Entwicklung geruchsarmer Bindersysteme für die ... · Entwicklung geruchsarmer Bindersysteme f ür die Kernherstellung in einer Al-Gießerei _____ Seite 2

Abschlussbericht zum Verbundprojekt

Entwicklung geruchsarmer Bindersysteme für die Kernherstellung in einer Aluminium-

Gießerei

Beteiligte Projektpartner:

Dieses Forschungsprojekt wurde aus Mitteln des Bundesministeriums für Bil-dung und Forschung (BMBF) in Bonn innerhalb des Rahmenkonzepts „For-

schung für die Umwelt“ im Forschungsschwerpunkt „Metall“ gefördert.

Entwicklung geruchsarmer Bindersysteme für die Kernherstellung in einer Al-Gießerei __________________________________________________________________________

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Inhalt: 1 Aufgabenstellung und Ziele des Projekts 2 2 Wissenschaftlicher und technischer Stand zu Beginn des Projektes 2 3 Wissenschaftlicher und technischer Stand zu Ende des Projektes 4 4 Ergebnisdarstellung 4

4.1 Erarbeitung des Standes der Technik 5

4.2 Ermittlung der Geruchsquellen und –ströme an den ursprünglichen Anlagen und Bindemitteln 7

4.3 Entwicklung des Technikum-Testverfahrens 9

4.4 Entwicklung alternativer Bindersysteme 18

4.5 Erprobung der ausgewählten Bindersysteme im Pilotmaßstab

in der VW-Gießerei 21 5 Zusammenfassung und Ausblick 25 6 Veröffentlichungen 26 7 Literatur 27 8 Mitarbeitende Stellen 29


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1 Aufgabenstellung und Ziele des Projekts

Das beantragte Projekt sollte im Rahmen des Programms „Forschung für die Umwelt“ im Förderschwerpunkt „Metall“ zum integrierten Umweltschutz im Bereich Gießereiwe-sen beitragen. Nach § 3, Abs. 4 BImSchG sind Geruchsemissionen belästigende Luft-verunreinigungen und daher auf ein vertretbares Maß zu reduzieren. Das beantragte Projekt sollte eine prozessintegrierte Maßnahme zur Vermeidung von Schadstoff- und Geruchsemissionen bei der Herstellung von Sandkernen und insbesondere bei deren Verwendung beim Gießen in Aluminium-Gießereien ermöglichen.

Sowohl aus ökologischer wie auch aus ökonomischer Sicht ist es sinnvoll, die Geruchs-emissionen soweit wie möglich über prozessintegrierte Primärmaßnahmen zu vermei-den, anstatt aufwendige Abluftreinigungsanlagen zu installieren.

Es sollten zu diesem Zweck neue, geruchs- und emissionsarme Bindersysteme in ei-nem Gemeinschaftsprojekt der Firmen

- Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH, Düsseldorf (HA)

- Volkswagen Nutzfahrzeuge AG, Gießerei Hannover (VW)

- IfG – Institut für Gießereitechnik gGmbH, Düsseldorf (IfG)

entwickelt und im Pilot- und Vorserienmaßstab erprobt werden.

Die Entwicklung sollte auf Basis der bis dahin von VW angewandten Kernbindersyste-me, Warm-Box- und Maskenform-Binder, sowie eines Polyurethan-Cold-Box-Binders erfolgen, dem derzeit am meisten angewendeten Kernbindersystem.

Damit sollte exemplarisch eine deutliche Verminderung der Geruchsemissionen bei der VW-Gießerei Hannover erreicht werden.

Zugleich sollten hiermit Entwicklungen für alle interessierten Aluminiumgießereien an-gestoßen werden, um branchenweit Impulse zur Verbesserung der Akzeptanz von Gie-ßereien an ihren gewachsenen Standorten zu setzen und somit die Arbeitsplätze zu-kunftssicherer zu machen.

2 Wissenschaftlicher und technischer Stand zu Beginn des Projektes

Sandkerne in Gießereien werden heute überwiegend aus kunstharzgebundenen Quarzsanden hergestellt. Beim Gießen und anschließenden Abkühlen der Gießformen treten Verdampfungs-, Schwel- und Crackprodukte auf, die für die Mitarbeiter und für die Nachbarschaft der Betriebe geruchsbelastend sein können.

Branchenweit besteht die Problematik, die Emissionen von Schadgasen und Geruchs-stoffen aus dem Gießbetrieb zu minimieren und damit den Anforderungen sowohl des BImSchG als auch der Nachbarschaft nachzukommen.


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Generell ist eine gezielte Emissionsreduzierung bei Bindern nicht neu. So wurden in den vergangenen Jahrzehnten einige Anstrengungen unternommen, die Binder immer umweltfreundlicher werden zu lassen, unter anderem Phenol-arm oder PAK-frei [1]. Auch sind die umwelthygienischen Vorzüge von anorganischen Bindern – als Prototyp gilt das Wasserglas – seit langem geläufig [2], da in der Vergangenheit viel mit Wasser-glas- oder Zement-Kernen gearbeitet wurde. Neu hingegen war der Versuch, eine mit objektiven Methoden unterstützte Entwicklung geruchsreduzierter Binder zu betreiben. Dabei war in einem vorausgegangenen Projekt [3] festgestellt worden, dass diverse Bindertypen durchaus beträchtliche Unterschiede in ihrem spezifischen Geruchsverhal-ten aufweisen, woraus die Erwartung entsprang, dass Verbesserungsreserven zu fin-den sein würden.

Dass die Geruchsoptimierung ein vergleichsweise spät in Angriff genommenes Thema ist, hat nicht nur mit einem neuerdings gesteigerten Umweltbewusstsein zu tun oder einer intoleranteren Haltung gegenüber Belästigungen und Belastungen im jeweiligen Wohn- oder Arbeitsumfeld. Vielmehr fehlte auch ein geeignetes Entwicklungstool. Da die Olfaktometrie sperrig und aufwendig ist, und aufgrund des menschlichen Sensors Nase auch keine allzu gute Reproduzierbarkeit besitzt, wurde zeitweilig einige Hoffnung in die Verfügbarkeit „künstlicher Nasen“ gesteckt. Jedoch konnte schon in dem zitierten Vorläuferprojekt geklärt werden, dass dieser Verfahrensansatz für komplexe Gießerei-gase kein geeignetes Werkzeug darstellt. Darum wurde für das Projekt die klassische Olfaktometrie herangezogen, durchaus in dem Bewusstsein, dass auch sie systemati-sche Schwächen aufweist und bis an die Grenzen ihrer Möglichkeiten gefordert würde.

Die Binderentwicklung vollzieht sich nach Erfahrungsregeln, die üblicherweise nicht in die Öffentlichkeit gelangen. Im Falle der beim Abguss entstehenden Geruchsstoffe war man vorwiegend der Auffassung, dass diese Stoffe Bestandteile des Bindersystems sind oder durch Spaltung von Polymeren entstehen. Jedoch spielt darüber hinaus auch Hochtemperatursynthese eine Rolle [4], wie sich während der Projektlaufzeit an anderer Stelle ergab.

Die Regeln der Geruchsstoffbildung sind weitgehend unbekannt, da auch die geruchs-tragenden Stoffe selbst nicht identifiziert sind. Darum ist ein Versuch, diese zu unter-drücken, auf empirische Methoden angewiesen. Es wäre daher von Vorteil, wenn so-wohl die Geruchsstoffe als auch deren Bildungsmechanismen bekannt wären. Zu der Beantwortung dieser Frage sollte das Projekt einen Beitrag leisten. Es zeigte sich je-doch schon in einer frühen Phase, dass die Komplexität und die Anforderungen an die Empfindlichkeit der Analytik Voraussetzungen verlangen, die im Rahmen des Projektes nicht bereitgestellt werden konnten.

