23. Februar 9.00 Uhr

Eröffnung

Prof. Dr.-Ing. Heinz-Josef Wojtas

Gießereiinstitut der Universität Duisburg-Essen

Formstoffe, Formverfahren, Produktverbesserung

09.10 Uhr

Dr. Angelos Ch. Psimenos (Vortragender), Mag. Günter Eder, Daniela Bartl, Furtenbach GmbH, Wiener-Neustadt

Geruchsarmes Cold-Box-System – komplett frei von aromatischen Lösemitteln

Das im Serienguss am meisten verwendete Kernfertigungsverfahren ist seit der Präsentation von anorganischen Bindersystemen im Hinblick auf Emissionen weiter unter Druck gekommen. Seitdem wurden viele Verbesserungen in umwelttechnischer Hinsicht gemacht. Die Firma Furtenbach hat einen weiteren wichtigen Schritt gesetzt und ein besonders geruchsarmes System entwickelt. Dieses System ist komplett frei von aromatischen Lösemitteln, sowohl in Komponente A als auch in Komponente B.

Für die Entwicklung des neuen Systems gelten selbstverständlich die Parameter, dass im Vergleich zu bestehenden Systemen die anwendungstechnischen Eigenschaften zumindest gleich bleiben müssen und die wirtschaftliche Betrachtung keinen kaufmännischen Nachteil zeigt, das bedeutet, der neue Binder darf nicht mehr kosten als die bisherigen Systeme am Markt.

Aromatengehalt – Ursache, Möglichkeiten und Zielerreichung

Der Aromatengehalt bei bestehenden Systemen wird einerseits durch das Phenolharz selbst und andererseits durch aromatische Lösemittel in der Komponente B bestimmt.

Es gibt nun zwei Möglichkeiten den Aromatengehalt und damit die BTX-Emissionen zu reduzieren. Zum einen durch die Reduzierung des freien Phenols. Hier wurden auch schon bisher die größten Reduktionen erreicht. Alle Harze der neuen Generationen, die im Hause Furtenbach entwickelt wurden, sind hier optimiert. Das für die Cold-Box-Herstellung verwendete Resol enthält aufgrund der speziellen Kondensations- und Destillationsführung einen sehr niedrigen Phenolgehalt.

Der zweite Weg den Aromatengehalt des Systems zu reduzieren ist die Substituierung der aromatischen Lösemittel in der Komponente B durch aromatenfreie Lösemittel. Eine besondere Aufgabe ist hierbei die Auswahl eines nicht aromatischen Lösemittels, das mit Isocyanat nicht reagiert.

Geruch – Ursache, Möglichkeiten und Zielerreichung

In den bestehenden Systemen wird der Geruch hauptsächlich von drei Geruchsquellen verursacht.

· dem eigenen Geruch des Phenolharzes

· dem aromatischen Lösemittel in der Komponente B, und

· den nicht reagierten Restrohstoffen bei der Herstellungsreaktion des als Vorprodukt erzeugten Lösemittels.

Eine Reduktion des „eigenen“ Geruchs des Phenolharzes kann durch die Reduktion des Monomergehaltes (Phenol und Formaldehyd) erreicht werden. Da jedoch in den bestehenden Systemen die freien Monomere im verwendeten Resol bereits sehr niedrig sind, hat man hier nur beschränkte Möglichkeiten des Eingriffs.

Dem Geruch der aromatischen Lösemittel wird durch den Einsatz von nichtaromatischen geruchsfreien bzw. –armen Lösemittel begegnet. Allerdings ist man hier in der Praxis mit dem „psychologischen Phänomen“ des „anderen“ Geruchs konfrontiert.

Als dritte Möglichkeit besteht die Substituierung des als Vorprodukt hergestellten Lösemittels mit einem anderen Lösemittel, welches keine unreagierten Restrohstoffe enthält.

Ideal ist, sowohl das aromatenhaltige Lösemittel als auch das „Vorprodukt“-Lösemittel mit nur einem einzigen Stoff (Lösemittel) zu ersetzen.

09.50 Uhr

Dipl.-Ing. Amine Serghini, Hüttenes Albertus Chem. Werke GmbH, Düsseldorf

Silikatische Cold-Box-Systeme – können diese getoppt werden?

Gegenwärtig ist die CO₂-Reduktion Gegenstand einer ernsthaften Diskussion mitten in unserer europäischen Gesellschaft. Für die Gießereiindustrie bedeutet dies kurzfristig eine Bilanzierung der eingesetzten Stoffe und die Anmeldung für den CO₂-Handel. Mittelfristig ist es im Interesse der Gießereien, für die Bewahrung der Wettbewerbsfähigkeit, diese Emission durch Minderung der eingesetzten organischen Stoffe zu reduzieren.

