DE102020131492A1 - Herstellverfahren, Gießformen, Kerne oder Speiser sowie Kit und Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gussteils. - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern, Speiser und Formmasse zur Herstellung eines Teils einer Gießform, eines Kerns oder eines Speisers, mit folgenden Schritten:(S1) Herstellen oder Bereitstellen in der Gießerei:- einer ersten Komponente (A), umfassend eine erste Bindemittelkomponente (b1) eines Bindemittelsystems und eine Menge eines ersten Formgrundstoffsund davon räumlich getrennt- einer zweiten Komponente (B), umfassend eine zweite Bindemittelkomponente (b2) des Bindemittelsystems und eine Menge eines zweiten Formgrundstoffswobei- die erste Bindemittelkomponente (b1) und die zweite Bindemittelkomponente (b2) zur chemischen Umsetzung miteinander und zum Härten einer Mischung der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) geeignet sind,(S2) kontaktierendes Vermischen der ersten Komponente (A) und der zweitenKomponente (B) in einem vorbestimmten Massenverhältnis, so dass eine selbsthärtende Formmasse resultiert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern, Speiser und Formmasse, selbsthärtend oder gehärtet, zur Herstellung eines Teils einer Gießform, eines Kerns oder eines Speisers. Weitere Details des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem Gießformen, Kerne und Speiser. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Kit zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gussteils durch Metallguss in einer Gießform. Die Erfindung ist in den beigefügten Patentansprüchen definiert und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Das Gießen in einer verlorenen Form ist ein verbreitetes Verfahren zur Herstellung endkonturnaher Bauteile. Nach dem Guss wird die Form zerstört und das Gussteil wird entnommen. Verlorene Formen sind Gießformen und somit Negative. Sie enthalten den auszugießenden Hohlraum, der das zu fertigende Gussteil umgibt. Die Innenkonturen des zukünftigen Gussteils werden durch Kerne gebildet. Bei der Herstellung von Gießformen wird mittels eines Modells des zu fertigenden Gussteils der Hohlraum in den Formstoff geformt. Auf die zutreffenden Ausführungen in Abschnitten [0001] bis [0005] des Dokuments DE 10 2017 107 531 A1 wird verwiesen.
  • Bei der Herstellung von metallischen Gussteilen (Gussstücken) in der Gießereiindustrie wird flüssiges Metall in eine Gießform eingefüllt und erstarrt dort. Der Erstarrungsvorgang ist mit einer Verringerung des Metallvolumens verbunden; es werden deshalb regelmäßig Speiser in oder an der Gießform eingesetzt, um das Volumendefizit bei der Erstarrung des Gussteils auszugleichen und so eine Lunkerbildung im Gussteil zu verhindern. Die Speiser sind mit dem Gussteil bzw. mit dem gefährdeten Gussbereich verbunden und befinden sich für gewöhnlich oberhalb und/oder an der Seite des Formhohlraums. Auf die zutreffenden Ausführungen in Abschnitt [0003] im Dokument DE 10 2012 200 967 A1 wird verwiesen.
  • Dokument EP 0 913 215 B1 offenbart eine Zusammensetzung, welche zur Herstellung isolierender oder exothermer Speiser und anderer Fülltrichter und Zufuhrelemente für Gussformen durch Blasformen und Cold-Box-Härten geeignet ist, wobei sie enthält: (i) hohle Aluminiumsilikat-Mikrokügelchen mit einem Aluminiumoxid-Gehalt unter 38 Gew.-%, (ii) ein Bindemittel zum Cold-Box-Härten; und gegebenenfalls (iii) Füllstoff, wobei der Füllstoff in nicht-faserförmiger Form vorliegt.
  • Dokument DE 10 104 289 B4 offenbart eine formbare exotherme Zusammensetzung zur Herstellung von Speisern für die Gießereiindustrie, umfassend ein leicht oxidierbares Metall, ein Oxidationsmittel für das leicht oxidierbare Metall, einen partikulären Füllstoff und ein Bindemittel, wobei die Zusammensetzung einen das Zündverhalten beeinflussenden Anteil an einem Lithium-Silikat umfasst.
  • Dokument DE 69 716 248 T2 offenbart einen Speiser mit exothermen Eigenschaften, isolierenden Eigenschaften, oder beiden, erhältlich durch ein Cold-Box-Verfahren umfassend (A) Einbringen eines Speisergemisches in eine Speisergussform zur Herstellung eines ungehärteten Speisers, wobei das Speisergemisch umfasst: (1) Eine Speiserzusammensetzung, die einen Speiser erzeugen kann, wobei die Speiserzusammensetzung umfasst: (a) ein oxidierbares Metall und ein Oxidationsmittel, das eine exotherme Reaktion erzeugen kann; oder (b) ein isolierendes feuerfestes Material; oder (c) Gemische von (a) und (b); (2) eine wirksame Bindermenge eines chemisch reaktiven Cold-Box-Binders, ausgewählt aus Phenolharzen, phenolischen Urethanbindern, Furanbindern, alkalischen Phenol-Resol-Bindern und epoxyacrylischen Bindern; (B) Inkontaktbringen des ungehärteten Speisers, der nach (A) hergestellt wurde, mit einem dampfförmigen Härtungskatalysator; (C) Härtenlassen des durch (B) erhaltenen Speisers, bis der Speiser gehandhabt werden kann; und (D) Entfernen des Speisers aus der Gussform.
  • Dokument DE 10 065 270 B1 offenbart eine Zusammensetzung zur Herstellung von Speisern für die Gießereiindustrie, umfassend: einen partikulären (körnigen) Füllstoff, ein organisches Bindemittelsystem und ein Oxidationsmittel für das Bindemittelsystem, wobei die Zusammensetzung zwischen 0 und 4 Gew.-% eines leicht oxidierbaren Metalls umfasst und der Anteil an Oxidationsmittel im Bereich zwischen 5 und 40 Gew.-% liegt.
  • Dokument DE 19 617 938 offenbart einen Speisereinsatz, bestehend aus einem durch ein Bindemittel zu einem Formkörper gebundenen Gemisch aus isolierend und/oder exotherm wirkenden Bestandteilen sowie üblichen Zuschlagstoffen, wobei ein Bindemittel aus Polyurethanbasis eingesetzt ist, dessen Komponenten ein freie OH-Gruppen enthaltendes Phenolharz und ein Polyisocyanat als Reaktionspartner umfassen, von denen mindestens eine in einem überwiegend oder ganz aus Pflanzenöl-Methylester bestehenden Lösungsmittel gelöst ist.
  • Der Fachartikel „Strukturen von Cold-Box-Bindersystemen und die Möglichkeit ihrer Veränderungen“ der Autoren F. Iden, U. Pohlmann, W. Tilch und H.J. Wojtas erschienen Fachmagazin Giesserei-Rundschau, 58, 1/2 (2011) offenbart Grundlagen zur Festigkeit von Cold-Box-Bindern.
  • Aus dem Stand der Technik sind somit bereits Verfahren zur Herstellung von Gießformen, Kernen, Speisern und Formmassen bekannt.
  • Aus dem Stand der Technik ist zudem bekannt, dass Speiser mit isolierenden bzw. mit exothermen Eigenschaften hergestellt werden können.
  • Es besteht auf dem technischen Gebiet der vorliegenden Erfindung ein generellerer Bedarf, Gießformen, Kerne, Speiser und Formmassen in der Gießerei mit geringem apparativen Aufwand herzustellen. In vielen Fällen, insbesondere beim Herstellen von Prototypen auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung ist der Einsatz von komplexen Dosier- und Mischeinrichtungen nicht erwünscht.
  • Zudem besteht ein Bedarf, apparativen Aufwand beim Härten von Formmassen zu vermeiden. In vielen Fällen ist es auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung, insbesondere beim iterativen Herstellen von Prototypen und bei der Reparatur von Oberflächendefekten bzw. beim Auffüllen intendierter Ausnehmungen an Gießformen, Kernen oder Speisern, besonders erwünscht, wenn beim Dosieren, Mischen und Härten kein apparativer Aufwand notwendig ist.
  • Bei der Herstellung von Gussteil-Prototypen kommt es häufig zur Lunker-Bildung; auch durch den Einsatz geeigneter Speiser kann eine Lunker-Bildung nicht in allen Fällen vermieden werden. Auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung ist bekannt, dass durch Anbringen von exothermen Heizkissen an geeigneten Stellen entsprechender Gießformen bzw. Kerne eine Lunker-Bildung in vielen Fällen vermieden werden kann. Solche exothermen Heizkissen sind im Stand der Technik beispielsweise aus EP1 728 571 B1 , DE 199 205 70 A1 oder dem Gießerei Lexikon (vgl. Eintrag „exothermes Heizkissen“ Seite 198 im Gießerei Lexikon, herausgegeben von Simone Franke, Verlag Schiele und Schön, Berlin; 20. Auflage, 2019; ISBN: 978-3-7949-0916-2) bekannt.
  • Die Herstellung von exothermen Heizkissen ist kostenintensiv und zudem mit einem erheblichen zeitlichen Aufwand verbunden, was auf dem Gebiet der Gießereiindustrie als nachteilig empfunden wird. Zudem ist - insbesondere bei komplexen Gussteil-Prototypen - in vielen Fällen nicht sicher vorherzusagen, in welchen Bereichen und in welcher Größe ein entsprechendes exothermes Heizkissen angeordnet werden muss bzw. ob im jeweiligen Einzelfall die Lunker-Bildung durch ein exothermes Heizkissen überhaupt vermieden werden kann. Es ist daher auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung insbesondere erwünscht, ohne großen Kosten- und/oder Zeitaufwand festzustellen, an welchen Stellen und in welcher Menge exotherme Heizkissen an einer jeweiligen Gießform eingesetzt werden können, um einer Lunker-Bildung entgegenzuwirken.
  • Insbesondere besteht ein Bedarf an Verfahren, die den vorgenannten Anforderungen ganz oder teilweise entsprechen und dabei in der Gießerei ressourceneffizient durchgeführt werden können.
  • Zudem besteht auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung ein wachsender Bedarf an Verfahren, die energieeffizient und unter umweltschonendem Einsatz von Ressourcen durchgeführt werden können.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft:
    • - ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern, Speiser und Formmasse zur Herstellung eines Teils einer Gießform, eines Kerns oder eines Speisers, vorzugsweise zur Herstellung eines Prototypen einer Gießform, eines Kerns oder eines Speisers oder zur Herstellung einer Gießform, eines Kerns oder eines Speisers durch Reparatur bzw. Komplettierung eines entsprechenden defekten bzw. unvollständigen Artikels,
    • - Artikel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern, Speiser,
    • - Kit zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren,
    • - Verfahren zum Herstellen eines metallischen Gussteils durch Metallguss in einer Gießform.
  • Besondere Ausführungsformen, Aspekte oder Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einer dieser Kategorien beschrieben oder als bevorzugt bezeichnet werden, gelten jeweils entsprechend bzw. sinngemäß auch für die jeweils anderen Kategorien, und umgekehrt.
  • Sofern nicht anders angegeben, lassen sich bevorzugte Aspekte oder Ausführungsformen der Erfindung und ihrer verschiedenen Kategorien mit anderen Aspekten oder Ausführungsformen der Erfindung und ihrer verschiedenen Kategorien kombinieren, insbesondere mit anderen bevorzugten Aspekten oder Ausführungsformen. Kombinationen von jeweils bevorzugten Aspekten oder Ausführungsformen miteinander ergeben jeweils wieder bevorzugte Aspekte oder Ausführungsformen der Erfindung.
  • Gemäß einem primären Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die vorstehend angegebenen Aufgaben- und Problemstellungen gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern, Speiser und Formmasse, selbsthärtend oder gehärtet, zur Herstellung eines Teils einer Gießform, eines Kerns oder eines Speisers,
    mit zumindest den folgenden Schritten:
    • (S1) Herstellen oder Bereitstellen in der Gießerei:
      • - einer ersten Komponente (A), umfassend eine erste Bindemittelkomponente (b1) eines Bindemittelsystems und eine Menge eines ersten Formgrundstoffs und davon räumlich getrennt
      • - einer zweiten Komponente (B), umfassend eine zweite Bindemittelkomponente (b2) des Bindemittelsystems und eine Menge eines zweiten Formgrundstoffs wobei
      • - die erste Bindemittelkomponente (b1) und die zweite Bindemittelkomponente (b2) zur chemischen Umsetzung miteinander und zum Härten einer Mischung der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) geeignet sind,
    • (S2) kontaktierendes Vermischen zumindest der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) in einem vorbestimmten Massenverhältnis, so dass eine selbsthärtende Formmasse resultiert.
