von selbst aus oder kann durch Zugabe eines Katalysators beschleunigt ausgehärtet werden. Verfahren zur Form- oder Kernherstellung mit beschleunigter Aushärtung des Bindemittels sind in der Gießereiindustrie seit mehreren Jahrzenten bekannt. Zum Aushärten des Gemisches aus dem Kern- oder Formgrundstoff und dem Bindemittel wird bei der Kernherstellung in vielen Fällen, z.B. im sogenannten Cold-Box-Verfahren, nach erfolgter Formgebung des Gemisches ein Härtergas in einen Formhohlraum eines Kern- oder Formkastens eingeleitet. Mithilfe des in den Formhohlraum eingeleiteten Härtergases wird das Aushärten des Gemisches im Formhohlraum üblicherweise innerhalb weniger Sekunden erreicht. It is known in the art to add a binder of one or more components to molds or sand cores from a mold base for foundry purposes to impart sufficient hardness to the mold or core for the subsequent casting process. The binder added to the mold base material either cures by itself after a predetermined period of time or can be cured more rapidly by adding a catalyst. Processes for molding or core production with accelerated curing of the binder have been known in the foundry industry for several decades. For curing the mixture of the core or mold base and the binder, in many cases, e.g. in the so-called cold-box process, after the shaping of the mixture, a hardening gas is introduced into a mold cavity of a core or mold box. By means of the hardening gas introduced into the mold cavity, the curing of the mixture in the mold cavity is usually achieved within a few seconds.
Aufgrund gestiegener Produktivitäts- und Qualitätsanforderungen im Bereich des Gießens wurde nach Möglichkeiten gesucht, um zum einen die Kern- bzw. Formherstellung weiter zu beschleunigen und eine gleichmäßige Verteilung des Katalysators in der Form- Stoffmischung und damit eine gleichmäßige Aushärtung zu gewährleisten. Zum anderen wurde wegen der gleichzeitig verschärften Umweltanforderungen, da einige der verwendeten Härtergase als umweltbelastend oder gesundheitsschädlich eingestuft werden, nach Möglichkeiten gesucht, die Schadstoffemission bei der Form- und Kernherstellung zu minimieren. Due to increased productivity and quality requirements in the field of casting, possibilities were sought to further accelerate core or mold production and to ensure uniform distribution of the catalyst in the mold. Substance mixture and thus to ensure uniform curing. On the other hand, because of the simultaneously tightened environmental requirements, since some of the hardener gases used are classified as harmful to the environment or harmful to health, they sought ways of minimizing pollutant emissions during mold and core production.
Aus DE 2 620 303 A1 ist ein Verfahren zum Aushärten von Sandformen oder Sandkernen aus Sand und einem durch ein Katalysatorgas härtbarem Bindemitteln in Formwerkzeugen bekannt. Bei dem Verfahren wird während des Einleitens des Katalysatorgases innerhalb des Formwerkzeuges ein durch eine Unterdruckquelle erzeugter Unterdruck aufrechterhalten, wodurch der Austritt des Härtergases aus dem Formwerkzeug vermieden und gleichzeitig das Härtergas beschleunigt durch das Formwerkzeug hindurchgeleitet wird. DE 2 620 303 A1 discloses a method for hardening sand molds or sand cores made of sand and a binder curable by a catalyst gas in molds. In the method, during the introduction of the catalyst gas within the mold, a negative pressure generated by a vacuum source is maintained, whereby the escape of the hardening gas from the mold is avoided and at the same accelerated the hardening gas is passed through the mold.
DE 4 1 12 701 A1 betrifft die Kernherstellung aus Kernsanden, die mit einem Kunstharzbinder gemischt sind, der sich mit einem Härtergas aushärten läßt. Während des Herstel- lungsprozesses wird ein separat zu einem Kernkasten vorgesehenen Behälter unter Unterdruck gesetzt, wobei der Behälter mit Einleitung des Härtergases in den Kernkasten fluidleitend mit dem Hohlraum des Kernkasten verbunden wird, um das Einleiten des Härtergases in den Formhohlraum zu beschleunigen. Es wird nur so viel Härtergas in den Kernkasten eingeleitet, wie theoretisch zum Aushärten der Menge an Kunstharzbinder im Gemisch benötigt wird. Ferner wird das Härtergas in einem Kreislauf fortwährend durch den Kernkasten gepumpt, bis der im Härtergas enthaltene Katalysator zum Aushärten des Kunstharzbinders aufgebraucht und die Form oder der Kern ausgehärtet ist. DE 4 1 12 701 A1 relates to the core production of core sands, which are mixed with a synthetic resin binder, which can be cured with a hardening gas. During the manufacturing process, a container provided separately from a core box is pressurized, and the container with introduction of the hardening gas into the core box is fluidly connected to the cavity of the core box to accelerate the introduction of the hardening gas into the mold cavity. Only so much hardening gas is introduced into the core box as theoretically needed to cure the amount of resin binder in the mixture. Further, the hardening gas is continuously pumped through the core box in a cycle until the catalyst contained in the hardening gas is used up to cure the synthetic resin binder and the mold or the core has hardened.
EP 0 774 31 1 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kerns aus gasaushärtbarem Formsand. Nach dem Einbringen von gasaushärtbarem Formsand in einen Formraum, wird der Druck in dem Formraum verringert. Anschließend wird ein Luftstrom mit einer Luftdruckrate zwischen 50 bis 600 Kg/cm2 eingeleitet, um über den auf die Oberfläche des gasaushärtbaren Formsandes wirkenden Druck eine hohe Ladedichte zu erreichen. Anschließend wird ein Härtergas in den Formhohlraum zum Aushärten des Formsandes eingeleitet. Aus EP 0 544 863 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aushärten von Sandformkörpern bekannt, insbesondere für Gießereien. EP 2 163 328 A1 offenbart einen mit Wasserglas beschichteten und/oder vermischten Kern- oder Formsand zum Herstellen von Kernen und Gießformen. EP 0 774 31 1 A2 describes a method and an apparatus for producing a core of gas-hardenable molding sand. After introducing gas-hardenable molding sand into a mold space, the pressure in the mold space is reduced. Subsequently, an air flow is introduced at an air pressure rate of between 50 and 600 Kg / cm 2 in order to achieve a high charging density via the pressure acting on the surface of the gas-hardenable molding sand. Subsequently, a hardening gas is introduced into the mold cavity for curing the molding sand. EP 0 544 863 B1 discloses a method and a device for curing sand moldings, in particular for foundries. EP 2 163 328 A1 discloses a water-glass-coated and / or mixed core or foundry sand for producing cores and casting molds.
