Verfahren zum Aushärten von Formkörpern, insbesondere von Giessformen oder -kernen aus Formsand

Abstract

 Dem Aushärten von Formkörpern, insbesondere von Gießfor­men oder -kernen aus Formsand dient ein Verfahren, bei dem ein Katalysator/Luftgemisch durch eine mit einem aus­härtenden Bindemittel versetzte Formmasse (1) und das aus der Form entweichende Gasgemisch durch einen den Katalysator vom Luftstrom trennenden Adsorptionsapparat (16, 17) geleitet wird. Für eine Rückgewinnung und Wiederverwertung des Katalysators wird in einer zyklischen Folge das aus der Form entweichende Gasgemisch durch zwei hintereinander angeordnete Sorptionssäulen (16, 17) bis zur Sättigung des Sorbens der ersten Sorptionssäule (16) geleitet und gleichzeitig eine in einem vorherigen Zyklus gesättigte Sorptionssäule (13) von der der Form zugeführten Frischluft durchströmt. Hierfür werden die Sorptionssäulen ausgetauscht, so daß das aus der Form entweichende Gasgemisch in einem folgenden Zy­klus zuerst durch die im vorhergehenden Zyklus nachge­schaltete zweite Sorptionssäule und anschließend durch eine in einem vorhergehenden Zyklus desorbierte Sorptions­säule geleitet wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aushärten von Formkörpern, insbesondere von Gießformen oder -kernen aus Formsand, wobei ein Katalysator/Luftgemisch durch eine mit einem aushärtenden Bindemittel versetzte Formmasse und das aus der Form entweichende Gasgemisch durch einen den Katalysator vom Luftstrom trennenden Adsorptionsapparat geleitet wird.

[0002] Zum Aushärten von Formkörpern, z. B. Gießformen oder -ker­nen aus Formsand, wird in bekannter Weise die mit einem aushärtenden Bindemittel versetzte Formmasse, z. B. Form­sand, in einer Form verdichtet und durch Begasung mit ei­nem Katalysator ausgehärtet. Der Katalysator wird dabei mit Hilfe eines Trägergases durch die poröse Formmasse hindurchgeleitet und wird von der Art des Bindemittels bestimmt. Zu den üblichen Bindemitteln zur Herstellung von Gießformen und -kernen gehören z.B. Wasserglas, Phe­nolharze, Isocyanate, Furanharze u. dgl. Als Katalysator für polymerisierbare Kunstharze werden vor allem flüssige Amine verwendet, die aber wegen ihrer gesundheitsschäd­lichen Eigenschaften erhebliche Aufwendungen für Schutz­maßnahmen verlangen. Aus der DE-OS 26 21 153 ist bekannt, als Trägergas Stickstoff zu verwenden und das zum Aushär­ten verwendete Katalysatorgas zwecks Rückgewinnung und Wiederverwendung in einer Kältefalle zu kondensieren. Der als Trägerstoff und als Kühlmittel benutzte flüssige Stickstoff ist sehr teuer; weiterhin werden sehr aufwen­dige Anlagenteile benötigt. In der EP-B1-128 974 ist vor­gesehen, die aus der Form entweichenden Abgase durch einen Adsorptionsapparat zu leiten, in dem die schädlichen Be­standteile abgetrennt werden. Da die Adsorptionsfähigkeit der verwendeten Aktivkohle begrenzt ist, ist ein häufi­ger Ersatz der Aktivkohle erforderlich, und die mit den giftigen Bestandteilen angereicherte Aktivkohle muß auf umständliche und teure Weise entsorgt werden.

[0003] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin­dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsge­mäßen Art derart weiterzuentwickeln, daß der vom Träger­gas abgetrennte Katalysator auf besonders preiswerte Art und Weise zum Aushärten von Formkörpern wiederverwendbar ist.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer zyklischen Folge das aus der Form entweichende Gas­gemisch durch zwei hintereinander angeordnete Sorptions­säulen bis zur Sättigung des Sorbens der ersten Sorptions­säule geleitet und gleichzeitig eine in einem vorherigen Zyklus gesättigte Sorptionssäule von der der Form zugeführ­ten Frischluft durchströmt wird.

