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Verfahren und Vorrichtung zum Aushärten von
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Sandformen oder Sandkernen Zusatz zu Patent .
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(Patentanmeldung P 25 26 875.1-24) Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur. :us ärten von Sandformen oder Sandkernen aus Sand und
eine durch ein Katalysatcrgas härtbaren Bindemittel in Formwerkzeugen, bei welchen
im Formwerkzeug mittels einer Unterdruckquelle ein vorbestimmter Unterdruck erzeugt
und anschließend dem Fornwerkzeug kurzzeitig das Katalysatorgas unter Verminderung
des vorbestimmten Unterdruckes zuaeführt wird und daraufhin das Formwerkzeug rait
Frischluft beschickt
und mittels der Unterdruckquelle abgesaugt
wird, wobei das Formwerkzeug während des gesamten Aushärtvorgangs ununterbrochen
der Wirkung der Unterdruckquelle ausqesetzt wird und das Formwerkzeug kurz nach
Beginn der Zufuhr des Katalysatorgases zu einem Katalysatorgas aufnehmenden und
wieder abgebenden Vorratsbehälter abgesaugt und nach Wiedererreichen des vorbestimmten
Unterdruckes zur Atmosphäre abgesaugt und im wesentlichen gleichzeitig mit Frischluft
beschickt wird nach Patent . ... ... (Patentanmeldung P 25 26 875.1-24).
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Sandformen oder Sandkerne für Gießereizwecke, die aus einem Gemisch
aus Sand und einer 3indemittel bestehen, werden mit Hilfe eines Katalysatorgases
ausgehärtet, das durch die Sandformen oder Sandkerne hindurchgedrückt und hindurchgesaugt
wird. Das Katalysatorgas bewirkt eine chemische Reaktion des Bindemittels, wobei
nur ein verschwindend geringer Teil des durch die Sandformen oder Sandkerne hindurchgeschickten
Katalysatorgases verbraucht wird. Die aus den Sandformen oder Sandkerne austretende
enge des Katalysatorgases entspricht daher im wesentlichen der den Sandformen zugeführte
Menge an Katalysatorgas.
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Die zum Aushärten der Sandform ven^7endeten Katalysatorgase sind
mehr odor weniger giftig und für den menschlichen Organismus unzuträglich. Die aus
den Sandformen austretenden Katalysatorgase können daher nicht in die Umgebungsatmosphäre
und die Produktionsstätten abgeblasen werden, wenn gesundheitliche Schäden von Personen
vermieden werden sollen.
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Bei einem bekannten Verfahren toyl. DT-OS 2 109 317) zum Aushärten
von Sandformen aus Sand und einem Bindemittel in einem Formwerkzeug wird das aus
dem Pormwerkzeug abgezogene Gemisch aus Luft und giftigem Katalysatorgas einem Bad
zugeführt, in welchem das Katalysatorgas neutralisiert werden soll. Das neutralisierte
Gemisch wird dann aus dem Bad über eine Leitung in die Atmosphäre ablassen.
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Bei einem anderen bekannten, ähnlichen Verfahren (vgl.
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DT-PS 1 758 530) wird das aus den Formwerkzeugen abgesaugte Katalysatorgas
einer Brennkammer zugeführt, die gleichzeitig mit Zuführeinrichtungen für Frischluft
und brennbare Gase verbunden ist. Das giftige Katalysatorgas soll in der Brennkammer
neutralisiert bzw. verbrannt werden.
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Bei den bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird das aus
den Formwerkzeugen abgezogene, giftige Katalysatorgas einer Reinigungseinrichtung
zuge führt, welche das Katalysatoryas neutralisiert oder vernichtet. Derartige Reinigungseinrichtungen
mit ihren Versorgungsleitungen und Versorguncscuellen sind platzraubend und in ihrer
Anschaffung und ihrem Unterhalt teuer. Die bekannten Reinigungseinrichtungen führen
auch zu einem sehr hohen Verbrauch an Katalysatorgas und damit zu einer weiteren
Verteuerung der bekannten Verfahren und Vorrichtungen, da die Reinigungseinrichtungen
das abgesaugte Katalysatorgas vernichten.
