DD218846A1 - Verfahren zur herstellung von hohlkernen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkernen fuer Giessereizwecke, insbesondere zur Herstellung solcher Gussteile, bei denen eine ungehinderte Abfuehrung von Giessgasen durch den Kern hindurch notwendig ist. Das Ziel der Erfindung ist, die Material- und Verarbeitungskosten bei der Herstellung von hohlen Giessereikernen zu verringern und die Durchhaertung kleiner Kernquerschnitte weitestgehend zu vermeiden. Gemaess der Erfindung wird die Aufgabe dadurch geloest, dass einer Formmasse aus im wesentlichen einem feuerfesten Grundstoff, einem fluessigen, mit Wasser nicht oder nur begrenzt mischbaren Kondensationsharz und einem sauren Katalysator Wasser zugefuegt wird, nachfolgend die Formmasse in ein geheiztes Formwerkzeug eingebracht und in diesem Formwerkzeug das in der Formmasse enthaltene Wasser aus dem oberflaechennahen Bereich des Kernes in das Kerninnere verdraengt wird, so dass in dem oberflaechennahen Bereich eine Haertung der Formmasse erfolgt und dass nach einer von der gewuenschten Schalendicke abhaengigen Zeit die das Wasser enthaltende Formmasse aus dem Inneren des Kernes entfernt und der Wiederverwendung zugefuehrt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Hohlkernen

Anwendungsgebiet der Erfindung -

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkernen für Gießereizwecke, insbesondere zur Herstellung solcher .Gußteile, bei denen zur Vermeidung von Gießfehlern eine ungehinderte Abführung der Gießgase durch den Kern hindurch notwendig ist, wie beispielsweise Fahrzeuggußteile mit komplizierter Gestalt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Herstellung von Hohlkernen sind zwei prinzipielle Verfahrensweisen bekannt geworden. Während bei der einen Verfahrensweise durch Wärmeeinwirkung auf die Außenkontur der konfigurierten Formmasse eine Schale mit der gewünschten Außengestalt des Kernes erhärtet, wird bei der anderen die hohle Ausbildung des Kernes durch besondere Maßnahmen erzielt.

Zu der ersten Verfahrenskategorie gehört das Maskenformverfahren, häufig auch als Croning-Verfahren bezeichnet, bei dem ein mit Phenolharz vom Novolak-Typ umhüllter Sand in einem geheizten Formwerkzeug während einer Zeitspanne zu einer Schale bestimmter Dicke sintert, wobei das Material im Kerninneren freifließend bleibt und nachfolgend entleert wird, worauf der nunmehr hohle Kern durch weitere Wärmeeinwirkung gehärtet wird. Nachteilig sind bei diesem Verfahren das relativ teure Bindemittel und die hohen Aushärtetemperaturen von 250 bis 300⁰C. Zudem besteht die Gefahr, daß Kernpartien mit geringerem Querschnitt aushärten, so daß die hohe Kernausbildung weitgehend verloren geht. Bei einem anderen zu dieser Kategorie zu rechnenden Verfahren werden als Bindemittel flüssige reaktive Harze verwendet. Damit zubereitete Formstoffgemische härten zwar bei geringerer Temperatur, weisen jedoch den Nachteil auf, auch ohne Wärmezufuhr zu härten. Sie besitzen demzufolge keinen definierten Härtungsbeginn, so daß die Erzielung einer genau bestimmten Dicke der Formstoffschale schwierig bzw. nicht möglich ist. Man versuchte deshalb den Härtungsbeginn durch die Verwendung von Reaktionsinhibitoren nach höheren Temperaturen zu verlegen. Zu diesem Zweck wurden spezielle Katalysatoren entwickelt, die durch thermische Zersetzung, Hydrolyse oder durch die Anwesenheit von Formaldehyd aktiviert werden. In der DE-OS 3 032 592 ist die Herstellung und Verwendung eines derartigen Inhibitors beschrieben. Diese Zusätze verhindern zwar ein vorzeitiges Aushärten der Formmasse bei Raumtemperatur, gewährleisten jedoch keinen Reaktionsbeginn bei einer eindeutig bestimmten Temperatur. Als Folge davon entsteht während der Herstellung des Hohlkernes im geheizten Formwerkzeug im Inneren des Kernes eine Schicht, die infolge bereits erfolgter Wärmeeinwirkung nicht mehr reaktionsinhibiert und andererseits noch nicht soweit verfestigt ist, daß sie als ausgehärtete Schicht im Hohlkern verbleiben kann.

