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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern
für die Gießereiindustrie, insbesondere Formen,
Kerne und Speiser, sowie eine Vorrichtung, wie sie in einem solchen
Verfahren verwendet wird.
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Gießformen
für die Herstellung von Metallkörpern werden im
wesentlichen in zwei Ausführungen hergestellt. Eine erste
Gruppe bilden die sogenannten Kerne und Formen. Aus diesen wird
die Gießform zusammengesetzt, welche im wesentlichen die
Negativform des herzustellenden Gussstücks darstellt, wobei
Kerne zur Ausbildung der Hohlteile im Inneren des Gussstücks
dienen, während die Formen die äußere
Begrenzung darstellen. Eine zweite Gruppe bilden Hohlkörper,
sog. Speiser, welche als Ausgleichsreservoir wirken. Diese nehmen
flüssiges Metall auf, wobei durch entsprechende Maßnahmen
dafür gesorgt wird, dass das Metall länger in
der flüssigen Phase verbleibt, als das Metall, das sich
in der die Negativform bildenden Gießform befindet. Erstarrt
das Metall in der Negativform, kann flüssiges Metall aus
dem Ausgleichsre servoir nachfließen, um die beim Erstarren
des Metalls auftretende Volumenkontraktion auszugleichen.
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Gießformen
bestehen aus einem feuerfesten Material, beispielsweise Quarzsand,
dessen Körner nach dem Ausformen der Gießform
durch ein geeignetes Bindemittel verbunden werden, um eine ausreichende
mechanische Festigkeit der Gießform zu gewährleisten.
Für die Herstellung von Gießformen verwendet man
also einen feuerfesten Formgrundstoff, welcher mit einem geeigneten
Bindemittel versetzt wird. Die aus Formgrundstoff und Bindemittel
erhaltene Formstoffmischung liegt bevorzugt in einer rieselfähigen
Form vor, so dass sie zur Formgebung in eine geeignete Hohlform
eingefüllt und dort verdichtet werden kann. Durch das Bindemittel
wird ein fester Zusammenhalt zwischen den Partikeln des Formgrundstoffs
erzeugt, so dass die Gießform die erforderliche mechanische
Stabilität erhält.
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Zur
Herstellung der Gießformen können sowohl organische
als auch anorganische Bindemittel eingesetzt werden, deren Aushärtung
jeweils durch kalte oder heiße Verfahren erfolgen kann.
Als kalte Verfahren bezeichnet man dabei Verfahren, welche im Wesentlichen
bei Raumtemperatur ohne Erhitzen der Formstoffmischung durchgeführt
werden. Die Aushärtung erfolgt dabei meist durch eine chemische
Reaktion, die beispielsweise dadurch ausgelöst werden kann,
dass ein gasförmiger Katalysator durch die zu härtende
Formstoffmischung geleitet wird, oder indem der Formstoffmischung
ein flüssiger Katalysator zugesetzt wird. Bei heißen
Verfahren wird die Formstoffmischung nach der Formgebung auf eine
ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um beispielsweise das im Bindemittel
enthaltene Lösungsmittel auszutreiben oder um eine chemische Reaktion
zu initiieren, durch welche das Bindemittel durch Vernetzen ausgehärtet
wird.
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Gegenwärtig
werden für die Herstellung von Gießformen vielfach
organische Bindemittel eingesetzt, bei denen die Aushärtung
des Bindemittels mittels eines gasförmigen Katalysators
erfolgt. Diese Verfahren werden als "Cold-Box-Verfahren" bezeichnet.
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Bei
der Herstellung von Formkörpern für die Gießereiindustrie
wird zunächst eine Formstoffmischung hergestellt, die den
feuerfesten Formgrundstoff sowie ein Bindemittel enthält.
Ggf. kann auch bereits ein Katalysator zugegeben werden, der die
Aushärtung des Bindemittels katalysiert.
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Zur
Herstellung der Formstoffmischung wird das Bindemittel mit einem
Formgrundstoff vermischt, typischerweise mit Sand. Der Anteil des
Bindemittels einer solchen Formstoffmischung liegt üblicherweise
im Bereich von 0,3 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Formstoffmischung.
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Je
nach dem gewählten Bindemittelsystem kann die Formstoffmischung
zunächst in einen Vorratsbehälter transportiert
werden und dort für einen längeren Zeitraum bevorratet
werden. Üblicherweise beträgt die Zeit, während
welcher die Formstoffmischung in einem Vorratsbehälter
bevorratet werden kann, zwischen mehreren Stunden bis hin zu einem
Tag. Bei Bindemittelsystemen, bei welchen der Katalysator bereits
vor der Formgebung zur Formstoffmischung gegeben wird, ist die Zeit,
während der die Formstoffmischung bevorratet werden kann,
meist sehr kurz. Ein solches Bindemittelsystem ist beispielsweise
das PU-No-Bake-Bindemittelsystem, bei welchem die beiden Bindemittelkomponenten
von einem Polyol und einem Polyisocyanat gebildet werden und der
Katalysator, ein flüssiges Amin, direkt in die Formstoffmischung
eingearbeitet wird. Bei derartigen Formstoffmischungen folgt die
Formgebung unmittelbar nach der Zubereitung der Formstoffmischung.
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Die
Formstoffmischung wird dann in einer Formvorrichtung zu einem Formkörper
geformt. Dazu wird die Formstoffmischung mittels Druckluft in ein
Formwerkzeug geschossen und dort verdichtet. Zunächst wird die
für die Herstellung des Formkörpers benötigte
Menge an Formstoffmischung in einen sogenannten Schießtrichter
eingefüllt. Der Schießtrichter wird dann mit Druckluft
beaufschlagt, sodass die Formstoffmischung über eine sogenannte
Schießhaube, in welche das Formwerkzeug eingespannt wird,
in das Formwerkzeug geschossen und dort verdichtet wird. Sofern
ein Bindemittelsystem verwendet wird, welches mit einem gasförmigen
Katalysator ausgehärtet wird, wird nach der Formgebung
der gasförmige Katalysator durch die verdichtete Formstoffmischung
geleitet. Abschließend wird der Formkörper aus
dem Formwerkzeug entnommen. Das Formwerkzeug ist dazu zerlegbar
ausgebildet. Ferner kann es Öffnungen umfassen, die ggf.
mit einem Sieb abgedeckt sind, durch welche die Druckluft während
des Einschießens der Formstoffmischung in das Formwerkzeug
entweichen kann.
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Bei
der Herstellung und Verarbeitung der Formstoffmischung müssen
unter anderem zwei Schwierigkeiten überwunden werden, um
eine zuverlässige und kontinuierliche Serienherstellung
von Formkörpern für die Gießereiindustrie
gewährleisten zu können. Zum einen wirkt der in
der Formstoffmischung enthaltene feuerfeste Formgrundstoff, meist
Sand, stark abrasiv. Die Oberflächen, welche während
der Verarbeitung der Formstoffmischung mit der Formstoffmischung
in Berührung gelangen, müssen daher sehr widerstandsfähig ausgelegt
sein. Zum anderen kann sich aus der Formstoffmischung Bindemittel
abscheiden und an Oberflächen festsetzen, die mit der Formstoffmischung
in Berührung gelangen. Dies ist insbesondere ein Problem beim
Formwerkzeug. Das Formwerkzeug umfasst einen Formhohlraum, dessen
Kontur der Außenkontur des herzustellenden Formkörpers
entspricht. Setzt sich nun Bindemittel an den Oberflächen
des Formhohlraums fest, verändert sich durch den Aufbau
einer Schicht aus Bindemittel und anhaftendem Formgrundstoff die
Kontur des Formhohlraums. Damit verschlechtert sich die Maßhaltigkeit
bei der Herstellung der Formkörper.