  • In Schritt (S2) werden die erste Komponente (A) und die zweite Komponente (B) in einem vorbestimmten Massenverhältnis kontaktierend vermischt; währenddessen oder danach können eine (dritte) oder mehrere weitere Komponenten in Kontakt mit dem Gemisch dieser beiden Komponenten gebracht werden. In vielen Fällen bevorzugt ist jedoch in Schritt (S2) der Einsatz von ausschließlich einer ersten Komponente (A) und einer zweiten Komponente (B). In manchen anderen Fällen wird beim Vermischen der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) oder nach dem Vermischen dieser Komponenten eine dritte Komponente hinzugefügt. Als dritte oder weitere Komponente(n) werden häufig übliche Zuschlagsstoffe (Additive) bevorzugt, wie sie beim Herstellen von Formstoffmischungen in der Gießereipraxis bereits eingesetzt werden. Beispielsweise können als dritte Komponente Farbpigmente eingesetzt werden. In einigen Fällen ist es bevorzugt, dass die dritte Komponente einen Katalysator (zum Härten der ersten Bindemittelkomponente (b1) und der zweiten Bindemittelkomponente (b2) miteinander) umfasst. In anderen Fällen ist es bevorzugt, dass die dritte Komponente ein Katalysator (zum Härten der ersten Bindemittelkomponente (b1) und der zweiten Bindemittelkomponente (b2) miteinander) ist. Die eingesetzten ein oder mehr weiteren Komponenten werden Bestandteil der selbsthärtenden Formmasse.
  • Die erste Komponente (A) umfasst eine erste Bindemittelkomponente (b1) eines Bindemittelsystems und eine Menge eines ersten Formgrundstoffs; daneben sind gegebenenfalls weitere Bestandteile anwesend.
  • Die zweite Komponente (B) umfasst eine zweite Bindemittelkomponente (b2) des Bindemittelsystems und eine Menge eines zweiten Formgrundstoffs; daneben sind gegebenenfalls weitere Bestandteile anwesend.
  • In vielen Fällen umfasst eine der beiden Komponente (A) und (B) (als weiteren Bestandteil) einen Katalysator zum Härten der ersten Bindemittelkomponente (b1) und der zweiten Bindemittelkomponente (b2) miteinander.
  • Die „Herstellung“ von Gießform, Kern oder Speiser ist vorzugsweise eine Herstellung durch Reparatur bzw. Komplettierung eines entsprechenden Vorprodukts.
  • Ein im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetztes Bindemittelsystem umfasst oder besteht aus den zwei genannten Bindemittelkomponenten, der ersten Bindemittelkomponente (b1) und der zweiten Bindemittelkomponente (b2); in Schritt (S1) des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen die erste Bindemittelkomponente (b1) und die zweite Bindemittelkomponente (b2) jeweils als Bestandteile der ersten Komponente (A) (umfassend die erste Bindemittelkomponente (b1)) bzw. der zweiten Komponente (B) (umfassend die zweite Bindemittelkomponente (b2)) in räumlich voneinander getrennten Behältnissen vor.
  • Bislang waren in den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren selbst für einfache selbsthärtende Formmassen zumindest ein Formgrundstoff und zwei Bindemittelkomponenten vor Ort in der Gießerei zu dosieren; dadurch konnten solche Verfahren in vielen Fällen nur mit einem für die Bedürfnisse insbesondere der Prototypenherstellung und der Reparatur (siehe oben) inakzeptablen zeitlichen bzw. apparativen Aufwand durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nun die Herstellung einer selbsthärtenden Formmasse durch das kontaktierende Vermischen von lediglich zwei vorab hergestellten bzw. bereitgestellten Komponenten, nämlich der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B), in einem vorbestimmten Massenverhältnis, ohne dass vor Ort in der Gießerei Dosierschritte für die einzelnen in der ersten Komponente (A) bzw. der zweiten Komponenten (B) enthaltenen Stoffe (insbesondere Bindemittelkomponenten) erfolgen müssen. Die Komponenten (A) und (B) sind dabei jeweils für sich betrachtet vorzugsweise nicht selbsthärtend und über mehrere Wochen lagerstabil.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich eine Vielzahl von Bindemittelsystemen einsetzen, deren Bestandteile als erste Bindemittelkomponente (b1) und als zweite Bindemittelkomponente (b2) vorliegen und durch chemische Umsetzung miteinander zum Härten einer Mischung der ersten Komponenten (A) und der zweiten Komponente (B) geeignet sind. Jeweils können die genannten Bindemittelkomponenten (b1) und (b2) mit unterschiedlichen Formgrundstoffen und ggfs. weiteren Substanzen kombiniert werden, so dass bereits beim Herstellen und/oder Bereitstellen der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) durch fachmännische Auswahl der Zusammensetzungen geeignete Konsistenzen und Abbindezeiten der in Schritt (S2) resultierenden selbsthärtenden Formmasse vorgegeben werden können; so werden die von den jeweiligen Bedürfnissen des Einzelfalls abhängigen Anforderungen an die im erfindungsgemäßen Verfahren als Zwischenprodukte bzw. Produkte resultierenden Artikel mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer besonders einfachen und effizienten Weise erfüllt.
  • Die in Schritt (S1) hergestellten oder bereitgestellten Komponenten (A) und (B), also die erste Komponente (A) und die zweite Komponente (B), umfassen als einen von mehreren Bestandteilen jeweils eine Menge eines ersten bzw. eines zweiten Formgrundstoffs.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt feuerfeste Formgrundstoffe und/oder wärmeisolierende Füllstoffe als Formgrundstoff eingesetzt. In manchen Fällen werden im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt wärmeisolierende Füllstoffe und feuerfeste Formgrundstoffe in Kombination als Formgrundstoff eingesetzt. Durch geeignete Auswahl des im erfindungsgemäßen Verfahren jeweils als Bestandteil der ersten Komponente (A) bzw. der zweiten Komponente (B) eingesetzten Formgrundstoffs können die Wärmeleitfähigkeit bzw. die isolierenden Eigenschaften der in Schritt (S2) resultierenden Formmasse und der aus dieser hergestellten Artikel gezielt beeinflusst werden.
  • Als „feuerfest“ werden im vorliegenden Text im Einklang mit dem üblichen fachmännischen Verständnis Massen, Werkstoffe und insbesondere Formgrundstoffe bezeichnet, die zumindest kurzzeitig den Temperaturbelastungen beim Abguss, bzw. bei der Erstarrung einer Metallschmelze, vorzugsweise einer Stahl-, Eisen-, oder Gusseisen-Schmelze, aber zum Beispiel auch einer Bronze- oder Aluminium-Schmelze, widerstehen können; vorzugsweise Massen, Werkstoffe und insbesondere Formgrundstoffe, die gemäß DIN 51060 in der Version von Juni 2000 als „feuerfest“ definiert werden. Als feuerfester Formgrundstoff geeignet sind natürliche sowie künstliche feuerfeste Formgrundstoffe, beispielsweise Quarz-, Zirkon- oder Chromerzsand, Olivin, Vermiculit, Bauxit oder Schamott.
  • Als wärmeisolierende Füllstoffe werden bevorzugt Materialien eingesetzt, die eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als die vorgenannten feuerfesten Formgrundstoffe. Besonders bevorzugt sind die wärmeisolierenden Füllstoffe, wie sie vorzugsweise im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
    • - Hohlkörper, bevorzugt Hohlkugeln aus Flugasche,
    • - poröse Körper, bevorzugt Perlit, kalzinierte Reisschalenasche, kalzinierter Kieselgur, geschlossen-porige Mikro-Kugeln
    • - Kern-Hülle-Partikel
    • - und deren Mischungen.
  • Kalzinierter Kieselgur, wie er im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt eingesetzt wird, ist beispielsweise in DE 10 2012 200 967 A1 beschrieben. Geschlossen-porige Mikro-Hohlkugeln, wie sie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt eingesetzt werden, sind beispielsweise in WO 2017/174826 A1 beschrieben.
  • Wärmeisolierende Kern-Hülle Partikel, wie sie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt eingesetzt werden, sind beispielsweise in EP 2 139 626 B1 beschrieben.
  • Die in Schritt (S1) hergestellte oder bereitgestellte erste Komponente (A) umfasst eine Menge eines ersten Formgrundstoffs und die räumlich davon getrennt in Schritt (S1) hergestellte oder bereitgestellte zweite Komponente (B) umfasst eine Menge eines zweiten Formgrundstoffs; dabei werden als erster Formgrundstoff und als zweiter Formgrundstoff in vielen Fällen unterschiedliche Formgrundstoffe eingesetzt. In vielen Fällen ist es aber auch bevorzugt, als ersten Formgrundstoff und als zweiten Formgrundstoff den gleichen Formgrundstoff einzusetzen.
  • Es ist in vielen Fällen bevorzugt, wenn in der ersten Komponente (A) die erste Bindemittelkomponente (b1) teilweise oder vollständig, vorzugsweise vollständig, mit der Menge des ersten Formgrundstoffs vorgemischt vorliegt und wenn in der zweiten Komponente (B) die zweite Bindemittelkomponente (b2) teilweise oder vollständig, vorzugsweise vollständig, mit der Menge des zweiten Formgrundstoffs vorgemischt vorliegt.
  • Der Begriff „Formmasse“ umfasst sowohl eine „selbsthärtende Formmasse“ als auch eine „gehärtete Formmasse“. Die „selbsthärtende Formmasse“ ist dabei ein Zwischenprodukt bei der Herstellung der „gehärteten Formmasse“ bzw. eines „gehärteten geformten Produkts“ (der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B)). Gießformen, Kerne und Speiser sind Artikel, die eine „gehärtete Formmasse“ bzw. ein „gehärtetes geformtes Produkt“ (der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B)) umfassen oder daraus bestehen, vorzugsweise zum Zweck der Reparatur oder Komplettierung eines entsprechenden (unvollständigen bzw. defekten) Vorprodukts (Basiskörpers) umfassen. Eine Formmasse, selbsthärtend oder gehärtet, ist zur Herstellung eines Teils einer Gießform, eines Kerns oder eines Speisers geeignet.
  • Das „Kontaktierende Vermischen“ der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) in Schritt (S2) beginnt, sobald die erste Komponente (A) mit der zweiten Komponente (B) in Kontakt gebracht wird und endet, wenn aufgrund der Mischoperation eine selbsthärtende Formmasse vorliegt.
  • Der Begriff „selbsthärtend“ bedeutet, dass eine Härtung ohne weitere Maßnahmen erfolgt; weitere Maßnahmen zur Unterstützung der Härtung sind jedoch nicht ausgeschlossen. Der Fachmann entscheidet nach den Erfordernissen des Einzelfalls, ob bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Selbsthärten der selbsthärtenden Formmasse durch Methoden zur Unterstützung der Härtung unterstützt wird bzw. werden sollte.
  • Dass die erste Komponente (A) und die zweite Komponente (B) beim kontaktierenden Vermischen in Schritt (S2) in einem vorbestimmten Massenverhältnis miteinander vermischt werden, bedeutet, dass von den einzelnen Komponenten jeweils (z.B. gemäß einer Rezeptur) vordefinierte Massen eingesetzt werden. In vielen Fällen ist es bevorzugt, wenn die erste Komponente (A) und die zweite Komponente (B) in Schritt (S1) jeweils bereits in diesen vordefinierten Massen hergestellt oder bereitgestellt werden, so dass die besagten vordefinierten Massen der besagten Komponenten (A) und (B) in Schritt (S2) jeweils vollständig eingesetzt werden; zwischen dem Herstellen oder Bereitstellen in Schritt (S1) und dem kontaktierenden Vermischen der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) miteinander in einem vorbestimmten Massenverhältnis in Schritt (S2) erfolgt in diesen Fällen kein zusätzlicher Dosierschritt.