Diese zurückgewonnene Formmasse besitzt demgemäß nicht mehr die ursprünglichen Eigenschaften und führt bei Wiederverwendung zu einer geringeren Festigkeit des Kernes. Eine hohle Ausbildung von Kernen oder Kernteilen mit geringerem Querschnitt ist auf diese Weise nicht möglich.

Zur zweiten Verfahrenskategorie sind jene Verfahren zu rechnen, nach denen die Ausbildung einfacher Hohlräume im Inneren des Kernes mittels spezieller Teile des Formwerkzeuges, beispielsweise mittels Dorn erfolgt. Für die Herstellung komplizierter und kernintensiver Gußteile sind derartige Kerne mit einfachen Hohlräumen ungeeignet, da eine Abführung der Gießgase aus dem Kern auf definiertem Weg nicht gewährleistet ist. Außerdem ist die Verringerung der Kosten für die Formmasse, verglichen mit denen des Massenformverfahrens, gering.

Hierzu gehören auch die in der DD-PS 124 956 und in der DE-AS 1280 493 beschriebenen Verfahren, nach denen die Formmasse mit Hilfe besonderer Vorrichtungen auf die Konturen des Formwerkzeuges als Schale aufgeschleudert oder aufgeblasen und nachfolgend gehärtet wird. Diese Verfahren sind nur für die Herstellung großer Kerne geeignet und bringen darüber hinaus die Gefahren mit sich, daß die Formmasse an den senkrechten Wänden des Formwerkzeuges abrutscht oder Unterschiede in der Packungsdichte der Formmasse auftreten. Komplizierte Hohlkerne können nach diesem Verfahren nicht hergestellt werden.

Zur Lösung des bereits eingangs genannten technischen Problems, einerseits eine Härtung der Formmasse möglichst ohne Wärmeeinwirkung zu erreichen und andererseits den dafür geeigneten Formmassen mit reaktiven Bestandteilen eine brauchbare Verarbeitbarkeitsdauer zu verleihen und die Härtung zu einem gewünschten Zeitpunkt beginnen zu lassen, ist aus der CH-PS 451 413 bekannt geworden, Formmassen mit säurehärtenden Kondensationsharzen zur Verlängerung der

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Wasserentzuges durch Begasen der Formmasse mit Luft die Härtung auszulösen. Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß innerhalb des Kernes ein sehr unterschiedliches Konzentrationsspektrum des Wassers entsteht und sich dadurch keine für die Herstellung eines Hohlkernes aber erforderliche eindeutige.Trennung zwischen gehärteter und wiederverwendbarer Formmasse ausbilden kann.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt, die Material- und Verarbeitungskosten bei der Herstellung von hohlen Gießereikernen zu verringern. ' . .

