24. Februar 2010             08.30 Uhr

Dipl.-Ing. Frank Iden (Vortragender) Dr. Udo Pohlmann, Hüttenes Albertus Chem. Werke GmbH, Düsseldorf, Prof. Dr.-Ing. habil. Werner Tilch TU Bergakademie Freiberg, Freiberg, Prof. Dr.-Ing. H.-J. Wojtas, Universität Duisburg-Essen, Duisburg

Strukturen von Cold-Box-Bindersystemen und die Möglichkeit ihrer Veränderbarkeit

Das Cold Box-Verfahren stellt einen konsequenten weiteren Schritt in der kerntechnologischen Entwicklung dar. Und auch gut 40 Jahre nach der Einführung des Verfahrens gibt es eine Vielzahl von Projekten und Forschungsarbeiten, in denen sich mit dem Verfahren beziehungsweise Problemen wie Geruchs- und Umweltbelastung, Qualmen, Gussfehlern sowie Festigkeits- und Kerneigenschaften weiter auseinandergesetzt wird. Im Hinblick auf die Festigkeits- und Kerneigenschaften werden diesem Kernherstellungsverfahren aufgrund der verschiedensten und komplizierter werdenden Kerngeo- metrien immer höhere Leistungen abgefordert. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, wie sieht die Einbettung des Quarzsands in das Bindersystem als festigkeitsbestimmendes Kriterium eigentlich aus?

Im Allgemeinen wurden bereits in den achtziger Jahren Untersuchungen und Ansätze der Bindung durchgeführt und veröffentlicht. Jedoch haben sich die Cold-Box-Systeme in den letzten Jahren deutlich weiterentwickelt. Neben dem Einsatz verbesserter Polyol- und Isocyanatkomponenten kamen auch wesentliche Lösungsmittelmodifikationen zum Tragen. Aufgrund dieser Entwicklungen besteht der Bedarf, die Bindung unter Berücksichtigung der aktuellen Bindersysteme näher zu betrachten. Daher wurde im Rahmen eines Projektes die Bindung des Formstoffes, und somit der Aufbau und die Entstehung der Binderbrücken, untersucht. Der Fokus wurde hierbei vor allem auf die Morphologie der Binderbrücken gelegt, da diese die Grundlage für die Festigkeits- und Kerneigenschaften legen.

Im Rahmen der Untersuchungen konnten die Beschreibungen der einschlägigen Literatur bestätigt werden. Es hat sich gezeigt, dass sich der Binder als gleichmäßiger Film um die Körner des Formgrundstoffes legt. Zwischen den Körnern kommt es zur Ausbildung der so genannten Binderbrücken die für den Zusammenhalt des Formstoffes verantwortlich sind. Die Binderbrücken zeigen die gleiche glatte und filmartige Oberfläche wie der restliche Binder. Im Gegensatz zu diesen glatten Schichten zeigt sich im Inneren der Binderbrücke ein deutlich anderer Strukturaufbau. Es handelt sich hierbei um eine zellulare Struktur, die anhand von einschlägiger Polyurethan-Literatur zu erwarten ist. Auffällig zeigt sich hierbei keine einheitliche Struktur, vielmehr sind verschiedene Phasen innerhalb der Binderbrücke erkennbar. In umfassenden Versuchsreihen konnten neue Erkenntnisse in Bezug auf die Ausbildung und Entstehung dieser verschiedenen Strukturphasen gewonnen werden. Hier spielen die Art des Binders und die eingesetzten Lösungsmittel eine entscheidende Rolle. Ferner beeinflussen die Parameter in der Fertigungskette die Binderbrückenstruktur. Folglich nehmen diese Faktoren nicht nur Einfluss auf die Strukturausbildung der Binder, sondern ebenfalls auf die Festigkeits- und somit Kerneigenschaften. In Bezug auf die Kernlagerung konnten weitere Erkenntnisse gewonnen und Veränderungen in der Binderstruktur nachgewiesen werden.