Zu Beginn des Projektes hatten die PU-Cold-Box-Binder von Hüttenes-Albertus drei Entwicklungsgenerationen durchlaufen:

1. Generation – in aromatenhaltigen Lösungsmitteln

2. Generation - mit Rapsölmethylester als biologischer Lösungsmittel-Variante

3. Generation – phenolarme Harze.


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Wie sich zeigt, hat jede Entwicklungsstufe ihr eigenes Optimierungsproblem. Mit jeder Stufe wird die Entwicklungsaufgabe komplexer, da die bereits erzielten günstigen Ei-genschaften bei einer Weiterentwicklung nicht verloren gehen sollen.

3 Wissenschaftlicher und technischer Stand zu Ende des Projektes

Das in diesem Forschungsprojekt gewonnene Wissen wurde für die Optimierung der Geruchsemission einer Aluminiumgießerei eingesetzt. Dadurch entstand eine 4. Bin-dergeneration. Das neue, geruchsarme PU-Cold-Box-Bindersystem steht über die be-reits erfolgte Markteinführung auch anderen Aluminiumgießereien zur Verfügung und kann daher als eine geeignete, etwas teurere, aber zielführende Primärmaßnahme der Geruchsminderung für Al-Kokillengießereien angesehen werden.

Die Verbesserungen wurden im Wesentlichen durch Lösungsmittelsubstitution im Bin-der erzielt. Es wurde festgestellt, dass zur Optimierung von warmhärtenden Bindern andere Wege beschritten werden müssen. Auch stellte sich heraus, dass Konserver und Blattrippenverhinderer als Additive im Formstoff wichtige Beiträge zum Ge-ruchsaufkommen leisten und dass deshalb nicht der Binder allein sondern das ganze Formstoffsystem in eine Optimierung einbezogen werden muss.

Darüber hinaus wurde der Standard-Abgießversuch als Entwicklungstool variiert und weiterentwickelt. Die Übertragbarkeit der Technikums-Abgießergebnisse für geruchs-technische Vergleiche auf eine Kokillengießerei musste erst hergestellt werden. Dies erwies sich als notwendig, um Fehlentwicklungen – basierend auf Labortests – zu ver-meiden. Zugleich musste auch das Verfahren der olfaktometrischen Probenahme an-gepasst werden, um den hohen Anforderungen an deren Ergebnisse gerecht zu wer-den.

Damit wurde ein erfolgreicher Beitrag zur Lösung der Geruchsproblematik geleistet. Es zeigte sich aber auch, dass die Grundlagenkenntnisse und Methoden noch ziemlich rudimentär entwickelt sind und dass es daher noch weitaus größerer Anstrengungen bedarf, will man hier auf eine gesicherte Arbeits- und Wissensbasis aufbauen.

4 Ergebnisse

Die Entwicklung der geruchsarmen Bindersysteme für die Kernherstellung in Alumini-um-Gießereien gliederte sich in fünf Schritte:

1. Erarbeitung des Standes der Technik

2. Ermittlung der Geruchsquellen und –ströme an den derzeitigen Anlagen und Bindemitteln


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3. Entwicklung alternativer Bindersysteme

4. Erprobung der ausgewählten Bindersysteme im Pilotmaßstab in der VW-Gießerei

5. Wissenschaftliche Auswertung und Erstellung eines Abschlussberichtes.

Auf Punkt 5 wird im Folgenden nicht weiter eingegangen.

4.1 Erarbeitung des Standes der Technik

Es wurde national und international recherchiert, welche Entwicklungen und laufende Arbeiten zu folgenden Themen stattgefunden haben:

- Emissionsverhalten kunstharzgebundener Formen und Kerne.

- Spezifische Geruchsfreisetzungen aus zur Zeit eingesetzten Bindern.

- Relation zwischen Stoff- und Geruchsemissionen.

- Stand der Geruchsmesstechnik (Olfaktometrie, „künstliche Nasen“).

Unter dem Begriff Emissionsverhalten wird hier primär das Ausgasen der Kerne (Bin-der) bei der Herstellung der Kerne sowie das Ausgasen beim und nach dem Abgießen der Form verstanden. Es ist sowohl qualitativ als auch quantitativ von Interesse. Hier ist vorrangig die Qualität des Gießgases, also die chemische Zusammensetzung gefragt. Dabei waren vor allem Unterschiede verschiedener Bindertypen bedeutsam, die sich dahingehend interpretieren lassen, dass vorteilhaftes Emissionsverhalten für die geziel-te Binderentwicklung genutzt werden kann.

Ein Teil der auf dem Markt befindlichen Binder war bereits von Helber und Prömper [3] verglichen worden, ohne dass auf die chemischen Grundlagen der unterschiedlichen spezifischen Geruchsintensitäten eingegangen werden konnte.

Tilch und Nitsch [5] benutzen für den Vergleich eine elektronische Nase, die zwar cha-rakteristische „Pattern“ für die verschiedenen Bindertypen ausweist, aber keine chemi-schen Interpretationen gestattet.

Torbus, Ladegourdie und Schuh [6] vergleichen die umwelttechnischen Vorteile der zweiten Cold-Box-Generation mit der ersten. Weicker [7] beschreibt auf der Basis der IfG-Methode (und anderer) parallellaufende umweltfreundliche Entwicklungen an Cold-Box-Bindern.

Auf Naturprodukten aufsetzende Bindertypen wie Polypeptide, Polysacharide [bei-spielsweise Brümmer 8] oder die synthetischen Polyphosphazene [9] von Griese, Kuh-nerth, Peterson und Steward werden bezüglich ihres pyrolytisch-olfaktorischen Verhal-


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tens eher skeptisch beurteilt (man denke an den Geruch verbrannten Essens) sind aber diesbezüglich noch nicht objektiv untersucht worden.

Breuer [10] präsentiert einen neuen anorganischen Binder („Beach-Box“) mit günstigen Emissionseigenschaften auf der Basis eines Magnesium-Polysulfats. Anorganische Bindersysteme wären fast generell ein Durchbruch für die Lösung der Geruchsproble-matik, wenn es gelänge, diese in ihren Gebrauchseigenschaften an die Fähigkeiten der organischen Polymerbinder heranzuführen. So lange dieser Punkt jedoch die „flächen-deckende“ Substitution behindert, werden organisch gebundene Formen und Kerne immer eine Rolle spielen.

Stötzel und Genzler [11] zeigen die ökologischen und ökonomischen Vorteile eines ver-änderten Amin-Katalysators.

Mehrere jüngere Arbeiten beschäftigen sich vergleichend mit der chemischen Zusam-mensetzung der Pyrolysegase (Mosher [12]; Meiser, Pelzer, Smaranda [13]; McKinley [14])

Diese wertvollen Arbeiten vertiefen das Verständnis für das thermische Verhalten der Materialien, lassen aber keine direkten Schlüsse auf die Geruchsproblematik und deren Lösung zu.

Bezüglich der spezifischen Geruchsfreisetzung von Bindern und bezüglich der Relation von Stoff- und Geruchsfreisetzung sind keine Arbeiten erschienen.

Zur Charakterisierung der Entwicklungen auf dem Gebiet der Geruchsmesstechnik sei-en beispielhaft die Veröffentlichungen von Moy und Collins [15], von Kamp [16] sowie von Mannebeck & Mannebeck [17] zitiert. Im ersten Beitrag geht es um die Funktions-prinzipien „künstlicher Nasen“, im zweiten um ein spezielles Verfahren zur Geruchsim-missionsermittlung durch Fahnenbegehung und im dritten Beispiel um die Qualitätssi-cherung bei der Olfaktometrie.

Schleibinger, Fitzner, Rüden, und Schreiber [18] zeigen, wie die GC-MS-Sniff-Methode, so wie sie auch im Projekt Eingang gefunden hat, zur Beurteilung der Raumluftqualität herangezogen werden kann.