In der europäischen Automobilindustrie hat bereits ein unumkehrbarer Trend zu umweltschonenden und emissionsreduzierten Motoren eingesetzt. Für die Einhaltung der Euro-Normen – ein Europäisches Gesetz, welches die Schadstoffe und insbesondere die CO₂-Emission regelt - werden die Leistungen der Motoren bei gleichzeitiger Reduzierung der Volumina deutlich erhöht. Hiermit können Verbrauch und Emissionen reduziert werden.

Um diesem Spagat gerecht zu werden, werden bei den Motoren die Abgastemperaturen sowie der Druck im Brennraum erhöht. Dieser Belastung standzuhalten bedarf bei den eingesetzten Zylinderköpfen aus Aluminium einer besonderen metallurgischen Eigenschaft. Diese Eigenschaft (Reduzierung des Dendriten-Arm-Abstandes) wird erreicht, in dem die Kokillentemperatur partiell reduziert wird, um eine schnelle Abkühlung zu erzielen.

Niedrige Kokillentemperatur führt bekanntlich beim Einsatz von organischen Systemen und insbesondere dem des Cold-Box-Verfahrens zu einem erhöhten Kondensataufkommen.

Der Einsatz von anorganischen Bindersystemen und insbesondere der des Cordis-Verfahrens haben bisher, neben der Befreiung von Emissionen, das Problem Kondensat völlig gelöst. Bei den organischen Bindemitteln und speziell bei dem im Automobilguss verbreiteten Cold-Box-Verfahren, konnte in der Vergangenheit durch den Einsatz von silikatischen Lösungsmitteln die Kondensatbildung teilweise reduziert und die Schadstoff- und Geruchsemissionen dank reduzierter Kohlenstoffverbindungen herabgesetzt werden.

Die Emissionen bei der Zersetzung des Binders sind unter anderem abhängig von der Menge an Lösungsmitteln in den Binderkomponenten. Die Lösungsmittel beeinflussen ebenfalls das Gasverhalten und die Kondensatbildung der Kerne.

Eine Reduzierung des Lösungsmittelanteils im Teil 1 war Gegenstand einer jahrelangen Entwicklungsarbeit. Kürzlich wurde ein neues Cold-Box-Bindersystem mit erstaunlichem Erfolg auf den Markt gebracht. Das neue Bindersystem beinhaltet noch weniger C-Verbindungen und die Lösungsmittelanteile, im Vergleich zu den Standard–Lösungen, konnten um mehr als 60% reduziert werden. Die Kohlenstoffbilanz beim Einsatz des neuen Harzes fällt um 30% günstiger aus, als bei den klassischen Formulierungen.

Das neue Gasharz stellt ein neues Harzkonzept dar, welches in seiner molekularen Struktur anorganische Bestandteile und weniger Kohlenstoff beinhaltet. Das Ergebnis dieser Modifikation führt einerseits zu einer Herabsetzung der Viskosität des hergestellten Harzes und somit zu einer Reduzierung der eingesetzten Lösungsmittel. Durch die besondere Polarität dieses Binders ist die Verträglichkeit mit dem bisher eingesetzten Tetraethylsilikat in jedem Verhältnis möglich. Der Einsatz von sogenannten „Co-Solvents“ entfällt. Zum anderen zeigt das Harz, im Vergleich zu den bisherigen Formulierungen, ein höheres molekulares Gewicht, das einem Croningharz ähnelt. Eine hohe thermische Beständigkeit ist die Folge. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig für die zukünftigen Anforderungen, immer filigraner werdende Kerne deformationsfrei abzugiessen.

Die Reduzierung von Lösungsmitteln führt beim Gießen im Bereich Kokillenguss zu einer Herabsetzung der Kondensatbildung. In vielen namhaften Zylinderkopfgiessereien in Deutschland und angrenzenden Ländern wurden bereits Versuche mit dem neuen Bindersystems erfolgreich durchgeführt. Bei einem Großkunden läuft dieses System bereits in Serie. Im Bereich Eisen- und Stahlguss liegen ebenfalls positive Erkenntnisse vor.

10.30 – 11.00 Uhr Pause

11.00 Uhr

Dr. Oleg Podobed, S & B Industrial Minerals GmbH, Marl

Kohlenstoffträger im Grünsand - Quo Vadis?

Seit geraumer Zeit begleiten die Kohlenstoffe den Werdegang der Gießereitechnik in Form von Energieträgern, Schwärzen, später Formstoff- und Legierungszusätzen. Das Augenmerk richtete sich dabei vor allem auf deren technische und wirtschaftliche Effizienz, stets mit großen regionalen Unterschieden bedingt durch die jeweilige gesellschaftliche Entwicklung.

In den letzten 50 Jahren haben sich sowohl die Gießer als auch die immer intensiver mit dem Umweltaspekt der Kohlenstoffträgereinsatzes befasst, was beispielsweise aktuell mit dem Emissionshandelsvorhaben und der damit verbundenen CO₂-Großbilanzierung einen gewissen Höhepunkt erreicht.