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Um
ein Haften des Bindemittels an der Oberfläche des Formhohlraums
zu verhindern, bringt man vor dem Einbringen der Formstoffmischung
auf den Oberflächen des Formhohlraums ein Trennmittel auf.
Solche Trennmittel enthalten beispielsweise Wachse, Silikonöle,
Paraffine, Fette oder Metallseifen. Um die Trennmittel leichter
aufbringen zu können, werden diese meist mit einem Lösungsmittel
verdünnt, um die Viskosität des Trennmittels zu
erniedrigen. Als Lösungsmittel werden meist organische
Lösungsmittel verwendet, da diese leicht verdampfen. Das
Trennmittel wird daher zunächst in verdünnter
Form auf die Oberfläche des Formhohlraums aufgebracht.
Dazu können alle geeignete Verfahren verwendet werden,
beispielsweise Sprühen, Streichen, Tauchen oder Fluten.
Das Lösungsmittel wird anschließend verdampft.
Aus Gründen der Arbeitssicherheit und des Umweltschutzes
müssen die Lösungsmitteldämpfe abgesaugt
werden, sodass sie nicht in die Umgebung gelangen. Die Menge an
Trennmittel, die auf die Oberfläche des Formhohlraums aufgetragen
wird, darf auch nicht zu hoch gewählt werden, da sonst
zu viel Trennmittel auf der Außenseite des Formkörpers
verbleibt. Gelangt beim Abguss flüssiges Metall mit dem
Trennmittel in Berührung, so führt dies zu großer
Qualmentwicklung sowie im ungünstigen Fall zu Gasfehlern
im Gussstück. Ferner muss das Trennmittel relativ häufig
aufgetragen werden, da es am Formkörper haften bleibt und
durch die starke abrasive Wirkung des feuerfesten Formgrundstoffs
von der Oberfläche des Formhohlraums abgetragen wird. Oft
wird das Trennmittel bei jedem Zyklus der Herstellung eines Formkörpers auf
die Oberfläche des Formhohlraums aufgetragen, d. h. nach
Herstellung eines Formkörpers muss der Formhohlraum zunächst
wieder mit Trennmittel behandelt werden, ehe der nächste
Zyklus der Herstellung eines Formkörpers beginnt. Da die
Schicht des Trennmittels während des Einschießens
der Formstoffmischung starken mechanischen Belastungen ausgesetzt
ist, ist es auch bei stark haftenden und widerstandsfähigen
Trennmitteln nach wenigen Zyklen, beispielsweise 5 Zyklen, erforderlich,
die Schicht des Trennmittels zu erneuern. In die Schießvorrichtungen
müssen daher relativ große Mengen des Trennmittels
eingebracht werden. Es ist aber bei der praktischen Anwendung meist
nicht möglich, das Trennmittel lediglich auf die Oberfläche
des Formhohlraums aufzubringen. Meist werden auch benachbarte Abschnitte
der Formvorrichtung mit erfasst bzw. das Trennmittel innerhalb der
Formvorrichtung verschleppt. Dies führt dazu, dass nach
einiger Betriebszeit die ganze Formvorrichtung durch das Trennmittel
verschmutzt wird.
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Trotz
der Verwendung von Trennmittel lässt sich nicht verhindern,
dass Bindemittel auf der Oberfläche des Formwerkzeugs haften
bleibt und sich eine Schicht aus dem Bindemittel aufbaut. Bei der
industriellen Serienfertigung von Formkörpern für
die Gießereiindustrie werden daher meist zumindest zwei
Sätze des Formwerkzeugs bereitgehalten. Dabei ist jeweils
ein Formwerkzeug im Einsatz, während das andere Werkzeug
gereinigt wird.
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In
der
DE 1 933 915 A wird
eine Beschichtungsmasse für Gießereimodelle und
Kernkästen beschrieben, welche einen Chlorkautschuk, einen
Aluminium-Silizium-Ester, ein Polyesterharz sowie Grafit und/oder ein
magnesiumhaltiges Silikatgemisch als inaktive, mineralische Füllstoffe
enthält.
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In
der
DE 103 30 744
A1 wird eine Beschichtungszusammensetzung auf der Basis
hydrolisierbarer Silane zur Herstellung von Beschichtungen mit leicht
zu reinigenden oder beschlaghemmenden Oberflächen beschrieben,
wobei die Beschichtungszusammensetzung zumindest ein hydrolisierbares α-Alkylalkoxysilan enthält.
Die mit der Beschichtungszusammensetzung hergestellte Beschichtung
weist eine hohe Kratzfestigkeit auf. Als Substrate eignen sich Glas,
Keramik, Metall, Stein oder Kunststoff.
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Der
Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von Formkörpern für die Gießereiindustrie,
insbesondere Formen, Kerne und Speiser, zur Verfügung zu
stellen, das eine Erhöhung der Produktivität bei
der Herstellung derartiger Formkörper für die
Gießereiindustrie ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von
Formkörpern für die Gießereiindustrie,
insbesondere Formen, Kerne und Speiser, wird:
- a.)
eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern für
die Gießereiindustrie bereitgestellt, welche einen Produktionsgang
umfasst, in welchem eine Formstoffmischung zu einem Formkörper
geformt wird;
- b.) auf Oberflächen des Produktionsgangs, welche mit
der Formstoffmischung in Berührung gelangen, eine Beschichtung
aus einem keramischen Material aufgebracht, sodass die Oberflächen
zumindest abschnittsweise mit einer keramischen Beschichtung bedeckt
sind;
- c.) eine Formstoffmischung aus einem feuerfesten Formstoff und
einem Bindemittel hergestellt;
- d.) die Formstoffmischung in der Vorrichtung zu einem Formkörper
für die Gießereiindustrie geformt; und
- e.) der Formkörper für die Gießereiindustrie
aus der Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern für
die Gießereiindustrie entnommen.
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Überraschend
wurde gefunden, dass bereits eine sehr dünne Schicht eines
keramischen Materials ausreichend ist, um das Anhaften von Bindemitteln
zurückzudrängen, sodass eine größere
Anzahl von Fertigungszyklen durchlaufen werden kann, ehe es erforderlich
ist, die keramische Beschichtung zu erneuern. Es ist dabei nicht
erforderlich, bestehende Werkzeuge zu ersetzen. Es ist ausreichend,
die keramische Beschichtung auf bestehende Werkzeuge aufzubringen,
wobei die Schichtdicke des keramischen Überzugs vorzugsweise
dünn gewählt wird.
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Die
keramische Beschichtung kann an sich an jeder Stelle innerhalb der
Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern vorgesehen
werden, an welcher eine Oberfläche mit der Formstoffmischung
in Berührung gelangt.
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So
kann beim erfindungsgemäßen Verfahren eine übliche
Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern für
die Gießereiindustrie eingesetzt werden, wobei die Oberflächen,
welche mit der Formstoffmischung bzw. mit dem feuerfesten Formstoff
in Berührung gelangen, ganz oder teilweise mit einer keramischen
Beschichtung versehen werden.