09.10 Uhr

B. Eng. Steffen Sasse (Vortragender), Dipl.-Ing. Jörg Knechten, SHW Automotive GmbH, Tuttlingen, Dipl.-Ing. Jörg Brotzki, Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH, Hilden; Prof. Dr.-Ing. H.-J. Wojtas, Universität Duisburg-Essen, Duisburg

Erprobung eines anorganischen Bindersystems in einer GGL-Bremsscheibenfertigung

Aufgrund der stetigen Anpassungen und Verschärfungen der Umweltschutzauflagen kommt es zu immer mehr Beschränkungen der bisher eingesetzten Kernfertigungsverfahren, die meist nur mit kostenintensiven Maßnahmen angepasst werden können.

Um Emissions- und Geruchsbelastungen zu reduzieren, bietet der Einsatz von anorganischen Kernbindersystemen eine entsprechende Alternative.

Bei dem eingesetzten, anorganischen Kernbindersystem Inotec, der Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH, handelt es sich um eine Kombination aus einer Flüssigkomponente (modifizierte Silikatlösung) und mineralischen Additiven, den so genannten Promotoren.

Die Bachelorarbeit beschreibt die Erprobung eines anorganischen Kernbindersystems im Eisenguss und umfasst die Darstellung und Analyse des Kernfertigungsprozesses. Ebenso wird ein Vergleich zwischen produzierten Bremsscheiben, die mit dem Serienbindersystem PUR-Cold-Box und dem neuen anorganischen Bindersystem abgegossen wurden, angestellt. Des Weiteren werden Möglichkeiten zur Optimierung aufgezeigt und begutachtet.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Herstellung von Bremsscheibenkernen mittels Inotec-Bindersystem möglich ist. In mehreren Versuchsreihen wurden Anpassungen bezüglich der eingesetzten Inotec-Promotoren und der verwendeten Formstoffüberzüge vorgenommen, um eine Anpassung an die jeweiligen Systemeigenschaften zu erreichen. Im Anschluss wurde der wesentliche Einfluss des anorganischen Kernbindersystems Inotec auf das Gussergebnis dokumentiert.

Die Untersuchungen stellten somit im Eisenguss, speziell in der GGL-Bremsscheibenfertigung, eine Grundlagenarbeit dar. In weiteren Versuchsreihen ist nun die stückweise Optimierung des Verfahrens sowie der Fertigungsparameter fortzuführen, wobei auf die ermittelten Ergebnisse im Eisenguss aufgebaut werden kann.

09.50 Uhr

Dipl.-Min. Sandra Lehmann, Werkstoffzentrum Rheinbach GmbH, Rheinbach

Was steckt hinter dem Begriff „thermische Beständigkeit“. Wie feuerfest sind Schlichten und Formgrundstoffe?

Die Verwendung von Formstoffen und Schlichten ist so alt wie der Prozess des Gießens an sich. Man sollte daher meinen, dass alles über Formstoffe und Schlichten bekannt ist und über den theoretischen Wissensstand hinaus, dieses Wissen auch erfolgreich in der Praxis angewandt werden kann. Wie die Anzahl der Veröffentlichungen und natürlich die Gespräche mit Gießern zeigen, ist das aber nicht der Fall. Dies ist durch sehr verschiedene Faktoren bedingt. Neue Werkstoffe und Legierungen sowie neue Gusstechnologien stellen veränderte Bedingungen an Formstoffe und Schlichten; aber auch erhöhte Anforderungen an die Qualität der Gussstücke erfordern immer wieder Optimierungen im Bereich der Formstoffe und Schlichten und nicht zuletzt bedeuten natürliche Inhomogenitäten innerhalb von Lagerstätten, oder das kommerzielle Erschließen neuer Lagerstätten, Veränderungen innerhalb der Rohstoffgrundlagen.