Obwohl man hier zunächst sofort an die Betreiber der Kupolofen als größten CO₂-Emmitenten denkt, stellt man bei einer genauen Betrachtung fest, dass auch bei der Elektrizitätserzeugung erhebliche Mengen an CO₂ entstehen. So auch bei einem reinrassigen „emissionsfreien“ Elektrofahrzeug, bei dem die Emissionen ja bereits während der Energieerzeugung anfielen, der Auspuff quasi nur verlagert ist. Wie kompliziert eine solche Bilanzierung sein kann, zeigt ein Vergleich der CO₂-Emissionen bei der Herstellung eines Motorblocks aus Alu und Grauguss.

Da der Anteil der Gussteile, die im Grünsand produziert werden, bekanntlich mehr als 2/3 beträgt, erscheint es uns als sehr sinnvoll die Funktionen und die Aufgaben des Kohlenstoffträgers im Grünsand noch mal zu betrachten.

Das Ziel des diesjährigen Vortrages ist also neben der technisch-wissenschaftlichen Würdigung des Kohlenstoffträgereinsatzes in den bentonitgebundenen Formstoffen, auch einen Ausblick in die Zukunft der emissionsarmen ENVIBOND Formstoffsysteme zu geben, die mit geringen Mengen oder ganz ohne klassischen Kohlenstoffträger arbeiten.

Kohlenstoffträger, auch Glanzkohlenstoffbildner genannt, werden dem Formsand zugesetzt um primär die glatten Gussoberflächen als auch einen guten Sandzerfall zu bekommen. Dies funktioniert jedoch erst bei einer fundierten und sorgfältigen Auswahl und Verarbeitung.

Als glanzkohlenstoffbildende Formstoffzusätze definiert das VDG-Merkblatt R112 Steinkohlenstäube, Peche, Bitumina, Harze, Öle, Kunststoffe, sowie Mischungen daraus. Diese Stoffe verhalten sich beim Gießen sehr unterschiedlich, was auf Ihre Zusammensetzung und Beschaffenheit zurückzuführen ist.

Glanzkohlenstoffbildner sind überwiegend organischer Natur. Sie enthalten C-H-Verbindungen, die sich unter Einwirkung der Gießtemperatur verflüchtigen. Die entstandene Gasatmosphäre ist mit Kohlenstoff übersättigt und besitzt eine reduzierende Wirkung. Die Übersättigung mit C wird letztlich so groß, dass sich pyrolitischer Kohlenstoff in Form von Glanzkohlenstoff auf der Formoberfläche abscheidet. Der Grad der Übersättigung in der Formatmosphäre ist von der chemischen Zusammensetzung des Glanzkohlenstoffbildners (C–H–O Verhältnis), der Kohlenstoffkonzentration und der Temperatur abhängig (GK =f[Z,K,T]).

Die Entwicklung der neuen Glanzkohlenstoffbildner-Generation wurde zum einen stark durch die Gießereianforderungen hervorgerufen und zum anderen durch neue Umweltrichtlinien und moderne Formanlage bestimmt.

Wenn auch die Gießer um 1850 diskutierten welche Sorte vom getrockneten Mist sich am besten mit dem Lehm und Sand vermengen lässt, so kam mit der fortschreitenden Industrialisierung und der entsprechenden Zunahme der Serienproduktion die Nachfrage nach klassifizierten Zusatzstoffen mit einer definierten Qualität und definierten Eigenschaften.

Bereits in den 30-er Jahren des letzten Jahrhunderts sind die Vorschriften zur Prüfung der Gießereihilfsstoffe entstanden. So behandelt das DIN-Blatt 52411 (Febr. 1945) die Prüfung von Gießereischlichten und Stäuben. Dort wurde auch die Teilprüfung von Steinkohlenstaub (Gruppe E) festgelegt. Besonders beachtlich ist der Erscheinungstermin dieser Norm.

Die anschließend für den Kohlenstaub formulierten Empfehlungen im Bezug auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften, sowie die Einsatzmengen in Abhängigkeit von der Gusslegierung und der Wandstärke der Gussteile, haben ihre Gültigkeit weitgehend bis heute behalten.

Einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Zusammensetzung der Kohlenstoffträger und der Gemische aus Kohlenstoffträger und Bentonit spielen die Gefahrgutvorschriften und die Auflagen der Berufsgenossenschaft.

Nun kurz zum aktuellen Stand der Entwicklung bei den Kohlenstoffträgern/Glanzkohlenstoffbildern. Diese wird im Einklang mit den fünf Einsätzen zum prozessintegrierten Umweltschutz getätigt:

Entwicklung emissionsarmer Prozesstechnologien durch emissionsarme Einsatzstoffe und energiesparende Technologien
Minimierung und Recycling von Prozessmaterial
Ressourcensparende und energiearme Prozesse
Verwendung von recycelten Produkten (u.a. Regenerate)
Gestaltung von emissionsarmen Produkten

Durch den Einsatz niederflüchtiger Kohlen in Kombination mit hochreinen Harzen ist es möglich, sowohl auf die Forderungen im Hinblick auf niedrigste PAKs, bessere Deponierbarkeit oder Regenerierbarkeit, als auch auf die Reduzierung der BTEX und CO/CO2 Entwicklung Einfluss zu nehmen. Da der Einfluss der Kerne auf die Entstehung des Benzols jedoch wesentlich stärker zur Buche schlägt, sind hier bestimmte Grenzen gesetzt.