[0005] Nach dem neuen Verfahren wird der durch Adsorption zurück­gewonnene Katalysator durch eine einfache Desorption wieder dem der Form zugeführten Katalysator/Luftgemisch zugelei­tet. Der Katalysator wird in an sich bekannter Weise durch Adsorption von der Trägerluft getrennt, wobei die nachge­schaltete zweite Sorptionssäule eine nahezu vollständige Reinigung der Luft sicherstellt und Adsorptionskapazität zur Verfügung stellt, wenn das vom Gasgemisch durchströmte Sorbens der ersten Sorptionssäule mit Katalysator gesät­tigt ist, dieser also keinen Katalysatorstoff mehr durch Adhäsion festzuhalten vermag. Hat diese Säule den gesät­tigten Zustand erreicht oder nahezu erreicht, kann die Be­triebsfähigkeit für weitere Formungs- und Aushärtungsvor­gänge durch einfaches Austauschen der Sorptionssäulen oder durch einfaches Umleiten der Gasströme erzielt wer­ den. Die einmal gesättigte Sorptionssäule wird so angeord­net bzw. angeschlossen, daß sie von der Frischluft, die noch mit dem Katalysator angereichert werden muß, durch­strömt wird. Die Frischluft nimmt den am Sorbens haftenden Katalysator mit, so daß die Frischluft mit dem wiederge­wonnenen Katalysator angereichert wird und entsprechend weniger neuer Katalysator eingeschleust werden muß. Au­ßerdem wird die gesättigte Sorptionssäule durch eine an­dere adsorptionsfähige Sorptionssäule ersetzt, die beim folgenden Zyklus vom Abgas der Form durchströmt wird, bis auch bei diesen nach einer bestimmten Betriebszeit bzw. einer bestimmten Anzahl von Formungs- und Aushärtungsvor­gängen eine Sättigung erreicht ist. Dann werden die Sorp­tionssäulen in der vorgenannten Weise ausgetauscht bzw. angeschlossen.

[0006] Zwar kann für jeden neuen Zyklus auch die nachgeschaltete zweite Sorptionssäule durch eine zuvor desorbierte bzw. regenerierte Sorptionssäule ersetzt werden. Doch läßt sich der apparative und der Arbeitsaufwand dadurch verringern, daß das aus der Form entweichende Gasgemisch in einem fol­genden Zyklus zuerst durch die im vorhergehenden Zyklus nachgeschaltete zweite Sorptionssäule und anschließend durch eine in einem vorhergehenden Zyklus desorbierte Sorp­tionssäule geleitet wird. Die nachgeschaltete Sorptions­säule hat, wenn die vorgeschaltete erste Sorptionssäule gesättigt ist, noch soviel Kapazität, daß sie an die Stel­le der ersten Sorptionssäule treten kann. Hingegen wird für jeden neuen Zyklus als zweite Sorptionssäule eine völ­lig desorbierte Sorptionssäule eingesetzt, die also ihre volle Adsorptionsfähigkeit besitzt. Die volle Adsorptions­fähigkeit kann dadurch geschaffen werden, daß die von der Frischluft durchströmte Sorptionssäule vor ihrem nächsten Einsatz als nachgeschaltete zweite Sorptionssäule durch ei­ne Wärmebehandlung regeneriert wird.