An Formstoffe und Schlichten werden vielfältige Anforderungen gestellt; sie sollen thermisch beständig also feuerfest sein, d. h. sie sollen dem geschmolzenem Metall eine gewisse Beständigkeit hinsichtlich der Temperatur entgegensetzen, sie sollen aber gleichzeitig möglichst geringe oder nur gewünschte chemische Wechselwirkungen mit der Schmelze und dem erstarrenden Werkstück aufweisen. Je nach Produktanforderung die Wärme schneller oder langsamer ableiten, produktstabil sein, geringste gesundheitliche Risiken aufweisen, umweltfreundlich sein und nicht zu vergessen eine hohe Praxistauglichkeit bei möglichst geringen Kosten aufweisen.

Die thermische Beständigkeit von Formstoffen bzw. Schlichten wird durch den Schmelzpunkt des gesamten Gemisches definiert, die Grundlage wird dabei durch anorganische Komponenten gebildet. Bereits geringe Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Formstoffe und Schlichten können weitreichende Folgen hinsichtlich der Schmelzpunktverschiebung, sowie der chemischen Wechselwirkung mit dem Produkt aufweisen und somit zu ungewollten Produktveränderungen führen.

Der Vortrag soll anhand von ausgewählten anorganischen Systemen Ursachen und Wirkungen auf die Feuerfestigkeit von Formstoffen und Schlichten bei Veränderungen der chemischen Zusammensetzung zeigen.

10.30 – 11.00 Uhr Pause

11.00 Uhr

Dr. Thomas Engelhardt, Süd-Chemie AG, Moosburg

Neue Konzepte zur Emissionsminderung aus bentonitgebundenen Formstoffen

Trotz der im Moment schwierigen wirtschaftlichen Rahmenbedingungen ist die Gießereiindustrie gefordert, die Emissionen soweit wie möglich zu reduzieren. Hierbei kommt den primären, also prozessorientierten Maßnahmen, besondere Bedeutung zu, da die Kosten hierfür im überschaubaren Rahmen bleiben.

Um die Emissionen aus bentonitgebundenen Formstoffen signifikant zu reduzieren, müssen die klassischen Glanzkohlenstoffbildner soweit wie möglich reduziert und durch emissionsfreie Additive substituiert werden. Diese Additive übernehmen die Funktion der klassischen Glanzkohlenstoffbildner, ohne selbst flüchtige Bestandteile freizusetzen.

Um das Risiko einer derartigen Umstellung in der industriellen Praxis soweit wie möglich herabzusetzen, ist es notwendig, bereits im Vorfeld einer Umstellung die wichtigsten technologischen Kenndaten des Formstoffsystems zu charakterisieren. Hierzu zählt insbesondere das Sinterverhalten des Formstoffes gegenüber den Gussstücken. Hierzu wurde im Geko Servicelabor der Süd-Chemie AG ein neuartiges Prüfverfahren entwickelt, welches eine quantitative Beurteilung des Sinterverhaltens der Formstoffe möglich macht. Auf Grundlage umfangreicher Untersuchungen ist es gelungen, geeignete Additive zu entwickeln, die das Ansintern des Quarzsandes an die Gussoberfläche wirkungsvoll unterbinden können.

Von allen untersuchten Additiven haben die Grafite bei vertretbaren Kosten die besten Ergebnisse erzielt. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass die üblicherweise eingesetzten, vergleichsweise groben, makrokristallinen Grafite keine optimale Wirkung zeigen. Erst durch Kombination von speziellen Grafiten mit geeigneten Dispergatoren gelingt es, die Funktion der klassischen Glanzkohlenstoffbildner weitestgehend zu übernehmen. Geeignete Dispergatoren haben deswegen so große Bedeutung, da Grafit im Gegensatz zu Bentonit durch Wasser nur sehr schlecht benetzt wird, wodurch eine optimale gleichmäßige Umhüllung des Quarzkorns mit Grafit schwierig ist. Geeignete Dispergatoren helfen, in der kurzen zur Verfügung stehenden Mischzeit, diese Homogenisierung optimal zu gewährleisten.