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So
können beispielsweise beim Mischer, mit welchem die Formstoffmischung
durch Vermischen des feuerfesten Formgrundstoffs und des Bindemittels
hergestellt wird, die Flächen mit der keramischen Beschichtung
versehen werden, die während des Mischens mit der Formstoffmischung
in Berührung kommen.
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Ebenso
können Flächen eines Vorratsbehälters,
die mit der Formstoffmischung in Berührung gelangen, mit
einer keramischen Beschichtung versehen werden. Insbesondere können
Flächen der Formvorrichtung, in welcher die Formstoffmischung
zu einem Formkörper geformt wird, mit einer keramischen
Beschichtung versehen werden, da hier die größten
mechanischen Belastungen auftreten, insbesondere wenn die Formstoffmischung
in den Formhohlraum des Formwerkzeugs geschossen wird.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst
eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern für
die Gießereiindustrie bereitgestellt. Wie bereits erwähnt,
können dabei übliche Vorrichtungen verwendet werden,
wie sie zur Herstellung von Formkörpern für die
Gießereiindustrie an sich bekannt sind. Unter der Vorrichtung
werden dabei sämtliche Einzelposten einer Produktionsstraße
für die Herstellung von Formkörpern für
die Gießereiindustrie verstanden, also beginnend mit der
Vorrichtung zur Herstellung der Formstoffmischung, also dem Mischer
einschließlich Zu- und Abführungsvorrichtungen
für die Ausgangsstoffe bzw. die Formstoffmischung, über
Transportvorrichtungen, Vorratsbehälter bis hin zur Formvorrichtung
selbst sowie deren Einzelteile, insbesondere dem Formwerkzeug. Der
Weg, den die Formstoffmischung von der Herstellung bis hin zum Formkörper
nimmt, wird dabei als Produktionsgang bezeichnet.
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Erfindungsgemäß wird
nun auf Oberflächen des Produktionsgangs, welche mit der
Formstoffmischung in Berührung gelangen, eine Beschichtung
aus einem keramischen Material aufgebracht, sodass die Oberflächen
zumindest abschnittsweise mit einer keramischen Beschichtung bedeckt
sind. Durch die abrasive Wirkung der Formstoffmischung wird die
keramische Beschichtung während der Herstellung der Formkörper
abgetragen. Sie muss daher von Zeit zu Zeit neu aufgetragen werden.
Die Perioden, innerhalb welcher die keramische Schicht neu aufgetragen
wird, variieren je nach mechanischer Belastung, welche die betreffende
Oberfläche durch die Formstoffmischung erfährt.
So wird beispielsweise die Oberfläche eines Vorratsbehälters,
welche mit der Formstoffmischung in Berührung gelangt,
deutlich weniger mechanisch belastet als beispielsweise die Schießvorrichtung
der Formvorrichtung selbst oder das Formwerkzeug selbst. Entsprechend
ist es daher relativ selten erforderlich, die keramische Beschichtung
innerhalb eines Vorratsbehälters zu erneuern, während
es deutlich öfter erforderlich ist, die keramische Beschichtung
des Formwerkzeugs neu aufzutragen. Überraschend war es
jedoch, dass selbst bei sehr stark mechanisch belasteten Oberflächen,
insbesondere Flächen des Formwerkzeugs, relativ lange Zyklen
erreicht werden können, innerhalb welcher eine Haftung
des Bindemittels auf der Oberfläche soweit zurückgedrängt
werden kann, sodass die Maßhaltigkeit bei der Herstellung
der Formkörper innerhalb der geforderten Toleranzen gewahrt
bleibt.
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Es
ist nicht erforderlich, dass sämtliche Oberflächen
des Produktionsgangs mit einer keramischen Beschichtung versehen
werden. So können auch nur Abschnitte des Produktionsgangs
mit einer keramischen Beschichtung versehen werden, die einer besonders
hohen mechanischen Belastung ausgesetzt sind.
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Unter
einer keramischen Beschichtung wird eine Schicht aus einem im wesentlichen
anorganischen Material verstanden, insbesondere einem Metalloxid.
Die Schicht bildet eine glasartige Struktur aus, d. h. eine polymere,
stark vernetzte Struktur. Insbesondere bevorzugt wird die keramische
Schicht aus Oxidschichten gebildet, die als Metalle bevorzugt Silizium
und/oder Aluminium enthalten. Andere Metalle können ebenfalls enthalten
sein. So kann die keramische Schicht beispielsweise auch Bor enthalten.
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Die
keramische Beschichtung ist im wesentlichen aus anorganischem Material
aufgebaut. Die keramische Beschichtung kann jedoch auch organische
Bestandteile enthalten, durch welche beispielsweise die Haftung
des Überzugs auf dem Untergrund oder auch die Elastizität
des keramischen Überzugs modifiziert werden kann. Der Anteil
anorganischer Materialien bzw. Metalloxide an der keramischen Beschichtung
beträgt vorzugsweise mehr als 70 Gew.-%, bevorzugt mehr
als 80 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 90 Gew.-%. Durch den
Anteil organischer Verbindungen kann der Anteil anorganischer Materialien
bzw. Metalloxide an der keramischen Beschichtung gemäß einer
Ausführungsform weniger als 98 Gew.-% betragen.
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Zur
Herstellung wird eine Formstoffmischung hergestellt, wie sie für
die Herstellung von Formkörpern für die Gießereiindustrie üblich
ist. Dazu wird ein feuerfester Formgrundstoff mit einem Bindemittel
in einer geeigneten Mischvorrichtung gemischt, sodass die Körner
des feuerfesten Formgrundstoffs mit einer Schicht des Bindemittels
bedeckt sind. Als feuerfester Formgrundstoff können in
der Gießereiindustrie übliche Materialien eingesetzt
werden, beispielsweise Quarzsand, Zirkonsand, Olivinsand, Aluminiumsilikatsand,
Schamotte, Bauxitsande, Aluminiumsilikathohlkugeln und Chromerzsand
bzw. deren Gemische. Bevorzugt wird Quarzsand verwendet.
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Als
Bindemittel können ebenfalls in der Gießereiindustrie
für die Herstellung von Formkörpern übliche Bindemittel
verwendet werden. Es können sowohl organische als auch
anorganische Bindemittel verwendet werden. Bei den organischen Bindemitteln
können alle üblichen Bindemittel verwendet werden.
Beispiele für geeignete Bindemittel sind Bindemittel, wie
sie im Cold-Box-, bzw. im No-Bake-Verfahren, im Hot-Box-Verfahren,
im Warm-Box-Verfahren, im Furanharz-, im Epoxy/SO
2-,
im Resol/CO
2- oder im Resol/Ester-Verfahren verwendet
werden. Das Cold-Box-Verfahren wird beispielsweise in der
US 3,409,579 , das Polyurethan
No-Bake Verfahren in der
US 3,676,392 ,
das Warm-Box-Verfahren in der
US
5,607,986 , das Furanharz No-Bake Verfahren in der
US 3,806,491 , das Hot-Box-Verfahren
in der
US 3,404,198 ,
das Epoxy/SO
2-Verfahren in der
US 4,518,723 , das Resol/CO
2-Verfahren in der
EP 1 228 128 A1 , und das
Resol/Ester-Verfahren mit flüssigem Katalysator in der
US 4,426,467 und das Resol/Ester
Verfahren mit gasförmigem Katalysator in der
US 4,468,359 beschrieben.