Die meisten Veröffentlichungen zum Stichwort „Geruchsminderung“ beschäftigen sich mit Abluftreinigungsverfahren. Diese Alternative zum geruchsarmen Binder ist nicht Ge-genstand der Arbeit und hier nur insofern von Interesse, als eine bahnbrechende Neue-rung die Notwendigkeit zur Entwicklung geruchsarmer Verfahren infrage stellen könnte. Jedoch ist eine solche Entwicklung nach Auffassung der Projektbeteiligten nicht in Sicht. Die Datenbank von Vogt, und v. Huet [19] gibt einen vollständigen Überblick über die zur Zeit verfügbaren Technologien.

Den breitesten Überblick über die bis 1996 publizierten Arbeiten auf den Gebieten Ol-faktometrie und Geruchsminderung vermittelt Literaturzitat [20].


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4.2 Ermittlung der Geruchsquellen und –ströme an den ursprüngli-chen Anlagen und Bindemitteln

- Ist-Zustandserfassung durch Messungen und Recherchen vor Ort

Die Fertigung in der Gießerei Hannover ist sehr komplex. Um von ihr einen Status quo zutreffend zu beschreiben, bedurfte es eines geschichteten, systematischen Vorge-hens. In Zusammenarbeit zwischen VW, HA und IfG wurden geeignete Test-Anlagen ausgewählt und an diesen Punkte für Kontrollmessungen definiert. In der Raumluft wur-de anhand von Leitkomponenten der Ist-Zustand zu Anfang des Projektes ermittelt. Da-zu wurden Geruchskonzentrationen als Summenparameter und einzelne Gefahrstoff-komponenten wie BTX und Formaldehyd gemessen. Diese Vorgehensweise hatte vor allem zwei Ziele:

1. die Relevanz einzelner Geruchsquellen sollte dadurch beurteilt und

2. Veränderungen durch Modifikationen an den Bindern sollte möglichst korrekt festgestellt werden.

- Ist-Zustandserfassung durch Messungen und Recherchen im Technikum

Die spezifischen Geruchsfreisetzungen aller bei VW eingesetzter Binder- / Sandsyste-me sind sowohl anhand von Analysen in der laufenden Produktion bei VW als auch an-hand von Laborversuchen beim IfG vollständig vermessen. Nachfolgende Tabelle und nachfolgende Grafik vergleichen die Ergebnisse aus den Technikums-/Labor- und den Feldmessungen

Binder- / SandsystemPraxisabguss VW Laborabguss IFG Differenz VW : IFG [%]

Praxisabguss VW (Kokille W M 038 E) Laborabguss IFG (kleine Geometrie)

GH 4513 / Akt. 4514 Bio 74.417 86.741 - 14,2GH 7388 / Akt. 7187 41.818 48.687 - 14,1

Furesan VW 1 / Furedur VW 1 104.712 91.207 + 12,9Resital-Fertigsand VS 666 83.067 81.160 + 2,3

Maximale Geruchsfrachten [GE/h*kg]


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Solche hohen Übereinstimmungen konnten nicht auf Anhieb erzielt werden. Es bedurfte dazu vielmehr einer beträchtlichen Anpassung sowohl des Probenahmeverfahrens vor Ort als auch des Laborversuches, über die im folgenden Kapitel 4.3 berichtet wird.

Es wurden GC-MS-Sniff-Analysen von Gießgasproben am Institut für Chemo- und Bio-sensorik der Universität Münster zur Aufnahme des Ist-Zustandes der VW-Gießerei in Hannover (Emissionsproben) und von bei VW eingesetzten Bindemitteln (Technikumun-tersuchung) durchgeführt.

Die Chromatogramm-Olfaktogramm-Auswertungen (Beispiel: siehe nachfolgendes Bild) aus den Versuchen im Technikum sollten Hinweise auf signifikante Pyrolysepro-dukte der jeweiligen Bindervarianten geben, welche in den Abluftkaminen und in der Umgebung der Gießerei wiederzufinden sein sollten.

Außerdem sollten diese Analysen Hinweise auf binderspezifische charakteristische „Zerfallsmuster“ geben, um geruchsärmere Formulierungen zu finden. Dieser Ansatz führte so nicht zum Erfolg, weil die wesentlichen Geruchsträger nicht identifiziert werden konnten.

Wie die Datenstruktur erkennen lässt, lassen sich viele Geruchssubstanzen nebenein-ander nachweisen und es ist auch möglich, halb-quantitativ die einzelnen Komponenten in ihrem geruchstechnischen Gewicht zu bewerten. Damit ergibt sich ein charakteristi-sches Pattern für jeden Binder. Wegen der Vielfalt der geruchstragenden Komponenten und wegen der analytischen Probleme, wichtige Geruchsträger, die sich analytisch nicht deutlich vom Rauschen abheben, zu identifizieren, ist diese Information jedoch nicht

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

Max

imal

e G

eruc

hsfr

ach

ten

[GE

/h*k

g]

GH 4513 / Akt. 4514 Bio GH 7388 / Akt. 7187 Furesan VW 1 / Furedur VW1

Resital-Fertigsand VS 666

Binder- / Sandsystem

Praxisabguss VW (Kokille WM 038 E) Laborabguss IFG (kleine Geometrie)


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ausreichend konkret, um damit eine Binderentwicklung zu steuern. Im Rahmen der Pro-jekt-Möglichkeiten konnte kein Verfahren entwickelt werden, um das reichhaltige Spekt-rum an Geruchssubstanzen auf diejenigen einzugrenzen, die von tragender oder vor-rangiger Bedeutung sind.

Chromatogramm-Olfaktogramm-Auswertung des Pyrolysegases eines PU-Cold-Box-Binders

0 10 20 30 40 50

-1 ,0

-0 ,5

0 ,0

0 ,5

1 ,0

O lfaktogram m

C hrom atogram m

IfG 16

Ze it [M in .]

4.3 Entwicklung der Technikums-Testmethode und des Probenah-meverfahrens in der Gießerei

- Technikumsversuche

Der Standard-Abguss-Untersuchung liegt folgendes Prinzip zugrunde:

Unter definierten Bedingungen wird in einem Reaktionskessel ein Probekörper (Hohlzy-linderform) aus Kernsand mit flüssigem Aluminium beaufschlagt.

Dadurch entstehen in der Form die gießereitypischen Pyrolyseprodukte, die für die star-ke Geruchsbelastung an den Gießstrecken verantwortlich sind.


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Die Pyrolyseprodukte werden in einen definierten Spülgasstrom überführt und am Aus-lass des Reaktionskessels mittels spezieller Probenahmesysteme aufgefangen.

Prinzipskizze der „alten“ Standard-Abguss-Versuchsanordnung

(„große Geometrie, Ist-Stand zu Projektbeginn“)

Versuchskenndaten: Versuchslaufzeit: 120´

Spülgasmenge: 40 l (gereinigte Luft)

Formsandmenge: 25 Kg

Aluminiummenge: 4,5 Kg

Probenahme (Olfaktometrie):

Zunächst wurde das Geruchsemissionsverhalten der Versuchsbinder mit folgender Probenahmestrategie untersucht:

Spülgas-Einlass

mit Volumenstromregelung

und Spülgas-Trocknung, -Reinigung

Probenahme

Olfaktometrie

(Geruchsbeutel)

Probe-nahme

Online-Messgeräte

Abgussbehälter mit Probenstempe-ratur-Überwachung

Metall Formstoff

Probenahme Instr. Analytik

(Tenax, A-Kohle, etc.)

Rest-

Erfassung

bei Bedarf

P


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Entnahme von Stichproben 5´, 30´, 60´, 90´ und 120´ nach dem Abgießen, sowie Blindwert der Untersuchungsanordnung vor dem Abguss.