Die Wirkungsweise von Grafit als Trennschicht zwischen Quarzsand und Gussstück kann weiter optimiert werden, wenn spezielle Grafitqualitäten in Form von wässrigen Dispersionen direkt in den Mischprozess einbezogen werden. Mit einer derartigen Technologie gelingt es, eine Trennwirkung zwischen Gussstück und Quarzsand zu erzielen, die den klassischen Glanzkohlenstoffbildnern zumindest ebenbürtig ist. In vielen Fällen kann die Dosiermenge gegenüber Steinkohle sogar reduziert werden.

11.40 Uhr

Dr.-Ing. Polzin, TU Bergakademie Freiberg, Freiberg

Die Nutzung kalthärtender, anorganischer Bindersysteme

Während im Bereich der Kernherstellung mit anorganischen, chemisch härtenden Bindersystemen zur (Serien-)Kernherstellung seit einigen Jahren eine verstärkte Entwicklungstätigkeit zu verzeichnen ist, war es auf der Seite der kaltselbsthärtenden anorganischen Bindersysteme für die Handformerei bisher relativ ruhig. In dieser Verfahrensgruppe stehen heute im Wesentlichen drei Verfahren zur Verfügung: das wahrscheinlich älteste chemisch härtende Formverfahren - das Zementformverfahren, das Wasserglas-Ester-Verfahren und Verfahren auf der Basis sogenannter Geopolymere (Aluminosilikat- binder ).

Das wahrscheinlich im Augenblick am meisten verbreitete Formverfahren dieser Gruppe ist das Wasserglas-Ester-Verfahren, welches vorrangig in Aluminium- aber auch in Kupfer- oder Eisengießereien eingesetzt wird. Der Vortrag befasst sich näher mit diesem Verfahren. Neben den grundsätzlichen Verfestigungsmechanismen bei Aushärtung von Wasserglasbindern durch flüssige Esterhärter werden die aktuell erreichbaren technologischen Eigenschaften anhand im Labor ermittelter Ergebnisse sowie an praktischen Beispielen dargestellt. Resultierend aus den Ergebnissen langjähriger Arbeiten und aktueller Erfahrungen wird deutlich, dass das Wasserglas-Ester-Verfahren heute im vielen technologischen Bereichen den Kaltharzverfahren auf der Basis von Furan- und Phenolharzen ebenbürtig ist. Genannt seien dazu beispielhaft die Verarbeitungszeiten und – eigenschaften sowie das erreichbare Festigkeitsniveau.

Probleme, die die Anwendung des Verfahrens zur Zeit einengen, liegen im Wesentlichen in den teilweise zu hohen Restfestigkeiten bei der Herstellung von Gussteilen aus Eisengusslegierungen, sowie in der im Vergleich zu den organisch gebundenen Formstoffsystemen schwierigeren Regenerierbarkeit der anfallenden Altsande. Im Hinblick auf das Zerfallsverhalten besteht heute die Möglichkeit, über eine gezielte Modifizierung der eingesetzten Bindersysteme eine auf den verwendeten Werkstoff zugeschnittene Verbesserung einzustellen. So ist für viele Anwendungen ein zufriedenstellendes Ergebnis möglich, bedenkt man dabei zusätzlich, dass auch organisch gebundene Formstoffe im Bereich der Handformerei oft unbefriedigende Ergebnisse hinsichtlich des Zerfalls erbringen. Im Bereich der Regenerierung von wasserglasgebundenen Altsanden, insbesondere der grundsätzlich schwieriger als kohlendioxidgehärtete Wasserglasaltsande regenerierbaren Wasserglas-Ester-Altsande, wurden am Institut des Verfassers in Zusammenarbeit mit den verschiedensten Industriepartnern in der Vergangenheit eine Reihe von erfolgreichen Projekten durchgeführt. Die etwa in der Mitte der 90er Jahre durch deutsche Deponiebetreiber verfolgte Preispolitik machte diesen und anderen Bemühungen zur Regenerierung von Wasserglasaltsanden aber ein jähes Ende, daraus resultierend existieren bis heute kaum verfügbare und erprobte Regenerierungsanlagen für das Verfahren. Um an alte Erfolge anzuknüpfen, läuft zur Zeit ein Regenerierungsvorhaben in einer Gießerei, welches Ende 2010 soweit abgeschlossen sein soll, dass die Ergebnisse auf andere Betriebe übertragen werden können. Bei Vorliegen von positiven Ergebnissen in diesem Projekt bestehen zukünftig erweiterte Anwendungsmöglichkeiten für das Verfahren.