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Es
können auch anorganische Bindemittel verwendet werden.
Ein solches Bindemittelsystem ist beispielsweise in der
DE 10 2004 042 535
A1 beschrieben.
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Die
Menge des Bindemittels wird im üblichen Umfang gewählt.
Beispielhaft werden Mengen im Bereich von 0,3 bis 10 Gew.-% bezogen
auf die Formstoffmischung verwendet.
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Die
Formstoffmischung wird dann mit üblichen Vorrichtungen
zu einem Formkörper für die Gießereiindustrie
geformt.
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Abschließend
wird der Formkörper für die Gießereiindustrie
aus der Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern für
die Gießereiindustrie entnommen. Je nach verwendetem Bindemittelsystem
kann der Formkörper bei der Entnahme aus dem Formwerkzeug
be reits ausgehärtet sein, beispielsweise bei Verwendung von
Cold-Box- oder No-Bake-Bindemitteln. In diesem Fall kann das Ausformen
des Formkörpers für die Gießereiindustrie
auch einen Schritt der Aushärtung umfassen. Es kann aber
auch sein, dass sich der Formkörper bei der Entnahme aus
dem Formwerkzeug noch in nicht oder nur teilweise ausgehärtetem
Zustand befindet. In diesem Fall kann sich nach der Entnahme des
Formkörpers aus dem Formwerkzeug noch ein Schritt der Aushärtung
anschließen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass
- a.)
die Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern für
die Gießereiindustrie eine Zuführvorrichtung für
die Formstoffmischung sowie ein Formwerkzeug zur Formgebung des
Formkörpers umfasst;
- b.) die Formstoffmischung in die Zuführvorrichtung überführt
wird;
- c.) die Formstoffmischung von der Zuführvorrichtung
in das Formwerkzeug überführt wird, um zu dem Formkörper
geformt zu werden; und
- d.) der Formkörper aus dem Formwerkzeug entnommen wird.
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Bei
dieser Ausführungsform kann eine Formvorrichtung verwendet
werden, wie sie an sich bereits für die Herstellung von
Formkörpern für die Gießereiindustrie
bekannt ist und wie sie beispielhaft bereits in der Einleitung beschrieben
wurde. Die Zuführvorrichtung kann bei dieser Ausführungsform
beispielsweise dem Schießzylinder entsprechen, in welchen
die Formstoffmischung eingefüllt wird, ehe sie per Druckluft
in das Formwerkzeug über führt wird. Bei derartigen
Vorrichtungen ist die mechanische Belastung der Zuführvorrichtung
für die Formstoffmischung sowie das Formwerkzeug besonders
hoch und die Neigung des Bindemittels, sich im Formwerkzeug festzusetzen
und Ablagerungen zu bilden besonders ausgeprägt. Bei einer
derartigen Formvorrichtung kommen die Vorteile des erfindungsgemäßen
Verfahrens besonders zur Geltung, da sich längere Produktionszyklen
verwirklichen lassen, ehe die Zuführvorrichtung für
die Formstoffmischung bzw. das Formwerkzeug gereinigt werden müssen,
um eine Schicht des Bindemittels zu entfernen, die sich auf den Oberflächen
dieser Vorrichtungen abgelagert hat.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße
Verfahren für die Serienfertigung von Formkörpern
für die Gießereiindustrie eingesetzt werden. Dazu
werden die oben geschilderten Schritte b) bis d) zumindest einmal
wiederholt. Vorzugsweise werden die Schritte b) bis d) zumindest
5 mal wiederholt, bevorzugt zumindest 10 Mal, insbesondere bevorzugt
zumindest 15 mal. Die keramische Beschichtung wird auch beim erfindungsgemäßen
Verfahren durch die stark abrasive Wirkung der Formstoffmischung
langsam abgetragen, sodass nach Durchlauf mehrerer Zyklen die keramische
Beschichtung erneut aufgetragen werden muss. Die Anzahl der Zyklen,
welche durchlaufen werden können, ohne dass durch Anhaften
einer Bindemittelschicht die Maßhaltigkeit bei der Herstellung
der Formkörper soweit verschlechtert wird, dass eine gegebene
Spezifikation nicht mehr erfüllt wird, ist jedoch deutlich
größer als bei den im Stand der Technik bekannten
Verfahren. Gemäß einer Ausführungsform
werden die Schritte b) bis d) weniger als 2000 mal, gemäß einer
weiteren Ausführungsform weniger als 1000 mal und gemäß noch
einer weiteren Ausführungsform weniger als 500 mal wiederholt.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche
des Formraums zumindest teilweise mit dem keramischen Material beschichtet.
Bei der Überführung des Formsandes in das Formwerkzeug,
beispielsweise mittels einer Schießvorrichtung, treten
sehr hohe Belastungen der Oberflächen des Formraums auf
wobei gleichzeitig durch den Kontakt zwischen Oberfläche
des Formraums und der Oberfläche der Körner der
Formstoffmischung größere Mengen des Bindemittels
von der Oberfläche der Körner abgerieben und auf
die Oberfläche des Formraums übertragen werden.
Ohne geeignete Maßnahmen baut sich daher auf der Oberfläche
des Formraums sehr rasch eine Schicht aus Bindemittel auf, sodass
das Formwerkzeug sehr oft gereinigt bzw. ausgetauscht werden muss.
Durch das Aufbringen einer keramischen Beschichtung kann der Aufbau
einer solchen Schicht aus Bindemittel und anhaftendem Formstoff
deutlich verzögert werden. Dadurch wird ein deutlicher
Zuwachs in der Produktivität bei der Herstellung von Formkörpern
erreicht, da die geforderte Maßhaltigkeit der Formkörper über
einen längeren Zeitraum gewahrt bleiben kann und damit
die Anzahl der Produktionszyklen, nach welchen das Formwerkzeug
zur Reinigung ausgebaut werden muss, vergrößert
werden kann. Gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführungsform ist die Oberfläche des Formraums
vollständig mit der keramischen Beschichtung bedeckt.
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Die
keramische Beschichtung kann an sich mit jedem geeigneten Verfahren
aufgebracht werden. Besonders einfach und daher bevorzugt wird die
Beschichtung aus dem keramischen Material aufgebracht, indem
- a.) ein Sol in einem Lösungsmittel
hergestellt wird,
- b.) das Sol auf zumindest Abschnitte der Oberflächen
des Formraums aufgebracht wird; und
- c.) das Sol zu einer keramischen Beschichtung ausgehärtet
wird.
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Das
Sol wird beispielsweise durch Hydrolyse einer geeigneten Metallverbindung
hergestellt, wobei das Metall zur Ausbildung von Sauerstoffbrücken
und damit zur Herstellung von Polymeren bzw. zur Vernetzung geeignet
ist. Beispielhafte Metalle, die zur Ausbildung derartiger Sole befähigt
sind, sind Aluminium, Silizium, Bor, Zirkon, Titan und Zinn, wobei
diese Metalle sowohl einzeln als auch im Gemisch verwendet werden können.