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Darüberhinaus weisen die bekannten Verfahren und Vorrichtungen streng
voneinander getrennte Arbeitsstufen auf:, bei denen eine Arbeitsstufe erst dann
eingeleitet wird, wenn die vorhergehende Arbeitsstufe bereits vollständig abgeschlossen
ist. Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind
daher mit einem
zeitraubenden, diskontinuierlichen Betrieb vergleichbar. Ferner wird die Arbeitsgeschwindigkeit
der bekannten Verfahren und Vorrichtungen durch die erreichbare Schnelligkeit der
Vernichtung der giftigen Katalysatorgase bestimmt. Der Arbeitstakt der bekannten
Verfahren und Vorrichtungen ist daher beschränkt, so daß sfch keine großen Stückzahlen
innerhalb einer vorgegebenen Zeiteinheit erzielen lassen.
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Man war daher bestrebt, ein Verfahren und eine xtorrichtung zum Aushärten
von Sandformen oder Sandkerne mit Hilfe eines Katalysatorgases zu schaffen, die
in ihrer Durchführung und in ihrem Aufbau sehr kostensparend sind und gewährleisten,
daß die Sandformen und Sandkerne mit geringen Kosten und in hohen Stückzahlen pro
ZeiteInheit ausgehärtet werden können, ohne daß dabei die Atmosphäre durch das Katalysatorgas
nachteilig beeinflußt wird. Dieses Ziel wurde gemäß dem Hauptpatent . ... ... (Hauptannelduna
P 25 26 875.1-24) durch ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art erreicht.
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Bei dem Verfahren gemäß dem Hauptpatent wird das die Formen enthaltende
Formwerkzeug durch die Unterdruckquelle zunächst zur Atmosndäre abgesaugt, bis ein
vorbestimmter 5'nterdruck erreicht ist. Erst kurz nach Beginn der Zufuhr des Katalysatorgases
wird das Formwerkzeug zur Katalysatorgasquellen abgesaugt, wodurch das aus dem Formwerkzeug
austretende,unverbrauchte Katalysatorgas wieder zurück in die Katalysatorgasallelle
gelangt. Das zurückgeleitete Katalysatorgas steht zur weiteren Verwendung zur Verfügung.
Bei diesem Verfahren gehen die einzelnen Verfahrensabschnitte kontinuierlich ineinander
über, so daß ein einfacher und rascher Arbeitsablauf
ohne das Erfordernis
kostspieliger Einrichtungen zur Vernichtung des giftigen Katalysatorgases gewährleistet
ist. Ferner sorgt dieses Verfahren für einen kostensparenden Betrieb, da nur geringe
engen an Katalysatorgas tatsächlich verbraucht werden.
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Bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß dem Hauptpatent wird
die dem Eormwerkzeug zugeführte Elenge an Katalysatorgas durch die öffnungsdauer
des entsprechenden Absperrventils bestimmt. Die im Formwerkzeug enthaltene Luftmenge
läßt sich jedoch nicht immer eindeutig bestimmen, da die im Formwerkzeug enthaltene
Luftmenge von der Art und Größe der zu behandelnden Sandfonnen abhängt. Der prozentuale
Anteil des Katalysatorgases in dem aus Luft und Katalysatórgas bestehenden Cemisch
kann daher bisweilen schwanken. Wenn der prozentuale Anteil des Katalysatorgases
zu groß wird, besteht bei den im System herrschenden Unterdrücken gegebenenfalls
die Gefahr, daß ein explosives rlischungsverhältnis erreicht wird.