Die Weiterentwicklung richtet sich auf jedem Fall auf die Reduzierung der Emissionen (BTEX, PAH, Geruch etc.) bei gleich bleibenden Fertigungssicherheit und Gussqualität. Des Weiteren sollte die Geruchsentstehung durch den Einsatz neuer Rohstoffe und Materialien (Systemprodukte) minimiert werden. Das Bestreben ist, die Inhaltsstoffe (Kohlenwasserstoffe) soweit wie möglich zu reduzieren.

Die erste Möglichkeit ist eine exakte Dosierung des C-Trägers auf dem niedrigsten Niveau. Je wirksamer ein Stoff, umso geringer kann die Zusatzmenge sein.

Eine weitere nachhaltige Entwicklung sieht die Substitution der klassischen GKBs durch anorganische Stoffe vor, was bereits als ENVIBOND-Systemprodukt (Gemisch aus Bentonit und anorganischen Prozesskohlenstoff sowie einem Pufferstoff (Tektosilikat)) erfolgreich realisiert wurde und mittlerweile das Interesse der Gießer weltweit weckt.

Wirkungsmechanismus

Der Prozesskohlenstoff bewirkt eine stärkere Verdichtung der Formoberfläche. Durch ein kleineres Porenvolumen und eine schlechtere Benetzung des Formstoffes ist eine gute Gussoberfläche mit sehr geringer oder ohne Zugabe von Glanzkohlenstoffbildnern realisierbar.
In der Regel wird der Wasserbedarf (zum Erreichen einer Soll- Verdichtbarkeit) geringer. Weniger Wasser im Formstoff bedeutet in diesem Zusammenhang auch einen geringeren Anteil an oxidierendem Wasserdampf. Damit verringert sich wiederum der Bedarf an Glanzkohlenstoffbildnern.
Die Pufferstoffe ersetzen den Verkokungsrückstand der Kohle und machen den Formstoff weniger empfindlich hinsichtlich Schwankungen bei der Wasserdosierung.

Der Kohlenstoffträger lebt also weiter, nun wird er weniger organisch und mehr umweltfreundlich und aus „schwarzem Gold“ wird ein „schwarzer Diamant“!

11.40 Uhr

Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Bast, Dipl.-Ing. Matthias Strehle (Vortragender), TU Bergakademie Freiberg, Freiberg

Reduzierung des Gussausschusses durch die Nutzung statistischer Methoden

Steigende Anforderungen der Automobilindustrie sowie Rückrufaktionen sind der Auslöser möglichst viele Daten während der Produktherstellung zu sammeln. Die so gesammelten Daten sollen bei eventuellen Rückrufaktionen bzw. Qualitätsverbesserungen zur Verfügung stehen, um Gegenmaßnahmen treffen zu können. Zur Aufzeichnung dieser Daten sind in Gießereien bereits Messdatenerfassungssysteme installiert, welche entsprechende Datenbanken erzeugen. So werden beispielsweise Daten bei der Formstoff-, der Kernformstoff- und der Schmelzeherstellung, aber auch bei deren Zusammenführung, aufgezeichnet. Doch bereits hier zeigen sich erste Nachteile dieser Vorgehensweise, bei der Nutzung dieser Werte für die Reduzierung des Gussausschusses. So werden in vielen Gießereien zunächst alle Daten aufgezeichnet, welche erfassbar sind. Nun zeigt sich bei der Gegenüberstellung der aufgenommenen Daten mit den Ausschussteilen schnell, dass eine einfache Fehlerbeseitigung nicht möglich ist, da sich kein Wert eindeutig als Fehlerursache ausmachen lässt. Die Gründe dafür sind häufig folgende:

A) verschieden Datenbanken

Die Daten für die Bereiche Formstoff-, Kernformstoff- und Schmelzeherstellung, sowie die Parameter bei deren Zusammenführung, werden in separaten Datenbanken gespeichert. Ausgehend davon wird meist jede einzelne Datenbasis in den Abteilungen bewertet und auf die Fehler zurückgeführt. Dadurch ist es nicht möglich komplexe Zusammenhänge bzw. Fehler zu untersuchen, welche ihre Ursachen in mehreren Bereichen haben.

B) zentrales Datenerfassungssystem

Einige Messdatenerfassungssysteme ermöglichen es, dass alle erfassbaren Werte in einer großen Datenbank gespeichert werden. Hier zeigen sich allerdings die Schnittstellen, d.h. die Verbindung einzelner Daten zu einem konkreten Teil, als Schwachstelle. Weiterhin sind solche Datenbanken meist sehr unübersichtlich und damit eine Auswertung fast unmöglich.