  • Mit diesen Verfahren werden besonders effizient sowie zeit- und ressourcenschonend die vorstehend bezeichneten Artikel bzw. Teile von Gießereiformen, Kernen und Speisern hergestellt, insbesondere als Prototypen und/oder im Sinne einer Herstellung durch Reparatur bzw. Komplettierung eines Vorprodukts.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere und bevorzugt ein Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die in Schritt (S2) resultierende selbsthärtende Formmasse in einem oder mehreren Folgeschritten (vgl. dazu auch die Ausführungen weiter unten betreffend einen Folgeschritt (S3)) maschinell und/oder manuell, vorzugsweise manuell, geknetet und bevorzugt homogen vermischt wird.
  • In vielen Fällen ist es bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, wenn die resultierende selbsthärtende Formmasse knetend vermischt, bevorzugt homogen knetend vermischt wird, vorzugsweise manuell geknetet wird; in solchen Fällen handelt es sich um eine verformbare, vorzugsweise mit den Händen verformbare, modellierfähige plastische Masse. Die Formmasse lässt sich somit vorzugsweise unter, bevorzugt manueller, Krafteinwirkung nach Überschreiten einer Fließgrenze irreversibel verformen und behält die erreichte Form nach der Krafteinwirkung bei. Selbsthärtende Formmassen, die im bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren geknetet werden, sind nicht rieselfähig.
  • Einem kontaktierenden Vermischen in Schritt (S2), bevorzugt einem manuellen Kneten (bevorzugt knetenden Vermischen) folgt in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Schritt eines vorzugsweise manuellen Anformens der selbsthärtenden Formmasse an andere Gegenstände, insbesondere und bevorzugt an Formkörper, z.B. zur Komplettierung oder Reparatur eines unvollständigen bzw. defekten Vorprodukts (Basiskörpers). Beispielsweise wird auch unter dem manuellen Auffüllen von Oberflächendefekten mit selbsthärtender Formmasse oder dem manuellen Anmodellieren von selbsthärtender Formmasse an die Oberfläche von Formteilen ein manuelles Anformen verstanden, soweit diese Maßnahmen ein manuelles Drücken und Formen umfassen. Vorzugsweise wird der Vorgang des Knetens und vorzugsweise auch der des Anformens der Formmasse beendet, bevor der Aushärtevorgang der Formmasse abgeschlossen ist oder (noch besser) bevor er einsetzt; so wird ein Zerstören von bereits gebildeten Binderbrücken innerhalb der Formmasse vermieden.
  • Wenn im erfindungsgemäßen Verfahren die selbsthärtende Formmasse geknetet wird, kann in vielen Fällen noch ressourcenschonender gearbeitet werden und zudem das Verfahren in manchen Fällen schneller durchgeführt werden. Beispielsweise werden im erfindungsgemäßen Verfahren durch das Kneten der selbsthärtenden Formmasse beim manuellen Anmodellieren von selbsthärtender Formmasse an die Oberfläche von Formprototypen die Konturen dieser Formprototypen nachgebildet, ohne dass hierzu ein Formwerkzeug erstellt werden muss und ohne dass mehr als die erste Komponente (A) und die zweite Komponente (B) vor Ort in der Gießerei kombiniert werden müssen.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), zur Herstellung eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern und Speiser, umfassend den Schritt:
    • (S3) Formen (vorzugsweise manuelles Formen) und Härten der in Schritt (S2) resultierenden selbsthärtenden Formmasse, so dass ein gehärtetes geformtes Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) resultiert, welches vorzugsweise nach Abschluss des Herstellverfahrens den Artikel oder einen Bereich des Artikels bildet, wobei das Verfahren vorzugsweise ein Verfahren zur Herstellung durch Reparatur oder Komplettierung ist.
  • Insbesondere in Verfahren einer Herstellung durch Reparatur bzw. Komplettierung bildet das gehärtete geformte Produkt einen Bereich des Artikels.
  • Die in Schritt (S2) durch kontaktierendes Vermischen der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) in einem vorbestimmten Massenverhältnis resultierende selbsthärtende Formmasse wird in Schritt (S3) geformt und gehärtet, sodass ein gehärtetes geformtes Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) resultiert.
  • Vorzugsweise umfasst das Formen der in Schritt (S2) resultierenden selbsthärtenden Formmasse in Schritt (S3) ein Kneten, bevorzugt ein manuelles Kneten, vorzugsweise ein manuelles knetendes Vermischen (siehe dazu oben).
  • Das Härten in Schritt (S3) kann ein ausschließliches Selbsthärten sein, oder beispielsweise durch die nachstehend genannten Verfahren zum Härten oder andere dem Fachmann bekannte Verfahren zum Härten unterstützt werden.
  • In vielen Fällen wird das Selbsthärten der selbsthärtenden Formmasse im erfindungsgemäßen Verfahren nicht durch Methoden zur Unterstützung der Härtung unterstützt.
  • In manchen Fällen wird jedoch im erfindungsgemäßen Verfahren das Härten der selbsthärtenden Formmasse durch geeignete Anlagen und/oder durch Einsatz geeigneter Apparaturen unterstützt; die unterstützenden Maßnahmen sind dabei an die Eigenschaften und Härtungsmechanismen der ersten und der zweiten Bindemittelkomponente (b1) bzw. (b2) anzupassen.
  • Die Unterstützung kann beispielsweise durch gezieltes Begasen der (vorzugsweise durch manuelles Kneten) geformten Formstoffmischung mit temperierter Luft erfolgen, wie es dem Fachmann durch den Prozess des Heißhärtens (thermisches Härten) bekannt ist. Die Luft wird dabei vorzugsweise auf 100 °C bis 250 °C, besonders bevorzugt auf 110 °C bis 180 °C temperiert. Abhängig vom gewählten Bindemitteltyp (z. B. bei Verwendung von alkalisch kondensiertem Phenolharz (Phenolresol) in Kombination mit Oxyanion („Resol-CO2-Verfahren“) oder bei Einsatz von Wasserglas als Bindemittel) kann das Aushärten der Formmasse auch durch Begasen mit CO2 oder ein CO2-Luft-Gemisch unterstützt werden.
  • Das Härten der geformten selbsthärtenden Formmasse wird in einigen bevorzugten Fällen auch durch das Einwirken von Mikrowellen oder durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Infrarot-Strahlung, unterstützt. Die geformte selbsthärtende Formmasse kann dazu in einem Ofen gelagert oder einer anderen Hitzequelle, wie beispielsweise einem IR-Strahler oder einer offenen Flamme, ausgesetzt werden, um den Aushärtevorgang zu beschleunigen.
  • Das Härten der geformten selbsthärtenden Formmasse wird in manchen Fällen auch durch Durchleiten von elektrischem Strom durch die geformte selbsthärtende Formmasse unterstützt; Einzelheiten sind zum Beispiel in DE 10 2017 217 098 B3 und der darin zitierten Literatur offenbart.
  • Das Härten der geformten selbsthärtenden Formmasse wird in manchen Fällen auch durch den Einsatz von Kohlendioxid unterstützt, wie z.B. in Kapitel 1.5.3 des Fachbuchs Bühring-Polaczek, Michaeli und Spur: Handbuch Urformen (2013), Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, ISBN 978-3-446-42035-9 beschrieben.
  • Das Härten der geformten selbsthärtenden Formmasse wird in manchen Fällen auch durch den Einsatz von Estern unterstützt, wie z.B. in GB 1 029 057 bzw. in Kapitel 1.5.3 des Fachbuchs Bühring-Polaczek, Michaeli und Spur: Handbuch Urformen (2013), Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, ISBN 978-3-446-42035-9 beschrieben.
  • Auch Kalthärteverfahren und Anwendungen im Bereich Additive Manufacturing können mit erfindungsgemäßen Verfahren kombiniert werden.
  • Dass das gehärtete geformte Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) nach Abschluss des Herstellverfahrens den Artikel oder einen Bereich des Artikels bildet, bedeutet, dass (i) der Artikel ausschließlich aus dem gehärteten geformten Produkt der ersten Komponenten (A) und der zweiten Komponente (B) besteht oder (ii), das gehärtete geformte Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) einen Bereich des Artikels bildet, vorzugsweise einen Bereich des Artikels bildet, der beim Abguss des Artikels mit Gussmetall in Kontakt kommt, und der Rest des Artikels aus einem anderen Material besteht.
  • In einigen Fällen kommt es bei der Herstellung von Gießformen bzw. Kernen zu unerwünschten Fehlstellen an der für den Kontakt mit dem Gussmetall vorgesehenen Oberfläche der Gießform bzw. des Kerns. Vorzugsweise in solchen Fällen wird die in Schritt (S2) resultierende, selbsthärtende Formmasse im erfindungsgemäßen Verfahren geknetet, bevorzugt manuell geknetet und zur Reparatur, nämlich zum Auffüllen solcher Oberflächendefekte benutzt, unabhängig davon, ob die Gießform bzw. der Kern aus dem gleichen Material wie das aus der selbsthärtenden Formmasse gebildete gehärtete geformte Produkt besteht. In solchen Fällen, in denen die defekte Gießform oder der defekte Kern aus einem anderen Material bestehen als das gehärtete geformte Produkt, bildet das gehärtete geformte Produkt einen Bereich (beispielsweise einen ausgefüllten Hohlraum) des fertiggestellten, d.h. durch Reparatur hergestellten Artikels (beispielsweise Gießform). Besonders bevorzugt bildet das gehärtete geformte Produkt einen Bereich des Artikels, der beim Abguss mit dem flüssigen Gussmetall in Kontakt kommt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der damit hergestellte Artikel, im Wesentlichen bestehend, bevorzugt vollständig bestehend aus dem gehärteten geformten Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B), ein Konturpad. Unter dem Begriff „Konturpad“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Formeinsätze verstanden, hergestellt aus Formmasse bzw. Formstoff, die einen Bereich einer Gießform bilden der zumindest teilweise die Konturen des späteren Gussteils abbildet. Konturpads, die aufgrund ihrer Inhaltsstoffe zu einer Thermitreaktion nach Aktivierung durch den Kontakt mit flüssigem Gussmetall befähigt sind, werden im Rahmen des vorliegenden Textes im Einklang mit dem üblichen fachmännischen Verständnis auch als „exotherme Heizkissen“ bezeichnet; vgl. insofern auch die Ausführungen zu exothermen Heizkissen weiter unten im vorliegenden Text. Die dem Fachmann bekannten „Isolierkissen“ (vgl. Eintrag „Isolierkissen“, Seiten 387-388 im Gießerei Lexikon, herausgegeben von Simone Franke, Verlag Schiele und Schön, Berlin; 20. Auflage, 2019; ISBN: 978-3-7949-0916-2) sind ebenfalls Konturpads.
  • Ein solches Konturpad wird vorzugsweise unter Verwendung apparativer Hilfsmittel, insbesondere mittels eines Formkastens, in einer Gießerei hergestellt. Ein solch separat hergestelltes Konturpad wird unabhängig von einer zum Gießen eines Werkstücks verwendeten Gießform hergestellt.
  • Mit Hilfe der im Schritt (S2) resultierenden selbsthärtenden Formmasse kann ein solches Konturpad in einer Gießerei bedarfsgerecht und auf vereinfachte Weise, auch manuell hergestellt werden.
  • In vielen Fällen wird im erfindungsgemäßen Verfahren die selbsthärtende Formmasse manuell an ein Formmodell angeformt, wobei vorzugsweise dem manuellen Anformen ein Kneten vorausgegangen ist. Der Einsatz zusätzlicher apparativer Hilfsmittel wird in diesen Fällen bevorzugt vermieden.
  • Ein oder mehrere automatisiert vorgefertigte oder manuell vor Ort geformte (vorzugsweise durch Kneten geformte) Konturpads werden bevorzugt in Aussparungen eingelegt bzw. eingeformt, die in einem Basiskörper (d.h. einem Vorprodukt) einer Gießform vorhanden sind. Mittels eines oder mehrerer entsprechender Konturpads werden bevorzugt Bereiche der zum Herstellen des Gussteils verwendeten Gießform ausgebildet, die beim Abguss mit dem flüssigen Gussmetall in Kontakt gelangen.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei der Artikel zum Begrenzen von zumindest Abschnitten eines Hohlraums zur Aufnahme von Gussmetall einen ersten Begrenzungsbereich und einen dazu benachbarten, vorzugsweise daran angrenzenden zweiten Begrenzungsbereich anderer Zusammensetzung besitzt, wobei der erste Begrenzungsbereich aus dem gehärteten geformten Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) gebildet ist. Der zweite Begrenzungsbereich kann aber beispielsweise Teil des Basiskörpers (Vorprodukts) einer Gießform sein. Der erste Begrenzungsbereich kann Teil der ausgefüllten Ausnehmungen eines solchen Basiskörpers sein; solche Ausnehmungen werden vorzugsweise bei Herstellung des Artikels durch Reparatur bzw. Komplettierung des Vorprodukts ausgefüllt.