12.20 – 13.00 Uhr Mittagspause

13.00 Uhr

M.Sc., Ph.D. Niels Winther Rasmussen (Vortragender), M.Sc. Ph.D. Søren Skov-Hansen, M.Sc. Ph.D. Per Larsen, DISA Industries A/S, DK-Herlev, M.Sc. Ph.D. Niels Skat Tiedje, Technische Universität Dänemark, DTU.

Strömungsgerechtes Anschnittsystem für die Bremsscheibenproduktion in vertikal geteilten Formen

Bereits auf den 6. und 7. Formstoff-Tagen 2006 und 2008 wurde gezeigt, dass die konventionelle Art  der Gestaltung von Anschnittsystemen bei Bremsscheiben zu den verschiedensten Problemen führen kann. Eines der Probleme bei der herkömmlichen Gestaltung des Anschnittsystems für Bremsscheiben ist der hohe Grad der ungleichmäßigen Formfüllung zwischen der ersten und den folgenden Formen. Andere Probleme, so konnte gezeigt werden, sind Schockwellen und Lufttaschen oder Strömungseinschnürungen im Laufsystem während der Formfüllung.

Es wurden weitere umfangreiche Versuche durchgeführt und die Resultate werden vorgestellt. Bei einem großen Teil der Versuche wurde die Schmelze in Grünsandformen gegossen, die einer DISAMATIC Linie entnommen wurden. Die zweite Hälfte der Form wurde durch eine Glasplatte ersetzt. Dadurch war es möglich, die Formfüllung im kompletten Anschnittsystem und in den Formhohlräumen zu überwachen. In den Fällen, wo das Anschnittsystem die Formteilung hinterschneidet, erfolgt die Formfüllung verdeckt, durch einen dafür speziell entwickelten Kern.

Ein Beispiel für das konventionell gestaltete Anschnittsystem einer Bremsscheibe ist in Bild 1 zu sehen und Bild 2 zeigt eine Momentaufnahme der Formfüllung mit diesem Anschnittsystem.

Um die oben beschriebenen Probleme der Unterschiede in der Formfüllung zwischen den einzelnen Formen und den Problemen in den Anschnittsystemen zu vermeiden, wurde eine „Neue Generation“ von Anschnittsystemen entwickelt. Eine der Grundideen der „Neuen Generation“ von Anschnittsystemen ist es, das Anschnittsystem strömungsberuhigt zu gestalten. Dieses Prinzip war die Grundlage für die Gestaltung der „Neuen Generation“ von verbesserten Anschnittsystemen für die gleiche Bremsscheibe wie in Bild 1 und 2 dargestellt. Mit dem neuen Anschnittsystem, das ein verbessertes Layout darstellte, und der Form mit einer Glasplatte wurden Versuche durchgeführt, um die Strömung während der Formfüllung zu kontrollieren. Das Layout mit dem Anschnittsystem der „Neuen Generation“ zeigt Bild 3.

13.40 Uhr

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

Pure Coating Technology – Trockenes Schlichten mit elektrostatischem Pulversprühverfahren

Die Firma Furtenbach hat ein vollkommen neues Schlichteverfahren entwickelt. Ausgangspunkt der Entwicklung waren die vielen Nachteile, welche die derzeit eingesetzten Methoden aufweisen. Das neue Verfahren kann alle Formen der bisher im Einsatz stehenden Schlichten wie Fertigschlichten, pastenförmige Schlichten, Pulver-Pasten-Kombinationen oder Pulverschlichten, die vor Ort suspendiert werden, ersetzen.

