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DE2249244A1 - Explosive compaction and hardening of moulding sand - contg. plastics binder, by controlled detonation of gas mixts esp. hydrogen- oxygen - Google Patents

Explosive compaction and hardening of moulding sand - contg. plastics binder, by controlled detonation of gas mixts esp. hydrogen- oxygen

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Publication number
DE2249244A1
DE2249244A1 DE19722249244 DE2249244A DE2249244A1 DE 2249244 A1 DE2249244 A1 DE 2249244A1 DE 19722249244 DE19722249244 DE 19722249244 DE 2249244 A DE2249244 A DE 2249244A DE 2249244 A1 DE2249244 A1 DE 2249244A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas
hardening
hydrogen
oxygen
compaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19722249244
Other languages
German (de)
Inventor
Heinz Dr Berndt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buderus AG
Original Assignee
BuderusSche Eisenwerke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BuderusSche Eisenwerke AG filed Critical BuderusSche Eisenwerke AG
Priority to DE19722249244 priority Critical patent/DE2249244A1/en
Publication of DE2249244A1 publication Critical patent/DE2249244A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C15/00Moulding machines characterised by the compacting mechanism; Accessories therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

Moulding material, incorporating plastics binder can be simultaneously compacted and hardened by the energy generated in the explosive reaction between hydrogen and oxygen (3 vol: 2 vol. originall press. 2-3 atmos) other gas mixts. can be used, incl. CO, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, (CH3)2O C2N2 etc.

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. Process for the simultaneous compaction and hardening of hardenable Molding materials The invention relates to a method for simultaneous compression and curing of curable molding materials.

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.In addition to the well-known compression methods such as shaking, pressing, shooting or bubbles, it is known from US Pat. No. 3,170,202 and DT-AS 1 242 802, clay-bound To compact sands with the help of explosion pressures. The one released during the explosion Energy is used by a piston to apply the compression forces to the molding material used, whereby heat energy is still lost.

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.According to Freytag (manual of itaumexplosion, Verlag Chemie GmbH, Weinheim / Bergstrasse) you can with a detonation in closed rooms, z. B. in a molding box or in a core box with molding material, with the introduction of small amounts of gas Reach pressure increase, starting from 1 atü, to 50 atü. The shock waves take care of a directed compression. When the pressure waves hit a wall or here This pressure can double to triple the filled molding material increase and thus become an ideal, economical compaction force.

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.In addition to the clay-bound molding materials produced by the aforementioned process can be easily compacted, synthetic resin-bound molding sands are known, after compression in the molding box or in a core box in an additional Operation must be cured by heat or by a gas. Because of the poor heat conduction of molding sands and the required reaction time results themselves this results in a relatively long cycle time for production of a molded part.

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.According to the invention it is now proposed that the additional work gallows to avoid. This is done by the fact that the compression by a necessary Temperature and / or the reaction generating explosion takes place.

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.In the case of synthetic resin-bonded, thermosetting sand The Verdiclituiig expediently by a braked heat-generating JOetonation. The amount of heat released is used to harden the molding material by shock Experiments used have shown that this is preferably done with the help of an oxyhydrogen chain reaction 2 H2 + 02 - 20 11 + 2 H is possible.

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.A pure explosion, i. n. an exothermic chain reaction, would be high Generate combustion temperatures that are used for other purposes, e.g. thermal deburring of castings, would be useful, but would never lead to a combustion of the binder would.

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.For the simultaneous compression and hardening of molding materials under braked heat generation is a reaction process with small, spherical and exothermic Explosion necessary, which after an induction time of a few microseconds in an endothermic detonation with shock waves passes.

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.The steering of the reaction process is by exact control the Mixture composition, the outlet pressure of the gases and the ignition energy possible. It should be noted that in the Knaligasreaktion by an excess of fuel (H2) this does not come to equilibrium, whereby only part of the available heat of reaction is released.

Dieses-Überangebot an Wasserstoff führt zu einem detonationsähnlichen Vorgang mit Stoßwellenabgabe zur Verdichtung und zu einer gebremsten Energieabgabe in Form von Wärme.This excess supply of hydrogen leads to a detonation-like one Process with shock wave emission for compression and a braked energy release in the form of warmth.

Es wurde festgestellt, daß ein Verhältnis von 5 Volumenteilen Wasserstoff und 2 Volumenteilen Sauerstoff zur Lösung der gestellten Aufgabe eine ideale Mischung bildet.It was found that a ratio of 5 parts by volume of hydrogen and 2 parts by volume of oxygen an ideal mixture for solving the task at hand forms.

Das Vorgemiscn sollte einen Druck von etwa 2 - 3 atü haben.The premix should have a pressure of about 2-3 atmospheres.

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.The detonation with oxyhydrogen can be directed so that it as a result of the fuel surplus to a brief high temperature rise in the period of about 20 msec comes up, which is enough to produce thermosetting plastics in this time Bring curing. When the outlet pressure of the gases is low, the temperature rises of the sand is only applied enough to obtain a hardened molding material.

Dafür ist die Verdichtungsenergie dieses Knallgasgemis ches um so größer.But the compression energy of this oxyhydrogen mixture is all the more so greater.

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.The short-term combustion heat generated in the cavities of the sand in msec must be dimensioned so that the binder is only thermally shocked, but not yet covered. According to tests, this is in the range between 550 and 650 ° C possible. Compression and curing therefore take place according to this proposal from today 20 - 40 seconds in less than 1 second. One will be this short one though Cycle times cannot be used to the full, since the Trerm processes between The molding material and model require a certain amount of time.

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.In addition to the described compression and hardening of a synthetic resin-bonded, According to the invention, it is also possible to compress thermosetting molding sand and at the same time harden it to a certain extent by removing the existing water. In tests, it was possible to set an oxyhydrogen gas mixture with such a high O2 content that i.e. to drive so hot that in the same time the water in a wet casting sand evaporated, so that dry castings with very high strength were produced. This type of application, too matters.

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.A fuel-air mixture is used to carry out the invention This method is less recommended as it is much more difficult to achieve the desired result the endothermic detonation is to be brought. But there are others too Gases can be used as fuel, such as carbon monoxide, ldethane, acetylene, ethylene, Athane, dimethyl ether and dicyanes, which increased according to this order Explosion and detonation pressures result. Also propane gas, gasoline, butane, diesel oil, Kerosene, natural gas and solid explosives can be used.

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.In the event that the molding material is not affected by the resulting heat but can be cured by a reaction agent such as CO 2 a fuel mixture is to be used, which during the explosion desired reactants generated.

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.Compaction and curing are when using the invention Process uniformly in all parts of the molding material. The costs the combined treatment are far lower than with conventional procedures.

Die Gefahr einer Detonation der gesarnten Anlage besteht bei ordnungsgemäßer Ausführung nicht.There is a risk of detonation of the protected system if it is properly operated Execution not.

Claims (1)

Patentansprüche Claims 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.1. Process for the simultaneous thinning and hardening of curable Molding materials indicate that the compaction is achieved one which generates the necessary temperature and / or the necessary reaction product Explosion occurs. 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.2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c Ll n e t that the compaction and the simultaneous hardening by a braked heat-generating Chain reaction of oxyhydrogen takes place. 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.5. The method according to claims 1 and 2, d a d u r c h g e k e n It is noted that the mixture of the oxyhydrogen gas in a ratio of about 3 parts by volume of hydrogen to 2 parts by volume of oxygen. 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.4. The method according to claims 1 to 5, d a d u r c h g e k e n Note that the premix pressure is about 2-5 atmospheres. 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.5. The method according to claims 1 to 4, d a d u r c n g e k e n It is not noted that instead of the oxyhydrogen gas mixture, other fuels, such as carbon monoxide, Methane, acetylene, ethylene, ethane, dimethyl ether and dicyanes as well as other common uses Types of gas or solid explosives are used. 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.6. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t that the compression by the explosion of a strong heat generator, which in the Molding material existing water evaporating fuel mixture takes place. 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.7. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t that a gas is used as fuel, which after combustion as Reaction product results in a gas acting as a hardener for the binder.
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