Werden Gemische dieser Metalle verwendet, können die Metalle
jeweils in Form eines separaten Sols bereitgestellt und die Sole
dann vermischt werden. Es ist aber auch möglich, gemischte
Sole herzustellen, d. h. die Metalle werden bereits in der Ausgangsmischung
zur Herstellung des Sols als Gemisch bereitgestellt. Die Hydrolyse
kann beispielsweise in einem geeigneten Lösungsmittel,
bevorzugt Wasser, durchgeführt werden, welches auch noch
mit anderen Lösungsmitteln gemischt sein kann, beispielsweise
Alkoholen, wie Ethanol oder Isopropanol. Die Hydrolyse wird bevorzugt
unter sauren Bedingungen durchgeführt, vorzugsweise bei einem
pH im Bereich von 1 bis 6. Es ist aber auch möglich, die
zu hydrolisierende Verbindung in einem leicht flüchtigen
Lösungsmittel zu lösen, wobei die Hydrolyse erst
nach Aufbringen auf die entsprechende Oberfläche durch
beispielsweise Luftfeuchtigkeit erfolgt.
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Das
Sol bzw. die Lösung der hydrolisierbaren Verbindung wird
auf die entsprechende Oberfläche aufgebracht und das Lösungsmittel
abgedampft. Die im Sol enthaltenen Verbindungen kondensieren weiter
unter Ausbildung größerer Aggregate, sodass sich
ein Gel ausbildet. Die auf der entsprechenden Oberfläche
aufgetragene Schicht verfestigt sich unter fortschreitender Vernetzung
weiter zu einer glasartigen Struktur. Die ausgehärtete
Schicht weist eine hohe Härte und Kratzfestigkeit auf.
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Zum
Aushärten der keramischen Schicht kann zunächst
das Lösungsmittel entfernt werden. Dies kann beispielsweise
einfach durch Ablüften erfolgen. Ggf. kann die Oberfläche
auch erwärmt werden, um das Lösungsmittel zu entfernen
und die Vernetzung der keramischen Beschichtung zu vervollständigen.
Soweit das Sol weitere Komponenten enthält, die sich durch
Belichten mit einer geeigneten energiereichen Strahlung aushärten
lassen, kann die Schicht des Sols bzw. die keramische Beschichtung
auch mit einer entsprechenden Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung,
bestrahlt werden.
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Bevorzugt
wird als Sol ein Kieselsäuresol verwendet. Derartige Sole
lassen sich einfach herstellen und ergeben nach dem Aushärten
sehr harte und kratzfeste Oberflächen. Das Kieselsäuresol
kann als reines Kieselsäuresol ausgebildet sein, d. h.
nur Silizium als Metall umfassen, welches zu einer netzartigen Struktur
polymerisieren kann. Es ist aber auch möglich, dass andere
Metalle oder, anders ausgedrückt, weitere Netzwerkbildner
in das Kieselsäuresol eingebracht werden. Beispiele für
solche Netzwerkbildner sind Bor, Aluminium, Phosphor, Zirkon, Titan
und Zinn. So kann beispielsweise Phosphor in das Sol eingebaut werden,
indem das Kieselsäuresol mit Phosphorsäure angesäuert
wird.
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Das
Kieselsäuresol lässt sich an sich nach bekannten
Verfahren herstellen, indem beispielsweise ein Wasserglas in üblicher
Weise hergestellt und dann polymerisiert wird. Bevorzugt wird das
Kieselsäuresol hergestellt, indem ein Siliziumhalogenid
oder ein Kieselsäureester unter sauren Bedingungen in Wasser
hydrolisiert wird. Die Hydrolyse des Kieselsäureesters
verläuft dabei ausrei chend langsam, um eine für
technische Anwendungen geeignete Verarbeitungszeit gewährleisten
zu können.
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Bevorzugt
weist das gebrauchsfähige Kieselsäuresol einen
Feststoffgehalt von mehr als 2 Gew.-%, gemäß einer
Ausführungsform von mehr als 5 Gew.-% auf. Der Feststoffgehalt
des gebrauschsfähigen Kieselsäuresols kann gemäß einer
Ausführungsform bis 70 Gew.-%, gemäß einer
weiteren Ausführungsform bis 60 Gew.-% betragen.
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Zur
Hydrolyse wird die wässrige Lösung bzw. Mischung
bevorzugt auf einen pH-Wert von weniger als 3, vorzugsweise weniger
als 2 eingestellt. Bevorzugt wird die Hydrolyse bei einem pH-Wert
im Bereich von 1 bis 2 durchgeführt. Die Hydrolyse kann
bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Es kann jedoch
auch vorteilhaft sein, das Kieselsäuresol während
seiner Herstellung zu kühlen, um die Polymerisation zu
verlangsamen. Ein geeigneter Temperaturbereich liegt beispielsweise
zwischen 5 und 45°C.
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Eine
keramische Schicht, welche aus einem reinen Kieselsäuresol
bzw. einem in der oben geschilderten Weise durch Zugabe weiterer
Netzwerkbildner modifizierten Kieselsäuresol aufgebaut
ist, ist zwar sehr hart und damit sehr beständig gegen
die abrasive Wirkung der Formstoffmischung. Eine solche keramische
Beschichtung ist aber auch relativ spröde, d. h. sie splittert
relativ leicht vom Untergrund ab, wenn die Körner der Formstoffmischung
auf die Schicht prallen. Um die Beständigkeit der keramischen
Schicht zu verbessern ist gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform vorgesehen, dass das Kieselsäuresol
durch organische Gruppen modifiziert ist. Die organischen Gruppen
werden dann auch in die keramische Schicht eingeführt.
Dadurch erhält die keramische Schicht eine höhere
Elastizität und haftet besser am Untergrund, d. h. an Oberflächen
des Produktionsgangs, insbesondere des Formwerk zeugs, der Vorrichtung
zur Herstellung von Formkörpern für die Gießereiindustrie.
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Die
Modifizierung des Kieselsäuresols durch organische Gruppen
kann bewirkt werden, indem bei der Herstellung des Kieselsäuresols
beispielsweise Silane oder Chlorsilane verwendet werden, die organische Gruppen
tragen, die über eine Silizium-Kohlenstoffbindung gebunden
sind.
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Bevorzugt
werden Kieselsäureester oder Siliziumhalogenide eingesetzt,
die ein, zwei oder drei organische Gruppen tragen, die über
eine Si-C-Bindung an das Siliziumatom des Kieselsäureesters
gebunden sind. Kieselsäureester, die eine über
eine Si-C-Gruppe an das Siliziumatom gebundene organische Gruppe aufweisen,
wirken dabei vernetzend, d. h. sie bewirken die Ausbildung einer
dreidimensionalen Struktur, solche mit zwei Gruppen bewirken eine
lineare Polymerisation und solche mit drei Gruppen wirken als endständige
Gruppen des polymerisierten Kieselsäuresols. Durch den
Anteil der verschiedenen Kieselsäureester oder Siliziumhalogenide
im Kieselsäuresol kann der Vernetzungsgrad des Sols gesteuert
werden und damit auch die Eigenschaften der keramischen Schicht
beeinflusst werden.
-
Bevorzugt
wird als Kieselsäureester ein Alkoxysilan, ein Alkylalkoxysilan,
ein Arylalkoxysilan oder ein gemischtes Alkylarylalkoxysilan eingesetzt.