Bei dem neuen Verfahren soll im Prinzip nur mehr die reine pulverförmige Mischung von Feuerfeststoffen aufgebracht werden – Pure Coating Technology. Dieses Verfahren ermöglicht es, alle bisher in Suspension eingesetzte Schlichten in gleicher Zusammensetzung der Feuerfeststoffe trocken aufzubringen. Sowohl die Zusammensetzung, Herstellung als auch das Verfahren wurden zum internationalen Patent angemeldet.

Die Vorteile des neuen Verfahrens sind:

●    Gleichmäßige Verteilung der Schlichte auf Kernen

●    keine Suspensionsmittel, Verdickungsmittel, Netzmittel, Entschäumer, Bakterizide etc. notwendig

●    Aufrühren bzw. Aufschluss der Schlichte nicht mehr notwendig

●    lösemittelfreier bzw. reduzierter Prozess, daher extrem reduzierte organische Emissionen

●    durch den Entfall von Suspensions-, Verdickungs-, Netzmittel etc. geringste Gasentwicklung

●    Entfall der Schlichtelagerung nach VbF-Verordnung (Alkoholschlichten)

●    Vermeidung von Abfällen u. Staubemissionen da in einem geschlossenen System verwendet

●    Transportkostenersparnis, da rund 50 % Gewichtsanteil durch Lösemittel eingespart werden

●    Kann durch „Trockenverfahren“ bei Anorganik ideal verwendet werden

●    Extrem umweltfreundlich durch alle oben erwähnten Punkte

Das Verfahren an sich:

Die zu schlichtenden Kerne werden, wenn nicht bereits vorhanden, mittels einer Elektrolytlösung leitend gemacht. Die Kerne werden anschließend durch ein elektrostatisches oder tribostatisches Pulversprühverfahren geschlichtet. Die Mischung aus Feuerfeststoffen mit einem thermoplastischen oder aminoplastischen Polymer wird fluidisiert (mit Luftstößen aufgelockert) und mittels Handsprühpistole bzw. Roboter mit keramischer Düse aufgeladen und aufgebracht. Die elektrostatischen Kräfte lenken die Pulverteilchen auf die Kerne. Bei „Faraday’schen Käfigen“ sollte eher ein tribostatisches Verfahren angewendet werden. Der Overspray wird abgesaugt und in den Prozeßkreislauf rückgeführt. Das Fixieren der Schlichte erfolgt durch einbrennen des enthaltenen Polymers bei Temperaturen ab 100°. Dazu geeignet sind Heißluft, Infrarot- oder Lichtimpuls-Aufwärmverfahren. Bei extremen Bandgeschwindigkeiten oder Schichtdicken von 400 µ und mehr kann auch eine Elektronenstrahlaufheizung erfolgen, wobei in Sekundenbruchteilen ausgehärtet wird. Alle notwendigen Anlagen für den Prozess sind Serienanlagen die in anderen Industrien bewährt und seit vielen Jahren erfolgreich im Einsatz sind.

 14.20 – 14.50 Uhr Pause

14.50 Uhr

Dipl.-Ing. Andreas Sobota, IfG gGmbH, Düsseldorf

Thermomechanische Festigkeit von Urethan-Cold-Box Formstoffen

Zur Verwendung von FEM-Programmen für die gießtechnische Auslegung und Überprüfung komplexer Kerngeometrien (Kernbruch, Kerndeformation) werden thermomechanische und thermophysikalische Kennwerte von Kernformstoffen als Datenbasis benötigt. Hierfür ist es erforderlich ein geeignetes Messsystem zur Ermittlung temperaturabhängiger Festigkeitskennwerte aufzubauen und simulationsrelevante Festigkeitskenngrößen von Kernformstoffen (Bruchspannung, Bruchdehnung, E-Modul) experimentell zu ermitteln.

Das Prüfsystem muss für die Ermittlung temperaturabhängiger Kernfestigkeiten folgende Randbedingungen erfüllen:

• Reproduzierbare Aufnahme von Kraft-Weg-Kurven als Basis für allgemeingültige Festigkeitskenngrößen
• Exakte Aufnahme der Messgrößen (Kraft, Weg) auch bei erhöhter Temperatur.
• Reproduzierbare Probenpositionierung bei der Heißprüfung.

