Verfahren und Einrichtung zum Aushärten von anorganischen Giesserei-Kernen und -Formen

Abstract

 Das Verfahren zum Aushärten von Giesserei-Kernen und -Formen aus sandhaltigen Formstoffen mit anorganischem Bindesystem, bei welchem der Kern resp. die Form in einem Kern-Formwerkzeug (Kernkasten) einer zur Härtung von Kern resp. Form vorgegebenen Temperatur ausgesetzt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass durch den Kern resp. die Form im Kernkasten in einem ersten Aushärtezyklus ein Heissluftstrom mit vorgegebenem Druck, vorgegebener Temperatur und vorgegebener Zeit und in einem zweiten, sogenannten Nachbehandlungszyklus zum Entspannen des sich im Kernkasten befindlichen Kernes resp. Form ein weiterer Heissluftstrom mit vorgegebenem Druck, vorgegebener Temperatur und vorgegebener Zeit hindurchgeleitet wird.
Dadurch ist es nunmehr möglich, ein Verfahren zum Aushärten von Giesserei-Kernen und -Formen aus sandhaltigen Formstoffen mit anorganischem Bindesystem zu schaffen, bei welchem der Kern resp. die Form im Kernkasten unter Wirkung der vorgegebenen Temperatur rasch und effizient geruchsneutral und emissionsfrei aushärtet bei Gewinnung optimaler Kerneigenschaften.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Aushärten von Giesserei-Kernen und -Formen aus sandhaltigen Formstoffen mit anorganischem Bindesystem, bei welchem der Kern resp. die Form in einem Kern-Formwerkzeug (Kernkasten) einer zur Härtung von Kern resp. Form vorgegebenen Temperatur ausgesetzt wird.

[0002] Bekannt ist diesbezüglich das sogenannte Hot-Box-Verfahren, bei welchem unter Verwendung organischer Zusätze, wie etwa ein auf Phenolbasis aufgebautes Bindemittel, eine feuchte Kernsandmischung hergestellt und diese im Formwerkzeug durch Aufheizen des Formwerkzeuges auf Temperaturen von 200 bis 270°C ausgehärtet wird.

[0003] Ein solches bekanntes Verfahren ist zwar bezüglich Kernzerfall nach Abguss den praktizierten Cold-Box-Verfahren mit Bindemittelsystemen auf organischer Basis, bei denen das Aushärten durch Begasen z. B. mit Aminen erfolgt, weit überlegen, konnte sich aber wirtschaftlich wegen der ernorm langen Aushärtezeiten und hohen Werkzeug- und Energiekosten nicht in früherem Umfang behaupten.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Aushärten von Giesserei-Kernen und -Formen aus sandhaltigen Formstoffen mit anorganischem Bindesystem zu schaffen, bei welchem der Kern resp. die Form im Kern-Formwerkzeug (Kernkasten) unter Wirkung der vorgegebenen Temperatur rasch und effizient geruchsneutral und emissionsfrei aushärtet bei Gewinnung optimaler Kerneigenschaften.

[0005] Diese Optimierung wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren dadurch erreicht, dass durch den Kern resp. die Form im Kernkasten in einem ersten Aushärtezyklus ein Heissluftstrom mit vorgegebenem Druck, vorgegebener Temperatur und vorgegebener Zeit und in einem zweiten, sogenannten Nachbehandlungszyklus zum Entspannen des sich im Kernkasten befindlichen Kernes resp. Form ein weiterer Heissluftstrom mit vorgegebenem Druck, vorgegebener Temperatur und vorgegebener Zeit hindurchgeleitet wird.

[0006] Hierbei kann bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens der Heissluftstrom in einer ersten Heizstufe vorgewärmt und in einer zweiten Heizstufe auf die für den Aushärtezyklus vorgegebenen Endtemperatur aufgeheizt, sowie der Heissluftstrom für den Nachbehandlungszyklus unter Ausschaltung der zweiten Heizstufe direkt aus der ersten Heizstufe dem Kernkasten zugeleitet werden.