Darlegung des Wesens der Erfindung ,

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren zur Herstellung hohler Gießereikerne zu schaffen, das im Vergleich zum Maskenformverfahren eine Verfestigung der Formmasse bei niedrigerer Temperatur ermöglicht, eine Durchhärtung kleiner Kernquerschnitte weitestgehend vermeidet und es somit zuläßt, insbesondere komplizierte Kerne selbst kleinerer Abmessungen hohl auszubilden.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß einer Formmasse.aus im wesentlichen einem feuerfesten Grundstoff, flüssigen, mit Wasser nicht oder nur begrenzt mischbaren Kondensationsharzen und einem sauren Katalysator 20 bis 250 Masse-% Wasser, bezogen auf die Masse des Kondensationsharzes, vorzugsweise 100 Masse-% Wasser zugefügt werden, nachfolgend die Formmasse in ein geheiztes Formwerkzeug mit einer Temperatur von mehr als 100"C eingebracht und in diesem Formwerkzeug das in der Formmasse enthaltene Wasser aus dem oberflächennahen Bereich des Kernes in das Kerninnere verdrängt wird, so daß in dem oberflächennahen Bereich eine Härtung der Formmasse erfolgt und sich eine feste Schale bildet, und daß nach einer von der gewünschten Schalendicke abhängigen Zeit die das Wasser enthaltende Formasse aus dem Inneren des Kernes entfernt und der Wiederverwendung zugeführt wird. Die gemäß der Erfindung hergestellten Hohlkerne weisen unmittelbar nach ihrer Herstellung an ihren inneren Konturen keine unausgehärteten Partien auf, sondern sind über ihre gesamte Wanddicke gleichmäßig gehärtet. Es hat sich gezeigt, daß die Härtung außen beginnend anfänglich recht schnell verläuft, nach dem Inneren des Kernes zu aber sehr gebremst ist. Das ist darauf zurückzuführen, daß infolge des !Wassergehaltes gemäß der Erfindung einerseits die Katalysatorkonzentration unter den für die Härtung erforderlichen Wert gesenkt, aber andererseits die Wärmeleitfähigkeit der Formmasse etwa verdoppelt wird. Durch das heiße Formwerkzeug erwärmt sich demzufolge der äußere Oberflächenbereich des künftigen Kernes rasch auf die Verdampfungstemperatur des Wassers, so daß die Konzentration des Katalysators auf den für die Härtung erforderlichen Wert ansteigt und gleichzeitig eine für die Härtung günstige Temperatur gegeben ist. Gleichzeitig wird wegen der nunmehr wasserfreien Formstoffschale der Wärmeübergang vom heißen Formwerkzeug auf die Formmasse und der Wärmetransport innerhalb dieser Randschale stark vermindert. Infolge dessen und der nach dem Inneren des Kernes zunehmenden Wasserkonzentration, die durch die teilweise Kondensation des Wassers aus der Randschale bewirkt wird, wird die Katalysatorkonzentration so weit vermindert, daß selbst bei erhöhter Temperatur eine Härtung der Formmasse im Inneren so lange vermieden wird, bis eine Schale mit für den Verwendungszweck des Kernes hinreichender Dicke gehärtet ist. Es wurde festgestellt, daß die aus dem Kerninneren zurückgewonnene Formmasse ohne besondere Lagerbedingungen über mehrere Stunden ihre Gebrauchsfähigkeit behält. Geeignete Kondensationsharze für derartige Formmassen sind Phenol-Formaldehyd-Harze, Phenol-Furan-Formaldehyd-Harze oder harnstoffmodifizierte Phenol-Formaldehyd- bzw. Phenol-Furan-Formaldehyd-Harze, die mit maximal 15 Masse-% Wasser ohne Trübung mischbar sind. Vorzugsweise werden Phenol-Formaldehyd-Harze vom Resoltyp mit einem Molverhältnis Phenol:Formaldehyd von 1:1,6 bis 1:1,9 verwendet.

Als Katalysator werden starke organische oder anorganische Säuren, vorzugsweise aromatische Sulfonsäuren eingesetzt. Der Formmasse können weiterhin zur Beeinflussung deren Rheologie Detergentien zugesetzt werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß mit einem geringen wirtschaftlichen Aufwand komplizierte Hohlkerne fehlerfrei hergestellt und somit eine wesentliche Ausschußsenkung oder Minderung bisher anfallender Nacharbeit erreicht wird.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Das Beispiel 1 ist ein Vergleichsbeispiel, das Beispiel 2 ein Beispiel der Erfindung. Alle prozentualen Angaben sind auf die Masse bezogen.

Beispiel 1:

Zum Vergleich wird der Aushärteverlauf eines harzumhüllten Formsandes in einem geheizten Formwerkzeug mit definierter Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit herangezogen.