Die mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellten Formen oder Kerne können, insbesondere in Abhängigkeit von der zu erzeugenden Formen- oder Kerngeometrie, unter Umständen Formbereiche aufweisen, die nur unzureichend begast und damit nur teilweise ausgehärtet sind. Zur Vermeidung einer ungleichmäßigen Begasung eines Formhohlraumes mit komplexer Geometrie, war es entweder notwendig, solche Formhohlräume mit einer großen Menge an Härtergas zu überbegasen oder die Anordnung der Düsen, über die das Härtergas in den Formhohlraum eingeleitet wird, aufwendig zu optimieren. The molds or cores produced by the methods known from the prior art may, in particular depending on the mold or core geometry to be produced, have under certain circumstances mold areas which are only sparingly gassed and thus only partially cured. In order to avoid an uneven gassing of a mold cavity with complex geometry, it was either necessary to overgas such mold cavities with a large amount of hardening gas or to optimize the arrangement of the nozzles, via which the hardening gas is introduced into the mold cavity, consuming.
Ausgehend von der vorstehend angeführten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Kernen oder Formen aufzuzeigen, bei dem, unabhängig von der Form- oder Kerngeometrie und einer möglichen damit verbundenen Anordnung von Begasungsdüsen in der Form, ein gleichmäßiges Aushärten des Kerns bzw. der Form gewährleistet ist. Based on the above-mentioned problem, the invention has the object to provide a method for producing cores or molds, in which, regardless of the shape or core geometry and a possible associated arrangement of gassing in the mold, a uniform curing of the core or the shape is guaranteed.
Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen von Kernen oder Formen mit den Merkmalen von Anspruch 1. Insbesondere umfasst das Verfahren die Schritte: Erzeugen eines Unterdrucks innerhalb eines mit einem Gemisch aus Kern- oder Formgrundstoff und Bindemittel befüllten Formhohlraums, durch Evakuie- ren von Gas aus den Zwischenräumen zwischen den Partikeln des Gemisches im Formhohlraum; Verschließen des mit Unterdruck beaufschlagten Formhohlraums gegenüber seiner Umgebung und anschließendes Einleiten von Härtergas in den Formhohlraum, sodass das Bindemittel aushärtet. The invention solves its underlying object by a method for producing cores or molds having the features of claim 1. In particular, the method comprises the steps of: evacuating a negative pressure within a mold cavity filled with a mixture of core or mold base and binder - gas from the spaces between the particles of the mixture in the mold cavity; Closing the pressurized mold cavity with respect to its environment and then introducing hardening gas into the mold cavity, so that the binder hardens.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die verfahrenstechnische Tren- nung zwischen dem Schritt des Erzeugens eines Unterdruckes im Formhohlraum und dem Einleiten des Härtergases in den Formhohlraum, d.h. durch den Zwischenschritt des Verschließens des Hohlraums gegenüber der Umgebung, erreicht wird, dass sich das Härtergas beim Einleiten in den Formhohlraum und beim damit verbundenen Druckausgleich in alle Richtungen gleichmäßig zwischen die Partikel des Gemisches ausbreitet. Das Härtergas breitet sich damit unabhängig von der Anordnung möglicher Begasungsdüsen an der Oberfläche von Kern- oder Formkasten gleichmäßig innerhalb des mit dem Gemisch zum Erzeugen des Kerns oder der Form befüllten Formhohlraumes aus. Das Härtergas wird in den Formhohlraum eingeleitet, bis sich vorzugsweise ein natürlicher Druckausgleich zwischen dem Formhohlraum und der vorgeschalteten Begasungseinrichtung eingestellt hat. Etwaige Totvolumina innerhalb des Formhohlraums, in die das Härtergas nicht strömen kann, werden vermieden. The invention is based on the finding that the process-technical separation between the step of generating a negative pressure in the mold cavity and the introduction of the hardening gas into the mold cavity, ie by the intermediate step of closing the cavity relative to the environment, achieves that Hardening gas when introducing into the mold cavity and the associated pressure equalization in all directions evenly spread between the particles of the mixture. The hardening gas thus spreads uniformly within the mold cavity filled with the mixture for producing the core or mold, regardless of the arrangement of possible gassing nozzles on the surface of the core or mold box. The hardening gas is introduced into the mold cavity until preferably a natural one Adjusted pressure equalization between the mold cavity and the upstream gassing. Any dead volumes within the mold cavity into which the hardening gas can not flow are avoided.
Vorliegend ist unter dem Verschließen des Formhohlraumes ein Abschotten gegenüber seiner Umgebung zu verstehen, sodass kein Druckausgleich zwischen dem Formhohlraum und der Umgebung über mit dem Formhohlraum verbundene Zu- oder Abführleitungen erfolgen kann. Unabhängig davon können jedoch geringfügige Undichtheiten vorliegen, die zu einem ungewollten Druckausgleich zwischen dem Formhohlraum und seiner Umgebung führen, z.B aufgrund bestehender Fertigungstoleranzen an den zur Ausbildung des Formhohlraumes beteiligten Formhälften, eines Kern- oder Formkastens. In the present case, closure of the mold cavity is understood to be a seal against its surroundings, so that pressure equalization between the mold cavity and the environment can not take place via supply or discharge lines connected to the mold cavity. Regardless, however, there may be minor leaks that result in unwanted pressure equalization between the mold cavity and its surroundings, e.g., due to existing manufacturing tolerances on the mold halves involved in forming the mold cavity, a core or mold box.