[0007] Ferner kann der Heissluftstrom aus der ersten Heizstufe einen Temperaturbereich bis etwa 80°C und der Heissluftstrom aus der zweiten Heizstufe einen Temperaturbereich bis etwa 250°C umfassen.

[0008] Durch die erfindungsgemässen Massnahmen und die ausschliessliche Verwendung anorganischer Bindemittelsysteme werden während der Kernherstellung nunmehr nur noch äusserst geringe Emissionen freigesetzt. Das erfindungsgemässe Verfahren ist sowohl für Einzelanfertigungen von Kernen und Formen als auch und insbesondere für Serien-Herstellungen geeignet, wobei für die Kerne und Formen optimale Eigenschaften erreicht werden.

[0009] Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens zum Aushärten von Giesserei-Kernen und -Formen aus sandhaltigen Formstoffen mit anorganischem Bindesystem, bei welchem der Kern resp. die Form in einem Kern-Formwerkzeug (Kernkasten) einer zur Härtung von Kern resp. Form vorgegebenen Temperatur ausgesetzt wird.

[0010] Diese Einrichtung zeichnet sich erfindungsgemäss aus durch ein dem Kernkasten vorschaltbares Druck-Heissluftgerät zur Erzeugung von durch den Kern resp. die Form im Kernkasten hindurchleitbare Heissluftströme mit vorgegebenem Druck, vorgegebener Temperatur und vorgegebener Zeit.

[0011] Hierbei besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass das Druck-Heissluftgerät eine Vorstufen-Durchlaufheizung sowie weitere kaskadenförmig nachgeschaltete Durchlaufheizungen aufweist, wobei die Druckluft mittels einer Druckluftzuleitung über Ventilmittel mit einem vorgeschalteten Druckregler mit Proportionalventil der Vorstufen-Durchlaufheizung zuführbar ist, deren Ausgang über Ventilmittel umschaltbar mit den nachgeschalteten Durchlaufheizungen für einen Aushärtezyklus resp. direkt mit dem Kernkasten für einen Nachbehandlungszyklus in Strömungsverbindung steht.

[0012] In einer weiteren Ausgestaltung umfasst dann jede Durchlaufheizung eine elektronische Temperaturregelung einer programmierbaren elektronischen Steueranlage, mit welcher Steueranlage die Ventile verbunden sind.

[0013] Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist nachfolgend anhand der Zeichnung, welche im Blockschema die erfindungsgemässe Einrichtung zum Aushärten von Giesserei-Kernen und -Formen zeigt, näher erläutert.

[0014] Die gezeigte, an ein Kern-Formwerkzeug (Kernkasten) 20, gegebenenfalls über eine sogenannte Begasungsplatte 21 anschliessbare Einrichtung zum Aushärten von Giesserei-Kernen oder -Formen aus sandhaltigen Formstoffen mit anorganischem Bindesystem umfasst ein dem Kern-Kasten 20 vorschaltbares Druck-Heissluftgerät 1 zur Erzeugung von durch den Kern resp. die Form im Kernkasten 20 hindurchleitbare Heissluftströme mit vorgegebenem Druck, vorgegebener Temperatur und vorgegebener Zeit.

[0015] Der Kernkasten 20 ist hierfür so ausgestaltet, dass eine gute Durchströmung mit heisser Druckluft gewährleistet ist, um möglichst niedrige Taktzeiten zu errechen. Ferner ist der Kernkasten 20 an einer nicht näher gezeigten Kern-Schiess-Maschine anschliessbar.

[0016] Das Druck-Heissluftgerät 1 weist eine Vorstufen-Durchlaufheizung 2 (mit einem Temperaturbereich beispielsweise bis etwa 80°C) sowie weitere, hier drei kaskadenförmig nachgeschaltete Durchlaufheizungen 3,4 u. 5 (mit einem Temperaturbereich beispielsweise bis etwa 250°C und mehr) auf für eine optimale Erhitzung des für die Kern-Härtung in einem ersten Aushärtezyklus bestimmten Heissluftstromes mit vorgegebenem Druck, vorgegebener Temperatur und vorgegebener Zeit.