Es können aber auch Siloxane verwendet werden. Siloxane
zeichnen sich dadurch aus, dass sie Si-O-Si-Gruppen enthalten. Diese
Kieselsäureester können, wie oben erläutert, ein,
zwei oder drei Alkyl- oder Arylgruppen tragen, die direkt an ein
Siliziumatom gebunden sind. Die Wasserstoffatome dieser Gruppen
können ganz oder teilweise durch Halogenatome ersetzt sein,
beispielsweise Chlor oder Fluor, wobei Fluor bevorzugt ist. Es kann
lediglich ein Alkylalkoxysilan verwendet werden. Es ist aber auch möglich,
Mischungen verschiedener Alkylalkoxysilane zu verwenden. Analoges
gilt für das Arylalkoxysilan und das Alkylarylalkoxysilan.
Die verschiedenen Silane können auch im Gemisch miteinander
verwendet werden.
-
Analoges
gilt für die Siliziumhalogenide. Als Siliziumhalogenid
können Alkylchlorsilane, Arylchlorsilane oder gemischte
Alkylarylchlorsilane eingesetzt werden. Diese Chlorsilane können,
wie oben erläutert, ein, zwei oder drei Alkyl- oder Arylgruppen
tragen, die direkt an ein Siliziumatom gebunden sind. Die Wasserstoffatome dieser
Gruppen können ganz oder teilweise durch Halogenatome ersetzt
sein, beispielsweise Chlor oder Fluor, wobei Fluor bevorzugt ist.
-
Gemäß einer
Ausführungsform weist der Kieselsäureester eine
Struktur der folgenden Formel auf:
wobei R
1,
R
2 und R
3 gleich
oder verschieden sind und eine Alkyl-, eine Alkoxy-, eine Aryl-,
oder eine Aryloxygruppe sein können, wobei die Arylgruppen
auch ein oder mehrere Alkylgruppen und die Alkylgruppe bzw. die Arylgruppe
auch eine oder mehrere funktionelle Gruppen tragen können,
und wobei weiter a und b voneinander unabhängig die Werte
0, 1, 2, 3 oder 4 annehmen können, wobei die Summe aus
a und b maximal 4 betragen kann und bevorzugt kleiner als 4 ist.
Vorzugsweise nimmt die Summe aus a und b die Werte 1 oder 2 an.
-
Die
Alkylgruppe und die Alkoxygruppe umfassen bevorzugt 1 bis 20 Kohlenstoffatome,
welche eine geradlinige oder eine verzweigte Kohlenstoffkette ausbilden.
Die Arylgruppe und die Aryloxygruppen umfassen bevorzugt 6 bis 30
Kohlenstoffatome. Bevorzugt umfasst die Arylgruppe eine Phenylgruppe.
-
Beispielhafte
Kieselsäureester, die lediglich Alkoxygruppen tragen sind
Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan und Tetrapropoxysilan.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist das Chlorsilan eine Struktur
der folgenden Formel auf:
wobei R
1,
R
2 und R
3 gleich
oder verschieden sind und eine Alkyl-, eine Arylgruppe, oder ein
Chloratom sein können, wobei die Arylgruppen auch ein oder
mehrere Alkylgruppen und die Alkylgruppe bzw. die Arylgruppe auch
eine oder mehrere funktionelle Gruppen tragen können, und
wobei weiter a und b voneinander unabhängig die Werte 0,
1, 2 oder 3 annehmen können, wobei die Summe aus a und
b maximal 4 betragen kann und bevorzugt kleiner als 4 ist. Vorzugsweise
nimmt die Summe aus a und b die Werte 1 oder 2 an.
-
Die
Alkylgruppe umfasst bevorzugt 1 bis 20 Kohlenstoffatome, welche
eine geradlinige oder eine verzweigte Kohlenstoffkette ausbilden.
Die Arylgruppe umfasst bevorzugt 6 bis 30 Kohlenstoffatome. Bevorzugt umfasst
die Arylgruppe eine Phenylgruppe.
-
R1 ist bevorzugt ein Chloratom oder besonderes
bevorzugt eine Alkoxygruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, wobei
die Metho xygruppe und insbesondere die Ethoxygruppe besonders bevorzugt
ist.
-
R2 ist bevorzugt eine unsubstituierte Alkylgruppe
oder eine Arylgruppe, die mit Alkylgruppen substituiert sein kann.
Bevorzugt ist R2 eine Methyl-, eine Ethyl-,
eine Propyl-, eine Isopropyl-, eine Butyl- oder eine Ethylhexylgruppe
oder auch eine Phenylgruppe. Die C-H-Bindungen in diesen Gruppen
können ganz oder teilweise durch eine C-Halogenid-Bindung
ersetzt sein. Bevorzugte Halogenide sind Chlor und Fluor.
-
Beispielhafte
Kieselsäureester, welche eine unsubstituierte Alkyl- oder
Arylgruppe umfassen, sind Hexadecyl-trimethoxysilan, iso-Butyl-trimethoxysilan,
iso-Butyl-triethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Methyltrimethoxysilan,
Octyltrichlorosilan, Octyltriethoxysilan, Octyltrimethoxysilan,
Propyltriethoxysilan, Propyltrimethoxysilan, Phenyltrimethoxysilan,
Phenyltrimethoxysilan.
-
R3 ist bevorzugt eine Alkylgruppe mit einer
Kohlenstoffkette mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, die, bevorzugt endständig,
eine funktionelle Gruppe trägt. Die funktionelle Gruppe
ist bevorzugt über ein Sauerstoff- oder ein Stickstoffatom
an die Alkylgruppe gebunden.
-
Geeignete
funktionelle Gruppen sind primäre, sekundäre oder
tertiäre Aminogruppen, Vinylgruppen, Mercaptogruppen, Carbonsäureanhydridgruppen,
die Isocyanatgruppe, Carbamidgruppen, die Glycidylgruppe, die Cyanidgruppe
und die (Meth)acrylatgruppe.
-
Besonders
bevorzugt ist die funktionelle Gruppe über eine Methylen
oder eine Propylengruppe an das Siliziumatom des Kieselsäureesters
gebunden. Gemäß einer Ausführungsform
ist daher vorge sehen, dass das Alkylalkoxysilan, das Arylalkoxysilan
oder das gemischte Alkylarylalkoxysilan ein α- oder ein γ-Silan
ist. α-Silane zeigen dabei gegenüber γ-Silanen
eine höhere Reaktivität, d. h. die Hydrolyse verläuft
schneller.
-
Beispielhafte
Silane, welche eine Aminogruppe als funktionelle Gruppe tragen,
sind Bis-(3-triethoxysilylpropyl)amin, Bis-(3-trimethoxysilylpropyl)amin,
3-Aminopropyl-methyl-diethoxysilan, 3-Aminopropyl-triethoxysilan,
3-Aminopropyl-trimethoxysilan, 2-Aminoethyl-3-aminopropylmethyldimethoxysilan,
2-Aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilan.