C) unkoordinierte Optimierungsversuche

Da es durch hohen Gussausschuss zu Lieferproblemen und unnötigen Produktionskosten kommt, werden während der laufenden Produktion häufig Parameter (Maschinen- und Materialparameter) verändert. Wenn diese Veränderungen nicht dokumentiert werden, kommt es schnell zu einer unübersichtlichen Datenbasis.

Diese 3 vorgestellten Gründe sind nur einige, welche eine gezielte Fehlerreduktion mittels statistischer Methoden in Gießereien verhindern. In dem Vortrag soll an verschiedenen Beispielen ein Weg zur Anwendung statistischer Methoden in Gießereien vorgestellt werden. Dabei werden die Ergebnisse aus verschiedenen Gießereien mit unterschiedlichen Werkstoffen, Produktionsmaterialien, Produktionsprozessen und Maschinen genutzt. Es wird dabei zunächst eine häufig anzutreffende Ausgangsituation bzw. Datenbasis gezeigt, mit denen in Gießereien versucht wird eine Fehlerreduktion durchzuführen. Anschließend wird versucht, dass methodische Herangehen an solch ein Problem näher zu bringen. Dazu zählt zunächst die Auswahl der zu bekämpfenden Gussfehler und daraus resultierend die gezielte Auswahl der Wirkparameter. Durch die gezielte Auswahl der Einflussgrößen auf den Gussfehler wird eine zielgerichtete Analyse vereinfacht. Ein weiteres wichtiges Element der angewandten statistischen Datenanalyse in Gießereien ist die durchgehende Verfolgung der Herstellungsparameter.

Als Ergebnis dieser Bemühungen wird eine Datenbasis geschaffen, welche hervorragend zur Analyse geeignet ist. So findet man beispielsweise in der ersten Spalte Gussfehler mit Intensitätsgrad und in den darauf folgenden Spalten die gezielt aufgenommenen Wirkparameter. Dadurch wird erreicht, dass eine übersichtliche Datenbasis geschaffen wurde, welche es zudem erlaubt komplexe Zusammenhänge zwischen einzelnen Parametern aufzuzeigen. Somit ist es auch möglich Gussfehler zu erklären und damit später zu vermeiden, die durch die gleichzeitige Wirkung von zwei Parametern hervorgerufen wurden. Betrachtet man beispielsweise diese zwei Parameter zusammen, so sind diese innerhalb ihrer Grenzen und jeder für sich betrachtet unkritisch. Allerdings bei genauer Betrachtung kommt es beim Zusammenspiel in Grenzbereichen vermehrt zu Fehlern.

12.20 Uhr

Dr. Carolin Wallenhorst (Vortragende), Dr. Diether Koch, Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH, Hilden,

Was verbirgt sich hinter den anorganischen Bindersystemen? Fakten, Daten, Hintergründe

Proportional zu der Anzahl an Publikationen zum Thema Anorganische Bindersysteme steigt auch das Interesse der Gießereien an anorganischen Form- oder Kernherstellungsverfahren.

In der Vergangenheit ist es jedoch oft beim Versuch geblieben, ein anorganisches Kernherstellungsverfahren in der Serienproduktion zu etablieren, da dessen Eigenschaften hinsichtlich Prozessstabilität und Produktivität zu nachteilig erschienen. Die Entwicklung vergangener Jahre hat allerdings gezeigt, dass anorganische Kernbinder inzwischen eine wirtschaftliche Alternative zu den herkömmlichen organischen Systemen darstellen können. Bindemittel auf Basis von anorganischen Salzen wie Magnesiumsulfat oder Polyphosphaten nehmen – von Nischenanwendungen abgesehen - dabei schon lange keine bemerkenswerte Stellung mehr ein, die Entwicklung konzentriert sich nahezu vollständig auf Alkalisilikat- bzw. Wasserglassysteme.

Wasserglas hat als Bindemittel eine sehr lange Historie, ob nun in der Kernherstellung mit CO₂ oder im Formbereich mit Estern als Katalysator, die Anwendung hat bis heute immer noch eine gewisse Bedeutung. Mit diesem Prozess hergestellte Kerne und Formen besitzen jedoch spezielle Eigenschaften, die mit den heutigen Prozessanforderungen häufig nicht vereinbar sind:

ein niedriges Festigkeitsniveau,
die Sprödigkeit,
mäßige Zerfallseigenschaften und ein
geringer Wiederverwendungsgrad der regenerierten Altsande

sind die Hauptgründe, dass sich dieses System im Vergleich zu ihren organischen Konkurrenten nicht durchsetzen konnte.

Einige dieser Nachteile konnten inzwischen durch die Verwendung von Additiven bzw. Promotoren und die thermische Aushärtung der Sandmischungen aufgehoben werden, andere Effekte können wiederum durch Änderungen der Kernherstellungsparameter gezielt beeinflusst werden.