[0017] Die hierfür erforderliche Druckluft wird mittels einer Druckluftzuleitung 6 über Ventilmittel 7 der Vorstufen-Durchlaufheizung 2 zugeführt. Die Druckluft aus der Druckluftleitung mit einem Druck von mind. 5,0 bar wird in einem Druckregler 10 über ein Proportionalventil mit dem gewünschten Druckanstieg in einer vorgegebenen Rampenzeit auf den erforderlichen Enddruck geregelt.

[0018] Für die Kern-Härtung im ersten Aushärtezyklus werden nun das genannte Ventile 7 eingangsseitig der Vorstufen-Durchlaufheizung 2 sowie ein Ventil 9 in der Druckleitung zwischen Durchlaufheizung 2 und den nachgeschalteten Durchlaufheizungen 3, 4 und 5 geöffnet, sodass die durchströmende Druckluft mit der vorgegebenen Endtemperatur über die Druckleitung 15 in den Kernkasten 20 gelangt und diesen durchströmt.

[0019] Dabei ist ein weiteres Ventil 8 in der direkten Druckleitung 16 ausgangsseitig der Vorstufen-Durchlaufheizung 2 und dem Kernkasten 20 geschlossen.

[0020] Nach Beendigung des ersten Aushärtezyklusses werden vorzugsweise zunächst die beiden genannten Ventile 7 und 9 geschlossen.

[0021] Für einen Nachbehandlungszyklus zum Entspannen des sich im Kernkasten 20 befindlichen Kernes wird dann ein weiterer Heissluftstrom mit vorgegebenem Druck, etwa jenem am Ende des Aushärtezyklusses, vorgegebener reduzierter Temperatur und vorgegebener Zeit durch den Kernkasten 20 hindurchgeleitet, wofür nun das Ventil 7 eingangsseitig der Vorstufen-Durchlaufheizung 2 sowie das Ventil 8 ausgangsseitig der Vorstufen-Durchlaufheizung 2 geöffnet werden und die Druck-Heissluft mit einer durch die Vorstufen-Durchlaufheizung 2 vorgegebenen Temperatur über die Druckleitung 16 und Regler 10 direkt zum Kernkasten 20 gelangt.

[0022] Nach Beendigung des Nachbehandlungszyklusses werden die Ventile 7 und 8 geschlossen.

[0023] Um eine optimale Aushärtung der Kerne zu erreichen, ist jede Durchlaufheizung 2, 3, 4 u. 5 mit einer eigenen elektronischen Temperaturregelung (nicht gezeigt) in einer programmierbaren elektronischen Steueranlage 30 ausgestattet. Die Steuerung erfolgt hierbei über geeignete Steuerleitungen 12. Die Heizung des Kernkastens 20 hingegen wird von der Kernschiessmaschine (nicht gezeigt) her über Leitung 13 gesteuert. Ferner sind die genannten Ventile 7, 8 u. 9 für deren Schaltung über Steuerleitungen 11 ebenfalls mit der elektronischen Steueranlage 30 verbunden.

[0024] Durch die ausschliessliche Verwendung anorganischer Bindemittelsysteme werden durch die erfindungsgemässen Massnahmen während der Kernherstellung nunmehr nur äusserst geringe Emissionen freigesetzt. Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Einrichtung sind sowohl für Einzelanfertigungen von Kernen und Formen als auch und insbesondere für Serien-Herstellung geeignet, wobei für die Kerne und Formen optimale Eigenschaften erreicht werden.

[0025] Weiter kann der Altsand nach dem Entkernen ohne aufwendige Regenerierung fast vollständig wiederverwendet werden. Da hierbei vergleichsweise den Cold-Box-Verfahren u.a. keine thermische Regenerierung erforderlich ist, wurde von der gleichen Anmelderin eine entsprechende Regenerierungsanlage entwickelt und mit dem Hinterlegungstag des vorliegenden Patentgesuches ebenfalls zum Patent angemeldet. Eine solche Regenerierungsanlage für sandhaltige Formstoffe mit anorganischem Bindesystem erfordert gegenüber den konventionellen thermischen Regenerierungsanlagen geringere Investitionskosten und geringeren Platzbedarf.