[0007] Bei dem bekannten Verfahren nach der EP-B1-128 974 wird der flüssige Katalysator in einer Mischkammer der Träger­luft zugeführt. Dabei wird jedoch ein Teil des Katalysa­tors nicht verdampft. Für eine schnelle und gute Aushär­tung sollte der Katalysator jedoch dampfförmig der Form­masse zugeführt werden. Um die in dem Aerosol verbliebe­nen flüssigen Bestandteile auch zu verdampfen, wird zweck­mäßig der durch eine Sorptionssäule geströmten Frischluft der Katalysator zugemischt und das Katalysator/Luftgemisch vor dem Einleiten in die Form durch eine Sorptionssäule geleitet. Das Sorbens dieser Sorptionssäule bewirkt eine Oberflächenvergrößerung zwischen den flüssigen Bestandtei­len und der Trägerluft und damit eine beschleunigte Ver­dampfung. Im Gegensatz zu den der Rückgewinnung dienenden Sorptionssäulen wird diese der Restverdampfung des Kataly­sators dienende Sorptionssäule, die im Sättigungsbereich arbeitet, nicht ausgetauscht.

[0008] Als Sorbens in den Sorptionssäulen sind verschiedene Stof­fe, z.B. Silikagel, Diatomeenerde oder, bevorzugt, Aktiv­kohle geeignet.

[0009] Das Beimischen des Katalysators zur Trägerluft und die Restverdampfung läßt sich in besonders einfacher Weise in einem von der Frischluft durchströmten Behälter vornehmen, der im unteren Bereich mit einem flüssigen Katalysator gefüllt ist, in den saugfähige Platten oder Bänder ein­tauchen, die zwecks Benetzung mit einem Sorbens in Verbin­dung stehen, das im oberen Bereich des Behälters angeord­net ist, und wobei die Zuleitung für die Frischluft und die Ableitung für das Katalysator/Luftgemisch eine zur An­bzw. Durchströmung der Platten bzw. Bänder und des Sorbens geeignete Anordnung haben.

[0010] Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Einrichtung zum Aushärten von Formkörpern in einem Fließschema,

Fig. 2 das Adsorptionsverhalten einer Sorptionssäule in einem Diagramm und

Fig. 3 eine Vorrichtung zum Beimischen und Verdampfen von Katalysator in Trägerluft.

[0011] Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Form 1 dient der Herstellung von Formkörpern, z. B. von Gießformen oder -kernen aus Formsand, der mit einem Bindemittel versetzt ist, das durch Einwirkung eines Katalysators aushärtet. Geeignet ist beispielsweise eine Formmaschine, wie sie in der EP-B1-128 974 beschrieben ist und bei der das Einfül­len und Verdichten des Formsandes durch Vakuum oder in Verbindung mit Druckgas erfolgen kann. Zur Aushärtung des verdichteten Formsandes wird über eine Zuleitung 2 in die Form 1 ein Katalysator/ Luftgemisch geleitet, welches durch die poröse Formmasse fließt und über eine Ableitung 3 entweicht. Als Bindemittel kommen polymerisierbare Kunst­harze, z. B. Phenolharze, Isocyanate, Furanharze u. dgl. und als Katalysatoren Methylal, Acrylal, Methylformiat und insbesondere Amine in Betracht.

[0012] Der Katalysator wird in einer Mischkammer 4 einer Träger­luft zugemischt. Die Trägerluft wird über eine Zuleitung 5 eingeleitet und der flüssige Katalysator über eine Lei­tung 6 eingespritzt, so daß ein möglichst großer Anteil des Katalysators verdampft. Zur Restverdampfung des noch flüssigen Katalysators wird das Katalysator/Luftgemisch durch eine Sorptionssäule 7 geleitet, die z.B. mit Aktiv­kohle oder anderen oberflächenaktiven Stoffen wie Silika­gel, Diatomeenerde o. dgl. gefüllt ist. Das Sorbens ver­größert die Oberfläche zwischen der flüssigen und gasför­migen Phase, so daß der Katalysator restlos verdampft.

[0013] Parallel zur Mischkammer 4 und der Sorptionssäule 7 ist ein Bypass 8 vorgesehen, in dem sich eine Heizeinrichtung 9 befindet. In Verbindung mit einem Sperrventil 10 und einem Rückschlagventil 11 kann über den Bypass 8 und eine Leitung 12 erhitzte Spülluft in die Form 1 geleitet wer­den.