Durch die Anzahl der Stichproben (12) lässt sich pro Messtag maximal eine als Doppel-bestimmung ausgelegte Serie olfaktometrisch auswerten. Dieses war in vorangegange-nen Arbeiten ausreichend, um signifikante Unterschiede bei verschiedenen Bindersys-temen zu erkennen.

Aufgrund von Übertragungsproblemen bei der Umsetzung der Forschungsergebnisse im Bindemittelbereich in die betriebliche Praxis der VW-Gießerei wurde an verschiede-nen Punkten (siehe nachfolgende Tabelle) Optimierungsbedarf erkannt und ein ent-sprechender Maßnahmenkatalog erarbeitet und umgesetzt.

Maßnahmenkatalog für die Abguss-Untersuchung

Mögliche Ursachen für ungenaue Ergebnisse

Fehlerbehebung/ Kontrolle

Mikrorisse in Formkörper Bau von mehreren Kernen (4-6 Stück), Stichprobenun-tersuchung (Gasabgabe, evtl. optische Kontrolle)

Kerninhomogenitäten s. o.

Probenahmestrategie Probenahmestrategie ändern: zusätzlich 15´- u. 45´-Probe über 60´- Versuchslaufzeit oder alternierende Langzeitprobe: „ . “

Spülgasrückstau bzw. Schwankungen

Bei verschiedenen Abgussversuchen in jüngster Ver-gangenheit durch gezielte Spülgasaufgabe bzw. Kon-trolle m. Durchflussmessung bereits abgearbeitet -> Ergebnis: keine signifikante Änderung der Ergebnissta-tistik

Temperaturkontrolle beim Abguss

Temperaturkontrolle durch optische, berührungslose Messung (Pyrometer)

Probandenkollektiv Überwachung der Einzeldaten jedes Probanden -> n-Butanol/H2S-Standard Ringversuch -> o.k., Erhöhung der statistischen Sicherheit der Ergebnisse durch 8 statt bisher 4 Probanden

Unterschiedliche Grundbe-lastung

Blindwertkontrolle der beiden Versuchsapparaturen -> o.k.

Softwareproblem bei der Verarbeitung von Ausrei-ßern/ Nullwerten

Tests verschiedener Software-Versionen des Olfakto-meterherstellers


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Zunächst führte die Umsetzung des Maßnahmenkatalogs zu folgenden Versuchskenn-daten:

Versuchslaufzeit: 5 Stichproben in 60´ (zus.15´u.45´-Probe)

Spülgasmenge: 40 l (gereinigte Luft)

Formsandmenge: geometrieabhängig: 25, 7, 3 kg


Durch die verschiedenen Optimierungsstufen konnte die Ergebnisgenauigkeit in Teilbe-reichen deutlich gesteigert werden. Es traten jedoch vereinzelt Widersprüche auf, die, aufgrund des hohen Klärungsaufwandes, im Rahmen dieses Projektes nicht aufgelöst werden konnten.

Aus diesem Grund wurde eine neue Abgusseinrichtung entwickelt. Unter Beibehaltung des Grundprinzips (s. Bild: Prinzipskizze der „alten“ Standard-Abguss-Versuchs-anordnung) können mit der neuen Anlage bis zu 6 Formkörper gleichzeitig vermessen werden.

Im Unterschied zur ursprünglichen Untersuchungsanordnung wird bei dieser Weiter-entwicklung nicht mit Stichproben gearbeitet, sondern das komplette entstehende Ab-gas eines Abgusses in einem geeigneten Probengefäß (250 l-Geruchsbeutel) als Sum-menparameter aufgefangen. Außerdem muss das Abgas eine Kühlfalle passieren, um Messprobleme durch Kondensatbildung in der Geruchsprobe zu verhindern.

Das Durchlaufen verschiedener Optimierungsschleifen bei der Methodenweiterentwick-lung der Standard-Abgussuntersuchung ergab folgende Versuchskenndaten:

Versuchslaufzeit: 60´

Spülgasmenge: 4,0 l (gereinigte Luft)

Formsandmenge: 2,5 Kg



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Prinzipskizze der neuen Standard-Abguss-Untersuchung

(derzeitiger Entwicklungsstand „kleine Geometrie, neue Anlage“)

Folgende Verfahrensparameter wurden für die Herstellung, den Abguss und die an-schließende olfaktometrischen Messung von Laborkernen festgelegt:

Abgießparameter Cold-Box-Verfahren

Shell-Moulding-Verfahren

Warm-Box-Verfahren

Gießgewicht 4,5 kg 4,5 kg 4,5 kg

Gießtemperatur 700 ± 10 °C 700 ± 10 °C 700 ± 10 °C

Legierung AlSi6Cu4 AlSi6Cu4 AlSi6Cu4

Spülgas-Einlass mit

Volumenstromregelung und

Spülgas-Trocknung, -Reinigung

Probenahme

Olfaktometrie

(Geruchsbeutel)

b. Bedarf:

Probe-nahme

Online-Messgeräte

Abgussbehälter mit Flüssigeisen-Temperatur-

Überwachung

Metall Formstoff

T

b. Bedarf:

Probenahme

Instr. Analytik

(Tenax, A-Kohle, etc.)

Kondensat-falle b. Bedarf:

Reststoff-analytik


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Parameter der Probe-körper-Fertigung

Cold-Box-Verfahren


Warm-Box-Verfahren

Schießdruck 4,0 bar 5,0 bar 6,0 bar

Schusszeit 3 sec 3 sec 3 sec

Begasungsdruck 4,0 bar entfällt entfällt

Begasungszeit 3 sec entfällt entfällt

Spüldruck 4,0 bar entfällt entfällt

Spülzeit 12 sec entfällt entfällt

Begasungstemperatur 95 °C entfällt entfällt

tertiäres Amin GH 6 entfällt entfällt

Härtezeit entfällt 120 sec 120 sec

Kernkastentemperatur RT 220 °C 220 °C

Kernlagerzeit 24 h 24 h 24 h

Kernlagertemperatur 21 °C ± 1 °C 21 °C ± 1 °C 21 °C ± 1 °C

Luftfeuchte bei Kernlage-rung

40 ± 10 % 40 ± 10 % 40 ± 10 %

Prüfkörpermaße Øaußen = 130 mm mit h = 270,0 mm Øinnen = 90 mm mit h = 247,6 mm

Bodendicke = 22,4 mm

Anzahl Probekörper Dreifachbestimmung

Bei den heißhärtenden Verfahren zeigte sich deutlich, dass die Geruchsemissionen entscheidend von Durchhärtezeit und Temperatur beeinflusst werden. Darum wurde die Temperaturkontrolle bei der Prüfkörperherstellung verbessert und detaillierter definiert.

Um Vergleiche der Geruchsemissionen mit den bei Binder-Qualitätskontrollen (Aus-gangskontrolle bei HA / Eingangskontrolle bei VW) ermittelten physikalisch-anwendungstechnischen Kern- und Formstoffparametern durchführen zu können, sollte die Herstellung von IfG-Probekörpern bei 220 °C unter standardisierten Bedingungen analog den +GF+-Normprüfkörpern erfolgen. Auch dieser Gesichtspunkt wurde in der Verfahrensentwicklung berücksichtigt und danach die Aushärtetemperatur bestimmt.

Bei Verwendung der „großen Geometrie“ in der alten Testapparatur wurde durch Ver-gleiche - sowohl in der Olfaktometrie als auch im Gaschromatogramm - festgestellt, dass die Pyrolysegase nicht zu 100 % analytisch erfasst werden. Daraus musste ge-schlossen werden, dass ein erheblicher Anteil der Pyrolysegase in den kälteren Teilen der Form / des polymergebundenen Probenkörpers verbleibt. Der ursprüngliche Ver-suchsaufbau repräsentiert daher eher die Verhältnisse in einer Großguss-Teilefertigung als in einer Kokillengießerei. Daraufhin wurde auch das Sand : Metallverhältnis ange-passt:


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Übersicht der Geo-

metrie-Optimierungen

„große Geometrie“

„mittlere Geometrie“

„kleine Geometrie“

Sand : Metall-Verhältnis

5,9 : 1 1,5 : 1 0,7 : 1

- Feldversuche

Obwohl die Geruchsproben nach den Vorgaben der gültigen Richtlinien und Normen behandelt und ausgewertet wurden, kam es im Laufe des Projekts zu Ergebnissen, die nicht interpretierbar waren. Daraus erwuchs die Notwendigkeit, die „Feldversuchsme-thode“ zu verfeinern bzw. weiterzuentwickeln.

Als Ergebnis dieser Weiterentwicklung wurde eine „Checkliste“ erarbeitet, die den Pro-benehmern vor Ort Vorgaben liefert, wie die Geruchsproben zu ziehen, bzw. wo mögli-che Fehlerquellen bei Probenahme und Transport zu vermeiden sind.

- Checkliste

�� Konstanthaltung der Entnahmebedingungen. Der Volumenstrom des Abgases an der Entnahmestelle ist definiert und konstant, die Temperatur soll konstant blei-ben. Die Gasentnahme erfolgt immer in Leitungsmitte, damit kein Kondensat in den Probebeutel gezogen wird und keine Verwirbelungen durch Randeffekte die Probenahme beeinflussen können.

�� Sauberkeit der Entnahmeeinrichtungen und Abgasleitungen. Das Gebläse zum Absaugen des Abgases aus der Produktionsmaschine (Kern- Schiessma-schine, Gießmaschine) muss gereinigt sein und frei von Eigengerüchen z.B. Schmieröl.

�� Vermeidung von Umgebungsgerüchen. Eine Einhausung der Produktionsma-schine ist wünschenswert, alle quellenfremden Gerüche wären unterbunden. Es ist jedoch nahezu unmöglich, eine Produktionsmaschine im Dauerbetrieb einzuhau-sen.

�� Kondensatvermeidung im Prüfgas. Bei der Beprobung (Füllen der Prüfbeutel) soll die Aufnahme von Kondensat vermieden werden, da hierdurch erhebliche Un-


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genauigkeiten entstehen können. Bei Gefahr von Kondensatbildung muß der Pro-benbeutel mit synth. Luft oder Stickstoff vorverdünnt werden. Eine weitere Erhö-hung der Ergebnisgenauigkeit erreicht man durch eine kurze Füllzeit der Beutel und eine größere Zahl von Beuteln.

�� Reproduzierbarkeit. Bestimmte Geruchszustände an der Produktionsmaschine werden wiederholt gemessen (Beutel ziehen und Olfaktometrie).

�� Vermeidung von Memory-Effekten. Vor jeder Beutelfüllung wird genügend Pro-duktion auf der Maschine gefahren, um Memory-Effekte von anderen Bindemittel-Sand-Systemen zu vermeiden.

�� Geruchsneutrale Beutellagerung. Die Beutelbevorratung erfolgt bei konstanter Temperatur, trocken und geruchsneutral.

�� Sofortige Messung. Gefüllte Beutel werden umgehend, d. h. innerhalb weniger Stunden, gemessen. Bei Lagerung über mehrere Stunden sind Abweichungen durch Diffusionseinfluss nicht zu vermeiden.

�� Blindwertbestimmungen vor jeder Messreihe Vor jeder spezifischen Produktionsmessung werden an dem Messort (Produkti-onsmaschine in Ruhe) Beutel gezogen und zur Abschätzung von Nebeneinflüssen geprüft (Bestimmung des Blindwertes).

�� Messwiederholung. Alle Einzelergebnisse werden statistisch durch mindestens eine Dreifachbestimmung abgesichert.

�� Prüfung aller Prozessschritte. Geruchsmessungen werden bei allen thermi-schen Prozessschritten (beim Kern-Schiessen und Gießen) durchgeführt.

�� Konstanthaltung der Kerngeometrie. Beim Vergleich verschiedener Bindemit-tel-Sand-Systeme wird immer die gleiche Kerngeometrie eingehalten.

�� Parallelmessungen in Technikum und Betrieb. Jedes Bindemittel-Sandsystem wird im Technikum unter idealen Bedingungen und im Produktionsbetrieb abge-gossen.

Für die Untersuchungen bei der Gießerei der Volkswagen AG Nutzfahrzeuge wurde aufgrund der gewonnenen Erfahrung folgender Arbeitsrahmen festgelegt:

�� Vor jeder Geruchsmessung wird der Volumenstrom bestimmt.

�� An den Produktionsmaschinen wird nur ein bestimmtes Gebläse verwendet. Es ist kondensatfrei und wird zwischen den Versuchen trocken und geruchsneutral gela-gert.

�� Zum Vermeiden von Fremdeinflüssen an Produktionsmaschinen werden Kern-schießmaschinen mit bestmöglicher Absaugung für Geruchsbestimmungen aus-gewählt, an Gießkarussellen Geruchsbeutel nur am Messgebläse (s. o.) gezogen. Die Versuchskerne haben eine große Oberfläche. Geruchsbeutel werden zeit-gleich an den Produktionsmaschinen und in den Abgasleitungen gezogen.


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�� Pro Versuch werden vier Beutel gefüllt, in jedem Beutel wird das Abgas von einem Kern gezogen. Der Produktionsvorlauf beträgt beim Kernschießen ca. 30 min und an Gießmaschinen ca. zehn Abgüsse.

�� Wiederholungsmessungen erfolgen an derselben Produktionsmaschine.

�� Die Beutel werden in einem dicht geschlossenen Behälter gelagert, da die Olfak-tometrie auf bestimmte Gerüche empfindlich reagiert und die Ergebnisse verfälscht werden können.

�� Geruchsbeutel werden im Zeitfenster von vier bis sechs Stunden nach dem Ziehen beprobt.

�� Vor den Produktionsmessungen werden mit vier Beuteln die Umgebungsbedin-gungen (Blindwerte) bestimmt. Dabei wird der Einfluss z. B. von Trennmitteln er-fasst.

�� Die Geruchserfassung für jedes Bindemittel-Sand-System wird vierfach durchge-führt. Die 4. Messung gibt eine zusätzliche Sicherheit.

�� Im Technikum wird nur der Gießvorgang beprobt. Im Produktionsbetrieb wird der Kernschießvorgang und der Gießvorgang beprobt. Man erhält die Zusatzinformati-on, ob ein Bindemittel-Sand-System beim Kernschießen mehr riecht als beim Ab-guss oder umgekehrt.

�� Kerne mit großer Oberfläche und dünnem Querschnitt bringen stabile, reprodu-zierbare Ergebnisse. Damit wird ein unterschiedliches Durchhärten ausgeschlos-sen. Kerne aus unterschiedlichen Bindemittel-Sand-Systemen erhalten die gleiche Wärmeeinwirkung und gleiche Durchhärtung.

�� Es werden Kernschießmaschinen mit gasbeheizten Backen gewählt. Mit einer Vorrichtung wird das Ende der Probenahmesonde in die Mitte des Abluftrohrs zur Einhaltung konstanter Strömungsgeschwindigkeiten und Vermeidung von Konden-satmitnahmen gehalten.

�� Für die Laborabgüsse wurde ein Sandkern-Metall-Massenverhältnis von 1 : 1,4 gewählt. Dies ist mit dem Masseverhältnis in der Produktion vergleichbar.

- Fazit:

Die optimierte Vorgehensweise der Probenvorbereitung und olfaktometrischen Analytik führt zu reproduzierbaren Messergebnissen - sowohl bei den Geruchsmessungen vor Ort in der Gießerei VW Hannover als auch bei Messungen im Technikumsmaßstab beim IfG.

Diese Vorgehensweise kann bei allen Leichtmetallgießereien zur Ermittlung von Ge-ruchsemissionen dienen, die durch Pyrolyse der eingesetzten Binder- / Sandsysteme verursacht werden.

Mit dem Prüfverfahren wurde eine gezielte Reduzierung der Gießereigerüche erreicht.

Auf diesen Ergebnissen konnte sodann die Entwicklung geruchsreduzierter Binder auf-setzen.


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4.4 Entwicklung alternativer Bindersysteme

Die Binderentwicklung vollzog sich in Entwicklungsschleifen: Nur solche geruchstech-nisch günstigen Varianten sind für eine Weiterbearbeitung von Interesse, die gewisse gebrauchstechnische Mindestvoraussetzung erfüllen. Um die Darstellung nicht zu kom-pliziert werden zu lassen, wurde auf diesen Gesichtspunkt keine Rücksicht genommen. Vielmehr wird die Entwicklung als linearer Prozess dargestellt. In Folge dessen wird zuerst die geruchstechnische Verbesserung beschrieben und danach die verfahrens-technische Prüfung und Optimierung.

Die verfahrenstechnische Prüfung wird dabei in eine Technikumprüfung und eine Vor-serienprüfung in der Gießerei untergliedert. Die Vorserienprüfung und Freigabe bei VW ist in Kapitel 4.5 in ihren wesentlichen Aspekten dargestellt. Auf die geruchstechnischen Teil-Ergebnisse wird hier in 4.4 detaillierter eingegangen.

Aus der Weiterentwicklung warmhärtender Binder erwuchs eine Besonderheit, die ein weiteres Prüfverfahren als Entwicklungstool benötigte und damit die Entstehung dieses Prüfverfahrens auslöste, das hier „Thermoschockzeit-Prüfung“ genannt wird.

- Binderentwicklung, Technikumsuntersuchungen

Nachfolgend ist das bei VW eingesetzte Cold-Box-Harz der 2. Generation dem neu ent-wickelten Cold-Box-Harz der 4. Generation gegenübergestellt. Verglichen werden müssen die jeweils gleichfarbigen Linien in den grafischen Darstellungen und die mit „groß“, „mittel“, „klein“ gekennzeichneten Spalten in den Tabellen. Danach sind die ge-ruchstechnischen Verbesserungen zu bewerten.

Neben der Grundinformation, dass die spezifischen Geruchsfreisetzungen in der zwei-ten Gruppe meist günstiger sind als in der ersten, ist zu erkennen, dass diese Aussage sowohl zeitbezogen als auch geometriebezogen interpretiert werden muss. Dabei sind beide Einflussfaktoren sehr gewichtig. Wählt man den Prüfkörper nur genügend dick (blaue Linie), gelangt aufgrund von Kondensations- und Adsorptionseffekten kaum noch etwas an geruchsrelevanten Stoffen aus dem Prüfkörper in den Spülgasstrom. darum hat sich als Entwicklungstool eine kleinere Variante an Prüfkörper durchgesetzt.

Ergebnisse der olfaktometrischen Messungen im Bereich Cold-Box-Entwicklung (Biosystem / Technikumsabgüsse):

Zeit [min] GH 4513 / Akt. 4514 groß GH 4513 / Akt. 4514 mittel GH 4513 / Akt. 4514 klein5 4.800 7.210 98.000

15 6.120 37.150 107.05030 7.865 72.100 67.70045 9.175 39.320 39.32060 6.120 52.430 10.900


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Ergebnisse der olfaktometrischen Messungen im Bereich Cold-Box-Entwicklung (Silikatsystem / Technikumsabgüsse):

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20.000

40.000

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5 15 30 45 60

Zeit [min]

[GE

/ m3 ]

GH 4513 / Akt. 4514 groß GH 4513 / Akt. 4514 mittel GH 4513 / Akt. 4514 klein

Zeit [min] GH 7388 / Akt. 7187 groß GH 7388 / Akt . 7187 mittel GH 7388 / Akt. 7187 klein5 5.680 10.486 63.354

15 7.865 21.846 37.13830 12.452 45.877 15.51145 9.831 32.769 6.11760 10.486 18.132 3.714

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

5 15 30 45 60

Zeit [min]

[GE

/ m3 ]

GH 7388 / Akt. 7187 groß GH 7388 / Akt. 7187 mittel GH 7388 / Akt. 7187 klein


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Ergebnisse der chemischen Analysen der Prüflinge im Anschluss an die Techni-kumsabgüsse:

Am Indikator Glühverlust wird deutlich, dass im äußeren Bereich des großen Prüfkör-pers etwa doppelt so viel organisches Material verblieben ist (vereinfacht ausgedrückt) wie bei dem kleinsten Prüfkörper. Als weiterer Indikator (rechte Spalte) wurde die relati-ve Menge an dimerisierten Phenolgrundkörpern als thermischem Spaltprodukt heran-gezogen. Diese Phenolverbindungen können gaschromatographisch gut bestimmt wer-den, nachdem der Prüfling zonenweise mit Aceton extrahiert wurde. Die Unterschiede im Glühverlust, ausgedrückt in der vorletzten Spalte, sagen etwas darüber aus, wie ho-mogen der Prüfkörper durch wärmt wurde. Bei den vergleichenden Untersuchungen warmhärtender Bindervarianten fielen die ge-ruchsspezifischen Unterschiede vergleichsweise gering aus. Ausgelöst durch zunächst unerwartete Streuungen der olfaktometrischen Ergebnisse konnte durch systematische Vertiefung beobachtet werden, dass dem Aushärten hier eine ganz entscheidende Rolle zukommt. Durch untypisch langes Aushärten konnte die Geruchsbildung weit nach un-ten gedrückt werden. Erklärt wird dieser Effekt mit einer stärkeren Vernetzung des Po-lymerkörpers, welche mit einer Versprödung des Formkörpers einhergeht. Damit wäre das Geruchsproblem im Grundsatz gelöst, würde nicht die Versprödung zu inakzeptab-len Rissbildungen beim Gießversuch und vor allem in der Produktion führen. Abgese-hen von dem Umstand, dass ein langes Erwärmen des Kerns beim Schießen zu mise-rablen Taktzeiten führt, muss die Versprödung durch zusätzliche Maßnahmen wieder abgefangen werden. Denkbar wären hierfür beispielsweise Weichmacher. Jedoch wer-den damit wieder neue Geruchsträgersubstanzen in den Formstoff eingebracht, so dass das Optimierungsproblem einen Zirkelschluss entwickelt. Dies mag einer der Hauptgründe dafür sein, dass an den warmhärtenden Bindern nur geringe geruchstechnische Verbesserungen erzielt werden konnten. Dagegen wurde die Gebrauchstauglichkeit erheblich verbessert. - Thermoschocktest Nach der geruchstechnischen Prüfung wurde bei den warmhärtenden Bindern als ein Indikator für die produktionstechnische Eignung der Thermoschocktest durchgeführt. Die nachstehende Bildserie sollte plastisch demonstrieren, was hiermit gemeint ist. Die Kerne (Prüfkörper) werden bei 740 °C abgegossen und ihre Thermoschockzeit be-stimmt, indem der Zeitpunkt vom Gießen bis zur Rissbildung gemessen wurde. War die

Kerngeometrie Kerngewicht Glühverlust 1) Glühverlustunterschied 2) Gaschromatographie (Aceton)Durchmesser [mm] [g] Aussenumfang [%] Aussen : Innen [%] Dimere [%]

133 (klein) 3100 0,97 0,02 x175 (mittel) 7000 1,26 0,31 2 x300 (groß ) 27200 1,79 0,84 4 x

1) = Theoretischer Glühverlust, nicht abgegossen : 1,60 %2) = Probenahme an Übergang Sand- / Metalloberfläche, abgegossen : 0,95 % nach 1 Tag


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Thermoschockzeit länger als die bei dem zur Zeit in der Produktion eingesetzten Mate-rial, wurden Praxisversuche in der Vorserienfertigung mit begleitenden olfaktometri-schen Messungen durchgeführt.

Kerne vor dem Abguss Gerissene Kerne nach dem Abguss

4.5 Erprobung der ausgewählten Bindersysteme im Pilotmaßstab in der VW- Gießerei

Im Projektrahmen wurden 17 verschiedene Fertigungsanlagen, 12 Bindervarianten und 4 Modellgeometrien vermessen.

Von den 12 entwickelten Bindermodifikationen konnten 6 die Vorprüfungen passieren, um chemisch und formstofftechnisch auf ihre Praxistauglichkeit für VW hin untersucht zu werden. Es waren dies:

Warm-Box-Verfahren

Furesan VW 1 (Serie)

Furesan VW 6

Furesan 7782


VS 666 (Serie)

VS 666 / 7398

VS 718 (Serie)

VS 1272

VS 1232


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Cold-Box-Verfahren

GH 4513 / Akt. 4514 Bio (Serie)

GH 7353 / Akt. 7187

GH 7388 / Akt. 7187

Neben den technikumsgestützten Tests wurden, soweit als produktionstechnisch mög-lich, an einem Drehtisch (Vergießanlage) Geruchsvergleiche getätigt. Das Referenzob-jekt war dabei in den meisten Fällen der Wassermantelkern WM 038 E.

Die so erhaltenen Ergebnisse sind in den folgenden drei Grafiken zusammengeführt:

Warm-Box-Binder

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

Ger

uch

sfra

cht

[GE

/ h

* k

g]

Furesan VW 1 / FuredurVW 1 (Serie)

Furesan 7782 / FuredurVW 1

Furesan VW 6 / FuredurVW 1

Bindersystem

Alle bei HA im Labor entwickelten Warm-Box-Bindersysteme waren entweder technisch bei VW brauchbar, jedoch geruchsintensiver als die gerade verwendeten Stoffe oder geruchsärmer, aber dafür technisch deutlich schlechter als die zur Zeit in der Serien-produktion eingesetzten Materialien. Im Warm-Box-Bereich besteht daher dringend wei-terer Entwicklungsbedarf an geruchsarmen Bindersystemen.


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0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

90.000

100.000

Ger

uch

sfra

cht

[GE

/ h

* k

g]

VS 666 (Serie) VS 666/7398 VS 718 (Serie) VS 1272 VS 1232

Sandsystem

Im Shell-Moulding-Bereich konnte durch Einsatz von Corrodur 7398 im Seriensand VS 666 die Geruchsemission um 25 % gesenkt werden, wobei analog der Serie die technischen Anforderungen von VW erfüllt werden. Großtechnische Versuche zur Um-stellung des Seriensandes VS 666 auf VS 666 / 7398 wurden erfolgreich durchgeführt. Die Serienproduktion wurde im September endgültig auf VS 666 / 7398 umgestellt.

Als Ersatz für VS 718 zeigte der VS 1272 zwar technisch deutliche Verbesserungen im Serienguss bei VW, allerdings war dies mit einer deutlichen Erhöhung der Geruchs-emissionen verbunden. HA wird daher den VS 1272 weiter optimieren, um die Ge-ruchsemissionen um mindestens 60 % herabzusetzen.

Cold-Box-Verfahren

Im Cold-Box-Bereich konnte durch Einsatz von Gasharz 7353 in Kombination mit Akti-vator 7187 neben einer Geruchsverbesserung erstmals ein guter Sandzerfall mit einem Cold-Box-System erzielt werden, wodurch gegenüber dem Seriensystem Gasharz 4513 / Aktivator 4514 Bio eine technische Verbesserung erreicht werden konnte.

Mit Gasharz 7388 konnte unter Beibehaltung der guten technischen Eigenschaften des Gasharzes 7353 die Geruchsemission noch weiter abgesenkt werden.

Gegenüber dem Serienbindersystem konnten die Geruchsemissionen um insgesamt 84 % reduziert werden. Großtechnische Versuche zur Umstellung des Serienbinders auf das neuentwickelte Cold-Box-System haben erfolgreich stattgefunden. VW hat Gasharz 7388 und Aktivator 7187 in die Serienfertigung übernommen.


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0

50000

100000

150000

200000

250000

Ger

uch

sfra

cht

[GE

/ h

* k

g]

GH 4513 / Akt 4514 je0,80 GT

GH 7353 / Akt 7187 je0,65 GT

GH 7388 / Akt 7187 je0,65 GT

Cold-Box-Bindersystem

Geruchsfracht im Rohgas [GE/h*kg] Geruchsfracht in der Kokille [GE/h*kg]

Somit haben letztlich fünf Bindervarianten den Praxistest „überlebt“, von denen wieder-um zwei eine geruchstechnische Verbesserung darstellen. Tabellarisch liest sich dieses Ergebnis wie folgt:

Warm-Box-Verfahren

Bezeichnung Status (VW-Produktion)

Konserver TN 7709 starke Klebeneigung; nicht einsetzbar

Furesan 119 o.k.; Geruchsoptimierung nötig

Furesan 7782 (Entwicklungsvariante) o.k.



VS 718 / Corrodur 7398 Material wurde durch VS1272 ersetzt

VS 666 / Corrodur 7398 o.k.; Geruchsoptimierung nötig

Corrodur 7398-Optimierung o.k.

Cold-Box-Verfahren


Gasharz 7353 / Aktivator 7187 (je 0,6 GT) o. k.


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5 Zusammenfassung und Ausblick Mit Hilfe dieses Projektes wurden:

�� ein geruchsarmer Cold-Box-Binder entwickelt, der direkt der gesamten Al-Gießereiindustrie zur Verfügung stehen und auch international Beachtung finden wird;

�� der Zulieferindustrie für Gießereichemikalien Impulse für innovative Produkte ge-geben;

�� neue, weiterführende Fragestellungen für das Verständnis der Geruchsentste-hung aufgedeckt, deren Beantwortung unerlässlich sind, aber in diesem Projekt-rahmen nicht weiter bedient werden konnten;

�� die mittelständische Gießereiindustrie dadurch unterstützt, dass die Projektgrup-pe hier eine Vorreiter-Rolle bei der Einführung eines neuen Verfahrens über-nommen hat;

�� Verfahren zur reproduzierbaren olfaktometrischen Messung im Technikums- und Gießereimaßstab optimiert.

Die geruchstechnischen Verbesserungen bei warmhärtenden Bindern sind noch nicht so zufriedenstellend, dass damit das Ziel der Entwicklung als erreicht gelten kann. Im Nebeneffekt wurden jedoch anwendungstechnische Verbesserungen bei einem Mas-kenformstoff erzielt. Dagegen wurde das Ziel vollständig erreicht, einen deutlich ge-ruchsreduzierten Cold-Box-Binder zu entwickeln.