  • Einzelheiten ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen sowie den Erläuterungen weiter unten im vorliegenden Text.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die erste Komponente (A) und/oder die zweite Komponente (B) Bestandteile umfassen, die zumindest in dem nach Schritt (S3) vorliegenden gehärteten geformten Produkt oder in dem nach Abschluss des Herstellverfahrens vorliegenden Artikel so vorliegen, dass sie durch Erhitzen zu einer Thermitreaktion, z.B. einer aluminothermischen Reaktion, miteinander gebracht werden können.
  • In vielen Fällen ist es bevorzugt, wenn nach Abschluss des Herstellverfahrens vorliegende Artikel so vorliegen, dass zumindest die Inhaltsstoffe einzelner Bereiche durch geeignete Aktivierung zu einer stark exothermen Reaktion, vorzugsweise einer Thermitreaktion, z.B. einer aluminothermischen Reaktion, miteinander gebracht werden können. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn dies Bereiche des Artikels sind, die in einem erfindungsgemäßen Verfahren geformt wurden.
  • Thermitreaktionen sind dem Fachmann bekannt. Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, wenn die Aktivierung der Thermitreaktion durch das flüssige Metall während des Abgusses erfolgt. In einigen Fällen ist es bevorzugt, wenn es beim Abguss mit dem flüssigen Gussmetall zu einer Thermitreaktion kommt; der Fachmann setzt dann im erfindungsgemäßen Verfahren die ihm bekannten Substanzen ein, die nach geeigneter Aktivierung in einer Thermitreaktion miteinander reagieren, als Bestandteil von einer oder beiden der in Schritt (S1) hergestellten oder bereitgestellten ersten Komponente (A) und zweiten Komponente (B). Beispielsweise setzt er in der ersten Komponente (A) und/oder der zweiten Komponente (B) Aluminium ein und in der jeweils gleichen und/oder anderen der besagten Komponenten (A) und (B) Eisenoxid. Ebenso können auch andere Metalle wie Kupfer, Nickel, Titan, Chrom und Mangan hinzugefügt werden, um gemeinsam mit Aluminium eine Thermitreaktion zu ermöglichen. Die konkreten Bestandteile und deren jeweiligen Massenanteile in der jeweils hergestellten oder bereitgestellten ersten Komponente (A) und/oder zweiten Komponente (B) wählt der Fachmann nach den Bedürfnissen des Einzelfalls.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist in besonders bevorzugter Weise für die Herstellung von Gussteil-Prototypen geeignet; es ermöglicht individuelle manuelle Anpassungen der Geometrie (insbesondere des ersten Begrenzungsbereichs), so dass eine iterative Optimierung des Herstellverfahrens vereinfacht wird. So kann beispielsweise ohne einen unvorteilhaft hohen Zeit- und/oder Kostenaufwand in einzelnen Gießversuchen ausprobiert werden, ob und gegebenenfalls an welchen Positionen der Einsatz von exothermen Heizkissen für eine spätere Serienfertigung sinnvoll erscheint.
  • Kommt es beispielsweise bei ersten Abgüssen unter Verwendung einer Gießform des Gussteil-Prototypen zu einer Lunker-Bildung im bzw. am Gussteil-Prototypen, so werden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt einzelne bzw. mehrere Bereiche der entsprechenden Gießform so umgestaltet, dass sie in ihrer Funktion im Wesentlichen einem exothermen Heizkissen entsprechen.
  • In vielen Fällen werden in erfindungsgemäßen Verfahren durch das Kneten beim manuellen Anmodellieren von selbsthärtender Formmasse an die Oberfläche von Basiskörpern von Gießformen die Konturen dieser Basiskörper von der Formmasse nachgebildet, ohne dass ein Formkasten erstellt werden muss und ohne dass mehr als die erste Komponente (A) und die zweite Komponente (B) vor Ort in der Gießerei dosiert werden müssen; gleichzeitig resultiert bei geeigneter Materialwahl (siehe oben) ein gehärtetes geformtes Produkt bzw. ein Bereich eines Artikels, das bzw. der durch Erhitzen, bevorzugt durch Erhitzen durch den Kontakt mit flüssigem Gussmetall, zu einer Thermitreaktion gebracht wird. In solchen Verfahrensausgestaltungen werden also in einer zeit-, kosten- und ressourcenschonenden Weise einzelne bzw. mehrere Bereiche der Gießform so ausgestaltet, dass sie in ihrer Funktion im Wesentlichen einem exothermen Heizkissen entsprechen.
  • So werden (ohne eine aufwendige separate Herstellung von exothermen Heizkissen) Gießformen hergestellt, in denen ein oder mehrere Bereiche beim Kontakt mit Gussmetall Wärmeenergie freisetzen und so das Erstarrungsverhalten des Gussmetalls in diesen Bereichen gezielt beeinflussen. Die üblichen Nachteile, die mit der Herstellung von exothermen Heizkissen verbunden sind werden bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in vielen Fällen ganz oder teilweise vermieden; diese Nachteile sind beispielsweise (i) die kostenintensive Herstellung von den Bedürfnissen des Einzelfalls angepassten geeigneten Werkzeugen zur Produktion der exothermen Heizkissen und/oder erzeugen exakter geometrischer Daten des Modells (ii) der hohe, im Bereich der industriellen Gießerei oft inakzeptabel hohe, zeitliche Aufwand bei der Herstellung von exothermen Heizkissen und (iii) die hohen Kosten, die insgesamt mit der Herstellung von exothermen Heizkissen verbunden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren führt in vielen Fällen zu vergleichbaren, bevorzugt gleichwertigen Ergebnissen bei vollständiger bzw. teilweiser Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile.
  • Vorzugweise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne einen unerwünscht großen Kosten- und/oder Zeitaufwand, nach Art eines Testverfahrens, festgestellt, ob durch Einsatz von exothermen Heizkissen eine Lunker-Bildung vermieden werden kann.
  • Zudem kann - bei festgestellter grundsätzlicher Eignung der Vorgehensweise - mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, festgestellt werden, vorzugsweise ohne einen unerwünscht großen Kosten- und/oder Zeitaufwand, an welchen Stellen, in welchen Volumina und in welcher Anzahl exotherme Heizkissen an einer jeweiligen Gießform für Gussteil-Prototypen eingesetzt werden sollten, um eine Lunker-Bildung zu vermeiden.
  • Der serienmäßigen Produktion exothermer Heizkissen geht dann also das erfindungsgemäße Verfahren voraus.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es in vielen Fällen bevorzugt, dass die in Schritt (S2) resultierende Formmasse aus der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) vor dem Härten geknetet (und vorzugsweise dabei oder nach dem Kneten geformt, insbesondere an einen Gegenstand angeformt oder modelliert) wird und in dem nach Schritt (S3) vorliegenden gehärteten geformten Produkt oder in dem nach Abschluss des Herstellverfahrens vorliegenden Artikel dann so vorliegt, dass sie durch Erhitzen zu einer Thermitreaktion gebracht werden kann.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei
    • - das Formen in Schritt (S3) manuell oder automatisiert erfolgt, vorzugsweise manuell und/oder (bevorzugt „und“)
    • - beim Herstellen des zweiten Begrenzungsbereichs ein Formstoff (d.h. eine Formstoffmischung umfassend Formgrundstoff (z.B. feuerfester Formgrundstoff oder wärmeisolierender Füllstoff), Bindemittel und gegebenenfalls Additive) unter Verwendung einer automatisierten Formanlage geformt wird.
  • In manchen Fällen ist es bevorzugt, wenn in Schritt (S3) das Formen der in Schritt (S2) resultierenden selbsthärtenden Formmasse automatisiert erfolgt, besonders bevorzugt unter Einsatz apparativer Hilfsmittel, insbesondere einer Formeinrichtung. Der Formeinrichtung wird bevorzugt in sich wiederholender Abfolge die in Schritt (S2) resultierende selbsthärtende Formmasse zugeführt. Aus der selbsthärtenden Formmasse wird in solchen Fällen in fortwährender Abfolge ein aushärtbarer Artikel hergestellt. Bevorzugt werden „Exotabletten“ oder „Exotherme Deckel“ automatisiert aus der selbsthärtenden Formmasse hergestellt, die beispielsweise in Verbindung mit Naturspeisern eingesetzt werden. Der Begriff „Exotablette“ bezeichnet eine festes, aus einer Formmasse bzw. einem Formstoff hergestelltes Plättchen wie es beispielsweise als „Exotablette“ von HA KOVOCHEM vertrieben wird. Exotabletten verlieren bei Einwirkung von freigesetzter Wärme beim Abguss mit Gussmetall regelmäßig an Festigkeit und können gegebenenfalls zu einem exotherm reagierenden Pulver zerfallen und fungieren so als exotherme Speiserabdeckung.
  • Mittels der erzeugten „Exotabletten“ oder „Exothermen Deckel“ wird beim Gießvorgang ein Verschluss des Speisers auf der Oberseite der Schmelze und damit eine Wärmeisolation bewirkt und durch ihre bevorzugt exotherme Wirkung ein vorzeitiges Abkühlen der Schmelze innerhalb des Speisers vermieden.
  • In vielen Fällen, insbesondere dann, wenn die selbsthärtende Formmasse geknetet wird, ist es jedoch bevorzugt, wenn das Formen in Schritt (S3) manuell erfolgt, unabhängig davon, wie weitere Verarbeitungsschritte erfolgen.
  • Gemäß einer alternativen oder optionalen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Herstellen des zweiten Begrenzungsbereiches eine Formmasse unter Verwendung einer automatisierten Formanlage, bevorzugt einer Formanlage mit vertikaler Formtrennung, geformt. Bevorzugt resultiert so zumindest der Teil der Gießform, welcher den zweiten Begrenzungsbereich ausbildet, der dem ersten Begrenzungsbereich zur Aufnahme von Gussmetall benachbart angeordnet ist.
  • Derartige Formanlagen weisen bevorzugt zwei Modellhälften auf, von denen eine Modellhälfte insbesondere feststehend ist oder an einem im Wesentlichen bewegbaren, besonders bevorzugt linear bewegbaren Presskolben montiert und die zweite Modellhälfte auf einer vorzugsweise schwenkbaren und gleichzeitig linear bewegbaren Formplatte montiert sind. Erste und zweite Modellhälfte begrenzen zumindest seitlich eine Formkammer an der Formanlage, in welche der Formstoff zum Ausbilden des zweiten Begrenzungsbereiches des herzustellenden Artikels eingegeben wird. Der den Artikel zumindest teilweise ausbildende zweite Begrenzungsbereich kann mit oder ohne die den ersten Begrenzungsbereich ausbildende selbsthärtende Formmasse zu einem Teil der Gießform geformt werden.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei
    • - zunächst der erste Begrenzungsbereich des Artikels geformt wird und dann der zweite Begrenzungsbereich an den ersten Begrenzungsbereich angeformt wird, wobei vorzugsweise der erste Begrenzungsbereich an ein Formmodell angeformt wird oder
    • - zunächst der zweite Begrenzungsbereich des Artikels geformt wird und dann der erste Begrenzungsbereich an den zweiten Begrenzungsbereich angeformt wird.
  • Einzelheiten ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen sowie den Erläuterungen weiter unten im vorliegenden Text.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei das kontaktierende Vermischen der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) in Schritt (S2)
    • - zumindest teilweise manuell erfolgt, vorzugsweise ausschließlich manuell und/oder
    • - zumindest teilweise ohne elektrische Unterstützung des Mischvorgangs erfolgt.
  • In bevorzugten Ausgestaltungen geht das kontaktierende Vermischen in Schritt (S2) direkt in nachfolgende Verfahrensschritte über, z.B. in Schritte des Formens (bevorzugt Schritt (S3)). Bevorzugt ist jeweils ein manuelles kontaktierendes Vermischen; das kontaktierende Vermischen kann aber auch maschinell unterstützt oder durchgeführt werden.