Es wurde dabei die versinterte Schichtdicke gemessen, die für das Zuwachsen kleinerer Querschnitte des Kernes verantwortlich ist. Die vollständig ausgehärtete Schichtdicke liegt entsprechend der hohen Reaktionstemperatur des Novolakharzes

darunter. .

Verwendet wurde ein Gießereiformstoff, bestehend aus

96,47 Masse-% Quarzsand

3,00 Masse-% Novolakharz

0,40 Masse-% Hexamethylentetramin

0,13 Masse-% Kalziumstearat

Der Schalenaufbau wurde an einem Prüfkörper mit den Abmessungen 22,4x22,4x 170 mm in Abhängigkeit von der Härtungszeit ermittelt Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt.

Die Temperatur des Formwerkzeuges betrug 270⁰C. Nach einer Verweilzeit im Formwerkzeug von 50 Sekunden war der Prüfkörper durchgehärtet.

Beispiel 2: .

Es wurde eine Gießereiformmasse gemäß der Erfindung mit folgender Zusammensetzung hergestellt: 93,7 Masse-% Quarzsand 3,0 Masse-% Phenol-Formaldehyd-Resol

• Viskosität bei 20⁰C: 480 mPas

• Dichte bei 20X: 1,235g/cm³

• Verdünnbarkeit mit Wasser: 1:0,15

-3- 252 410

0,3 Masse-% Paratoluolsulfonsäure

• Dichte bei 20°: 1,l68g/cm³ ί

• Säurezahl: 198mg KOH/g Härter

• Gehalt an Schwefelsäure: 0,7 Masse-% 3,0 Masse-% Wasser

AiIH «liouor Formmasse) wurdn wie im Beispiel 1 ein Prüfkörper gleicher Abmessung hergestellt und in einem Formwerkzeug, das eine Temperatur von 160"C besaß, ausgehärtet. Der Härteverlauf in Abhängigkeit von der Zeit ist in Fig. 2 dargestellt. Dor Prüfkörper war nach einer Verweilzeit von 90 Sekunden durchgehärtet.;

Claims (6)

1. ' ·.. -1- 252410 8

   Erfindungsansprüche:^λ

   1. Verfahren zur Herstellung von Hohlkernen aus einer Formmasse, die im wesentlichen aus einem körnigen feuerfesten Grundstoff, einem flüssigen, mit Wasser nicht oder nur begrenzt mischbaren Kondensationsharz, einem sauren Katalysator, Wasser und gegebenenfalls zweckbestimmten Zusätzen besteht, gekennzeichnet dadurch, daß der Formmasse 20 bis 250 Masse-% Wasser, bezogen auf die Masse des Kondensationsharzes, zugesetzt wird, daß die Formmasse zu einem massiven Kern geformt und der massive Kern nachfolgend einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird, dergestalt, daß das in der Formmasse enthaltene Wasser aus dem oberflächennahen Bereich des Kernes in das Kerninnere verdrängt und in dem oberflächennahen Bereich eine die Härtung des Kondensationsharzes bewirkende Konzentration des Katalysators gebildet wird, daß die Wärmebehandlung nach einer von der gewünschten Schalendicke abhängigen Zeit unterbrochen und abschließend die wasserhaltige Formmasse aus dem Innern des Kernes entfernt und der erneuten Verwendung zugeführt

   wird. , '. '
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Wassergehalt der Formmasse vorzugsweise dem Anteil des Kondensationsharzes gleich ist. ,
3. 3. Verfahren nach Punkt 1 bis 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Konsensationsharz ein Phenol-Formaldehyd-Harz vom Resoltyp ist, wobei das Molverhältnis Phenol !Formaldehyd 1:1,6 bis 1:1,9 beträgt.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Kondensationsharz eine Wasserverdünnbarkeit von :-1:0,1b besitzt.
5. 5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Formmasse Detergentien zugesetzt sind.
6. 6. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Wärmebehandlung innerhalb des Formwerkzeuges bei einer Temperatur >100°C erfolgt.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen