DE2249244A1 - Verfahren zum gleichzeitigen verdichten und aushaerten von haertbaren formstoffen - Google Patents

Description

• Verfahren zum gleichzeitigen Verdichten und Aushärten von härtbaren Formstoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren-zum gleicnzeitigen Verdichten und Aushärten von härtbaren Formstoffen.
• Neben den bekannten Verdichtungsverfahren, wie Rütteln, Pressen, Schießen oder Blasen ist es aus der US-PS 3 170 202 und der DT-AS 1 242 802 bekannt, tongebundene Sande mit Hilfe von Explosionsdrücken zu verdichten. Die während der Explosion freiwerdende Energie wird über einen Kolben zum Aufbringen der Verdichtungskräfte auf den Formstoff verwendet, wobei noch Wärmeenergie verlorengeht.
• Nach Freytag (Handbuch der itaumexplosion, Verlag Chemie GmbH, Weinheim/Bergstraße) kann man bei einer Detonation in geschlossenen Räumen, z. B. in einem Formkasten oder in einer Kernbüchse mit Formstoff, unter Einleitung geringer Gasmengen einen Druckanstieg, ausgehend von 1 atü, auf 50 atü erreichen. Die Stoßwellen sorgen für eine gerichtete Verdichtung. Bei Anstoß der Druckwellen an eine Wand oder hier an den eingefüllten Formstoff kann dieser Druck nochmals auf das zwei- bis dreifache ansteigen und so zu einer idealen, wirtschaftlichen Verdichtungskraft werden.
• Neben den tongebundenen Formstoffen, die durch das vorgenannte Verfahren ohne weiteres verdichtet werden können, sind kunstharzgebundene Formsande bekannt, die nach dem Verdichten im Formkasten oder in einer Kernbüchse in einem zusätzlichen Arbeitsgang durch Wärme oder durch ein Gas ausgehärtet werden müssen. Auf Grund der schlechten Wärmeleitung von Formsanden bzw. der benötigten Reaktionszeit ergibt sich hieraus eine verhältnismäßig lange Taktzeit für die Herstellung eines Formteiles.
• Gemäß der Erfindung wird nun vorgeschlagen, den zusätzlichen Arbeitsgalg zu vermeiden. Dies gescnieht dadurch, daß die Verdichtung durch eine die notwendige Temperatur und/oder das eaktionsmittelerzeugende Explosion erfolgt.
• Im Falle eines kunstharzgebundenen, wärmehärtbaren Sandes erfolgt die Verdiclituiig zweckmäßigerweise durch eine gebremst wärmeerzeugende JOetonation. Die dabei freiwerdende Wärmemenge wird zum Aushärten des Formstoffes durch Schock verwendet Versuche haben gezeigt, daß dies vorzugsweise mit Hilfe einer Knallgaskettenreaktiors 2 H2 + 02 - 20 11 + 2 H möglich ist.
• Eine reine Explosion, d. n. eine exotherme Kettenreaktion, würde hohe Verbrennungstemperaturen erzeugen, die für andere Zwecke, z.B. die thermische Entgratung von Gußstücken, zweckmäßig wäre, nier aber zu einer Verbrennung des Binders führen würde.
• Für das gleichzeitige Verdichten und Aushärten von Formstoffen unter gebremster Wärmeerzeugung ist ein Reaktionsablauf mit kleiner, sphärischer und exothermer Explosion notwendig, die nach einer Induktionszeit von wenigen Mikrosekunden in eine endotherme Detonation mit Stoßwellen übergeht.
• Die Lenkung des Reaktionsablaufes ist durch exakte Steuerung der Gemischzusammensetzung, des Ausgangsdruckes der Gase und der Zündenergie möglich. Es ist zu beachten, daß bei der Knaligasreaktion durch einen Uberschuß an Brennstoff (H2) diese nicht zum Gleichgewicht kommt, wodurch nur ein Teil der verfügbaren Reaktionswärme freigesetzt wird.
• Dieses-Überangebot an Wasserstoff führt zu einem detonationsähnlichen Vorgang mit Stoßwellenabgabe zur Verdichtung und zu einer gebremsten Energieabgabe in Form von Wärme.
• Es wurde festgestellt, daß ein Verhältnis von 5 Volumenteilen Wasserstoff und 2 Volumenteilen Sauerstoff zur Lösung der gestellten Aufgabe eine ideale Mischung bildet.
• Das Vorgemiscn sollte einen Druck von etwa 2 - 3 atü haben.
• Die Detonation bei Knallgas kann so gelenkt werden, daß es infolge des Brennstoffüberschusses zu einer kurzzeitigen hohen Erwärmung im Zeitraum von etwa 20 msec kommt, die ausreicht, um wärmehärtbare Kunststoffe in dieser Zeit zur Aushärtung zu bringen. Bei niedrigem Ausgangsdruck der Gase steigt die Temperatur des Sandes nur so viel an, um einen ausgehärteten Formstoff zu erhalten.
