DE19723314C1 - Verfahren zur Zufuhr einer optimierten Menge an Katalysator zu einer Kernschießmaschine - Google Patents

Description

Verfahren zur Zufuhr einer optimierten Menge an Katalysator zu einer Kernschießmaschine bei der Herstellung von Kernen oder Formen für Gießprozesse, bei dem der Katalysator in flüssiger oder gasförmiger Form einem Überdruckgefäß entnommen und vor dem Einleiten in die Kernschießmaschine mit Spülgas vermischt wird.

Verfahren zur Herstellung von Kernen für Gießprozesse sind bekannt. In dem Sonderdruck aus Gießerei 78 (1991), Heft 11, Seiten 372 bis 374, ist der Einsatz von Aminen bei der Kernherstellung nach dem Urethan-Cold-Box-Verfahren beschrieben. Bei dieser bekannten Kern- und Formherstellung wird ein Formstoff mit einem Benzyletherharz (Ortho-Phenol-Resol) und einem Isocyanat verwendet, deren Aushärtung mit einem tertiären Amin als Katalysator erreicht wird. Da die katalytische Wirkung von Aminen besonders in der Gasphase vorteilhaft ist, wurden die Versuche mit Trimethylamin (TMA) durchgeführt, dessen Siedepunkt bereits bei etwa 3°C liegt und mit welchem aus diesem Grund eine Aushärtung mit gasförmigem Amin auf relativ einfache Weise möglich ist. Die beschleunigende Wirkung eines tertiären Amins durch Bildung von reaktiven Übergangsverbindungen bei der Polyurethan-Reaktion wird dabei durch die folgenden Reaktionsgleichungen beschrieben:

Bei diesem bekannten Verfahren ist nachteilig, daß das tertiäre Amin in der Regel weit überdosiert der Kernschießmaschine zugeführt wird. Zwar wird herausgestellt, daß der Einsatz von Trimethylamin es in vorteilhafter Weise ermöglicht, die eingesetzte Aminmenge im Vergleich zu anderen Aminen um ca. 50% zu senken, jedoch ist der Einsatz von Trimethylamin immer noch mit Nachteilen verbunden. Ein Problem stellt dabei die extreme Geruchsbelästigung dar. Dies hat zur Folge, daß die Anlagenteile absolut dicht sein müssen. Alle Leitungen sind daher relativ aufwendig zu isolieren.

In der DE 197 06 472.8 wird ein Verfahren zur Herstellung von Kernen für Gießprozesse beschrieben, bei dem gasförmiges Trimethylamin durch Teile einer Dosiervorrichtung geleitet wird und danach in einer Konzentration von 0,01 bis 0,12 Gew.-%, bezogen auf die Menge an eingesetztem Sand pro Kern, in die Kernschießmaschine geleitet und dort mit dem Sand kontaktiert wird. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung dieses Verfahrens ist es vorgesehen, daß das gasförmige Trimethylamin vor der Einleitung in die Kernschießmaschine mit Spülgas beaufschlagt wird. Wie auch in der in DE 197 06 472.8 beschriebenen Weise ist es allgemein dabei vorgesehen, das Trimethylamin einem Überdruckgefäß zu entnehmen und über eine Leitung der Kernschießmaschine zuzuführen. In dieser Leitung ist ein Anschluß für das Spülgas angeordnet, das auf diese Weise mit dem Katalysator kontaktiert wird. Dabei ist jedoch nachteilig, daß die Menge der der Kernschießmaschine zuzuführenden Katalysatormenge infolge der Abnahme des Druckes im Überdruckgefäß abnimmt. Die Zufuhr bzw. Einstellung einer optimierten Menge an Katalysator ist dabei somit nicht möglich. Ferner ist nachteilig, daß der Druck, mit welchem die Mischung aus Katalysator und Spülgas der Kernschießmaschine zugeleitet wird, relativ niedrig ist, so daß es nicht möglich ist, das Gemisch aus Katalysator und Spülgas in der gewünschten Schnelligkeit durch die Kernschießmaschine zu leiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Zufuhr einer optimierten Menge an Katalysator zu einer Kernschießmaschine bei der Herstellung von Kernen oder Formen für Gießprozesse zu schaffen, bei dem sichergestellt ist, daß die Kernschießmaschine in kürzestmöglicher Zeit mit der optimierten Menge an Katalysator beaufschlagt wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sowohl zuerst die optimierte Menge an Katalysator als auch anschließend das Spülgas vor der Einleitung in die Kernschießmaschine einem Druckbehälter zugeführt und in diesem Druckbehälter vermischt werden, wobei das Spülgas dem Druckbehälter mit 0,1 bis 10 bar zugeführt wird und danach die im Druckbehälter vorhandene Mischung aus Katalysator und Spülgas in die Kernschießmaschine eingeleitet wird. Als Katalysator können dabei beispielsweise tertiäre Amine, Methylformiat, SO₂ oder CO₂ eingesetzt werden. Unter der Bezeichnung "Kernschießmaschine" sollen auch diejenigen Vorrichtungen verstanden werden, die der Herstellung von Formen für Gießprozesse dienen. Als Überdruckgefäß kann beispielsweise eine Gasflasche eingesetzt werden. Als Spülgas wird in der Regel Luft gewählt. Es können jedoch auch andere Gase, wie beispielsweise CO², eingesetzt werden. Die Zufuhr des Spülgases zu dem Druckbehälter mit 0,1 bis 10 bar ermöglicht die Einstellung des Druckes im Druckbehälter von 0,1 bis 10 bar. Die Zufuhr für den Katalysator wird in vorteilhafter Weise mittels eines Ventils realisiert. Die optimierte Menge an Katalysator ist abhängig von der Größe des Kerns beziehungswiese der Form und wird anhand verschiedener Parameter vorher bestimmt. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß es bei dem Verfahren zur Zufuhr einer optimierten Menge an Katalysator zu einer Kernschießmaschine in vorteilhafter Weise möglich ist, die optimierte Menge an Katalysator in einer optimierten Zeit durch die Kernschießmaschine zu leiten, wobei das eingestellte Verhältnis zwischen der Menge an Katalysator einerseits und der Menge an Spülgas andererseits, das zwischen 1 : 1000 bis 1 : 10 000 liegt, während der Durchströmung der Kernschießmaschine konstant gehalten werden kann. Auf diese Weise können nachteilige Druckschwankungen vermieden werden. Die optimierte Zeit ist die kürzeste Zeit, die erforderlich ist, die Kernschießmaschine vollständig zu durchströmen. Sie wird über den Druck im Druckbehälter eingestellt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Katalysator in gasförmiger Form im Überdruckgefäß auf 3 bis 80°C beheizt wird. Dies erleichtert eine vorteilhafte Kontaktierung des Katalysators mit dem Spülgas.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Katalysator in flüssiger Form vor der Zuführung zum Druckbehälter in einen Dosierbalg geleitet und anschließend in gasförmiger Form dem Druckbehälter zugeführt. Dabei ist vorteilhaft, daß die Überführung des Katalysators vom flüssigen in den gasförmigen Zustand in vorteilhafter Weise durch Einleiten in einen Dosierbalg realisiert werden kann. Obwohl der Umgebung bei der Umwandlung des Katalysators vom flüssigen in den gasförmigen Zustand Wärme entzogen wird, bleibt der Dosierbalg im Vergleich zu anderen Fördereinrichtungen in vorteilhafter Weise über längere Betriebszeiten funktionsfähig. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß der Dosierbalg auf relativ einfache Weise angeordnet werden kann, so daß auch ältere Anlagen in entsprechender Weise auf einfachem Wege nachgerüstet werden können.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Katalysator Trimethylamin eingesetzt. Dabei ist vorteilhaft, daß die Menge an Katalysator relativ niedrig gehalten werden kann, so daß sich eine Geruchsbelästigung bei der anschließenden Lagerung der Kerne weitgehend vermeiden läßt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird nach der Einleitung der vorhandenen Mischung aus Katalysator und Spülgas aus dem Druckbehälter in die Kernschießmaschine weiterhin Spülgas über den Druckbehälter in die Kernschießmaschine eingeleitet. Diese Maßnahme dient der anschließenden vorteilhaften zusätzlichen Spülung der Kernschießmaschine und des Kerns oder der Form und ermöglicht eine vorteilhafte weitgehende Vermeidung einer Geruchsbelästigung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung (Fig. 1 bis 3) näher und beispielhaft erläutert.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes schematisches Fließbild der Beaufschlagung von Katalysator mit Spülluft in bekannter Form nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes schematisches Fließbild des Verfahrens zur Zufuhr einer optimierten Menge an Katalysator zu einer Kernschießmaschine.