  • Bevorzugt wird im erfindungsgemäßen Verfahren das kontaktierende Vermischen manuell durchgeführt, insbesondere dann, wenn im Verfahren die selbsthärtende Formmasse geknetet wird, vorzugsweise manuell geknetet wird. Besonders bevorzugt wird das kontaktierende Vermischen manuell durchgeführt.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), mit folgendem Schritt:
    • - Ausfüllen einer beabsichtigten oder unbeabsichtigten Ausnehmung (d.h. Komplettierung oder Reparatur) in einem Oberflächenbereich eines Formteils, vorzugsweise einem Bereich zum Begrenzen von zumindest Abschnitten eines Hohlraums zur Aufnahme von Gussmetall, mit der in Schritt (S2) resultierenden selbsthärtenden Formmasse.
  • Dieses Verfahren kommt beispielsweise dann zum Einsatz, wenn Reparaturen von Oberflächendefekten in Gießformen besonders schnell durchgeführt werden sollen und insbesondere dann, wenn es nicht gewünscht ist, dass die Gießform für eine Reparatur transportiert wird. In vielen Fällen ist es bevorzugt, wenn bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens das kontaktierende Vermischen der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) in Schritt (S2) manuell erfolgt (siehe oben). Das erfindungsgemäße Verfahren wird dann in vielen Fällen vor Ort so durchgeführt, dass es nicht zu einer Verzögerung im Betriebsablauf kommt. Hierzu trägt das, vorzugsweise manuelle, kontaktierende Vermischen von nur zwei Komponenten in einem vorbestimmten Massenverhältnis miteinander und vorzugsweise das Kneten bei. So kann das Verfahren auf besonders einfache Weise von Hand durchgeführt werden.
  • Zudem wird das erfindungsgemäße Verfahren schnell und ressourceneffizient dort eingesetzt, wo lediglich einzelne Bereiche einer Gießform mit isolierenden oder exothermen Eigenschaften ausgestattet werden sollen. Beispielsweise werden solche Bereiche einer Gießform zunächst intendiert ausgespart oder freipräpariert und dann im erfindungsgemäßen Verfahren mit der selbsthärtenden Formmasse aufgefüllt, d.h. komplettiert.
  • Mit dem reparierenden oder komplettierenden Ausfüllen einer Ausnehmung am Formteil durch die selbsthärtende Formmasse wird der erste Begrenzungsbereich vorzugsweise nachträglich ausgebildet. Die Formmasse grenzt unmittelbar an den zweiten Begrenzungsbereich ausbildenden Formstoff an. Vorzugsweise erfolgt das Ausfüllen einer Ausnehmung an einem Oberflächenbereich des Artikels unter Verwendung eines in diesem Bereich anzusetzenden Modellabschnitts oder einer Formlehre. Damit wird gewährleistet, dass im Bereich einer mittels der selbsthärtenden Formmasse ausgefüllten Ausnehmung eine vorbestimmte Konturierung am Artikel, insbesondere an der Gießform, und damit eine gewünschte Form des herzustellenden Gussteiles erzeugt wird.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die erste Komponente (A) und/oder die zweite Komponente (B) einen Katalysator (c) enthält, zum Katalysieren der chemischen Umsetzung zwischen der ersten Bindemittelkomponente (b1) und der zweiten Bindemittelkomponente (b2).
  • In vielen Fällen ist es bevorzugt, wenn die erste Komponente (A) und/oder die zweite Komponente (B) einen Katalysator (c) enthält, der die chemische Umsetzung zwischen der ersten Bindemittelkomponente (b1) und der zweiten Bindemittelkomponente (b2) katalysiert.
  • Durch den Einsatz eines geeigneten Katalysators lässt sich in vielen Fällen die Härtung beschleunigen bzw. die Abbindedauer so einstellen, dass ein reproduzierbarer Zeitraum für die Härtung der selbsthärtenden Formmasse resultiert und das Verfahren somit in vielen Fällen besonders berechenbar und ressourcenschonend sowie insbesondere ohne Verzögerung sonstiger Betriebsabläufe in der Gießerei durchgeführt werden kann.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei
    in Schritt (S1) als Bestandteil des Formgrundstoffs, bevorzugt als Formgrundstoff, in der ersten Komponente (A) und/oder der zweiten Komponente (B) gemäß DIN 51060 als feuerfest zu bezeichnender feuerfester Formgrundstoff eingesetzt wird, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
    • - natürliche und künstliche Formgrundstoffe und deren Mischungen, bevorzugt ganz oder teilweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
      • - Quarz-, Zirkon- oder Chromerzsand, Olivin, Vermiculit, Bauxit, Schamotte und deren Mischungen;
      und/oder
    in Schritt (S1) als Bestandteil des Formgrundstoffs, bevorzugt als Formgrundstoff, in der ersten Komponente (A) und/oder der zweiten Komponente (B) wärmeisolierender Füllstoff eingesetzt wird, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
    • - Hohlkörper, bevorzugt Hohlkugeln aus Flugasche
    • - poröse Körper, bevorzugt Perlit, kalzinierte Reisschalenasche, kalzinierter Kieselgur, geschlossen-porige Mikro-Kugeln
    • - Kern-Hülle-Partikel;
    und/oder
    • - die erste Komponente (A) umfassend Bindemittelkomponente (b1) und/oder
    • - die zweite Komponente (B) umfassend Bindemittelkomponente (b2) zusätzlich ein, zwei, drei oder mehr weitere Inhaltsstoffe umfasst bzw. umfassen, unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
    • - metallische Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Magnesium, Silizium, Titan, deren Legierungen und deren Mischungen miteinander oder mit anderen metallischen Materialien
    • - Metalloxid, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxid, Manganoxid und Mischungen daraus
    • - Lithiumsilikat
    • - Cordierit und
    • - Alkalinitrat, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Natriumnitrat, Kaliumnitrat und deren Mischungen.
  • Die aufgeführten Inhaltsstoffe und ihr Einsatz in Formmassen bzw. in daraus hergestellten Artikeln sind dem Fachmann bekannt. Dass ein, zwei, drei oder mehr weitere Inhaltsstoffe unabhängig voneinander ausgewählt werden aus den genannten Gruppen heißt, dass die Auswahl eines ersten Materials keine Auswirkung auf die Auswahl eines folgenden Materials oder der folgenden Materialien hat. Ebenso hat die Auswahl jedes weiteren Materials keine Auswirkung auf die Auswahl der folgenden Materialien.
  • Der Fachmann wählt die einzusetzenden Materialien gemäß den Bedürfnissen des jeweiligen Einzelfalls.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet),
    wobei das Bindemittelsystem ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
    • (G1) Polyurethan No-Bake Systeme, wobei bevorzugt die erste Bindemittelkomponente (b1) eine Polyol-Komponente ist, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus phenolischen Harzen, bevorzugt ortho-, ortho' kondensierten phenolischen Resolen, und aliphatischen Polyol-Verbindungen, und die zweite Bindemittelkomponente (b2) eine Polyisocyanat-Komponente ist, vorzugsweise eine Polyisocyanat-Komponente umfassend Methylendi(phenylisocyanat), wobei die erste Komponente (A) und/oder die zweite Komponente (B), vorzugsweise Komponente (A), einen Katalysator (c) enthält bzw. enthalten, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 4-Phenylpropy-Ipyridin und flüssigen Aminen, bevorzugt Methylimidazol oder Vinylimidazol;
    • (G2) säurehärtende Kaltharze, bevorzugt wird dabei die erste Bindemittelkomponente (b1) ausgewählt aus:
      • - Furan-Harze, Phenol-Harze oder Kombinationen daraus
      und die zweite Bindemittelkomponente (b2) umfasst eine oder mehrere a-cide Bestandteile, unabhängig voneinander ausgewählt aus:
      • - Sulfonsäuren, besonders bevorzugt Paratoluolsulfonsäure, Xylolsulfonsäure, Benzolsulfonsäure, Methansulfonsäure
      • - Mischungen von Sulfonsäuren und organischen Säuren, besonders bevorzugt Mischungen von Sulfonsäuren und Milchsäure;
      • - Mischungen von anorganischen Säuren, wobei vorzugsweise eine oder mehrere Sulfonsäuren und/oder eine oder mehrere Phosphorsäuren in der Mischung enthalten sind;
    • (G3) anorganische Bindemittelsysteme, bevorzugt anorganische Bindemittelsysteme umfassend Wasserglas, besonders bevorzugt anorganische Bindemittelsysteme umfassend (i) Wasserglas und Ester oder (ii) Wasserglas und amorphes partikuläres Siliziumdioxid;
    • (G4) Epoxidharze, wobei bevorzugt die erste Bindemittelkomponente (b1) eine epoxidhaltige Verbindung umfasst, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Glycidyl-basierte Epoxidharze, Bisphenol-basierte Epoxidharze, Novolak-Epoxidharze, aliphatische Epoxidharze und/oder halogenierte Epoxidharze und die zweite Bindemittelkomponente (b2) ein mehrwertiges Amin umfasst, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: mehrwertige aromatische Amine, bevorzugt 1,3-Diaminobenzol, mehrwertige aliphatische Amine, bevorzugt Diethylentriamin oder 4,4'-Methylenbis(cyclohexylamin) und/oder Dicarbonsäureanhydride, vorzugsweise Hexahydrophthalsäureanhydrid.
  • Der Einsatz von Polyurethan No-Bake Systemen ist im erfindungsgemäßen Verfahren in vielen Fällen bevorzugt. Je nach den Bedürfnissen des Einzelfalls ist aber auch in einigen Fällen der Einsatz eines anderen Bindemittelsystems bevorzugt.
  • Der Einsatz von säurehärtenden Kaltharzen ist im erfindungsgemäßen Verfahren nicht für solche Ausführungsformen bevorzugt, deren Inhaltsstoffe nach dem Selbsthärten bzw. Härten durch geeignete Aktivierung zu einer Thermitreaktion gebracht werden sollen. Grundsätzlich ist die Rezeptur so zu konzipieren, dass die Bestandteile des Bindemittelsystems nicht mit anderen Bestandteilen der Formmasse in unerwünschter Weise reagieren. Aluminium z. B. reagiert mit Säuren und Laugen unter Freisetzung von Wasserstoff; die entsprechende Kombination ist daher zu vermeiden
  • Beim Einsatz von anorganischen Bindemittelsystemen im erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, wenn die erste Bindemittelkomponente (b1) Wasserglas, bevorzugt Wasserglas und Tenside, umfasst und die zweite Bindemittelkomponente (b2) Ester, bevorzugt Ester und partikuläres amorphes SiO2, umfasst.
  • Der Fachmann wählt die jeweiligen chemischen Zusammensetzungen der ersten Bindemittelkomponente (b1) und der zweiten Bindemittelkomponente (b2) vorzugsweise so aus, dass eine Reaktion zwischen Inhaltsstoffen der ersten Bindemittelkomponente (b1) und Inhaltsstoffen der zweiten Bindemittelkomponente (b2) erst beim kontaktierenden Vermischen der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) in Schritt (S2) erfolgt.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die in Schritt (S2) resultierende selbsthärtende Formmasse umfasst:
    • - 82 bis 98 Gew.-%, bevorzugt 84 bis 96 Gew.-%, besonders bevorzugt 86 bis 96 Gew.-% Formgrundstoff, ganz besonders bevorzugt 92 bis 95 % und/oder
    • - 2 bis 18 Gew.-% an Bestandteilen, die nicht Formgrundstoff sind, bevorzugt 4 bis 16 Gew.-%, besonders bevorzugt 4 bis 14 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 5 bis 8 Gew.-%,
    wobei die Gewichtsprozentangaben bezogen sind auf die Gesamtmasse der selbsthärtenden Formmasse.
  • Der Fachmann wählt den Mindestanteil an Formgrundstoff in der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) und in der in Schritt (S2) resultierenden selbsthärtenden Formmasse nach den Erfordernissen des Einzelfalls aus.
  • In vielen Fällen werden im erfindungsgemäßen Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) vorzugsweise feuerfeste Formgrundstoffe eingesetzt; dabei ist es bevorzugt, dass die in Schritt (S2) resultierende selbsthärtende Formmasse umfasst:
    • - bis 84 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 80 Gew.- % feuerfesten Formgrundstoff, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
      • - natürliche und künstliche Formgrundstoffe und deren Mischungen, bevorzugt ganz oder teilweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
      • - Quarz-, Zirkon- oder Chromerzsand, Olivin, Vermiculit, Bauxit, Schamotte und deren Mischungen.