Dem BMBF sei an dieser Stelle für die finanzielle Unterstützung der Arbeiten gedankt. Düsseldorf, im Dezember 2003


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6 Veröffentlichungen Artikel und Zeitschriftenaufsätze

1. Bischoff, U.; Hansen, F.; Neudörfer, R.; Sill, H.-J.; Pohlmann, U.; Helber, J.; „Olfakto-metrische Messung und Wahrnehmung von Gerüchen aus Bindemittel-Sand-Systemen in einer Leichtmetallgießerei“; Giesserei 89 (2002) Nr. 9, S. 69 - 72

2. Bischoff, U.; Hansen, F.; Neudörfer, R.; Sill, H.-J.; Pohlmann, U.; Helber, J.; “Olfactory measurement and perception of odours from binders in sand systems in a light metal foundry”; Casting Plant and Technology International Vol. 18 No. 4, 2002, S. 16 - 19

3. Pohlmann, U.; „Entwicklung geruchsarmer Bindersysteme für die Kernherstellung einer Aluminium-Gießerei; in: „Integrierter Umweltschutz in Gießereien“; Hrsg.: VDG Verein Deutscher Gießereifachleute e.V., Düsseldorf (2003) S. 6-7

Vorträge

1. Öffentliche Kick-Off-Veranstaltung am 26.01.2001 in der Gießerei Volkswagen Nutz-fahrzeuge (diverse Veröffentlichungen in der Tagespresse)

2. Kontaktgruppentreffen am 25.10.2001 in der Gießerei Volkswagen Nutzfahrzeuge





7. Nachbarschaftsdialog am 07.06.2001 in der Gießerei Volkswagen Nutzfahrzeuge





12. VDG-Tagung Landesgruppe Niedersachsen am 14.01.2003 in Hannover

13. VDG-Sprechabend Landesgruppe Nordrhein-Westfalen am 14.05.2002 in Brackwede

14. VDG-Tagung Landesgruppe Bayern am 25.01.2002 in Rückersdorf

15. VDG-Seminar „Geruchsminimierung in Gießereien“ am 11.04.2002 in Düsseldorf

16. INGUSS Sonderschau/ GIFA 2003, Düsseldorf, vom 16.06. – 21.06.2003

Geplante Veröffentlichungen

1. Veröffentlichungen der Abschlussergebnisse in der Gießereizeitung Anfang 2004

2. Vortrag bei den Formstofftagen am 17. / 18.02.2004 an der Universität Duisburg-Essen


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7 Literatur

[1] Winterhalter, J; Bautz, H. Siefer, W.; „Spalt- und Reaktionsprodukte organischer Formstoffbestandteile in Gießgasen“; Giessereiforschung 41 (1989) Nr. 2, S. 66-76

[2] May, C.; „The development of environmentally acceptable binder systems“; in: Ta-gungsband BCIRA – „International Conference Warwick, GB” – 31.3. bis 2.4.1992; Hrsg.; BCIRA, Alvechurch, GB (1992) S. 25.1 – 25.6

[3] Helber, J. H., Prömper, H. , Wolf G., „Gießereigerüche – eine Bestandsaufnahme, Teil II: Geruchsemissionen aus organischen Formbestandteilen“; Gießerei 6 (2001), S. 86-94

[4] Helber, J. u. a.; “Reduzierung von Emissionen aus bentonitgebundenen Formstoffen durch Design optimaler Glanzkohlenstoffbildner“. Laufendes Forschungsvorhaben mit finanzieller Unterstützung durch das BMBF, Förder-KZ.: 01RW0051 - 53

[5] Tilch, W.; Nitsch, U.; „Geruchsarme Verfahren der Kernherstellung in der Gießerei-industrie“; Gießerei-Erfahrungsaustausch 07 (2001), S. 299-307

[6] Torbus, M.; Ladegourdie, G.; Schuh, W.; „Betriebserfahrungen mit Cold-Box-Bindersystemen der „neuen Generation““; Giesserei 87 (2000) Nr. 5, S. 64-68

[7] Weicker G.; „Es war an der Zeit für etwas Neues – Gesamtheitliche Betrachtung ei-nes optimierten Cold-Box-Systems“; Gießerei-Erfahrungsaustausch, 11 (2002), S. 474-478

[8] Brümmer, G.; „Organische Leime als sinnvolle Ergänzung zum Formstoffbinder Ben-tonit“; Giesserei 3 (2000), S. 62-68

[9] Griese, S. R.; Kuhnerth, D. C.; Peterson, E. S.; Stewart, F. F.; “Investigation Into Use of a Polyphosphazene-Based Binder, Part I”; AFS Transactions, Nr. 99-102, S. 617-620

[10] Breuer, C.; „Sand, Wasser, Salz = Natur pur“; Gießerei 6 (2003), S. 135-140

[11] Stötzel, R.; Genzler, C.; „Revolution in der Kernmacherei“, Gießerei-Praxis, Nr. 12 (1999), S. 563-568

[12] Mosher, F.; „Calculating emission factors for pouring, cooling , and shakeout“; Mod. Casting 10 (1994), S. 28-31

[13] Meiser, L., Pelzer, M. Smaranda C.; „Formstoffe und Umwelt in der Gießerei“; Gies-sereiforschung 51 (1999) Nr. 2, S. 91-95

[14] McKinley, M. D.; “Pyrolysis of Core Resins Used in Metalcasting”; AFS Transactions Nr. 99-41 (1999), S. 407-412

[15] Moy, L., Collins, M., „Elektronische Nasen und Neuronale Netzwerke“; Labor Praxis Mai (1996), S. 14-18

[16] Kamp, M., „Geruchsimmissionsmessungen: Neues Begehungssystem „Raster-Fahnenmessung“ aus Kombination von Fahnen- und Rastermessung nach Richtlinie VDI-3940“; Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft 61 (2001) Nr.4, S. 133-137

[17] Mannebeck, D., Mannebeck, N.; „Qualität und Vergleichbarkeit olfaktometrischer Messungen“; Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft 4 (2002), S. 135-140


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18] Schleibinger, H., Fitzner, H., Rüden, H. Schreiber, F. W.; „Chemisch-analytische und sensorische Bewertung der Raumluft mit einer Thermodesorption/ Gaschroma-tographie/Flammenionisationsdetektor/ Sniffer-Methode“; Gefahrstoffe – Reinhal-tung der Luft 61 (2001) Nr. 11/12, S. 528-531

[19] Vogt, M., Huet v. A., „Informationssystem zur Auswahl geeigneter Geruchsminde-rungsmaßnahmen“; AiF-FV-Nr. 11817; www.veu.de/Gerueche.htm

[20] Kehoe, J. D.; Harcus, J.; Smith, M.; Warren, M. J.; “Acquisition, Review, and Correla-tion of Odor Literature for the Air & Waste Management Association EE-6 Odour Committee”; Windsor, Aug 9th, 1996; www.fivesenses.com/ee6/activities_archive.htm


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8 Mitarbeitende Stellen Gesamtkoordinator des Projekts:

Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH Dr. rer. nat. Udo Pohlmann Wiesenstraße 23/64 40549 Düsseldorf Tel. 0211 - 5087 -419 Fax. 0211 - 5087 -347 [email protected]

Teilprojekt-Verantwortliche: Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH Dr. rer. nat. Udo Pohlmann Wiesenstraße 23/64 40549 Düsseldorf Tel. 0211 - 5087 -419 Fax. 0211 - 5087 -347 [email protected] Volkswagen AG, Gießerei Hannover Dr.-Ing. Ferdinand Hansen Neue Gießerei Brieffach 2109 Postfach 21 05 80 30405 Hannover Tel. 0511 - 798 – 5310 Fax. 0511 - 798 - 3312 [email protected] IfG – Institut für Gießereitechnik gGmbH Dr.-Ing. Gotthard Wolf *) Postfach 10 30 44 Sohnstraße 70 40237 Düsseldorf Tel. 0211 – 6871- 312 Fax. 0211 – 6871 -216 [email protected]

*) nach dem Wechsel von Dr. Ing. Gotthard Wolf zum VDG übernahm Herr Dr. rer. nat. Joachim Helber Tel. 0211 – 6871- 259 Fax. 0211 – 6871 -216 [email protected] die Aufgabe des Teil-Projektverantwortlichen für das IfG

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