[0026] Selbstverständlich sind im Rahmen dieser Erfindung Ausführungsvarianten möglich, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Beispielsweise kann anstelle der beiden Zweiweg-Ventile 8 u. 9 die Regelung des Heissluftstromes für den Aushärtezyklus und den Nachbehandlungszyklus auch mittels eines Dreiweg-Ventils erfolgen. Weiter kann auch ein zusätzliches Ventil zwischen dem Kernkasten 20, der Druckleitung 15 ausgangsseitig der letzten Durchlaufheizung 5 und der mit dem Ventil 8 steuerbaren Druckleitung 16 angeordnet sein, um bei entsprechendem Betrieb Rückströmungen in die Druckleitung 16 resp. 15 zu vermeiden. Ferner können die hier verwendbaren anorganischen Bindemittel und die Kernsandmittel variabel sein.

Ansprüche

1. Verfahren zum Aushärten von Giesserei-Kernen und -Formen aus sandhaltigen Formstoffen mit anorganischem Bindesystem, bei welchem der Kern resp. die Form in einem Kern-Formwerkzeug (Kernkasten) einer zur Härtung von Kern resp. Form vorgegebenen Temperatur ausgesetzt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch den Kern resp. die Form im Kernkasten in einem ersten Aushärtezyklus ein Heissluftstrom mit vorgegebenem Druck, vorgegebener Temperatur und vorgegebener Zeit und in einem zweiten, sogenannten Nachbehandlungszyklus zum Entspannen des sich im Kernkasten befindlichen Kernes resp. Form ein weiterer Heissluftstrom mit vorgegebenem Druck, vorgegebener Temperatur und vorgegebener Zeit hindurchgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heissluftstrom in einer ersten Heizstufe vorgewärmt und in einer zweiten Heizstufe auf die für den Aushärtzyklus vorgegebenen Endtemperatur aufgeheizt wird, sowie der Heissluftstrom für den Nachbehandlungszyklus unter Ausschaltung der zweiten Heizstufe direkt aus der ersten Heizstufe dem Kernkasten zugeleitet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heissluftstrom aus der ersten Heizstufe einen Temperaturbereich bis etwa 80°C und der Heissluftstrom aus der zweiten Heizstufe einen Temperaturbereich bis etwa 250°C umfasst.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, zum Aushärten von Giesserei-Kernen und -Formen aus sandhaltigen Formstoffen mit anorganischem Bindesystem, bei welchem der Kern resp. die Form in einem Kern-Formwerkzeug (20) einer zur Härtung von Kern resp. Form vorgegebenen Temperatur ausgesetzt wird, gekennzeichnet durch
ein dem Kernkasten (20) vorschaltbares Druck-Heissluftgerät (1) zur Erzeugung von durch den Kern resp. die Form im Kernkasten (20) hindurchleitbare Heissluftströme mit vorgegebenem Druck, vorgegebener Temperatur und vorgegebener Zeit.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druck-Heissluftgerät (1) eine Vorstufen-Durchlaufheizung (2) sowie weitere kaskadenförmig nachgeschaltete Durchlaufheizungen (3,4 u. 5) aufweist, wobei die Druckluft mittels einer Druckluftzuleitung (6) über Ventilmittel (7) mit einem vorgeschalteten Druckregler (10) mit Proportionalventil der Vorstufen-Durchlaufheizung (2) zuführbar ist, deren Ausgang über Ventilmittel (8 und 9) umschaltbar mit den nachgeschalteten Durchlaufheizungen (3,4 u. 5) für einen Aushärtezyklus resp. direkt mit dem Kernkasten (20) für einen Nachbehandlungszyklus in Strömungsverbindung steht.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Durchlaufheizung (2, 3, 4 u. 5) eine elektronische Temperaturregelung einer programmierbaren elektronischen Steueranlage (30) umfasst, mit welcher Steueranlage (30) die Ventile (7, 8 u. 9) verbunden sind.

Zeichnung