  • In vielen Fällen werden im erfindungsgemäßen Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) vorzugsweise wärmeisolierende Füllstoffe eingesetzt; dabei ist es bevorzugt, dass die in Schritt (S2) resultierende selbsthärtende Formmasse umfasst:
    • - bis 84 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 80 Gew.- % wärmeisolierende Füllstoffe, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
      • - Hohlkörper, bevorzugt Hohlkugeln aus Flugasche
      • - poröse Körper, bevorzugt Perlit, kalzinierte Reisschalenasche, kalzinierter Kieselgur, geschlossen-porige Mikro-Kugeln
      • - Kern-Hülle-Partikel.
  • Der Fachmann wählt nach den Erfordernissen des Einzelfalls die Zusammensetzung der in Schritt (S2) resultierenden selbsthärtenden Formmasse so aus, dass Artikel mit den jeweils im Einzelfall bevorzugten Eigenschaften resultieren. Insbesondere beachtet er dabei die Reaktionsfähigkeit der eingesetzten Materialien miteinander sowie Dichte, Wärmeleitfähigkeit (Isolierwirkung) und thermische Stabilität der eingesetzten Substanzen.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei der erste Formgrundstoff und der zweite Formgrundstoff
    • - eine im Wesentlichen gleiche oder eine identische chemische Zusammensetzung besitzen oder
    • - eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung besitzen.
  • Beide Varianten sind je nach den Erfordernissen des Einzelfalls bevorzugt und werden vom Fachmann entsprechend ausgewählt.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei
    • - der erste Formgrundstoff und der zweite Formgrundstoff einen unterschiedlichen mittleren Korndurchmesser besitzen, oder
    • - der erste Formgrundstoff und der zweite Formgrundstoff
      • - einen im Wesentlichen gleichen mittleren Korndurchmesser besitzen und/oder
      • - einen mittleren Korndurchmesser von weniger als 1,3 mm, bevorzugt von 0,1 bis 0,7 mm besonders bevorzugt von 0,1 mm bis 0,5 mm besitzen.
  • Der (mittlere) Korndurchmesser wird dabei durch Siebung gemäß VDG Merkblatt (das heißt, Merkblatt des „Vereins deutscher Gießereifachleute“) P 27 vom Oktober 1999, Punkt 4.3, welches die Verwendung von Prüfsieben nach DIN ISO 3310 vorgibt, bestimmt.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet),
    • - wobei der erste und/oder zweite Formgrundstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus natürlichen und künstlichen Formgrundstoffen und deren Mischungen, vorzugsweise ganz oder teilweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Quarz-, Zirkon- oder Chromerzsand, Olivin, Vermiculit, Bauxit, Schamotte und deren Mischungen und/oder
    • - wobei der erste und/oder zweite Formgrundstoff zumindest teilweise aus recycliertem Formgrundstoff besteht, bevorzugt zumindest zu 30 Gew.-% aus recycliertem Formgrundstoff, besonders bevorzugt zu zumindest 60 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt zu zumindest 90 Gew.-%.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei beim Kontaktieren in Schritt (S2) die Temperatur der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) jeweils im Bereich von 5 bis 40 °C liegt.
  • Insbesondere, wenn im erfindungsgemäßen Verfahren in Schritt (S2) ein manuelles kontaktierendes Vermischen der ersten Kompnente (A) und der zweiten Komponente (B) erfolgt, bevorzugt, wenn im erfindungsgemäßen Verfahren in Schritt (S2) ein manuelles kontaktierendes Vermischen der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) erfolgt und die selbsthärtende Formmasse in einem oder mehreren Folgeschritten, vorzugsweise in einem Schritt (S3), manuell geknetet wird, ist der hier angegebene Temperaturbereich in Schritt (S2) bevorzugt. So kann das manuelle Kneten erfolgen, ohne dass eine Erwärmung oder ein Abkühlen zwischen dem kontaktierenden Vermischen in Schritt (S2) und dem manuellen Kneten in einem oder mehreren Folgeschritten erfolgen muss, um gewünschte Arbeitsbedingungen für eine manuelle Verarbeitung zu erzeugen. Der angegebene Temperaturbereich ist aber auch in vielen anderen Fällen bevorzugt, z.B. wenn die selbsthärtende formbare Masse in rieselförmiger Form vorliegt oder wenn es im erfindungsgemäßen Verfahren nicht zu einem manuellen Vermischen kommt.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei
    • - die gehärtete Formmasse Bestandteile umfasst, die (vorzugsweise durch Erhitzen) zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können und/oder (bevorzugt „und“)
    • - die gehärtete Formmasse eine Biegefestigkeit von mehr als 100 N/cm2, bevorzugt mehr als 200 N/cm2 besonders bevorzugt mehr als 300 N/cm2 aufweist (Biegefestigkeiten wurden bestimmt mittels eines +GF+ Prüfriegels und mittels eines Multiserw Biegefestigkeitsprüfgeräts der Fa. MOREK, vorzugsweise bestimmt unter Berücksichtigung von VDG-Merkblatt P72 in seiner Version von Oktober 1999, Punkte 4 und 5.3, unter Verwendung eines GF-Prüfriegels) und/oder (bevorzugt „und“)
    • - das Formen und Härten der in Schritt (S2) resultierenden selbsthärtenden Formmasse in Schritt (S3) innerhalb eines Zeitraums von 1 bis 60 Minuten erfolgt, bevorzugt innerhalb eines Zeitraums von 2 bis 30 Minuten, besonders bevorzugt innerhalb eines Zeitraums von 5 bis 20 Minuten, ganz besonders bevorzugt innerhalb eines Zeitraums von 5 bis 10 Minuten.
  • Zur Thermitreaktion und den dabei einzusetzenden Stoffen vergleiche die vorstehenden Ausführungen.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), zur Herstellung eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern und Speiser, mit folgenden Schritten nach dem kontaktierenden Vermischen der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) in Schritt (S2):
    • - Anordnen der selbsthärtenden Formmasse in einer Formkammer oder einem Formkasten, vorzugsweise in Kontakt mit einem Formmodell oder einer Modellplatte, wobei das Anordnen bevorzugt ein Formen der selbsthärtenden Formmasse umfasst,
    • - danach, während des Härtens oder nach dem Härten der selbsthärtenden Formmasse, Einbringen eines Formstoffes in die Formkammer oder den Formkasten, wobei bevorzugt die in der Formkammer oder dem Formkasten angeordnete Formmasse zumindest bereichsweise von dem Formstoff umschlossen wird.
  • In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die selbsthärtende Formmasse gezielt in der Formkammer oder dem Formkasten in Position gebracht; die bevorzugte Ausgestaltung sieht dabei das Anordnen der selbsthärtenden Formmasse in einer Formkammer oder einem Formkasten vor, wobei die Formmasse bevorzugt mit einem Formmodell oder einer Modellplatte in Kontakt gelangt. Die selbsthärtende Formmasse wird bevorzugt an einer vorbestimmten Stelle oder einer vorbestimmten Position angeordnet, an der sie beim Abguss mit flüssigem Gussmetall in Kontakt mit dem flüssigen Gussmetall kommt; vorzugsweise trägt die selbsthärtende Formmasse an der jeweiligen Stelle oder Position dazu bei, das Gussmetall über einen, besonders vorzugsweise vorbestimmten, Mindestzeitraum im flüssigen Zustand zu halten.
  • Noch während des Aushärtens der selbsthärtenden Formmasse oder nach dem Aushärten der Formmasse, wird in einem Folgeschritt ein Formstoff in die Formkammer oder den Formkasten eingegeben; in manchen Fällen wird hierzu ein Formstoff mit einer anderen chemischen Zusammensetzung verwendet als die der selbsthärtenden Formmasse, die in einem vorherigen Schritt in der Formkammer oder dem Formkasten angeordnet wurde. Der im Folgeschritt hinzugefügte Formstoff bildet dann im resultierenden Artikel zum Begrenzen von zumindest Abschnitten eines Hohlraumes zur Aufnahme von Gussmetall den zweiten Begrenzungsbereich mit anderer Zusammensetzung aus.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei das Anordnen der selbsthärtenden Formmasse in der Formkammer oder dem Formkasten den oder die Schritte umfasst:
    • - Anformen der selbsthärtenden Formmasse an eine die Formkammer begrenzende Modellplatte und/oder an ein den Formhohlraum des herzustellenden Artikels ausbildendes Formmodell, wobei die selbsthärtende Formmasse vorzugsweise Bestandteile umfasst, die (vorzugsweise durch Erhitzen) zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können und/oder
    • - zur Herstellung einer Gießform mit darin angeordnetem Speiser oder Kern Anordnen eines Speisers bzw. eines Kerns innerhalb der Formkammer oder des Formkastens, wobei ein Bereich des Speisers und/oder des Kerns ein gehärtetes geformtes Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) ist.
  • Zur Thermitreaktion und den dabei einzusetzenden Stoffen vergleiche die vorstehenden Ausführungen.
  • Das Anformen der selbsthärtenden Formmasse an eine die Formkammer für die Gießform begrenzende Modellplatte und/oder an ein den Formhohlraum des herzustellenden Artikels ausbildendes Formmodell erfolgt bevorzugt von Hand. Die selbsthärtende Formmasse wird nach dem kontaktierenden Vermischen der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) an die dafür vorgesehenen Bereiche von Modellplatte und/oder Formmodell angeformt. Besonders bevorzugt definieren die mit der selbsthärtenden Formmasse ausgerüsteten Bereiche von Modellplatte und/oder Formmodell Flächenbereiche, welche - nach Entfernung von Modellplatte bzw. Formmodell - zumindest Abschnitte eines Hohlraumes zur Aufnahme von Gussmetall begrenzen.
  • Alternativ oder optional erfolgt das Anordnen der selbsthärtenden Formmasse in der Formkammer oder dem Formkasten, indem ein Speiser bzw. ein Kern innerhalb der Formkammer oder des Formkastens eingelegt wird. Statt des Einbringens einer noch knetbaren und dann selbsthärtenden Formmasse in die Formkammer oder den Formkasten wird bevorzugt eine bereits ausgehärtete Formmasse als gehärtetes geformtes Produkt in Form eines (Teils eines) Speisers oder eines Kerns in der Formkammer oder dem Formkasten angeordnet. Das gehärtete, geformte Produkt wird bevorzugt in Schritt (S3) des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet.
  • Ein solcher Speiser oder Kern ist ein bevorzugt vorgefertigtes Produkt, welches zumindest teilweise aus dem gehärteten geformten Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) besteht, die gemischt und von Hand oder automatisiert, vorzugsweise von Hand, zu dem Produkt geformt wurden. Bei Kontakt mit dem in die fertige Gießform eingefüllten Gussmetall kommt es in dem gehärteten geformten Produkt vorzugsweise zu einer Thermitreaktion, welche das Gussmetall in dem mit dem gehärteten geformten Produkt ausgerüsteten Bereich des Hohlraumes länger flüssig hält. Damit wird gezielt Einfluss auf das Erstarrungsverhalten von Gussteilbereichen genommen und unerwünschte Materialfehler im Gussteil werden so vermindert, vorzugsweise vermieden.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei der hergestellte Artikel von der Modellplatte bzw. dem Formmodell getrennt wird.
  • Das Herstellen des Artikels kann beispielsweise in einer Formkammer einer automatisierten Formanlage erfolgen; Formstoff wird hierzu in die Formkammer eingeschossen und vorzugsweise darin verdichtet. Die Formkammer ist ein Formraum zum Erzeugen des Artikels, dessen Wandbereiche Flächenbereiche des herzustellenden Artikels abbilden. Als Formstoff werden bevorzugt Natursande, halbsynthetische Formsande oder synthetische Formstoffe verwendet, welche in die Formkammer eingegeben, bevorzugt unter hohem Druck in die Formkammer eingeschossen werden.
  • Mit dem Eingeben des Formstoffes erfolgt vorzugsweise eine Vorverdichtung des Formstoffes. Bevorzugt wird der in die Formkammer eingegebene Formstoff zusätzlich durch eine auf den Formstoff einwirkende Druckkraft verdichtet.