Fakt ist, dass der Wechsel des Bindersystems einen gewissen technischen Aufwand bedeutet. Dazu gehört unter anderem die Umrüstung der Kernschießmaschinen auf beheizbare Kernkästen mit integriertem Heißluftbegasungssystem, aber auch die Abstimmung des gesamten Prozessablaufes auf das neue Bindersystem. Da die Chemie hier nicht völlig ausgeblendet werden kann, muss sich der Anwender ein stückweit auf die speziellen Systemeigenschaften einlassen. Anhand von Messdaten aus Labor und Praxis kann das unterschiedliche Verhalten aufgezeigt und verdeutlicht werden, so erfahren beispielsweise die silikatischen Gießkerne eine andere thermische Längendeformation als organische Sandkerne. Ein grundlegendes Verständnis über die chemischen Hintergründe ist daher essentiell, um den Prozess der anorganischen Kernfertigung optimal gestalten zu können, schließlich unterscheiden sich die Kernbinder nicht nur in ihren Zusammensetzungen sondern auch im Mechanismus der Binderaushärtung maßgeblich voneinander.

13.00 – 14.00 Uhr Mittagspause

14.00 Uhr

Dipl.-Ing. Norbert Schütze (Vortragender), Dipl.-Ing. Ronald Overkamp, Vesuvius GmbH, Borken

Nutzen und Vorteile von plastischen Furanharz-Systemen für den Gießer in der Praxis

Die Eigenschaften von Formstoffen scheinen in den letzten Jahren mehr als ausreichend beleuchtet und betrachtet. Dies trifft natürlich vor allem auf Festigkeiten aller Art im An- und Aushärteprozess zu. Das diese Parameter nicht immer widerspiegeln, was in der Realität zum Erfolg führt, hat jeder Praktiker bereits leidlich gespürt.

Zusätzliches, wie die Plastizität von Formstoff-Systemen, wird besonders im Bereich zwischen Furan- und Phenolharzsystem oft vernachlässigt. Dabei ist nicht nur der Formbereich wichtig, sondern ebenso der Gießprozess, wo Aufschwingungsprozesse eine große Rolle spielen.

Foseco hat sich dieser Problematik genauer angenommen und nicht nur eine Methodik zur Untersuchung dieser Parameter gefunden, sondern auch Möglichkeiten der Ein- und Abschätzung untereinander entwickelt.

An praktischen Beispielen werden die Unterschiede und Möglichkeiten von Furotec, Eshanol und Fen o Fen Harzen gegenübergestellt und bewertet. Des Weiteren wird Formen und Fräsen von Formstoff-Systemen im Einzelnen betrachtet und gegenüber gestellt. Somit werden Gemeinsamkeiten und Gegensätze einzeln verdeutlicht. Außerdem werden Möglichkeiten zur Verbesserung der Formstoff-Eigenschaften aufgezeigt und praktisch begründet.

14.40 Uhr

Dipl.-Ing. Jörg Brotzki (Vortragender); Dipl.-Ing. Antoni Gieniec, Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH, Hilden

Grundlagenuntersuchung zum Einfluss diverser Quarzsandqualitäten auf die Fertigungsparameter von Formen und Kernen.

Der Einfluss der Formgrundstoffe auf die Qualität der Formen und Kerne und damit auch unmittelbar auf die Güte der Gussteile ist von größter Bedeutung für die tägliche Praxis in der Gießerei.

Am meisten als Formstoff verbreitet ist der Quarzsand, der in allen renommierten Gießereimärkten zur Verfügung steht. Quarzsand ist jedoch nicht gleich Quarzsand!

In einem gemeinsamen Projekt mit den Quarzwerken wurde der Einfluss unterschiedlicher Quarzsande auf die wichtigsten Kern- und Formherstellungsverfahren untersucht. In der Arbeit wurden insgesamt ca. 80 Quarzsande aus verschiedenen Ländern und Kontinenten vergleichend getestet.

In der Vergangenheit wurde in der Regel die Gießereitauglichkeit der Sande über die mittlere Korngröße, die AFS-Zahl, den Feinkornanteil, die Kornform und den pH-Wert bestimmt. Diese Faktoren galt es, bei jedem Kernherstellungsverfahren zu berücksichtigen.

Auch die Verfügbarkeit der Sande und die Nähe zum Abbaugebiet spielen eine wichtige Rolle im Entscheidungsprozess für die eine oder andere Sandsorte.

Untersucht man nun Quarzsande verschiedener Herkunft mit nahezu identischen granulometrischen Eigenschaften, stellt man dennoch fest, dass diese in Bezug auf ein bestimmtes Kernherstellungsverfahren deutliche Diskrepanzen hinsichtlich der Festigkeiten, der Sandlebenszeit bzw. Verarbeitungszeit und des Mischverhaltens aufweisen.