[0014] Die durch die Leitung 12 zufließende Trägerluft für den Katalysator hat eine Sorptionssäule 13 durchströmt, die z. B. mit Aktivkohle gefüllt ist und die über eine Lei­tung 14 Frischluft erhält. In der Leitung 12 ist ein Drosselventil 15 angeordnet.

[0015] Das aus der Form 1 entweichende Gasgemisch wird durch zwei hintereinander angeordnete Sorptionssäulen 16,17 geleitet, die mit Aktivkohle oder einem anderen oberflächenaktiven Stoff wie Silikagel, Diatomeenerde o. dgl. gefüllt sind. Die an die nachgeschaltete zweite Sorptionssäule an­schließende Ableitung für die gereinigte Luft ist mit 18 bezeichnet.

[0016] Zum Aushärten des in der Formmasse befindlichen Bindemit­tels wird das gasförmige bzw. dampfförmige Katalysator/ Luftgemisch über die Leitung 2 in die Form 1 geleitet. Das aus der Form 1 entweichende Gasgemisch wird den Sorptions­säulen 16,17 zugeführt. Dabei wird der größte Teil des Katalysators in der ersten Sorptionssäule 16 adsorbiert, während die Restmenge des in dem Luftstrom befindlichen Katalysators in der zweiten Sorptionssäule 17 adsorbiert wird. Das aus Einfüllen, Verdichten, Aushärten und Spülen bestehende Formgebungsverfahren wird so lange wiederholt, bis die erste Sorptionssäule 16 mit Katalysator gesättigt ist. Durch einen Versuch kann ermittelt werden, nach wel­cher Betriebszeit bzw. Anzahl von Formungs- und Aushär­tungsvorgängen die Sorptionssäule 16 mit Katalysator ge­sättigt ist. Für den weiteren Betrieb kann dann die Be­triebszeit oder die Anzahl der Formungs- und Aushärtungs­ vorgänge ein Parameter für den Sättigungsgrad sein. Ver­suche haben ergeben, daß die Sorptionssäule 16 in Abhän­gigkeit von der Gasgeschwindigkeit bis zu etwa 500 g Amin pro kg Aktivkohle beladbar ist, während die Adsorptions­säule 17, um den Restgehalt an Katalysator von der Träger­luft abzufangen, bis maximal 1 mg Amin pro m³ Abluft be­laden werden darf. In Fig. 2 ist das Adsorptionsvermögen von Aktivkohle gegenüber Amin gezeigt. Die obere Kurve 24 bezieht sich auf das Katalysator/Luftgemisch, wie es der Form 1 zugeführt wird und die S-förmige Kurve 25 auf die gereinigte Luft. Links von der Kurve 25 befindet sich der brauchbare Adsorptionsbereich, während rechts davon der Durchbruchsbereich liegt, wo keine weitere Adsorption stattfinden kann.

[0017] Ist bei der Sorptionssäule 16 die Sättigung erreicht oder nahezu erreicht, ist ein sogenannter Zyklus beendet. Die gesättigte Sorptionssäule 16 wird nun durch die Sorptions­säule 17 ersetzt, die in dem Zyklus mit einer sehr kleinen Menge Katalysator beladen war. An die Stelle der Sorptions­säule 17 wird eine regenerierte Sorptionssäule gesetzt, welche ihre volle Adsorptionskapazität besitzt. Damit ist die Abgasseite für einen nächsten Zyklus betriebsbereit. Die entnommene gesättigte Sorptionssäule 16 wird an Stelle der durch die Trägerluft desorbierten Sorptionssäule 13 an die Leitungen 14,12 angeschlossen; damit ist auch die Zu­leitungsseite für den nächsten Zyklus betriebsbereit.