  • Das Verdichten kann beispielsweise mithilfe zweier relativ zueinander beweglicher Modellplatten der automatisierten Formanlage erfolgen. Zum Erzeugen der Relativbewegung zwischen den Modellplatten wird zumindest eine der Modellplatten relativ zu der anderen linear auf diese zu bewegt. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen den Modellplatten und der darin befindliche Formstoff wird zusammengedrückt. Die im Wesentlichen parallel zueinander stehenden Modellplatten sind umfangsseitig durch feststehende Kammerwände umgeben. Nach dem Verdichten des Formstoffes ist der Artikel so weit verfestigt, dass dieser von der Modellplatte bzw. dem Formmodell getrennt werden kann. Mit dem Trennen des Artikels von der Modellplatte und/oder dem Formmodell wird am hergestellten Artikel der Hohlraum zur Aufnahme von Gussmetall zugänglich.
  • Statt mittels eines automatisierten Herstellungsprozesses wird das erfindungsgemäße Verfahren in vielen Fällen unter Verwendung eines üblichen Formkastens mit einem hohen Anteil von Handarbeit ausgeführt.
  • Die Erfindung betrifft gemäß einem weiteren Aspekt einen Artikel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern und Speiser, herstellbar nach einem erfindungsgemäßen Verfahren wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet, umfassend einen ersten Bereich, der gebildet ist aus einem gehärteten geformten Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B), und einen zweiten Bereich, der aus einem Material anderer Zusammensetzung gebildet ist.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Artikels, der als Gießform, Kern oder Speiser ausgebildet ist und bevorzugt nach einem Verfahren gemäß der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen herstellbar ist, die Herstellung eines Gussteiles ermöglicht ist, dessen Erstarrungsverhalten während des Abkühlvorganges gezielt beeinflusst wird und damit das Ausbilden von Materialfehlern innerhalb des Gussteiles vermieden werden kann. Der erfindungsgemäße Artikel umfasst zumindest einen Bereich, auch bezeichnet als erster Bereich, der aus einem gehärteten geformten Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) ausgebildet ist. Vorzugsweise kann ein solcher erfindungsgemäß hergestellter Artikel mehrere solcher ersten Bereiche aus dem gehärteten geformten Produkt aufweisen.
  • Der zweite Bereich besteht bevorzugt aus einem Material anderer Zusammensetzung. Vorzugsweise besteht der Artikel bevorzugt zu einem Großteil, also mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 80%, aus diesem Material, das eine andere Zusammensetzung aufweist, und damit nicht aus dem Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B).
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Artikel (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei der Artikel zum Begrenzen von zumindest Abschnitten eines Hohlraums zur Aufnahme von Gussmetall einen ersten Begrenzungsbereich und einen dazu benachbarten, vorzugsweise daran angrenzenden zweiten Begrenzungsbereich anderer Zusammensetzung besitzt, wobei der erste Begrenzungsbereich aus dem gehärteten geformten Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) gebildet ist.
  • An dem erfindungsgemäßen Artikel bildet das aus der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) bestehende, gehärtete geformte Produkt zumindest einen Oberflächenbereich aus, mit dem zumindest Abschnitte eines Hohlraums zum Aufnehmen von Gussmetall begrenzt werden. Das in Schritt (S3) eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens resultierende gehärtete geformte Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) wird vorzugsweise oberflächennah angeordnet bzw. bildet Teile der Oberfläche eines Formhohlraums aus, beispielsweise in einer Gießform, an einem Kern oder an einem Speiser.
  • In vielen Fällen ist es bevorzugt, wenn das gehärtete geformte Produkt Bestandteile umfasst, die bei Kontakt mit flüssigem Gussmetall miteinander in einer Thermitreaktion umgesetzt werden; daher hat das gehärtete geformte Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) bevorzugt direkt Kontakt mit dem in den Hohlraum der Gießform eingefüllten oder im Speiser aufsteigenden Gussmetall. Dadurch wird der bevorzugt aus dem gehärteten geformten Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) ausgebildete erste Begrenzungsbereich des Hohlraums durch das Gussmetall erhitzt und die zu erreichende Starttemperatur für die dann ablaufende Thermitreaktion erreicht. Der den Hohlraum zur Aufnahme vom Gussmetall ferner begrenzende zweite Begrenzungsbereich wird aus einem Material anderer Zusammensetzung gebildet, wie beispielsweise einem Formstoff, der zur Ausbildung von Gießformen oder einzelnen Formteilen einer Gießform oder auch für Kerne und/oder Speiser eingesetzt wird; entsprechende Formstoffe sind auf dem Gebiet der Gießereiindustrie üblich und dem Fachmann bekannt.
  • Die Erfindung betrifft zudem ein Kit zur Verwendung in einem Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), zumindest umfassend
    • - als oder in einem ersten Bestandteil des Kits eine Menge einer ersten Komponente (A), umfassend eine erste Bindemittelkomponente (b1) und Formgrundstoff
    • - als oder in einem zweiten Bestandteil des Kits eine Menge einer zweiten Komponente (B), umfassend eine zweite Bindemittelkomponente (b2) und Formgrundstoff,
    wobei der erste und der zweite Bestandteil des Kits räumlich separat voneinander angeordnet sind.
  • Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und erfindungsgemäßen Artikeln beschriebenen Vorteile werden mit dem erfindungsgemäßen Kit in besonders vorteilhafter Weise verwirklicht.
  • Die Erfindung betrifft zudem gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Gussteils durch Metallguss in einer Gießform, umfassend die Schritte:
    • - Herstellen eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern und Speiser, gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren, wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet, und Einsetzen des Artikels zum Begrenzen von zumindest Abschnitten eines Hohlraums zur Aufnahme von Gussmetall, wobei der Artikel einen ersten Begrenzungsbereich und einen dazu benachbarten, vorzugsweise daran angrenzenden zweiten Begrenzungsbereich anderer Zusammensetzung besitzt, wobei der erste Begrenzungsbereich aus dem gehärteten geformten Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) gebildet ist,
    • - Kontaktieren des Gussmetalls zumindest mit dem ersten Begrenzungsbereich des hergestellten Artikels während des Gießens.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines metallischen Gussteils wird dazu beigetragen, ein metallisches Gussteil auf vereinfachte Weise herzustellen und dessen Erstarrungsverhalten während des Abkühlens beim Gießvorgang so zu beeinflussen, dass keine Gussfehler entstehen und das fertige Gussteil keine Materialfehler aufweist. Dazu können sowohl die Gießform als auch ein bei der Herstellung des Gussteils zu verwendender Kern sowie ein üblicherweise beim Dichtspeisen des Hohlraums der Gießform zu verwendender Speiser zumindest teilweise aus einem gehärteten geformten Produkt (einer gehärteten geformten Formmasse) bestehen, welches aus der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) hergestellt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei der Herstellung von Gussteil-Prototypen geeignet; es ermöglicht individuelle manuelle Anpassungen der Geometrie (insbesondere des ersten Begrenzungsbereichs), so dass eine iterative Optimierung des Herstellverfahrens vereinfacht wird.
  • Der im ersten Verfahrensschritt hergestellte Artikel umfasst (zumindest) einen ersten Begrenzungsbereich, der aus einem gehärteten geformten Produkt (einer gehärteten geformten Formmasse) besteht, und mit dem der Hohlraum zur Aufnahme von Gussmetall zumindest abschnittsweise begrenzt wird. Benachbart, vorzugsweise daran angrenzend, ist (zumindest) ein zweiter Begrenzungsbereich vorgesehen, der eine andere Zusammensetzung besitzt.
  • In dem Moment, in dem das Gussmetall mit dem ersten Begrenzungsbereich des hergestellten Artikels während des Gießvorganges in Kontakt gelangt, wird der erste Begrenzungsbereich erhitzt. In bevorzugten Ausgestaltungen wird nach Erreichen einer vorbestimmten Starttemperatur in der ausgehärteten und den ersten Begrenzungsbereich des Hohlraums für das Gussmetall ausbildenden Formmasse eine Thermitreaktion initiiert. Dadurch werden in dieser Ausgestaltung bestimmte Volumenbereiche des Gussmetalls so lange in flüssiger Form gehalten, dass sie später als andere Volumenbereiche des Gussmetalls erstarren; so lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens das Auftreten von Gussfehlern innerhalb des Gussteils vermeiden oder verringern. Auf die entsprechenden Ausführungen weiter oben sei verwiesen; sie treffen auch hier zu.
  • Die weiter oben zum erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Artikels beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen sind zugleich auch bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Artikels, des Kits zur Verwendung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines metallischen Gussteils. Die zum erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines metallischen Gussteils, des erfindungsgemäßen Artikels sowie des Kits zur Verwendung beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen sind zugleich auch bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Artikels, usw.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.
  • Die verwendeten Mischungsverhältnisse, die eingesetzten Materialien, d.h. Formgrundstoffe, Bindemittelkomponenten, Katalysator und sonstige Bestandteile sind dabei lediglich exemplarisch und auch andere Konzentrationen, Materialien und Materialkombinationen können verwendet werden; zu den entsprechenden Eigenschaften vgl. die vorstehende Besch rei bu ng.
  • Die verwendeten Komponenten Pentex 34V44, Pentex 35V92, Pentex 36003 und Pentex 36003B wurden von HA France (ZI de Pont-Brenouille, BP 309, 60723 Pont Ste Maxence, Frankreich) bezogen. Bei dem verwendeten Quarzsand handelt es sich um Quarzsand, Typ H32 der Firma Quarzwerke GmbH.
  • Beispiel 1 - Herstellen und Einsetzen einer selbsthärtenden Formmasse
  • Dieses Beispiel beschreibt exemplarisch die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer selbsthärtenden Formmasse mit bzw. ohne Einsatz von Thermitmischungen.
  • 1.1 Herstellen einer ersten Komponente (A)
  • 1.1-1 Herstellen einer ersten Komponente (A) (ohne Substanzen, die durch Erhitzen zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können); nachfolgend auch als erste Komponente (A-0) bezeichnet.
  • Im Versuch (in einer Gießerei) wurden in ein erstes Gefäß (Gefäß 1.1-1) 1000 g Quarzsand H32 (Fa. Quarzwerke GmbH, AFS-Kornfeinheitsnummer 45; als Beispiel - auch andere Formgrundstoffe sind im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar), 70 g Pentex 34V44 (o,o' kondensiertes phenolisches Resol in aliphatischem Lösemittel; als Beispiel für eine erste Bindemittelkomponente (b1) - auch andere Stoffe sind im erfindungsgemäßen Verfahren als erste Bindemittelkomponente (b1) einsetzbar) und 1,4 g Pentex 36003 (Methylimidazol in aromatischem Lösemittel; entsprechend 2 Gew.-%, bezogen auf die eingesetzte Menge von Pentex 34V44; als Beispiel für einen Katalysator - auch andere Katalysatoren sind im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar) gegeben, in einen Vibrationsmischer (Fa. KLEIN, Modell SM511) überführt und für 30 Sekunden gemischt, so dass eine Mischung als Beispiel für eine erste Komponente (A) resultierte, umfassend eine erste Bindemittelkomponente (b1) eines Bindemittelsystems und eine Menge eines ersten Formgrundstoffs.
  • 1.1-2 Herstellen einer ersten Komponente (A) (mit Substanzen, die durch Erhitzen zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können); nachfolgend auch als erste Komponente (A-T) bezeichnet.
  • In der Zusammensetzung gemäß Beispiel 1.1-1 wurden die 1000 g Quarzsand durch eine übliche Thermit-Mischung, umfassend Aluminiumpulver, pulverförmiges Fe2O3, Kaliumnitratpulver, Füllstoffe und Zündmittel (beispielhaft für Substanzen, die durch Erhitzen zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können) ersetzt und statt Gefäß 1.1-1 das Gefäß 1.1-2 verwendet. Bis auf diese Änderungen gemäß der Vorgehensweise aus Beispiel 1.1-1 wurde so eine Mischung als Beispiel für eine erste Komponente (A) (Komponente (A-T)) hergestellt, umfassend eine erste Bindemittelkomponente (b1) eines Bindemittelsystems, eine Menge eines ersten Formgrundstoffs und Substanzen, die durch Erhitzen zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können.
  • 1.2 Herstellen einer zweiten Komponente (B)
  • 1.2-1 Herstellen einer zweiten Komponente (B) (ohne Substanzen, die durch Erhitzen zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können); nachfolgend auch als zweite Komponente (B-0) bezeichnet.