Für die Ermittlung von temperaturabhängigen Kraft-Weg-Kurven wurden im vorgeheizten Ofen der Prüfeinrichtung vorab die Aufheizzeiten der Proben in den quasi isothermen Zustand durchgeführt. Hierfür wurden kreisrunde Aufheizproben mit eingebetteten Thermoelementen verwendet, die in den vortemperierten Ofen der Prüfeinrichtung bei 100°C, 200°C, 300°C, 315°C, 330°C, 360°C und 400°C eingelegt wurden. Es wurde die Zeit bis zum Erreichen eines quasi-isothermen Zustandes erfasst. Als quasi-isotherm gilt hierbei ein maximaler Temperaturgradient von 10 K zwischen der Randschale und der geometrischen Mitte des Prüflings. Aus den Ergebnissen dieser Aufheizversuche ergaben sich die Prüfzeiten für die Ermittlung der Festigkeitskennwerte.

Die experimentelle Ermittlung von temperaturabhängigen Kraft-Weg-Kurven wurde bei den o. g. Temperaturen durchgeführt. Die maximale Prüftemperatur lag für das untersuchte Formstoffsystem bei 400 °C. Bei höheren Temperaturen konnte keine nennenswerte Festigkeit mehr gemessen werden. Aus den experimentell ermittelten Kraft-Weg-Kurven wurden die entsprechenden Spannungs-Dehnungs-Kurven für jede Prüftemperatur generiert, aus denen die charakteristischen Kennwerten wie Bruchspannung und –dehnung, sowie der E-Modul temperaturabhängig hergeleitet werden konnten. Als Ergebnis liegen nun Bruchspannung, Bruchdehnung und E-Modul für die entsprechenden Prüftemperaturen vor.

Des Weiteren wurde der Nachweis des elastischen Verhaltens des geprüften Cold-Box-Bindersystems erbracht. Hierfür wurden Biegeversuche mit 70% der bei Raumtemperatur ermittelten Bruchlast durchgeführt, wobei ein- und dieselbe Probe mehrmals belastet wurde. Die Ergebnisse zeigen eindeutig ein elastisches Verhalten des geprüften Formstoffsystems, wobei die Kurven in den einzelnen Belastungsschritten absolut parallel verlaufen und eine gute Überdeckung aufweisen.

Aufgrund der wechselnden Festigkeitskennwerte über die Prüftemperaturen bei Bruchspannung, -dehnung und E-Modul im Temperaturbereich größer 300°C wurden weiterführende Untersuchungen am geprüften Cold-Box-Bindersystem durchgeführt. Hierfür wurden DSC-Messungen am vermischten, ausgehärteten Cold-Box-Binder ohne Verwendung des Formgrundstoffes durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen exotherme Reaktionen im Bindersystem im Temperaturbereich zwischen 300°C und 400°C. Verglichen mit den Festigkeitskennwerten aus der Biegeprüfung in diesem Temperaturbereich konnte ein Zusammenhang bezüglich formstoffbedingter Reaktionen nachgewiesen werden.

Die so ermittelten temperaturabhängigen Festigkeitskennwerte wurden in ein FEM-Programm implementiert. Die darüber hinaus erforderlichen thermophysikalischen Daten lagen aus früheren Untersuchungen bereits vor. Mit den zur Verfügung stehenden Daten wurden zunächst Aufheizsimulationen an Biegeriegeln durchgeführt. Weiterhin wurden Simulationen zur Berechnung von Verformungen durch statische Belastung unter Berücksichtigung der temperaturabhängigen Materialeigenschaften durchgeführt. Hierbei hat sich eine maximale Differenz von weniger als 10% zwischen den gemessenen und den berechneten Verformungen gezeigt.