Das Einleiten des Härtergases kann damit bevorzugt über nur eine mit dem Formhohlraum fluidleitend verbundene Düse erfolgen. In einer anderen Ausführungsform erfolgt das Erzeugen eines Unterdruckes und/oder das Einleiten des Härtergases über mehrere Auslass- und/oder Einlassdüsen am Form- oder Kernkasten gleichzeitig. In einer anderen Ausführungsform wird zum Einleiten des Härtergases die zum Erzeugen des Unterdruckes verwendete Einlass- bzw. Auslassöffnung am Form- oder Kernkasten verwendet. The introduction of the hardening gas can thus preferably take place via only one nozzle fluid-conductively connected to the mold cavity. In another embodiment, the generation of a negative pressure and / or the introduction of the hardening gas via a plurality of outlet and / or inlet nozzles on the mold or core box takes place simultaneously. In another embodiment, for introducing the hardening gas, the inlet or outlet opening used to generate the negative pressure is used on the mold or core box.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schritte: Erzeugen eines Unterdruckes im Formhohlraum, Verschließen des Formhohlraumes gegenüber der Umgebung, und Einleiten von Härtergas in den Formhohl- räum ein oder mehrmals wiederholt. Die Häufigkeit des Wiederholens der vorliegend genannten Schritte kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Größe des innerhalb des Formhohlraumes erzeugbaren Unterdruckes vorgenommen werden. Wird innerhalb des Formhohlraumes ein Unterdruck nahe dem Vakuum zu erzeugt, so genügt bevorzugt das einmalige Wiederholen sämtlicher oben genannter Schritte, um eine ausreichend gleich- mäßige Verteilung des Härtergases im Formhohlraum zum gleichmäßigen Aushärten der Form oder des Kerns zu erzeugen. Wird andererseits im Vergleich zum in der Umgebung herrschenden atmosphärischen Druck ein nur geringer Unterdruck im Formhohlraum erzeugt, können mehrere Wiederholvorgänge, beispielsweise 2, 3, 4 oder mehr Wiederholvorgänge notwendig sein. Erst nach wiederholtem Einleiten von Härtergas wird hierbei eine ausreichend gleichmäßige Verteilung des Härtergases innerhalb des Formhohlraumes im Kern- bzw. Formkasten erreicht, mit der ein vollständiges Aushärten des Kerns oder der Form gewährleistet ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das mehrmalige Wiederholen der obigen Verfahrensschritte gewünscht, vorzugsweise wenn beim erstmaligen Einleiten des Härtergases nur eine Minderkonzentration des zum Aushärten des Bindemittels benötigten Katalysators im Härtergas enthalten ist. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the steps of generating a negative pressure in the mold cavity, closing the mold cavity from the environment, and introducing hardening gas into the mold cavities are repeated one or more times. The frequency of repeating the steps mentioned hereinbefore can be made, for example, as a function of the size of the underpressure which can be generated within the mold cavity. If a negative pressure near the vacuum is to be generated within the mold cavity, it is preferable to repeat all of the abovementioned steps once to produce a sufficiently uniform distribution of the hardening gas in the mold cavity for the uniform curing of the mold or of the core. If, on the other hand, only a slight negative pressure is generated in the mold cavity compared to the atmospheric pressure prevailing in the environment, several repetitions, for example 2, 3, 4 or more repetitions, may be necessary. Only after repeated introduction of hardening gas in this case a sufficiently uniform distribution of the hardening gas is achieved within the mold cavity in the core or mold box, with the complete curing of the core or the mold is guaranteed. In a further embodiment of the invention, it is desirable to repeat the above method steps several times, preferably when when the hardening gas is introduced for the first time, only a minor concentration of the catalyst required for curing the binder is contained in the hardening gas.
Durch das Verschließen des Formhohlraumes gegenüber der Umgebung wird der Formhohlraum im Kern- bzw. Formkasten vorzugsweise gegenüber einer den Unterdruck im Formhohlraum erzeugenden Unterdruckquelle abgeschottet; hierbei werden sämtliche mit der Unterdruckquelle verbundene Auslässe verschlossen. By closing the mold cavity from the environment of the mold cavity in the core or mold box is preferably sealed off from a negative pressure in the mold cavity generating negative pressure source; In this case all connected to the vacuum source outlets are closed.
Vorzugsweise wird das Härtergas beim wiedeholten Erzeugen eines Unterdruckes im Formhohlraum jeweils abgeführt oder vor dem Entnehmen des ausgehärteten Kerns oder der ausgehärteten Form abgeführt und der Formhohlraum belüftet. Dadurch wird gewähr- leistet, dass die als Katalysator für das Bindemittel dienende Komponente im Härtergas, welche schädlich für die Umwelt und die Gesundheit sein kann, gezielt abgeführt wird und damit nicht in die Umgebung gelangt. Das Härtergas wird vorzugsweise über eine mit dem Formhohlraum gekoppelte Abführeinrichtung abgeführt, welche zum Beispiel an den Form- oder Kernkasten fluidleitend angeschlossene Abführleitungen für das Härtergas umfasst. Bevorzugt ist die zum Erzeugen des Unterdruckes im Formhohlraum verwendete Unterdruckquelle, wie beispielsweise eine Vakuumpumpe, Teil der Abführeinrichtung, sodass das Härtergas aus dem Formhohlraum abgesaugt wird und gleichzeitig ein Unterdruck im Formhohlraum vor den nächsten durchzuführenden Schritten erfolgt, d.h. insbesondere vor dem Einleiten von Härtergas in den Formhohlraum. In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt, in Verbindung mit dem mehrmaligen Erzeugen eines Unterdrucks im Formhohlraum, das Erzeugen des Unterdruckes in unterschiedlichen Bereichen des Formhohlraumes. Dadurch kann das Abführen von etwaiger während des ersten Evakuiervorganges im Formhohlraum verbliebener Luft verbessert werden. Dazu weist der Formhohlraum bevorzugt mehrere, in verschiedenen Bereichen des Formhohlraumes ausgebildete Auslassöffnungen auf, die jeweils mit einer Abführleitung verbunden sind. Vorzugsweise sind die Auslassöffnungen an entgegengesetzten Enden des Formhohlraumes angeordnet. Vorzugsweise werden die verschiedenen Auslassöffnungen abwechselnd mit der zum Erzeugen des Unterdruckes im Formhohlraum verwendeten Unterdruckquelle verbunden. Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Entnehmen des ausgehärteten Kerns oder der ausgehärteten Form gleichzeitig mit dem Abführen des Härtergases eine Belüftungsöffnung am Formhohlraum geöffnet, um bevorzugt sämtliche im Kern oder der Form enthaltenen Bestandteile des Härtergases vollständig daraus abzuführen, bevorzugt daraus abzusaugen. Der Kern oder die Form weisen dann eine reduzierte Beladung an unverbrauchtem Härtergas auf. Preferably, the hardening gas is discharged respectively in the re-generated generating a negative pressure in the mold cavity or dissipated before removing the cured core or the cured form and vented the mold cavity. This ensures that the component serving as a catalyst for the binder in the hardening gas, which may be harmful to the environment and health, is deliberately dissipated and thus does not enter the environment. The hardening gas is preferably removed via a discharge device which is coupled to the mold cavity and which, for example, comprises discharge lines for the hardening gas connected in a fluid-conducting manner to the mold or core box. Preferably, the vacuum source used to generate the negative pressure in the mold cavity, such as a vacuum pump, part of the discharge device, so that the hardening gas is sucked out of the mold cavity and simultaneously a negative pressure in the mold cavity before the next steps to be performed, ie in particular before the introduction of hardening gas in the mold cavity. In one embodiment of the invention, in conjunction with the multiple generation of a negative pressure in the mold cavity, the generation of the negative pressure in different areas of the mold cavity takes place. Thereby, the discharge of any remaining during the first evacuation process in the mold cavity air can be improved. For this purpose, the mold cavity preferably has a plurality of outlet openings formed in different regions of the mold cavity, each of which is connected to a discharge line. Preferably, the outlet openings are located at opposite ends of the mold cavity. Preferably, the various outlet ports are alternately connected to the negative pressure source used to generate the negative pressure in the mold cavity. According to a development of the method according to the invention, before the removal of the hardened core or the hardened mold simultaneously with the removal of the hardening gas, a ventilation opening is opened on the mold cavity, in order to complete all components of the hardening gas contained in the core or mold remove it, preferably suck it out. The core or mold then has a reduced load of unconsumed hardening gas.