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Es war daher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, das Verfahren
und die Vorrichtung gemäß dem Hauptpatent so zu verbessern, daß eine Schwankung
des prozentualen Anteils des Katalysatorgases vermieden oder zumindest so weist
eingeengt wird, daß dia Gefahr einer Entstehung einer explosiven Gemischzusammensetzung
aus Katalysatorgas und Luft ausgeschlossen ist.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß dem Formwerkzeug
unmittelbar nach dem Ende der Zufuhr des Katalysatorgases kurzzeitig trockene Druckluft
zugeführt wird und das vom Formwerkzeug abgesaugte Gemisch aus Luft und Katalysatorgas
vor der Abgabe an den Vorratsbehälter
bzw. an die Atmosphäre durch
einen Gefriertrockner hindurchgeleitet wird, Durch die kurzzeitige Zufuhr von trockener
Druckluft läßt sich die im Formwerkzeug enthaltene Luftmenge im wesentlichen bestimmen,
so daß im Formwerkzeug ein Gemisch entsteht, dessen Zusammensetzung vorherbestimmbar
ist. Das aus dem Formwerkzeug abgezogene Gemisch aus Luft und Katalysatorgas wird
durch den Gefriertrockner hindurchgeleitet, in welchem das Katalysatorgas zum größten
Teil ab geschieden und in Form einer Flüssigkeit gesammelt wird. Durch das Abscheiden
eines Großteiles des Katalysatorgases aus dem Gemisch wird der enteil des Katala,rsatorgases
weiter herabgesetzt, wodurch die Cemischzusarnirnsetzung einen weiteren Abstand
von einem explosiven Mischungsverhältnis erhält, Es ist daher aufgrund der Zufuhr
von trockener Zusatzluft und der Veresenduna eines Gefriertrockners möglich, dem
Gemisch einen ausreichenden ueberschuß an Luft zu geben, so daß der prozentuale
Anteil an Katalysatorgas unterhalb des Bereiches für ein explosives Mischungsverhältnis
bleibt.
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Auf diese Weise ist die Cefahr einer Entstehung eines explosiven 'ischungsverhnltnisses
ausgeschlossen, wobei gleichzeitig die zum Aushärten der Sandformen optimalen Mengen
an Katalysatorgas in das Formwerkzeug eingeleitet werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine Beschleunigung des
Arbeitsverfahrens, da das Katalysatorgas durch das kurzzeitige Einleiten von trockener
Druckluft beschleunigt durch die zu härtenden Sandformen hindurchgedrückt werden
kann. Hierdurch ist es möglich, die Anzahl der pro Zeiteinheit herstellbaren gehärteten
Sandformen zu erhöhen.
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Das im Gefriertrockner abgeschiedene und verflüssigte Katalysatorgas
kann dem Vorratsbehälter wieder zugeführt werden, Die Verwendung von trockener Druckluft
ist wesentlich, um einerseits ein Vereisen des Gefriertrockners und andererseits
eine Verminderung der Wirkung des Katalysatorgases aufgrund einer chemischen Reaktion
des Katalysatorgases mit der in Luft enthaltenen Feuchtigkeit zu vermeiden.
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Optimale Betriebsverhältnisse werden erreicht, wenn der Anteil des
Katalysatorgases maximal 1 Mol% bezogen auf das Gesamtgemisch aus Katalysatorgas
und Luft beträgt.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Aushärten von Sandforen
oder Sandkernen in einem Formwerkzeug, das über eine mit einem Absperrventil versehene
Zuführleitung mit einer Katalysatorgasquelle und über eine ein Absperrventil aufweisende
Belüftungsleitung mit der Atmosphäre sowie über eine Saugleitung mit einer Vakuumpumpe
verbunden ist, welche das Formwerkzeug evakuiert und das Katalysatorgas durch die
Sandformen oder Sandkerne zum Zwecke des Aushärtens hin durchs augt, wobei die Druckseite
der Vakuumpumpe mit einer uraschaltbaren Ventileinrichtung verbunden istg die in
der einen Schaltstellung die Druckseite der Vakuumpumpe mit einer zur Katalysatorgasquelle
führenden Rückleitung und in der anderen Schaltstellung die Druckseite der Vakuumpumpe
mit der Atmosphäre verbindet. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich
dadurch aus, daß das Eorrmrerkzeug über eine mit einem Absperrventil versehene Belüftungsleitung
mit einer Einrichtung zur Abgabe trockener
Druckluft verbunden
ist und zwischen Druckseite der Vakuumpumpe und der umschaltbaren Ventileinrichtung
ein Gefriertrockner angeordnet ist.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat einen äußerst einfachen Aufbau
und gewährleistet ein äußerst rasches und reibungsfreies Aushärten von Formwerkzeugen
ohne jegliche Explosionsgefahr. Der einfache Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ermöglicht einen verhältnismäßig niedrigen Herstellungspreis und geringe Wartungskosten.
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Eine weitere Erhöhung der Arbeitsgenauigkeit der Vorrichtung gemäß
der Erfindung wird dadurch erreicht, daß zwischen dem Formwerkzeug und der Einrichtung
zur Abgabe trockener Druckluft ein Reduzierventil vorgesehen ist.
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Dieses Reduzierventil sorgt dafür, daß die dem Formwerkzeug zugeführte
Druckluft stets den gleichen, vorherbestimmten Druck hat.
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Die Erfindung wird im nachstehenden anhand einer Zeichnung näher
erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Ein zwelteiliges Form erkzeug 1 aus einem Oberkasten 2 und einem
Unterkasten 3 besitzt eine Formhöhlung 4 zur Herstellung und Aufnahme eines Sandkerne
5. Das Formwerkzeug 1 weist eine Begasungsplatte 6 und eine Absaugkammer 7 auf.
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Die Begasungsplatte 6 sitzt lösbar auf die Oberkasten 2 und ist während
des Aushärtvorganges gasdicht mit dem Oberkasten 2 verbunden0 Die Absaugkammer 7
ist im Unterkasten 3 des Form
werkzeuges 1 untergebracht. Die wormhbhlung
4 ist über Zuführkanäle 8 mit der Begasungsplatte 6 und über Absaugkanäle 9 mit
der Absaugkammer 7 verbunden.
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Die Begasungsplatte 6 ist über eine Belüftungsleitung lo mit einer
Quelle 42 für trockene Druckluft verbunden. Die Belüftungsleitung lo besitzt ein
Absperrventil 11 und ein Reduzierventil 41.
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Die Begasungsplatte 6 ist ferner über eine Zuführleitung 12 mit einem
die Katalysatorgasquelle darstellenden Druckbehälter 13 verbunden, in welchem das
Katalysatorgas mit einem Druck zwischen o,5 und 2,o atü, vorzugsweise zwischen 1
und 1,5 atü gespeichert ist. Die Zuführleitung 12 weist ein Absperrventil 14 auf,
welches die Zufuhr des Katalysatorgases zum Formwerkzeug l regelt. Das Absperrventil
14 wird von einer Zeitsteuereinrichtuno 24 betätigt. Zwischen dem Absperrventil
14 und der Begasungsplatte 6 ist ein Steuermanometer 23 angeordnet, das in einer
später zu beschreibenden Weise zu Steuerungsz.recken herangezogen wird.
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Die Absaugkammer 7 ist über eine Saugleitung 17 mit der Saugseite
einer Vakuumpumpe 18 verbunden. Die Saugleitung 17 ist mjt einem Belüftunasventil
25 versehen, das zur Belüftung des Formwerkzeuges nach der Beendigung- des Aushärtvorganges
dient. Die Saugleitung 17 weist ferner ein Steuermanometer 26 auf, das zwischen
dem Belüftungsventil 25 und der Vakuumpurnpe 18 angeordnet ist.
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Die Druckseite der Vakuumpumpe 18 steht über eine Druckleitung 19
mit einer umschaltbaren Ventileinrichtung 20 in Verbindung. In der Druckleitung
19 ist ein Kältetrockner 40 angeordnet. Die umschaltbare Ventileinrichtung 20 verbindet
die Druckseite der Vakuumpumpe 18 in der einen Schaltstellung über eine Rückleitung
21 mit dem Druckbehälter 13 und in der anderen Schaltstellung über eine Auslaßleitung
22 mit der Atmosphäre. Die umschaltbare Ventileinrichtung 20 ist bei dem dargestellten
XusführunCsbeispiel ein Dreiwegeventil.
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Der Druckbehälter 13 weist eine mit einem Absperren til 16 versehene
Einlaßleitung 15 auf, die mit einer unter Druck stehenden Gasflasche 28 verbunden
ist. Die Gasflasche enthält ein Inertgas, wie Kohlendioxyd oder Stickstoff. Das
Inertgas dient als Trägergas für einen dem Druckbehälter 13 zugeführten Katalysator.
Die Einlaßleitung 15 ist zwischen dem Absperrventil 16 und der Gasflasche 28 mit
einem Reduzierventil 29 und einer Heizeinrichtuna 30 versehen. Das Reduzierventil
29 drosselt den Druck des aus der Gasflasche 28 in den Druckbehälter 13 fließenden
Inertgases auf den im Druckbehälter eingestellten lTert. Die Heizeinrichtung 30
verhindert ein Zufrieren der Einlaßleitung 15, wenn sich das unter hoher. Druck
stehende Inertgas beim Austritt aus der Druckflasche 28 entspannt und abkiihlt.
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Der Druckbehälter 13 ist über eine Leitung 31 mit einer Dosiereinrichtung
32 verbunden, die mit Hilfe eines verschiebbaren Kolbens 33 dem Druckbeha..lter
13 eine vorbestimmte menge Katalysator zuführt,
Der Druckbehälter
13 wird auf einer vorbestimmten Temperatur und einem vorbestimmten Druck zwischen
o,5 und 2 atü, vorzugsweise zwischen 1 und 1,5 att gehalten. Das Trägergas nimmt
bei einer vorgegebenen Temperatur und einem vorgegebenen Druck eine bestimmte Menge
des dem Druckbehälter 13 zugeführten, flüssigen oder gasförmigen Katalysators auf.
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Das im Druckbehälter entstehende Gas gemisch aus Träger gas und Katalysator
hat daher stets die gleiche Zusammensetzung, Dieses Gasgemisch wird als Katalysatorgas
dem Formwerkzeug zugeführt.
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Der Druckbehälter 13 besitzt ein Steuermanomenter 34, welches das
vom Steuermanometer 26 geöffnete Absperrventil 16 in der Einlaß leitung 15 wieder
schließt, wenn der Druck im Druckbehälter 13 den vorbestimmten Wert erreicht hat,
Wenn die Sandform 5 in Formwekzeug 1 ausgebildet und die Begasungsplatte 6 auf das
Forrnwerkzeug aufgesetzt worden ist, beginnt der Vorhang zum Härten der Sandform,
Die Ventile 14, 11 und 25 sind geschlossen und die umschaltbare Ventileinrichtung
20 verbindet die Leitung 19 üher die Leitung 22 mit der Atmosphäre. Die Vakuumpumpe
18 evakuiert das Formwerkzeug zur Atmosphäre. Das Steuermanometer 23 in der Zuführleituna
12 offnet das Absperrventil i4 und schaltet mit einer bestimmten Zeitverzögerung
die umschaltbare stentilegnrichtung 20 von der Atmosphäre zum Druckbehälter 13 um,
wenn ein vorbestimmter Unterdruck im Formwerkzeug erreicht ist. Die Zeitwerzögerung
zwischen dem offenen des Absboerr entils 14 und zum Umschalten der umschaltbaren
Ventileinrichtung 20 entspricht der Dauer, die das Katalysatorgas benötigt, um vom
Absperrventil 14 durch die Sandform 5 bis zur umschaltbaren Ventileinrichtung 20
zu gelangen.
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Das Absperrventil 14 wird durch die Zeitsteuereinrichtung 24 nach
Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne wieder geschlossen. Die dffnungszeit des Absperrventils
14 liegt in der Größenordnung von einem Bruchteil einer Sekunde bis zu mehreren
Sekunden.
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Wenn das Absperrventil 14 wieder geschlossen ist, wird das Ventil
11 in der Belüftungsleitung 10 für eine vorbestimmte Zeitspanne geöffnet um trockene
Druckluft aus der Druckluftquelle 42 über das Reduzierventil 41 dem Formwerkzeug
1 zuzuführen, Die Öffnungsdauer des Absperrventils 14 und des Ventils 11 wird von
der C-röBe des Fonm.rerkzeuges und der auszuhärtenden Sandform sowie von der Forderung
bestimmt, daß der Anteil des Katalysatorgases maximal 1 Mol% bezogen auf das Gesamtgemisch
aus Katalysatorgas und Luft beträgt. Durch die Steuerung der öffnungsdauer des Absperrventils
14 und des Ventils 11 kann die prozentuale Zusammensetzung von Katalysatorgas und
Luft bestimmt und auf einen maximalen Katalysatorgasanteil von 1 Mol% begrenzt werden.
Hierdurch ist gewährleistet, daß das im Formwekzeug entstehende Gemisch aus Katalysatorgas
und Luft kein explosives Iischungsverhältnis erreicht.
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Die Zufuhr von Katalysatorgas und trockener Druckluft bewirkt ein
Ansteigen des Druckes im Inneren des Formwerkzeuges, obgleich das Formwerkzeug ununterbrochen
von der Vakuumpumpe 18 evakuiert wird. Das Katalysatorgas und die trockene Luft
werden von der Vakuumpumpe 18 durch die Sandform hindurchgesaugt und durch den Gefriertrockner
40 hindurchgedrückt. Das Katalysatorgas wird im Cefriertrockner 40 zum größten Teil
abgeschieden und in Form einer Flüssigkeit gesamwnelt. Die im Gefriertrockner gesammelte
Katalysatorflüssigkeit kann über eine nicht dargestellte Leitung dem
Druckbehälter
13 oder der Dosiereinrichtung 32 zugeführt werden. Das aus dem Gefriertrockner 40
austretende Gemisch hat nur noch einen geringen Anteil an Katalysatorgas. Dieses
an Katalysatorgas arme Gemisch wird aufgrund der Stellung der umschaltbaren Ventileinrichtung
20 über die Rückleitung 21 zum Druckbehälter 13 zurückgeführt.
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Wenn die Vakuumpumpe 18 wieder den ursprünglichen, vorbestimmten
Unterdruck im Formwerkzeug und in der Leitung 17 hergestellt hat, sorgt das Steuermanometer
26 in der Saugleitung 17 dafür, daß das Belüftungsventil 25 geöffnet und die umschaltbare
Ventilesnrichtung 20 vom Druckbehälter 13 wieder zur Atmosphäre umgeschaltet wird.
Das Steuermanometer 26 öffnet gleichzeitig das Absperrventil 16, so daß der Druckbehälter
13 wieder mit ausreichend Trägergas aus der Gasflasche 28 versorgt wird. Das Ventil
16 wird vom Steuermanometer 34 wieder geschlossen, wenn im Druckbehälter 13 der
vorbestimmte Druck wieder erreicht ist.
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Wenn die Vakummpumpe 18 nach dem Zuführen von Katalysatorgas und
trockener Lut wieder den ursprünglichen vor bestimmten Unterdruck in Formwerkzeug
hergestellt hat, kann davon ausgegangen werden, daß der ursprüngliche Zustand vor
der Zufuhr des Katalysatorgases wieder erreicht und kein Katalysatorgas mehr im
Formwerkzeug und im Leitungssystem vorhanden ist. Das Gas, welches nach'dem Umschalten
der umschaltbaren Ventileinrichtung 20 wieder an die Atmosphäre abgegeben wird,
stellt daher gereinigte Luft dar. Auf diese Weise ist eine Verschmutzung der Atmosphäre
vermieden Das offene Belüftungsventil 25 läßt im Fonagterkzeug wieder Atmosphärendruck
entstehen, so daß das Formwerkzeug geöffnet,
die gehärtete Sandform
entnommen und ein neuer Arbeitsvorgang begonnen werden kann.
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Es ist wesentlich, trockene Druckluft zu verwenden, um ein Vereisen
des Gefriertrockners 40 und eine Verminderung der Wirkung des Katalysatorgases aufgrund
einer chemischen Reaktion des Katalysatorgases mit der in Luft enthaltenen Feuchtigkeit
zu vermeiden.