Ziel dieses Vortrages ist es, in einem direkten Vergleich unter identischen äußeren Bedingungen, die Unterschiede ausgesuchter Quarzsande darzustellen. Ferner soll ein Einblick in weitere Untersuchungsmethoden für Quarzsande gegeben werden.

Einige Quarzsande zeigen hinsichtlich der gießtechnischen Eigenschaften extrem gute Werte, wodurch die Möglichkeit gegeben wird, Binder- und Aminmengen drastisch zu reduzieren.

Vorteile ergeben sich hierbei nicht nur bei den Einkaufs- und Entsorgungskosten, sondern zusätzlich auch für den gesamten Prozess. Weniger Binder bedeutet eine Absenkung der Gefahr von Gasblasenfehlern. Das Potenzial einer Reduzierung von Emissionen (sowohl Geruch als auch BTX) lässt sich im gesamten Herstellungszyklus realisieren.

15.20 – 15.50 Uhr Pause

15.50 Uhr

Dipl.-Ing. Olof Hilger, Hilger Modelltechnik GmbH, Wuppertal

Einsatz der Simulationstechnik bei der Kernkastenkonstruktion und –herstellung

Die Simulationstechniken sind seit vielen Jahren ein fester Bestandteil einer modernen Gießerei.

Wichtig für den Fertigungsprozess einer Gießerei ist nicht nur die Simulation der Formfüllung, gekoppelt mit einer Erstarrungssimulation, sonder auch die Analyse der Eigenspannungen und des Schwindung, wie schon seit vielen Jahren bekannt.

Die vielfältigen Prozesse einer Gießerei sollten für sich, wie auch zusammenhängend, simuliert werden. So können sich gegenseitig beeinflussende Faktoren einzelner Ergebnisse eines Prozesses auf das Gesamtergebnis der Prozesskette, dem Gussstück, bewertet werden.

Ziel: Ein optimales Bauteil in einem prozessoptimierten Verfahren

Dies wird in diesem Vortrag beispielhaft an einer Auslegung eines Cold-Box-Kernkastens für ein Neuteil dargestellt. Die optimale Entlüftung des Kernkastens für den Prozess des Kernschusses, eine weitergehende optimale Auslegung des Kernkastens für die nachfolgende Begasung und die anschließende Überprüfung dieser Ergebnisse der Entlüftung für den kompletten Prozess der Kernherstellung wird hier an Hand des Kernes eines Lagergehäuses gezeigt. Parallel zu den Simulationsberechnungen beginnt die Fertigung des Kernkastens. Bevor die Bearbeitung der Kernkastenhälften abgeschlossen ist, sind die für eine optimale Produktion des Kerns notwendigen Positionen der Entlüftungsdüsen durch die Simulation definiert und können direkt eingebracht werden.

Der Abgleich von Simulationsergebnissen mittels eines CT-Scans bezogen auf die Packungsdichte des Kernsandes des geschossenen und auch des simulierten Kerns werden im direkten Vergleich an Hand von zwei Beispielen gezeigt.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Prozess-Simulationsmöglichkeiten im Bereich der Kernherstellung oder auch deren Einsatzes ist die Simulation des Entstehens und der Bewegung von Gasen, die beim Binderabbau des Kerns während der Formfüllung und des Erstarrungsprozesses entstehen. Dies wird am Beispiel eines LKW-Hinterachsgehäusekerns dargestellt. Für die Positionierung notwendiger Entlüftungen der Modelleinrichtung ist dies ein wertvolles Tool.

Die dargestellten Möglichkeiten zeigen in vielfältiger Weise, wie im Bereich der Kernherstellung die Simulationstechniken eine wertvolle Hilfe bieten können.

Auch im Bezug auf eine notwendige Entlüftung des Formhohlraumes für die Abführung von Kerngasen durch den Abbau des Kernbinders zeigen die Beispiele sehr gute Resultate.

16.30 Uhr

Prof. Dr.-Ing. Dirk Söffker (Vortragender), M.Sc. Marcel Langer, Universität Duisburg-Essen, Duisburg, Dr.-Ing. Horst Wolff, Dipl.-Ing. Ulrich Quack (Vortragender), IfG gGmbH, Düsseldorf

Entwicklung einer Demonstrationseinrichtung zur teilautomatisierten Herstellung von Formen aus kaltharzgebundenem Formstoff unter besonderer Berücksichtigung einer hochentwickelten Mensch-Maschine-Schnittstelle

Fertigungswissen und prozessspezifische Expertise von Fachkräften sind bei komplexen Fertigungsprozessen zentrale Voraussetzungen zur Realisierung u. a. hoher Qualität und geringer Ausschussquoten. Die aus Umweltauflagen oder auch Kostengründen notwendige Automatisierung von ausgewählten Fertigungsprozessen sollte derartiges Prozesswissen berücksichtigen bzw. idealerweise integrieren. Die Formherstellung auf Basis von furanharzgebundenem Formstoff soll an der Universität Duisburg-Essen im Technikum des IfG mit der Realisierung eines Demonstrators erprobt werden. Für die zentralen Arbeitsschritte bei der Formherstellung wird es möglich sein, sowohl die physikalisch-technischen Aspekte als auch die der Prozessführung zu teilautomatisieren und zu erproben. Der Gießereiindustrie wird die Möglichkeit geboten, auf Basis der Erkenntnisse selbst oder im IfG-Technikum Versuche zur technologischen Optimierung durchzuführen.