Vorzugsweise wird in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das aus dem Formhohlraum abgeführte Härtergas aufgefangen, ausgewaschen oder zurück- gewonnen. Das aufgefangene Härtergas wird bevorzugt gesammelt und gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufbereitet und für eine erneute Verwendung bereitgestellt. Das Aufbereiten des abgeführten Härtergases umfasst vorzugsweise das Filtrieren des abgeführten Härtergases, um im Härtergas enthaltene, unerwünschte Rückstände oder Bestandteile daraus abzutrennen. Das aufbereitete Härtergas kann dann wieder zum Aushärten des Gemisches aus Formgrundstoff und Bindemittel in den Formhohlraum eingeleitet werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das aufgefangene und aufbereitete Härtergas zurückgewonnen. Bevorzugt erfolgt eine Rückwand- lung des als Grundlage für das Härtergas dienenden reinen katalytisch wirksamen Ausgangsstoffes. Bevorzugt erfolgt das Auffangen und Rückgewinnen des Härtergases mittels einer Auffang- und/oder Rückgewinnungseinrichtung. Preferably, in one embodiment of the method according to the invention, the hardening gas discharged from the mold cavity is collected, washed out or recovered. The collected hardening gas is preferably collected and processed in accordance with one embodiment of the invention and provided for reuse. The processing of the discharged hardening gas preferably comprises filtering the discharged hardening gas in order to separate unwanted residues or constituents contained in the hardening gas therefrom. The treated hardening gas can then be reintroduced into the mold cavity to cure the mixture of mold base and binder. According to one embodiment of the invention, the collected and treated hardening gas is recovered. It is preferable to re-convert the pure catalytically active starting material used as the basis for the hardening gas. Preferably, the collection and recovery of the hardening gas by means of a collecting and / or recovery device takes place.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das abgeführte Härtergas durch Ausfrieren zurückgewonnen wird. Mit dem Ausfrieren wird das Härtergas vorzugsweise derart abgekühlt, dass es seinen Aggregatzustandes ändert. Vorzugsweise wird die den Ausgangsstoff für das Härtergas bildende Komponente soweit abgekühlt, dass sie kondensiert, d.h. von der gasförmigen in die flüssige Phase übergeht. A development of the method according to the invention provides that the discharged hardening gas is recovered by freezing. With the freezing, the hardening gas is preferably cooled so that it changes its state of aggregation. Preferably, the component forming the raw material for the hardening gas is cooled so far that it condenses, i. from the gaseous to the liquid phase passes.
Vorzugsweise wird das Härtergas vor dem Einleiten in den Formhohlraum mit einem das Härtergas transportierenden Trägergas, vorzugsweise Luft, gemischt. Durch das Zugeben des Härtergases zu einem Trägergas entsteht ein Trägergas-Härtergas-Gemisch, dessen Konzentration an Härtergas einfach eingestellt oder angepasst werden kann. Durch das Einstellen der Konzentration im Trägergas-Härtergas-Gemisch ist es möglich, nur so viel Härtergas in den Formhohlraum einzuleiten, wie zum Aushärten des Kerns oder der Form benötigt wird. Vorzugsweise wird als Trägergas Luft verwendet, der das Härtergas in einer Begasungseinrichtung gezielt zugegeben bzw. zugemischt wird. Es können auch andere Trägergase, wie beispielsweise reines C02 als Grundlage für das zu erzeugende Trägergas-Härtergas-Gemisch verwendet werden. Preferably, the hardening gas before being introduced into the mold cavity is mixed with a carrier gas, preferably air, which transports the hardening gas. By adding the hardening gas to a carrier gas, a carrier gas-hardening gas mixture, the concentration of hardening gas can be easily adjusted or adjusted. By adjusting the concentration in the carrier gas-hardening gas mixture, it is possible to introduce only as much hardening gas into the mold cavity as is needed to cure the core or the mold. Preferably, the carrier gas used is air which is added or admixed with the hardening gas in a gassing device in a targeted manner. Other carrier gases, such as, for example, pure CO 2, can also be used as the basis for the carrier gas / hardener gas mixture to be produced.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Cold-Box-Verfahren, bei dem das Bindemittel eine Mischung aus einer Polyol-Komponente, vorzugsweise einem Phenolharz, und einer Isocyanat-Komponente umfasst. Das aus der Polyol-Komponente und der Isocyanat-Komponente erzeugte Bindemittel bildet innerhalb des Gemisches aus Formgrundstoff und Bindemittel eine separate, bevorzugt flüssige oder zähflüssige Phase aus. Durch Einleiten des Härtergases in den mit dem Gemisch aus Formgrundstoff und Bindemittel befüllten Formhohlraum reagieren die Komponenten des Bindemittels in Gegen- wart des Härtergases chemisch miteinander. Durch die chemische Umsetzung der im Bindemittel enthaltenen Komponenten entsteht ein festes Harz, vorzugsweise ein festes Polyurethanharz. Mit dem festen (Polyurethan-)Harz, das gleichzeitig eine feste Verbindung mit dem im Gemisch enthaltenen Partikeln des Formgrundstoffes bewirkt, erhält der/die zu erzeugende Kern/ Form seine/ihre bevorzugt dauerhaft feste Formgebung, die auch hohen Temperaturen, wie sie beim Gießen von Metallen auftreten, widersteht. Preferably, the process according to the invention is a cold-box process in which the binder comprises a mixture of a polyol component, preferably a phenolic resin, and an isocyanate component. That from the polyol component and the Isocyanate component produced binder forms within the mixture of mold base and binder from a separate, preferably liquid or viscous phase. By introducing the hardening gas into the mold cavity filled with the mixture of mold base material and binder, the components of the binder react chemically with one another in the presence of the hardening gas. The chemical reaction of the components contained in the binder results in a solid resin, preferably a solid polyurethane resin. With the solid (polyurethane) resin, which simultaneously causes a firm connection with the particles of the molding material contained in the mixture, the core / mold to be produced receives its preferably permanently solid form, which also has high temperatures, as in casting of metals, resists.
Vorzugsweise, insbesondere in einem Cold-Box-Verfahren, wird als Härtergas ein im gasförmigen Zustand vorliegendes Amin verwendet, vorzugsweise Triethylamin, Dimethylethylamin, Dimethylpropylamin, Dimethylisopropylamin oder Mischungen daraus. Die bevorzugt zum Einsatz kommenden Amine dienen vorliegend als Initiator und Kataly- sator für die chemische Reaktion der oben genannten Komponenten des Bindemittels, die dadurch beschleunigt miteinander reagieren können. Nach Einleiten des Härtergases (z.B. des Amins) in den Formhohlraum härtet das im Gemisch aus Bindemittel und Formgrundstoff enthaltene Bindemittel aus, d.h. das Bindemittel wird fest. Das Aushärten kann, in Abhängigkeit von der Größe des zu erzeugenden Kerns oder der zu erzeugen- den Form in weniger als einer Minute, bevorzugt innerhalb weniger Sekunden erfolgen. Dadurch können die Taktzeiten bei der Herstellung der zu erzeugenden Kerne oder Formen weiter verringert werden. Preferably, in particular in a cold-box process, the hardening gas used is an amine present in the gaseous state, preferably triethylamine, dimethylethylamine, dimethylpropylamine, dimethylisopropylamine or mixtures thereof. In the present case, the amines which are preferably used serve as initiator and catalyst for the chemical reaction of the abovementioned components of the binder, which can react with one another in an accelerated manner. Upon introduction of the hardening gas (e.g., amine) into the mold cavity, the binder contained in the binder / mold material mixture cures, i. the binder becomes firm. Curing can take place in less than a minute, preferably within a few seconds, depending on the size of the core to be produced or the shape to be produced. As a result, the cycle times in the production of the cores or molds to be produced can be further reduced.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise als Härtergase zwei unterschiedliche, jeweils im gasförmigen Zustand vorliegende Amine verwendet, welche nacheinan- der in den Formhohlraum eines Kern- oder Formkastens eingeleitet werden. Anstelle eines mehrfachen Einleitens eines einzelnen Härtergases werden somit verschiedene Amine als Härtergas nacheinander in den Formhohlraum eingeleitet. Bevorzugt haben die unterschiedlicher Härtergase verschiedene Wirksamkeitsgrade hinsichtlich des Aushärtens des im Gemisch enthaltenen Bindemittels. Die Härtergase sind somit unter- schiedlich katalytisch wirksam bzw. reaktiv gegenüber den oben genannten Komponenten des Bindemittels. Bevorzugt ist das in den Formhohlraum zuerst eingeleitete erste Härtergas weniger katalytisch wirksam bzw. reaktiv als das nachfolgend in den Formhohlraum eingeleitete zweite Härtergas. Vorzugsweise werden Amine mit zwischen 3 und 6 Kohlenstoffatomen als Initiator und Katalysator für die chemische Reaktion der Bindemit- tel-Komponenten eingesetzt. Vorzugsweise wird als (einzelnes bzw. erstes oder zweites) Härtergas ein im gasförmigen Zustand vorliegendes Amin oder eine Mischung aus Aminen verwendet, welche zusammen mit einem gasförmigen Verdünnungsmittel oder vor einem gasförmigen Verdünnungsmittel oder nach einem gasförmigen Verdünnungsmittel in den Formhohlraum eingeleitet werden. Vorzugsweise wird ein Verdünnungsmittel verwendet, in dem sich der Katalysator, vorliegend das als Ausgangsbasis für das Härtergas verwendete Amin, vollständig löst. Als Verdünnungs- bzw. Lösungsmittel sind bevorzugt solche geeignet, welche im flüssigen Zustand die genannten Amine vorzugsweise homogen in Lösung aufnehmen. Zudem sind die Lösungsmittel vorzugsweise dazu eingerichtet, unter den an den Begasungseinrichtungen herrschenden Bedingungen zusammen mit den Aminen in den gasförmigen Zustand gebracht zu werden oder zusammen mit einem Trägergas in ein Trägergas-Härtergas-Gemisch überführt zu werden. Das Verdünnungs- bzw. Lösungsmittel ist dabei vorzugsweise kein Katalysator für die chemische Reaktion der Komponenten des Bindemittels im Gemisch aus Formgrundstoff und Bindemittel; es verhält sich bevorzugt inert. Als Lösungsmittel sind beispielsweise polare Lösungsmittel, wie Ester-Alkylsilane, Alcoxysilane, aber auch Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel bevorzugt. In the process according to the invention, two different amines, each present in the gaseous state, are preferably used as hardening gases, which are introduced one after the other into the mold cavity of a core or mold box. Thus, instead of introducing a single hardener gas multiple times, various amines are introduced sequentially as a hardening gas into the mold cavity. Preferably, the different hardener gases have different degrees of effectiveness with respect to the curing of the binder contained in the mixture. The hardener gases are thus catalytically different or reactive with respect to the abovementioned components of the binder. Preferably, the first hardening gas first introduced into the mold cavity is less catalytically active or reactive than the second hardening gas introduced subsequently into the mold cavity. Preferably, amines having between 3 and 6 carbon atoms are used as initiator and catalyst for the chemical reaction of the binder components. Preferably used as (single or first or second) hardening gas is a present in the gaseous state amine or a mixture of amines which are introduced together with a gaseous diluent or before a gaseous diluent or after a gaseous diluent in the mold cavity. It is preferred to use a diluent in which the catalyst, in the present case the amine used as starting material for the hardening gas, dissolves completely. Suitable diluents or solvents are preferably those which, in the liquid state, preferably take up the said amines homogeneously in solution. In addition, the solvents are preferably adapted to be brought under the conditions prevailing at the gassing conditions together with the amines in the gaseous state or to be transferred together with a carrier gas in a carrier gas-hardening gas mixture. The diluent or solvent is preferably not a catalyst for the chemical reaction of the components of the binder in the mixture of molding material and binder; it is preferably inert. As solvents, for example, polar solvents, such as ester alkylsilanes, alkoxysilanes, but also hydrocarbon solvents are preferred.
In einer anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Verfahren ein Methylformiat-Verfahren, wobei alkalische Phenol Resole, insbesondere sogenannte Resane® von Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH, als Bindemittel eingesetzt und durch Begasen mit Methylform iat gehärtet werden. In another alternative embodiment of the invention, the process is a methyl formate process, wherein alkaline phenol resoles, in particular so-called Resane® from Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH, are used as binders and cured by gassing with methyl formate.
Gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist alternativ das Verfahren ein C02 Cold-Box-Verfahren, bei dem Oxyanionen enthaltene Resole, insbesondere sogenanntes Carbophen® von Hüttenes Albertus Chemische Werke GmbH, als Bindemittel eingesetzt werden, welche durch Begasen mit C02 gehärtet wird. According to another embodiment of the method according to the invention, alternatively, the method is a C0 2 cold box method in which oxyanions resoles contained, in particular so-called Carbophen® of Hüttenes Albertus Chemische Werke GmbH, are used as a binder which is cured by gassing with C0 2 ,
Vorzugsweise ist in einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, in dem Kern- oder Formkasten vor dem Befüllen mit dem Gemisch aus Kern- oder Formgrundstoff und Bindemittel einen Unterdruck einzustellen. Damit ist beim Einfüllen bzw. Einschießen des Gemisches aus Formgrundstoff und Bindemittel bewirkt, dass das Gemisch nicht gegen einen Gegendruck im Formhohlraum eingebracht werden muss. Vielmehr wird das Formgrundstoff-Bindemittel-Gemisch beim Befüllen des Kern- oder Formkastens in den Formhohlraum gesaugt. Dadurch ergibt sich eine bevorzugte vollständige Füllung des Formhohlraumes mit dem Gemisch. Zudem wird durch das Einstellen eines Unterdrucks bereits vor dem Befüllen des Formhohlraumes eine ausreichend hohe Vorverdichtung des Gemisches im Formhohlraum beim Befüllen erzielt. Preferably, it is provided in a method according to the invention, to set a negative pressure in the core or mold box before filling with the mixture of core or mold base material and binder. Thus, when filling or injecting the mixture of molding material and binder causes the mixture must not be introduced against a back pressure in the mold cavity. Rather, the molding material-binder mixture is sucked into the mold cavity during filling of the core or mold box. This results in a preferred complete filling of the mold cavity with the mixture. In addition, by adjusting a negative pressure achieved before filling the mold cavity sufficiently high pre-compression of the mixture in the mold cavity during filling.
Vorzugsweise wird als Formgrundstoff ein Formsand eingesetzt. Vorzugsweise wird Quarzsand mit einer Korngröße im Größenbereich von 0,02 bis 2 mm Korndurchmesser verwendet. Quarzsand ist kostengünstig und zusammen mit verschiedensten Bindemitteln mit wenigen Einschränkungen einsetzbar. In Abhängigkeit von der Komplexität der herzustellenden Formen und Kerne können anstelle von Quarzsand auch Quarzgutsand, Zirkonsand oder andere Formgrundstoffe verwendet werden. Preferably, a molding sand is used as the molding material. Preferably, quartz sand having a particle size in the size range of 0.02 to 2 mm grain diameter is used. Quartz sand is inexpensive and can be used with a variety of binders with few restrictions. Depending on the complexity of the molds and cores to be produced, instead of quartz sand, it is also possible to use quartz sand, zircon sand or other molding materials.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines möglichen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen von Kernen oder Formen für den Metallguss. The invention will be described in more detail below with reference to a possible embodiment of the method according to the invention with reference to the accompanying FIG. 1 shows a schematic representation of an apparatus for producing cores or molds for metal casting.
Zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung 1 zum Herstellen von Formen oder Kernen verwendet, die einen Kern- oder Formkasten 2 mit einem Formhohlraum 4 aufweist. In den Formhohlraum 4, der aus zwei, nicht näher dargestellten Formhälften des Kern- oder Formkastens 2 gebildet wird, wird ein Gemisch 6 aus einem Formgrundstoff und einem Bindemittel über eine nicht gezeigte Zuführeinrichtung für das Formgrundstoff-Bindemittel-Gemisch eingegeben. Zum Eingeben des Gemisches wird der Formhohlraum medienleitend mit der Zuführeinrichtung gekoppelt. Das Gemisch 6 wird gemäß dem gezeigten Beispiel in den Formhohlraum 4 des Kern- oder Formkastens 2 eingeschossen oder auf sonstige Weise eingebracht. Um die Vorverdichtung des Gemisches im Formhohlraum zu erhöhen, kann in einer Ausführungsform der Formhohlraum 4 vor dem Einbringen des Gemisches über eine mit dem Formhohlraum fluidleitend verbindbare Unterdruckquelle 8 evakuiert werden. Die Unterdruckquelle 8 ist über wenigstens eine Abführleitung 10 mit dem Formhohlraum 4 verbunden. Die Abführleitung 10 ist an mindestens einem nicht näher dargestellten Auslass in wenigstens einem Bereich des Formhohlraumes 4 angeschlossen. In der Abführleitung 10 ist ein Regelventil 12 zum Absperren der Abführleitung in Richtung der Unterdruckquelle 8 angeordnet. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Begasungseinrich- tung 14, mit der ein Härtergas oder eine Gemisch aus einem Trägergas und einem Härtergas zum Einleiten in den mit dem Gemisch aus Formgrundstoff und Bindemittel befüllten Formhohlraum 4 bereitgestellt wird. Das Einleiten des Härtergases erfolgt über mindestens eine mit dem Formhohlraum fluidleitend verbundene Zuleitung 16. In der Zuleitung 16 ist ebenfalls ein Regelventil 12' angeordnet, mit dem der Fluidstrom in der Zuleitung 16 freigegeben oder unterbrochen wird. To implement the method according to the invention, a device 1 for producing molds or cores is used which has a core or mold box 2 with a mold cavity 4. In the mold cavity 4, which is formed from two mold halves of the core or mold box 2, not shown, a mixture 6 is input from a mold base and a binder via a feed means for molding material-binder mixture, not shown. For inputting the mixture, the mold cavity is coupled with the feed device in the medium-conducting manner. The mixture 6 is injected according to the example shown in the mold cavity 4 of the core or mold box 2 or introduced in any other way. In one embodiment, in order to increase the precompression of the mixture in the mold cavity, the mold cavity 4 can be evacuated via a vacuum source 8 which can be connected to the mold cavity in a fluid-conducting manner before introduction of the mixture. The vacuum source 8 is connected via at least one discharge line 10 with the mold cavity 4. The discharge line 10 is connected to at least one outlet not shown in at least one region of the mold cavity 4. In the discharge line 10, a control valve 12 for shutting off the discharge line in the direction of the vacuum source 8 is arranged. The device 1 further comprises a gassing device 14, with which a hardening gas or a mixture of a carrier gas and a hardening gas is provided for introduction into the mold cavity 4 filled with the mixture of molding material and binder. The introduction of the hardening gas takes place via at least one feed line 16 connected in a fluid-conducting manner to the mold cavity Supply line 16 is also a control valve 12 'is arranged, with which the fluid flow in the supply line 16 is released or interrupted.
Bevor das Härtergas in den befüllten Formhohlraum 4 eingeleitet wird, wird in dem befüllten Formhohlraum 4 durch Evakuieren von Gas aus den Zwischenräumen zwischen den Partikeln des Gemisches im Formhohlraum ein Unterdruck erzeugt. Das Evakuieren des Formhohlraumes erfolgt gemäß dem gezeigten Beispiel ebenfalls über die Unterdruckquelle 8, welche im Moment des Evakuierens wiederum über die Abführleitung 10 fluidleitend mit dem Formhohlraum 4 verbunden ist. Nach Erreichen eines vorbestimmten Unterdruckes im Formhohlraum 4, auch bezeichnet als Minderdruck, wird das Regelventil 12 geschlossen und der Formhohlraum wird gegenüber der Umgebung verschlossen. Es erfolgt hierbei eine Abschottung des Formhohlraumes 4 gegenüber der Umgebung, sodass, abgesehen von eventuell vorhandenen Undichtigkeiten am Kern- oder Formkasten 2, welcher vorzugsweise aus den zwei miteinander in Anlage bringbaren Formhälften ausgebildet ist, kein Druckausgleich zwischen dem Formhohlraum und der Umgebung erfolgt. Before the hardening gas is introduced into the filled mold cavity 4, a vacuum is generated in the filled mold cavity 4 by evacuating gas from the spaces between the particles of the mixture in the mold cavity. The evacuation of the mold cavity is carried out in accordance with the example shown also via the vacuum source 8, which in turn is fluidly connected to the mold cavity 4 at the moment of evacuation via the discharge line 10. After reaching a predetermined negative pressure in the mold cavity 4, also referred to as a reduced pressure, the control valve 12 is closed and the mold cavity is closed to the environment. There is hereby a foreclosure of the mold cavity 4 with respect to the environment, so that, apart from any existing leaks in the core or mold box 2, which is preferably formed from the two mold halves which can be brought into contact with each other, no pressure equalization between the mold cavity and the environment.
Im nächsten Schritt wird das Regelventil 12' in der Zuleitung 16 geöffnet, sodass das in der Zuleitung 12' befindliche Härtergas oder ein Gemisch aus einem Trägergas und dem Härtergas in den Formhohlraum 4, in dem Unterdruck anliegt, einströmt, bis im Wesentlichen ein Druckausgleich erfolgt ist. In Abhängigkeit von der Konzentration des Härtergases im Trägergas wird das Erzeugen eines Unterdruckes im Formhohlraum 4, das Verschließen des Formhohlraumes 4 gegenüber der Umgebung und das Einleiten von Härtergas in den Formhohlraum 4 ein oder mehrmals wiederholt. Darüber soll sichergestellt werden, dass auch bei komplizierten Geometrien der herzustellenden Kerne oder Formen, alle Bereiche hinreichend durch das eingeleitete Härtergas aushärten können. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Zwei-Stufen-Härtung mit zwei verschiedenen Härtergasen gefahren, die nacheinander in den Formhohlraum eingeleitet werden. In the next step, the control valve 12 'in the supply line 16 is opened, so that the in the supply line 12' located hardening gas or a mixture of a carrier gas and the hardening gas in the mold cavity 4, in the negative pressure is applied, flows until substantially a pressure equalization takes place is. Depending on the concentration of the hardening gas in the carrier gas generating a negative pressure in the mold cavity 4, the closing of the mold cavity 4 from the environment and the introduction of hardening gas in the mold cavity 4 is repeated one or more times. In addition, it should be ensured that even with complicated geometries of the cores or molds to be produced, all areas can harden sufficiently by the hardening gas introduced. In another embodiment of the invention, a two-stage cure is run with two different hardener gases introduced successively into the mold cavity.
Das aus dem Formhohlraum 4 abgeführte Härtergas wird über die Abführleitung 10 und die Unterdruckquelle 8 zu einer der Unterdruckquelle nachgeschalteten Auffang- und/oder Rückgewinnungseinrichtung 18 zugeführt. Das Härtergas wird in der Auffang- und/oder Rückgewinnungseinrichtung 18 aufgefangen und in einer bevorzugten Ausführungsform wird die für das Härtergas als Ausgangsbasis dienende Komponente in der Rückgewinnungseinrichtung 18 ausgefroren. Dabei wird das Härtergas soweit abgekühlt, dass die Komponente von ihrer gasförmigen Phase in die flüssige Phase wechselt. Die rückgewonnene Komponente kann dann nach entsprechender Aufbereitung wieder der Begasungseinrichtung 14 als Ausgangsstoff für die Erzeugung von Härtergas zugeführt werden. The hardening gas discharged from the mold cavity 4 is fed via the discharge line 10 and the vacuum source 8 to a collecting and / or recovery device 18 connected downstream of the vacuum source. The hardening gas is collected in the collecting and / or recovering device 18 and in a preferred embodiment, the component serving for the hardening gas as a starting base is frozen in the recovery device 18. The hardening gas is cooled down so far that the component changes from its gaseous phase into the liquid phase. The recovered component can then be fed back to the gassing device 14 as a starting material for the production of hardening gas after appropriate treatment.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Herstellen von Kernen oder Formen für den Metallguss aus einem Gemisch (6) aus Kern- oder Formgrundstoff und einem Bindemittel, unter Verwendung eines Härtergases zum Aushärten des Bindemittels, mit den folgenden Schritten: A method of making cores or molds for casting metal from a mixture (6) of core or mold base stock and a binder, using a hardening gas to cure the binder, comprising the steps of:
- Erzeugen eines Unterdruckes innerhalb eines mit einem Gemisch (6) aus Kern- oder Formgrundstoff und Bindemittel befüllten Formhohlraums (4), durch Evakuieren von Gas aus den Zwischenräumen zwischen den Partikeln des Gemisches (6) im Formhohlraum; - Verschließen des mit Unterdruck beaufschlagten Formhohlraumes (4) gegenüber seiner Umgebung, und anschließend Generating a negative pressure within a mold cavity (4) filled with a mixture (6) of core or mold base and binder, by evacuating gas from the spaces between the particles of the mixture (6) in the mold cavity; - Closing of the applied with vacuum mold cavity (4) relative to its environment, and then
- Einleiten von Härtergas in den Formhohlraum (4), so dass das Bindemittel aushärtet. - Introducing hardening gas in the mold cavity (4), so that the binder hardens.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
wobei die Schritte taking the steps
- Erzeugen eines Unterdruckes im Formhohlraum (4);  - generating a negative pressure in the mold cavity (4);
- Verschließen des Formhohlraumes (4) gegenüber der Umgebung, und - Closing the mold cavity (4) from the environment, and
- Einleiten von Härtergas in den Formhohlraum (4),  Introducing hardening gas into the mold cavity (4),
ein- oder mehrmals wiederholt werden. be repeated one or more times.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
wobei das Härtergas beim wiederholten Erzeugen eines Unterdruckes im Formhohlraum (4) abgeführt oder vor dem Entnehmen des ausgehärteten Kerns oder der ausgehärteten Form abgeführt und der Formhohlraum (4) belüftet wird. wherein the hardening gas during repeated generating a negative pressure in the mold cavity (4) dissipated or dissipated before removing the cured core or the cured mold and the mold cavity (4) is vented.
4. Verfahren nach Anspruch 3, 4. The method according to claim 3,
wobei das aus dem Formhohlraum (4) abgeführte Härtergas aufgefangen, ausgewaschen oder zurückgewonnen wird. wherein the hardening gas discharged from the mold cavity (4) is collected, washed out or recovered.
5. Verfahren nach Anspruch 4, 5. The method according to claim 4,
wobei abgeführtes Härtergas durch Ausfrieren zurückgewonnen wird. wherein dissipated hardening gas is recovered by freezing.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. The method according to any one of claims 1 to 5,
dass das Härtergas mit einem das Härtergas transportierenden Trägergas, vorzugsweise Luft, vor dem Einleiten in den Formhohlraum (4) gemischt wird 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren ein Cold-Box-Verfahren ist, bei dem das Bindemittel eine Mischung aus einer Polyol-Komponente, vorzugsweise einem Phenolharz, und einer Isocyanat- Komponente umfasst. in that the hardening gas is mixed with a carrier gas, preferably air, which transports the hardening gas, before it is introduced into the mold cavity (4). 7. Method according to one of claims 1 to 6, the process being a cold-box process, wherein the binder comprises a mixture of a polyol component, preferably a phenolic resin, and an isocyanate component.
8. Verfahren nach Anspruch 7, 8. The method according to claim 7,
wobei als Härtergas ein im gasförmigen Zustand vorliegendes Amin verwendet wird, vorzugsweise Triethylamin, Dimethylethylamin, Dimethylpropylamin,wherein the hardening gas used is a gaseous amine, preferably triethylamine, dimethylethylamine, dimethylpropylamine,
Dimethylisopropylamin oder Mischungen daraus. Dimethyl isopropylamine or mixtures thereof.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, 9. The method according to claim 7 or 8,
wobei als Härtergas zwei unterschiedliche im gasförmigen Zustand vorliegende Amine verwendet werden, welche nacheinander in den Formhohlraum (4) eingeleitet werden. wherein two different amines present in the gaseous state are used as hardening gas, which are introduced successively into the mold cavity (4).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, 10. The method according to any one of claims 7 to 9,
wobei als Härtergas ein im gasförmigen Zustand vorliegendes Amin oder eine Mischung aus Aminen verwendet wird, welches zusammen mit einem gasförmigen Lösungsmittel oder vor dem gasförmigen Lösungsmittel oder nach dem gasförmigen Lösungsmittel in den Formhohlraum (4) eingeleitet wird. wherein the hardening gas used is an amine present in the gaseous state or a mixture of amines which is introduced into the mold cavity (4) together with a gaseous solvent or before the gaseous solvent or after the gaseous solvent.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 1 1. A method according to any one of claims 1 to 6,
wobei das Verfahren ein Methylformiat-Verfahren ist, bei dem das Bindemittel ein alkalisches Phenol Resol ist. the process being a methyl formate process in which the binder is an alkaline phenol resole.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 12. The method according to any one of claims 1 to 6,
wobei das Verfahren ein C02 Cold-Box-Verfahren ist, bei dem das Bindemittel ein Oxyanionen umfassendes Phenol Resol ist. the process being a C0 2 cold-box process in which the binder is an oxyanion-containing phenol resole.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, 13. The method according to any one of the preceding claims,
wobei in dem Kern- oder Formkasten (2) vor dem Befüllen mit dem Gemisch (6) aus Kern- oder Formgrundstoff und Bindemittel ein Unterdruck eingestellt wird. wherein a negative pressure is set in the core or mold box (2) before filling with the mixture (6) of core or molding base material and binder.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Formgrundstoff ein Formsand eingesetzt wird. 14. The method according to any one of the preceding claims, wherein a molding sand is used as the molding material.
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