Projekt 10832/01

Reduzierung von Formstoffbindemitteln durch optimale Auslegung von Kernkästen und Kernschießmaschinen im Gießereiprozeß unter Einsatz rechnergesteuerter Simulationsverfahren

Projektdurchführung

RÖPERWERK - Gießereimaschinen GmbH
Eindhovener Str. 58
41751 Viersen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In der Gießereiindustrie werden große Mengen von Fomgrundstoffen sowie natürliche und chemische Binder und Zusatzstoffe für die Form- und Kernherstellung verarbeitet. Die daraus entstehenden Abfälle und Emissionen müssen kostenintensiv umweltgerecht entsorgt werden. Insbesondere bei der wegen fehlender Maschinen-, Kernkasten- und Bindertechnik manuellen Fertigung von Großkernen ist der Zeit- und Binderbedarf - und damit die Arbeitsplatz- und Umweltbelastung - wesentlich höher als bei der maschinellen Kernfertigung, wie sie für Kerne bis ca. 200 l praktiziert wird.
Ziel des Projektes ist es, mit Computerunterstützung den chemisch gebundenen Form- und Kernsandkreislauf dahingehend zu beschreiben und nach ökologischen und ökonomischen Grundsätzen zu optimieren, dass bei mindestens gleichbleibender Form- und Kernqualität Emissionen, Rohstoffbedarf, Abfall, Reststoffe, Energieverbrauch, Arbeitsplatzbelastung und Fertigungszeit reduziert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen des Projekts werden parallel folgende Arbeiten von den Projektpartnern durchgeführt:

· Entwicklung und Montage einer Versuchskernschießmaschine mit ca. 500l Schussvolumen.
· Ermittlung fundamentaler Parameter beim Kernschießen (lokale Druckverhältnisse, Strömungsvorgänge, etc.) an verschiedenen Kerngrößen als Grundlage für die Entwicklung eines Computerprogramms zur rechnerischen Simulation des Kernschießvorgangs.
· Entwicklung eines geeigneten Bindersystems zur maschinellen Großkernherstellung mit anschließender Formstoffprüfung (Biegefestigkeit, Lagerfähigkeit, Topfzeit, Schülpen- u. Blattrippenneigung etc.) an geeigneten, praxisorientierten Probekörpern.
· Aufbau der Versuchskernschießmaschine in einer Großgussgießerei, nachfolgend Betrieb und Messungen unter Produktionsbedingungen an realen Kernkästen.
· Optimierung der parallel entwickelten Komponenten (Kernschießmaschine, Kernkasten, Binder/Formstoff) im Hinblick auf die Reduzierung von Einsatzstoffen, Emissionen, Abfällen und Energie unter fortlaufendem Vergleich mit der rechnerischen Simulation durch Zusammenführung der Einzelergebnisse.


Ergebnisse und Diskussion

1) Maschinentechnik:
Im Projektrahmen wurde eine Großkernschießmaschine projektiert und konstruiert. Das Schießsystem, das dabei zur Verwendung kommen sollte, zeigt erhebliche Vorteile für den Kernfertigungsprozess durch neu konzipierte Luftzufuhren. Bei ansonsten gleichen Parametern können wesentlich besser verdichtete und damit in ihren Eigenschaften für das Gussprodukt besser einsetzbare Kerne gefertigt werden.
2) Bindemittel:
Das Projekt hat in erheblichem Umfang zur Entwicklung neuer, umweltfreundlicheren Bindemittel beigetragen. Bei wesentlich geringerem Bedarf an Lösungsmitteln und Katalysatorgasen konnte die Kernqualität noch verbessert werden. Die neue Bindemittelgeneration ist auch mit vorhandener technischer Ausrüstung in den Gießereien einsetzbar.
3) Simulation:
Erstmalig wurde eine Simulation basierend auf einer Zwei-Phasen-Strömung, nämlich Sand und Luft, erarbeitet. Dazu wurden die nötigen Randbedingungen in Praxisversuchen ermittelt. Die anschließende Weiterverarbeitung mit einer für das Projekt modifizierten Software zeigte vielversprechende Ergebnisse. Mittelfristig sollte es möglich sein, ein industriell einsetzbares Simulationsprogramm für den Kernschießprozess aus den gewonnenen Ergebnissen heraus zu entwickeln.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Im Rahmen der internationalen Gießereiausstellung GIFA im Juni 1999 in Düsseldorf haben alle Projektpartner Ergebnisse aus dem Projekt präsentiert: eine neuentwickelte Kernschießmaschine, eine neue Bindemittelgeneration und im Rahmen der CIATF-Vorträge wurde die bis dahin gewonnenen Ergebnisse des Simulationstools vorgestellt.
Weiterhin wurde für das neuentwickelte Bindemittel ein Patent angemeldet.


Fazit

Im Zusammenspiel von verbesserter Maschinentechnik und optimierten Bindemitteln ist bei geringerem Bindemittelverbrauch eine ausreichende Kernqualität wirtschaftlich zu gewährleisten. Die Verwendung von Simulationsprogrammen verkürzt wesentlich die zur Zeit noch oft langwierigen empirischen Einrichtarbeiten, bis ein Kern mit optimalen Eigenschaften für den anschließenden Gießprozess und damit für das Endprodukt produziert werden kann.
Nur durch die Verwendung innovativer Techniken zur Erstellung immer komplexerer Gussstücke kann das Überleben der Gießereiindustrie in Deutschland bzw. in Westeuropa gegenüber der aufgrund von geringeren Lohnkosten billigeren Konkurrenz aus dem Ausland und durch ökologisch vertretbare Produktion auf Dauer sichern.