-
Beispielhafte
Silane, welche funktionelle Gruppen tragen sind Glycidyloxymethyl-triethoxysilan,
Glycidyloxymethyl-methyl-diethoxysilan, Methacryloxymethyl-triethoxysilan,
Methacryloxymethyl-methyl-diethoxysilan, Glycidyloxypropyl-triethoxysilan,
Glycidyloxypropyl-methyl-diethoxysilan, Methacryloxypropyl-triethoxysilan,
Methacryloxypropyl-methyl-diethoxysilan, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan,
N,O-Bis(trimethylsilyl)acetamid, Trimethylsilylnitril, 3-Ureidopropyltriethoxysilan,
Vinyltrichlorsilan, Vinyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltris(2-methoxyethoxy)silan
und 3-(Triethoxysilyl)propyl-bernsteinsäureanhydrid.
-
Ein
weiteres geeignetes Silan ist Hexamethyldisilazan.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform können die organischen
Liganden ein- oder mehrfach halogeniert sein. Durch die Verwendung
halogenierter organischer Liganden werden die hydrophoben Eigenschaften
der keramischen Schicht verbessert, wodurch die Anhaftung des Bindemittels
weiter zurückgedrängt werden kann.
-
Es
können chlorierte Alkylgruppen verwendet werden. Bevorzugt
werden fluorierte Alkylgruppen verwendet, wobei perfluorierte Gruppen
besonders bevorzugt sind.
-
Beispielhafte
Kieselsäureester mit fluorierten Alkylgruppen sind Tridecafluorooctyltriethoxysilan,
Tridecafluorooctyltrimethoxysilan.
-
Um
die Härte der keramischen Beschichtung zu verbessern, ist
gemäß einer Ausführungsform vorgesehen,
dass dem Sol ein Anteil eines partikelförmigen Metalloxids
und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen zugesetzt wird. Geeignete
partikelförmige Metalloxide sind TiO2,
ZrO2, Al2O3, SiO2, FexOy, SnO2,
CeO2, BaTiO3, MgAl2O4, CoAl2O4. Die Metalloxide
können in reiner Form sowie auch als Gemisch eingesetzt
werden. Besonders bevorzugt wird SiO2 als
partikelförmiges Metalloxid verwendet, wobei pyrophore
Kieselsäure besonders bevorzugt ist.
-
Das
partikelförmige Metalloxid weist vorzugsweise eine Partikelgröße
von weniger als 100 nm auf und weist bevorzugt eine Partikelgröße
im Bereich von 2 bis 50 nm, besonders bevorzugt 5 bis 40 nm auf.
Die Angaben beziehen sich jeweils auf das Maximum der Partikelgrößenverteilung.
Die Partikelgröße lässt sich beispielsweise
mit Hilfe der Laserdiffraktometrie bestimmen.
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Der
Anteil des partikelförmigen Metalloxids wird bevorzugt
im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% gewählt, bezogen auf den
Feststoffgehalt des Sols.
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Um
die Haftung der keramischen Beschichtung auf dem Untergrund zu verbessern
ist bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens vorgesehen, dass dem Sol ein organisches Polymer zugesetzt
ist. Der Anteil des organischen Polymers wird bevor zugt im Bereich
von 0,1 bis 10 Gew.-% gewählt, bezogen auf den Feststoffgehalt
des Sols. Geeignete Polymere sind beispielsweise solche Polymere,
welche ein Molekülgewicht von vorzugsweise 500 bis 500.000
g/mol, bevorzugt 750 bis 300.000 g/mol, besonders bevorzugt 1.000
bis 200.000 g/mol aufweisen. Das Molekülgewicht lässt
sich beispielsweise durch Ausschlusschromatographie im Vergleich
zu bekannten Polymerstandards, wie Polyacrylaten, bestimmen. Beispielhafte
Polymere sind Polyolefine, wie HDPE, PVC-Plastisole, Novolake, Polyacrylate,
Polyurethane und Silikonharze.
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Um
die Haftung der keramischen Beschichtung auf der Oberfläche
zu verbessern, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
die mit dem Sol zu beschichtenden Oberfläche vor der Beschichtung
gereinigt und entfettet. Dazu können übliche Verfahren
verwendet werden. Ein geeignetes Reinigungsverfahren ist beispielsweise
das Abstrahlen mit Trockeneispellets.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform wird die Haftung der keramischen
Beschichtung auf dem Untergrund verbessert, indem vor dem Auftrag
des Sols die mit der keramischen Schicht zu beschichtenden Oberflächen
mit einer Schicht eines Primers beschichtet werden.
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Beispielhafte
Primer sind Silane, welche eine funktionelle Gruppe aufweisen, welche
die Haftung an der Oberfläche eines Substrats verbessert.
Bei dieser Ausführungsform wird auf die zu beschichtende
Oberfläche zunächst eine Schicht eines Primers
aufgebracht und diese ggf. verfestigt, indem beispielsweise das Lösungsmittel
verdampft wird. Anschließend wird dann die keramische Beschichtung
erzeugt, indem das Sol auf die vorbereitete Oberfläche
aufgebracht wird. Beispielhafte Primer sind die bereits weiter oben
genannten Silane, bevorzugt Silane, welche eine funktionelle Gruppe,
insbesondere eine Aminogruppe aufweisen.
-
Um
das Intervall zu vergrößern, nach welchem insbesondere
auf das Formwerkzeug eine neue keramische Beschichtung aufgebracht
werden muss, ist gemäß einer Ausführungsform
vorgesehen, dass auf die keramische Schicht ein Trennmittel aufgetragen
wird. Als Trennmittel werden übliche Trennmittel verwendet, wie
Wachse, Silikonöle, Fette, Paraffine, Metallseifen. Durch
die Oberfläche der keramischen Beschichtung wird die Trennwirkung
des Trennmittels weiter verbessert und umgekehrt schützt
das Trennmittel die keramische Beschichtung, sodass diese langsamer
durch die abrasive Wirkung der Formstoffmischung abgetragen wird.
-
Die
keramische Beschichtung wird bevorzugt relativ dünn ausgeführt.
Bevorzugt weist die keramische Beschichtung eine Schichtstärke
von 2 bis 200 μm auf. Die Schichtdicke kann vergrößert
werden, indem beispielsweise das Sol mehrfach auf die betreffende
Oberfläche aufgetragen wird.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren kann an sich mit allen
bekannten Bindemittelsystemen durchgeführt werden. Wird
ein Bindemittelsystem verwendet, bei welchem der Formkörper
durch Durchleiten eines gasförmigen Katalysators ausgehärtet
wird, beispielsweise ein Cold-Box-Bindemittel, so kann gemäß einer
Ausführungsform der Formkörper vor der Entnahme
aus dem Formwerkzeug ausgehärtet werden. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann die Aushärtung des
Bindemittels auch in der Weise erfolgen, dass ihm durch Erhitzen
Wasser entzogen wird. Dieses Aushärtungsverfahren kann
beispielsweise angewandt werden, wenn ein Bindemittel auf Wasserglasbasis
verwendet wird.
-
Des
Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung
von Formkörpern für die Gießereiindustrie.
Die Vorrichtung umfasst einen Produktionsgang, in welchem eine Formstoffmischung
zu dem Formkörper verarbeitet wird. Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass Oberflächen des Produktionsgangs, welche mit
der Formstoffmischung in Berührung gelangen, zumindest
abschnittsweise mit einer keramischen Beschichtung beschichtet sind.
-
Die
Beschichtung kann mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt
werden. Zu den Details der Beschichtung und der Vorrichtung wird
daher auf die Beschreibung des Verfahrens Bezug genommen.
-
Die
Erfindung wird im Weiteren an Hand von Beispielen näher
erläutert.