Fig. 3 zeigt das vereinfachte schematische Fließbild einer Variante des Verfahrens zur Zufuhr einer optimierten Menge an Katalysator zu einer Kernschießmaschine, wobei der Katalysator in flüssiger Form eingesetzt wird.

In Fig. 1 ist ein vereinfachtes schematisches Fließbild nach dem Stand der Technik dargestellt, welches die bekannte Kontaktierung von Katalysator mit Spülgas in der herkömmlichen Weise verdeutlicht. Der Katalysator befindet sich in einem Überdruckgefäß 1, das in der Regel als einfache Gasflasche gestaltet ist und zur Bestimmung seines Inhalts auf einer Waage 2 positioniert ist. Gelegentlich kann es vorteilhaft sein, das Überdruckgefäß 1 mit Hilfe einer Heizung 3 zu beheizen. Der Katalysator gelangt über das erste Ventil 4 in die Zufuhrleitung 5, die direkt zur Kernschießmaschine führt (nicht dargestellt). Das Spülgas wird über die Leitung 6 direkt in die Zufuhrleitung 5 eingeleitet. Mit abnehmendem Druck im Überdruckgefäß 1 nimmt die Menge an Katalysator ab, die in die Zufuhrleitung 5 gelangt. Darüber hinaus darf der Druck in der Leitung 6 für das Spülgas nicht zu hoch gewählt werden, damit vermieden wird, daß Spülluft über das geöffnete erste Ventil 4 in das Überdruckgefäß 1 eingeleitet wird. Der in der Zufuhrleitung 5 anstehende Druck reicht daher nicht aus, die Menge an Katalysator wunschgemäß in kürzester Zeit durch die Kernschießmaschine zu leiten.

In Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Zufuhr einer optimalen Menge an Katalysator zu einer Kernschießmaschine in Form eines vereinfachten schematischen Fließbildes dargestellt. Dieses Verfahren läuft folgendermaßen ab:
Die zuvor ermittelte optimierte Menge an Katalysator wird über das erste Ventil 4 in den Druckbehälter 7 eingeleitet. Das zweite Ventil 8 und das dritte Ventil 9 sind dabei geschlossen. Anschließend wird das erste Ventil 4 geschlossen. Danach wird Spülgas über die Leitung 6 und das zweite Ventil 8 dem Druckbehälter 7 zugeführt, wobei das dritte Ventil 9 geschlossen bleibt. Das Spülgas wird dabei in der Regel mit einem Druck von 0,1 bis 10 bar in den Druckbehälter 7 eingeleitet. Eine Möglichkeit des Verfahrens besteht darin, anschließend das zweite Ventil 8 zu schließen und das dritte Ventil 9 zu öffnen und die im Druckbehälter 7 vorhandene Mischung aus Katalysator und Spülgas in die Zufuhrleitung 5 einzuleiten. Es ist jedoch auch möglich und gegebenenfalls vorteilhaft, das zweite Ventil 8 bei der Öffnung des dritten Ventils 9 weiterhin offenzuhalten, so daß nach der Einleitung der vorhandenen Mischung aus Katalysator und Spülgas aus dem Druckbehälter 7 in die Kernschießmaschine weiterhin Spülgas über den Druckbehälter 7 in die Kernschießmaschine eingeleitet wird. Durch diese Maßnahme läßt sich eine Geruchsbelästigung in vorteilhafter Weise fast vollständig vermeiden. Die in Fig. 2 dargestellte Verfahrensweise eignet sich besonders dann, wenn der Katalysator im Überdruckgefäß 1 in gasförmiger Form vorliegt. Das Vorliegen des Katalysators in gasförmiger Form ist dabei jedoch nicht zwingend erforderlich.

In Fig. 3 ist ein Verfahrensfließbild für das Verfahren zur Zufuhr einer optimierten Menge an Katalysator zu einer Kernschießmaschine dargestellt, welches sich besonders dann vorteilhaft realisieren läßt, wenn der Katalysator im Überdruckgefäß 1 in flüssiger Form anfällt. Bevor die optimierte Menge an Katalysator über das erste Ventil 4 in den Druckbehälter 7 geleitet wird, gelangt sie zunächst in einen Dosierbalg 11, in welchem die Überführung des Katalysators vom flüssigen in den gasförmigen Zustand in vorteilhafter Weise realisiert wird. Das vierte Ventil 10 ist dabei geschlossen. Obwohl dabei der Umgebung Wärme entzogen wird, bleibt der Dosierbalg im Vergleich zu anderen Fördereinrichtungen funktionsfähig. Danach wird das erste Ventil 4 geschlossen und die gasförmige optimierte Menge an Katalysator über das vierte Ventil 10 in den Druckbehälter 7 geleitet, wobei das zweite Ventil 8 und das dritte Ventil 9 geschlossen sind. Nach Schließen des vierten Ventils 10 wird das zweite Ventil 8 geöffnet und Spülgas in den Druckbehälter eingeleitet. Die Mischung aus Katalysator und Spülgas gelangt über das dann zu öffnende dritte Ventil 9 in die Zufuhrleitung 5, wobei das zweite Ventil 8 geöffnet bleiben kann. Bei dieser Verfahrensvariante kommt die Heizung 3 nicht zum Einsatz.

Der Sand, der in die Kernschießmaschine geleitet wird (nicht dargestellt), ist in der Regel bereits mit einem Benzyletherharz und einem Isocyanat vermischt, so daß die Kernherstellung oder Formherstellung prinzipiell nach dem Urethan-Cold-Box-Verfahren erfolgen kann.

Claims (5)

1. Verfahren zur Zufuhr einer optimierten Menge an Katalysator zu einer Kernschießmaschine bei der Herstellung von Kernen oder Formen für Gießprozesse, bei dem der Katalysator in flüssiger oder gasförmiger Form einem Überdruckgefäß (1) entnommen und vor dem Einleiten in die Kernschießmaschine mit Spülgas vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl zuerst die optimierte Menge an Katalysator als auch anschließend das Spülgas vor der Einleitung in die Kernschießmaschine einem Druckbehälter (7) zugeführt und in diesem Druckbehälter (7) vermischt werden, wobei das Spülgas dem Druckbehälter (7) mit 0,1 bis 10 bar zugeführt wird und danach die im Druckbehälter (7) vorhandene Mischung aus Katalysator und Spülgas in die Kernschießmaschine eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in gasförmiger Form im Überdruckgefäß (1) auf 3 bis 80°C beheizt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in flüssiger Form vor der Zuführung zum Druckbehälter (7) in einen Dosierbalg (11) geleitet und anschließend in gasförmiger Form dem Druckbehälter (7) zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Trimethylamin eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Einleitung der vorhandenen Mischung aus Katalysator und Spülgas aus dem Druckbehälter (7) in die Kernschießmaschine weiterhin Spülgas über den Druckbehälter (7) in die Kernschießmaschine eingeleitet wird.