Aufgrund ihrer Variantenvielfalt und der geringen Losgröße werden die Sandformen bisher in traditioneller Handarbeit nach dem vorgenannten Prinzip hergestellt, was naturgemäß zu einer hohen Streuung in der Herstellungsqualität führt. Zudem stellt die Exposition der Beschäftigten gegenüber Gefahrstoffen während des Handformens ein gesundheitliches Risiko dar.

Durch den Einsatz einer teilautomatisierten, bedienergeführten Fertigung soll die Qualität und Produktivität der Großgussformen nachhaltig gesteigert und gleichzeitig das Bedienpersonal vom Prozess räumlich entkoppelt werden, sodass strenger werdende Expositionsauflagen ebenfalls realisiert werden können. Zentraler Lösungsansatz zur Realisierung ist dabei die Integration des Bedienpersonals in die teilautomatisierte Produktion, die über eine interaktive Schnittstelle erfolgt. Hierbei wird die menschliche Prozessführungskompetenz unterstützt und vorhandenes Prozesswissen integriert. Bei der konzipierten interaktiven Prozessführung bzw. -überwachung werden über die Mensch-Maschine-Schnittstelle Soll-Ist-Vergleiche der Prozessgrößen wie Schüttung, Verteilung und Verdichtung visuell kommuniziert. Gleichzeitig wird der Bediener durch Aufzeigen notwendiger und optionaler Handlungsabläufe unter Berücksichtigung von ergonomischen Gesichtspunkten optimal in den Arbeitsprozess eingebunden.

17.10 Uhr

Dipl.-Ing. Mathias Gruber (Vortragender), Dipl.-Ing. René Roeleveld, Vesuvius GmbH, Borken

Senkung von umweltrelevanten Parametern in der Gießerei durch den Einsatz von hochreaktiven Furanharz-Systemen

Das Furanharz-Verfahren ist nach wie vor der am weitesten verbreitete Prozess zur Herstellung von Formen und Großkernen in den Gießereien. Aufgrund der einfachen Verarbeitung und sehr guter Form- und Gießeigenschaften erfreut es sich anhaltender Beliebtheit, so dass dieses Verfahren mit einer Marktdurchdringung von ca. 80 % bei den kalthärtenden Verfahren deutlich diese Prozesse dominiert.

Dabei ist speziell das Fuhranharz-Verfahren und seine Eigenschaften in einigen Studien und Arbeiten intensiv durchleuchtet. Somit wurden dem Gießer im Laufe der Jahre detaillierte Informationen bezüglich der An- und Aushärtecharakteristik, der Fließfähigkeit, der Regenerierfähigkeit als auch der Temperaturabhängigkeit des gesamten Furanharz-Prozesses bekannt. Die positive Umsetzung neuer oder alter Erkenntnisse in den Produktionsprozess gestaltet sich jedoch häufig schwierig.

Durch hohe Anforderungen an die Produktivität des Verfahrens sowie den steigenden Druck, die Prozesskosten möglichst überschaubar zu gestalten, geraten technische Randparameter oftmals in den Hintergrund. Dabei ist die Anwendung der Systempartner Furanharz und Härter immer auch ein chemischer Prozess, der unter ungünstigen Vorraussetzungen eine erhebliche ökologische Belastung der gesamten Gießerei mit sich bringen kann.

So ergibt die Betrachtung des Prozess-Ablaufes einer Produktion mit Furanharzen häufig ein nicht unerhebliches Optimierungspotential während des gesamten Fertigungsablaufes. Beginnend mit der richtigen Wahl der geeigneten Harze und Härter über die optimale Zugabemenge und Dosierung bis hin zum Abgießen, Auskühlen und dem Ausleeren der Formen. So führt eine mögliche Überdosierung an Harz und Härtern nicht nur zur unnötigen Emissionslast während des Mischens und der Formfüllung, sondern auch zum unerwünschten Anstieg wichtiger Kenndaten im Regeneratsand bis zur Entsorgung.

Durch den Einsatz von verbesserten und neuentwickelten Furanharzrezepturen besteht die Möglichkeit, die für den Prozess der Formherstellung relevanten Zugabemengen an Furanharz und speziell der benötigen Härter weiter zu optimieren. Die detaillierte Betrachtung der Produktionsabläufe soll Einflüsse wichtiger Kenndaten aufzeigen und dabei den Schwerpunkt auf eine Reduzierung von Geruchs- und Schadstoffemissionen legen

Anhand von Praxisbeispielen werden derartige Optimierungen aufgezeigt und ökologisch bewertet!