-
Beispiel:
-
Vorbereitung des Kernkastens
-
Beispiel A1 (nicht erfindungsgemäß):
-
Auf
einer Seite eines entfetteten polierten Edelstahlblechs (17,3 cm × 5,0
cm × 0,5 mm), welches auf seiner Oberfläche frei
von tiefen Kratzern ist, werden 0,1 g/cm2 Ecopart® 746 (Trennmittel der ASK Chemicals, Hilden,
DE) aufgetragen und 20 Minuten bei Raumtemperatur konditioniert,
um das Lösungsmittel abzudampfen. Das Edelstahlblech wird
anschließend, mit der behandelten Seite nach oben, in einen
Stahlkernkasten mit den Kernmaßen 22, 36 mm × 22,
36 mm × 220 mm eingelegt. Der Kernkasten ist zerlegbar
und umfasst zwei Seitenteile, ein Unterteil, auf welches das Edelstahlblech
aufgelegt wird, und ein Oberteil mit Einschussloch. Der Kernkasten
wird dann zusammengesetzt.
-
Beispiel A (Vergleich):
-
Beispiel
A1 wird wiederholt, wobei jedoch kein Trennmittel auf dem Edelstahlblech
aufgebracht wird.
-
Beispiel A2 (erfindungsgemäß):
-
Wie
bei Beispiel A1 beschrieben, wird ein Kernkasten mit einem eingelegten
Edelstahlblech vorbereitet, wobei dass Edelstahlblech jedoch mit
einer Sol-Gel-Beschichtung (NP TH 10; ItN Nanovation GmbH, Saarbrücken,
DE) versehen wurde. Nach dem Auftrag der flüssigen Beschichtung
wird das Edelstahlblech für 2 Stunden auf 190°C
erhitzt, sodass eine ausgehärtete Schicht mit einer mittleren
Schichtdicke von 20 μm erhalten wird.
-
Beispiel B1:
-
Beispiel
A1 wird wiederholt, wobei das Edelstahlblech vor dem Auftragen des
Trennmittels jedoch durch Bestrahlen mit Sand leicht mattiert wird.
-
Beispiel B (Vergleich):
-
Beispiel
B1 wird wiederholt, wobei jedoch kein Trennmittel auf dem Edelstahlblech
aufgebracht wird.
-
Beispiel B2:
-
Beispiel
A2 wird wiederholt, wobei das Edelstahlblech vor dem Auftragen des
Trennmittels jedoch durch Bestrahlen mit Sand leicht mattiert wird.
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Herstellung der Formstoffmischung
-
Zu
100 Gewichtsteilen Quarzsand H 32 (Quarzwerke Frechen) werden nacheinander
jeweils 0,8 Gew.-% Askocure® 366
und Askocure® 666 (ASK Chemicals,
Hilden, DE) gegeben und in einem Labormischer intensiv gemischt.
Nach dem Durchmischen wird die Sandmischung in den Vorratsbehälter
einer Kernschießmaschine gefüllt, in welche jeweils
einer der in den Beispielen A1, A2, A, B1, B2 vorbereiteten Kernkästen
eingespannt ist. Mit 1,5 bar Schießdruck wird die Sandmischung
senkrecht auf das im Kernschießkasten angeordnete Edelstahlblech
geschossen. Der Abstand zwischen Einschussloch und Edelstahlblech
beträgt ca. 25 mm. Nach dem Füllen der Form werden
0,5 ml Triethylamin mit 1,0 bar Durchleitungsdruck 10 Sekunden lang durch
die Sandmischung geleitet. Das Amin katalysiert dabei die Reaktion
der beiden Binderkomponenten und man erhält einen fertigen
Prüfkern. Unmittelbar danach wird der Kern entnommen und
das Kleben des Edelstahlbleches am Kern und der Sand- bzw. Harzaufbau
auf dem Edelstahlblech beurteilt.
-
Die
Bewertung erfolgt nach einem Punktesystem: 0 = kein sichtbarer Sandaufbau
(bis zu 8 mg anhaftender Sand auf dem Edelstahlblech); 5 = sehr
starker Sandaufbau (es kann kein sauberer Kern erhalten werden,
mehr als 180 mg anhaftender Sand auf dem Edelstahlblech). Tabelle 1: Trennwirkung an entfetteten,
blanken Edelstahlblechen
| | Beispiel
A (Vergleich) | Beispiel
A1 nicht erf. gem. | Beispiel
A2 erf. gem. |
| Edelstahlblech
klebt ab Schuss | 1 | 9 | nicht |
| Sandaufbau
auf dem Edelstahlblech | | | |
| nach
Schuss 1 | 1 | 0 | 0 |
| nach
Schuss 2 | 1 | 0 | 0 |
| nach
Schuss 3 | 2 | 0 | 0 |
| nach
Schuss 4 | 3 | 0 | 0 |
| nach
Schuss 5 | 5 | 1 | 0 |
| nach
Schuss 6 | | 1 | 0 |
| nach
Schuss 7 | | 1 | 0 |
| nach
Schuss 8 | | 1 | 0 |
| nach
Schuss 9 | | 2 | 0 |
| nach
Schuss 10 | | 3 | 0 |
| nach
Schuss 15 | | 4 | 1 |
| nach
Schuss 20 | | 5 | 1 |
Tabelle 2: Trennwirkung an entfetteten,
sandgestrahlten (mattierten) Edelstahlblechen
| | Beispiel
B (Vergleich) | Beispiel
B1 nicht erf. gem. | Beispiel
B2 erf. gem. |
| Edelstahlblech
klebt ab Schuss | 1 | 9 | nicht |
| Sandaufbau
auf dem Edelstahlblech | | | |
| nach
Schuss 1 | 2 | 0 | 0 |
| nach
Schuss 2 | 3 | 1 | 0 |
| nach
Schuss 3 | 5 | 1 | 0 |
| nach
Schuss 4 | | 1 | 0 |
| nach
Schuss 5 | | 1 | 0 |
| nach
Schuss 6 | | 1 | 0 |
| nach
Schuss 7 | | 2 | 0 |
| nach
Schuss 8 | | 2 | 1 |
| nach
Schuss 9 | | 2 | 1 |
| nach
Schuss 10 | | 4 | 1 |
| nach
Schuss 15 | | 5 | 1 |
| nach
Schuss 20 | | 5 | 2 |
-
Aus
den Ergebnissen der Tabelle 1 und 2 ist ersichtlich, dass ein handelsübliches
Trennmittel die Kernentnahme und die Sandanhaftung auf dem Kernwerkzeug
im Vergleich zu einem unbehandelten Kern-/Formkasten deutlich verbessert.
Eine Sol/Gel Beschichtung vermindert überraschenderweise
noch besser und lang anhaltender die Anhaftung des Edelstahlbleches
und reduziert noch stärker den Sandaufbau und damit die
maßliche Toleranz des Kerns.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 1933915
A [0013]
- - DE 10330744 A1 [0014]
- - US 3409579 [0029]
- - US 3676392 [0029]
- - US 5607986 [0029]
- - US 3806491 [0029]
- - US 3404198 [0029]
- - US 4518723 [0029]
- - EP 1228128 A1 [0029]
- - US 4426467 [0029]
- - US 4468359 [0029]
- - DE 102004042535 A1 [0030]