• Dafür ist die Verdichtungsenergie dieses Knallgasgemis ches um so größer.
• Die kurzzeitig in msec in den Hohlräumen des Sandes entstehende Verbrennungswärme muß so bemessen sein, daß das Bindemittel lediglich thermisch geschockt wird, -aber noch nicht verbremlt. Dies ist nach Versuchen im Bereich zwischen 550 und 650 0C möglich. Verdichtung und Aushärtung laufen daher nach diesem Vorschlag anstelle von heute 20 - 40 sec in weniger als 1 sec ab. Man wird allerdings diese kurzen Taktzeiten nicht voll nützen können, da die Trermvorgänge zwiscnen Formstoff und Modell eine gewisse Zeit benötigen.
• Neben dem beschriebenen Verdichten und Aushärten eines kunstharzgebundenen, wärmehartbaren Formsandes ist es gemäß der Erfindung auch möglich'Formsand zu verdichten und ihn gleichzeitig durch Entzug des vorhandenen Wassers in gewissem Umfang auszuhärten. Bei Versuchen gelang es, ein Knallgasgemisch mit so hohem 02-Genalt einzustellen, d.h. so heiß zu fahren, daß in der gleichen Zeit das Wasser in einem Naßgußsand verdunstete, so daß Trockenguß mit sehr hoher Festigkeit entstand. Auch diese Anwendungsart ist von Bedeutung.
• Ein Brennstoff-Luftgemisch ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weniger zu empfehlen, da es wesentlich schwerer in die gewünschte Ricntung der endothermen Detonation zu bringen ist. Es kommen allerdings auch noch andere Gase als Brennstoff in Frage, wie z.B. Kohlenmonoxid, ldethan, Acetylen, Athylen, Athan, Dimethyläther und Dicyane, die entsprechend dieser Reihenfolge gesteigerte Explosions-und Detonationsdrücke ergeben. Auch Propangas, Benzin, Butan, Dieselöl, Kerosin, Erdgas sowie feste Explosionsstoffe sind einsetzbar.
• Für den Fall, daß der Formstoff nicht durch die entstenende Wärme sondern durch ein Reaktionsmittel, wie beispielsweise durch C02 ausgehärtet werden soll, ist ein Brennstoffgemisch zu verwenden, welches während der Explosion das gewünschte Reaktionsmittel erzeugt.
• Verdichtung und Aushärtung sind bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in allen Partien des Formstoffes gleichmäßig. Die Kosten der kombinierten Behandlung liegen weit niedriger als bei herkömmlicheii Verfahren.
• Die Gefahr einer Detonation der gesarnten Anlage besteht bei ordnungsgemäßer Ausführung nicht.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zum gleictlzeitigen Verdicnten und Aushärten von härtbaren Formstoffen d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t, daß die Verdichtung durch eine die notwendige Temperatur und/oder das notwendige Reaktionsprodukt erzeugende Explosion erfolgt.

   2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n nz e i c Ll n e t, daß das Verdichten und das gleichzeitige Aushärten durch eine gebremst wärmeerzeugende Kettenreaktion von Knallgas erfolgt.

   5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c i- n e t, daß die ìilischung des Knallgases in einem Verhältnis von etwa 3 Volumenteilen Wasserstoff zu 2 Volumenteilen Sauerstoff liegt.

   4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Vorgemischdruck bei etwa 2-5 atü liegt.

   5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 , d a d u r c n g e k e n n z e i c h n e t, daß anstelle des Knallgasgemisches, andere Brennstoffe, wie Kohlenmonoxid, Methan, Acetylen, äthylen, Athan, Dimethyläther und Dicyane sowie andere gebräuchliciie Gasarten oder feste Explosionsstoffe benutzt werden.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Verdichtung durch die Explosion eines stark Wärmeerzeugenden, das im Formstoff vorhandene Wasser verdunstenden Brennstoffgemisches erfolgt.

   7. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß ein Gas als Brennstoff benutzt wird, welches nach der Verbrennung als Reaktionsprodukt ein als Härter für den Binder fungierendes Gas ergibt.