[0018] Bei den folgenden Aushärtungsfolgen wird die gesättigte Sorptionssäule, die durch den Austausch nun das Bezugszei­chen 13 führt, von der Frischluft durchströmt, wobei eine Desorption stattfindet, das heißt, der an der Aktivkohle haftende Katalysator wird von der Frischluft mitgeführt und über die Mischkammer 4 der Form 1 zugeführt. Damit er­hält die Sorptionssäule 13 ihre Adsorptionskapazität wieder zurück. Am Ende eines Zyklus (dessen Dauer von der Sätti­gung der Sorptionssäule 16 bestimmt wird), ist die Sorp­ tionssäule 13 im wesentlichen von Katalysator frei. Nach einem Zyklus wird sie zweckmäßig durch eine Wärmebehand­lung regeneriert und kann dann erneut als nachgeschaltete zweite Sorptionssäule 17 Verwendung finden.

[0019] Am Ende eines jeden Zyklus findet der vorgenannte Austausch der Sorptionssäulen 16,17 und 13 statt.

[0020] Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung dient der Beimi­schung und Verdampfung des Katalysators in der Trägerluft und kann anstelle der Mischkammer 4 und der Sorptionssäu­le 7 angewendet werden. Sie besteht aus einem geschlosse­nen Behälter 19, in dessen unterem Bereich flüssiger Kata­lysator 20 angeordnet ist. In den Katalysator 20 tauchen mehrere saugfähige Platten 21 oder Bänder aus Zellstoff o. dgl. ein, die an eine saugfähige Scheibe 22 anschlie­ßen, auf der Aktivkohle o. dgl. als Sorbens aufgefüllt ist. Die Zuleitung 5 (vgl. auch Fig. 1) mündet etwas über der Oberfläche des Katalysators 20 in den Behälter 19 und die zur Form 1 führende Leitung 2 schließt am Kopf des Be­hälters 19 an, so daß der Gasstrom durch die mit der Kata­lysatorflüssigkeit vollgesaugten Platten 21 und durch die Aktivkohle 23 strömt und dabei der Katalysator 20 verdampft.

Ansprüche

1. Verfahren zum Aushärten von Formkörpern, insbesondere von Gießformen oder -kernen aus Formsand, wobei ein Katalysator/Luftgemisch durch eine mit einem aushärten­den Bindemittel versetzte Formmasse und das aus der Form entweichende Gasgemisch durch einen den Kataly­sator vom Luftstrom trennenden Adsorptionsapparat ge­leitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zy­klischen Folge das aus der Form (1) entweichende Gas­gemisch durch zwei hintereinander angeordnete Sorptions­säulen (16,17) bis zur Sättigung des Sorbens der er­sten Sorptionssäule (16) geleitet und gleichzeitig ei­ne in einem vorherigen Zyklus gesättigte Sorptionssäu­le (13) von der der Form (1) zugeführten Frischluft durchströmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Form (1) entweichende Gasgemisch in einem folgenden Zyklus zuerst durch die im vorhergehenden Zyklus nachgeschaltete zweite Sorptionssäule (17) und anschließend durch eine in einem vorhergehenden Zyklus desobierte Sorptionssäule (13) geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, daß die von der Frischluft durchströmte Sorptions­säule (13) vor ihrem nächsten Einsatz als nachgeschal­tete zweite Sorptionssäule durch eine Wärmebehandlung regeneriert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß der durch eine Sorptionssäule (13) geströmten Frischluft der Katalysator zugemischt und das Katalysator/Luftgemisch vor dem Einleiten in die Form (1) durch eine Sorptionssäule (7) geleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Sorbens in den Sorptionssäulen (7,13,16,17,19) Aktivkohle verwendet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­spruch 4, gekennzeichnet durch einen von der Frisch­luft durchströmten Behälter (19), der im unteren Be­reich mit einem flüssigen Katalysator (20) gefüllt ist, in den saugfähige Platten oder Bänder (21) ein­tauchen, die zwecks Benetzung mit einem Sorbens (23) in Verbindung stehen, das im oberen Bereich des Behäl­ters (19) angeordnet ist, und daß die Zuleitung für die Frischluft und die Ableitung für das Katalysator/ Luftgemisch eine zur An- bzw. Durchströmung der Plat­ten bzw. Bänder (21) und des Sorbens (23) geeignete Anordnung haben.

Zeichnung