15.30 Uhr

Dipl.-Ing. Martin Dahlmann, Hüttenes Albertus Chem. Werke GmbH, Düsseldorf

Erfahrungen bei der thermischen Regenerierung von Altsanden

Hüttenes-Albertus betreibt am Standort Braunschweig zwei thermische Regenerierungsanlagen. Diese Anlagen wurden zwischen 1985 und 1987 von der Firma Sandtechnik Pohl in Betrieb genommen und dienten in erster Linie der Regenerierung von Altsanden aus dem Maskenform- und Cold-Box-Verfahren, um diese für die Herstellung von harzumhüllten Sanden für das Maskenformverfahren als Rohsand zurückzugewinnen.

Es stehen eine FAT-Anlage und FATA-Anlage für die thermische Regenerierung zur Verfügung. Auf der FAT-Anlage werden Spezial- und Feinsande regeneriert. Die Anlage hat eine Leistung von ca. 1 t pro Stunde.

Auf der FATA-Anlage werden Altsande und Kernbruch aus dem Furan- und Phenolkaltharzverfahren sowie dem Cold-Box-Verfahren regeneriert. Diese Anlage hat eine Leistung von ca. 3 t pro Stunde.

Bis Anfang 2009 konnten auf der FATA-Anlage Altsande nur regeneriert und entstaubt werden, wobei die Entstaubung in erster Linie im Wirbelbettkühler der Anlage erfolgt. Aus dieser Anordnung folgte, dass der regenerierte Sand nur der Körnung des angelieferten Altsandes entsprechen kann. Damit ist jedoch die Einsetzbarkeit dieses Regenerates nur bedingt möglich. Bei sortenreiner Produktionsweise wird auf diesem Weg z.B. ein Regenerat für die Kernherstellung nach dem Kaltharzverfahren für den Großguss eingestellt.

Aus verschiedenen Gießereien kamen jedoch die Anfragen nach klassierten Regeneraten mit einer eingestellten Sieblinie. Um diesen Anforderungen zu entsprechen, entschied man sich, eine Siebanlage nachzuschalten. Nach technischer Prüfung fiel die Wahl auf eine Taumelsiebanlage mit vier Decks.

Die Verladesilokapazität wurde um zwei 50 t Silos erweitert (Straßensilozug). Zunächst war die Förderung des Regenerates mittels pneumatischer Förderung vorgesehen. Die Förderleitungen wurden entsprechend dimensioniert, um den Förderdruck so gering wie möglich zu halten (ca. 1,2 bar). Im Inneren der Silos wurden Rutschensysteme installiert, die verhindern, dass der Sand vom Einlauf in das Silo im freien Fall nach unten fällt. Diese Art der schonen-den Behandlung des Sandes wurde vor mehr als 20 Jahren für harzumhüllte Sande entwickelt, da diese besonders sensibel gegen mechanische Belastung und Abrieb sind.

Die Siebanlage wurde Anfang 2009 in Betrieb genommen, die Siebgrößen bzw. die Bestückung der Anlage wurden optimiert. Schnell stellte sich heraus, dass die pneumatische Förderung in die Silos eine unerwünschte Staubentwicklung zur Folge hatte. Direkt nach der Siebanlage war der Sand annähernd staubfrei, nach der Förderung war das Regenerat wie-der mit Staub angereichert. Hier musste eine Optimierung erfolgen. Ein vorhandener Vertikal-Gurtförderer wurde anstelle der Förderleitung installiert und in Betrieb genommen. Damit wird sichergestellt, dass die so geförderten Regenerate innerhalb unserer Produktion sehr staubarm bleiben.

Die so hergestellten Regenerate eignen sich für die Kernherstellung nach allen gängigen Verfahren. Die Besonderheit liegt in dem gezielten Trennschnitt, so dass die Regenerate gegenüber Quarzsanden, die über eine Nassklassierung gewonnen werden, annähernd frei von Fein-Anteilen bis zu einer vorgegebenen Fraktion sind. Dadurch kann die Gasdurchlässigkeit, der Binderbedarf und somit das Festigkeitsniveau gezielt, zum Vorteil der Abgussergebnisse, beeinflusst werden.

Vorschau

9. Formstoff-Tage

28. und 29. Februar 2012