  • Im Versuch (in einer Gießerei) wurden in ein zweites, räumlich vom ersten Gefäß (Gefäß 1.1-1 bzw. 1.1-2) getrenntes Gefäß (Gefäß 1.2-1) 1000 g Quarzsand H32 (Fa. Quarzwerke GmbH, AFS-Kornfeinheitsnummer 45; als Beispiel - auch andere Formgrundstoffe sind im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar), 70 g Pentex 35V92 (p-MDI in aliphatischem Lösemittel) als Beispiel für eine zweite Bindemittelkomponente (b2) - auch andere Stoffe sind im erfindungsgemäßen Verfahren als zweite Bindemittelkomponente (b2) einsetzbar, gegeben und mit einem Vibrationsmischer (Fa. KLEIN, Modell SM511) für 30 Sekunden gemischt, so dass eine Mischung als Beispiel für eine zweite Komponente (B) (Komponente (B-0)) resultierte, umfassend eine zweite Bindemittelkomponente (b2) eines Bindemittelsystems und eine Menge eines zweiten Formgrundstoffs.
  • 1.2-2 Herstellen einer zweiten Komponente (B) (mit Substanzen, die durch Erhitzen zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können); nachfolgend auch als zweite Komponente (B-T) bezeichnet.
  • In der Zusammensetzung gemäß Beispiel 1.2-1 wurden die 1000 g Quarzsand durch eine übliche Thermit-Mischung, umfassend Aluminiumpulver, pulverförmiges Fe2O3, Kaliumnitratpulver, Füllstoffe und Zündmittel (beispielhaft für Substanzen, die durch Erhitzen zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können) ersetzt und statt Gefäß 1.2-1 das Gefäß 1.2-2 verwendet. Bis auf diese Änderungen gemäß der Vorgehensweise aus Beispiel 1.2-1 wurde so eine Mischung als Beispiel für eine zweite Komponente (B) (Komponente (B-T)) hergestellt, umfassend eine zweite Bindemittelkomponente (b2) eines Bindemittelsystems, eine Menge eines zweiten Formgrundstoffs und Substanzen, die durch Erhitzen zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können.
  • 1.3 Kontaktierendes Vermischen der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B)
  • 1.3-1 Kontaktierendes Vermischen der hergestellten ersten Komponente (A-0) und der zweiten Komponente (B-0)
  • Jeweils komplette hergestellte Mengen der gemäß obigem Beispiel 1.1-1 hergestellten ersten Komponente (A) (Komponente (A-0)) und der gemäß obigem Beispiel 1.2-1 hergestellten zweiten Komponente (B) (Komponente (B-0)) wurden aus Ihrem jeweiligen Gefäß (Gefäße 1.1-1 und 1.2-1) heraus in separate Schraubdeckelgefäße (Gefäße 1.1-1 N und 1.2-1N) unter Stickstoff gefüllt und ca. 6 Wochen gelagert. Zum Herstellen der selbsthärtenden Formmasse wurden gleiche Teile von Komponente A (Komponente (A-0)) und Komponente B (Komponente (B-0)) in einem Mischgefäß (Gefäß 1.3-1) von Hand manuell kontaktierend ca. 2 Minuten innig miteinander vermischt und geknetet, so dass eine selbsthärtende Formmasse resultierte.
  • 1.3-2 Kontaktierendes Vermischen der hergestellten ersten Komponente (A-T) und (B-T) zu einer selbsthärtenden Formmasse
  • Jeweils komplette hergestellte Mengen der gemäß obigem Beispiel 1.1-2 hergestellten ersten Komponente (A) (Komponente (A-T) und der gemäß obigem Beispiel 1.2-2 hergestellten zweiten Komponente (B) (Komponente (B-T) wurden aus Ihrem jeweiligen Gefäß heraus in separate Schraubdeckelgefäße (Gefäße 1.1-2N und 1.2-2N) unter Stickstoff gefüllt und ca. 6 Wochen gelagert. Zum Herstellen der selbsthärtenden Formmasse wurden gleiche Teile von Komponente A (Komponente (A-T)) und Komponente B (Komponente (B-T) in einem Mischgefäß (Gefäß 1.3-2) von Hand manuell kontaktierend ca. 2 Minuten innig miteinander vermischt und geknetet, so dass eine selbsthärtende Formmasse resultierte.
  • Anmerkung: In analoger Weise können auch (A-0) mit (B-T) bzw. (A-T) mit (B-0) kombiniert werden.
  • 1.4 Anformen der selbsthärtenden Formmasse an ein Prototyp-Modell
  • Jeweils eine gemäß den obigen Beispielen 1.3-1 bzw. 1.3-2 hergestellte und geknetete selbsthärtende Formmasse wurde durch knetendes Andrücken an ein Prototyp-Modell an dieses angeformt und zum Selbsthärten bei Raumtemperatur (ca. 20 °C) dort belassen. Nach einer Wartezeit von ca. 30 Minuten war die jeweilige selbsthärtende Formmasse so weit ausgehärtet, dass sie als Teil eines Formteils im Eisenguss einsetzbar war.
  • 1.5 Reparatur eines Basiskörpers
  • Zwei Gießformen, jeweils mit einem Oberflächendefekt (Defektvolumen ca. 20 cm3) wurden als Basiskörper (Vorprodukt) bereitgestellt. Jeweils eine gemäß den obigen Beispielen 1.3-1 bzw. 1.3-2 hergestellte und geknetete selbsthärtende Formmasse wurde durch knetendes Andrücken in den jeweiligen Oberflächendefekt eingeformt; anschließend wurde mit Hilfe eines Spachtels die Kontur der eingeformten Formmasse dem Konturverlauf der jeweiligen Gießform angepasst. Nach einer Wartezeit von ca. 30 Minuten bei Raumtemperatur (ca. 20 °C) war die jeweilige selbsthärtende Formmasse so weit ausgehärtet, dass eine Gießform (als Beispiel für einen durch Reparatur hergestellten Artikel) resultierte, die im Eisenguss einsetzbar war.
  • Beispiel 2 - Einfluss der Bindermenge auf Festigkeit und Verarbeitungszeit
  • Um den Einfluss der Bindermenge auf Festigkeit und Verarbeitungszeit zu ermitteln, wurden Mischungen mit drei verschiedenen Bindergehalten hergestellt. Alle Beispiele wurden mit H32 Quarzsand als Substrat durchgeführt.
  • 2.1 Herstellen einer ersten Komponente (A) (ohne Substanzen, die durch Erhitzen zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können)
  • In diesem Versuch wurden 1000 g Quarzsand H32 (Fa. Quarzwerke GmbH, AFS-Kornfeinheitsnummer 45) sowie Pentex 34V44 (o,o' Resol in aliphatischem Lösemittel) und Pentex 36003 (Methylimidazol in aromatischem Lösemittel; entsprechend 2 Gew.-% bezogen auf die eingesetzte Menge von Pentex 34V44) jeweils in den entsprechenden Mengen gemäß Tabelle 1 jeweils in ein erstes Gefäß (Gefäße 2.1-1, 2.1-2 und 2.1-3) gegeben, in einen Vibrationsmischer (Fa. KLEIN, Modell SM511) überführt und für 30 Sekunden gemischt, so dass jeweils eine Mischung als Beispiel für eine erste Komponente (A) (Komponente A1 bzw. Komponente A2 bzw. Komponente A3) resultierte, umfassend eine erste Bindemittelkomponente (b1) eines Bindemittelsystems und eine Menge eines ersten Formgrundstoffs.
  • Insgesamt wurden drei Mischungen gemäß den in Tabelle 1 angegebenen Rezepturen hergestellt: Tabelle 1:
    Komponente A Gefäß Substrat: Sand, H32 [g] Harz Pentex 34V44 [g] Katalysator Pentex 36003 [g]
    A1 2.1-1 1000 30 0,6
    A2 2.1-2 1000 50 1,0
    A3 2.1-3 1000 70 1,4
  • 2.2 Herstellen der zweiten Komponente (B)
  • In diesem Versuch wurden 1000 g Quarzsand H32 (Fa. Quarzwerke GmbH, AFS-Kornfeinheitsnummer 45) sowie Pentex 35V92 (p-MDI in aliphatischem Lösemittel) jeweils in den entsprechenden Mengen gemäß Tabelle 2 jeweils in ein, vom ersten Gefäß (Gefäße 2.1-1, 2.1-2 und 2.1-3) jeweils räumlich getrenntes, zweites Gefäß (Gefäße 2.2-1, 2.2-2 und 2.2-3) gegeben, in einen Vibrationsmischer (Fa. KLEIN, Modell SM511) überführt und für 30 Sekunden gemischt, so dass jeweils eine Mischung als Beispiel für eine zweite Komponente (B) (Komponente B1 bzw. Komponente B2 bzw. Komponente B3) resultierte, umfassend eine zweite Bindemittelkomponente (b2) eines Bindemittelsystems und eine Menge eines zweiten Formgrundstoffs.
  • Insgesamt wurden drei Mischungen gemäß den in Tabelle 2 angegebenen Rezepturen hergestellt: Tabelle 2:
    Komponente B Gefäß Substrat: Thermitmischung Chemex [g] Pentex 35V92 [g]
    B1 2.2-1 1000 30
    B2 2.2-2 1000 50
    B3 2.2-3 1000 70
  • 2.3 Vermischen der hergestellten ersten Komponente (A) und der hergestellten zweiten Komponente (B)
  • Jeweils komplette hergestellte Mengen der gemäß obigem Beispiel 2.1 hergestellten ersten Komponente (A) und der gemäß obigem Beispiel 2.2 hergestellten zweiten Komponente (B) wurden aus Ihrem jeweiligen Gefäß (Gefäße 2.1-1, 2.1-2 und 2.1-3 mit Komponente (A); Gefäße 2.2-1, 2.2-2 und 2.2-3 mit Komponente (B)) heraus in separate Schraubdeckelgefäße (Gefäße 2.1-1 N, 2.1-2N, 2.1-3N mit Komponente (A); Gefäße 2.2-1 N, 2.2-2N und 2.2-3N mit Komponente (B)) unter Stickstoff gefüllt und ca. 6 Wochen gelagert. Zum Herstellen der selbsthärtenden Formmasse wurden jeweils gleiche Gewichtsteile von Komponente (A) und Komponente (B) in einem jeweils dritten Mischgefäß (Gefäße 2.3-1, 2.3-2 und 2.3-3) manuell kontaktierend ca. 2 Minuten innig miteinander vermischt und geknetet; jeweils wurde dabei Komponente (A1) (gemäß Tabelle 1) mit Komponente (B1) (gemäß Tabelle 2), Komponente (A2) (gemäß Tabelle 1) mit Komponente (B2) (gemäß Tabelle 2) und Komponente (A3) (gemäß Tabelle 1) mit Komponente (B3) (gemäß Tabelle 2) vermischt, so dass jeweils eine selbsthärtende Formmasse resultierte: Formmasse (F2-1) aus Komponenten (A1) und (B1), Formmasse (F2-2) aus Komponenten (A2) und (B2), Formmasse (F2-3) aus Komponenten (A3) und (B3).
  • 2.4 Anformen der selbsthärtenden Formmasse an ein Prototyp-Modell
  • Jeweils eine gemäß obigem Beispiel 2.3 geknetete selbsthärtende Formmasse (Formmassen (F2-1), (F2-2) und (F2-3)) wurde durch knetendes Andrücken an ein Prototyp-Modell an dieses angeformt und zum Selbsthärten bei Raumtemperatur (ca. 20 °C) dort belassen. Nach einer Wartezeit von ca. 30 Minuten war die selbsthärtende Formmasse jeweils so weit ausgehärtet, dass sie als Teil eines Formteils im Eisenguss einsetzbar war.
  • 2.5 Reparatur eines Basiskörpers
  • Jeweils eine Gießform mit einem Oberflächendefekt (Defektvolumen ca. 20 cm3) wurde als Basiskörper (Vorprodukt) bereitgestellt. Jeweils eine gemäß obigem Beispiel 2.3 geknetete selbsthärtende Formmasse (Formmassen (F2-1), (F2-2) und (F2-3)) wurde durch knetendes Andrücken in den Oberflächendefekt eingeformt; anschließend wurde jeweils mit Hilfe eines Spachtels die Kontur der eingeformten Formmasse dem Konturverlauf der Gießform angepasst. Nach einer Wartezeit von ca. 30 Minuten bei Raumtemperatur (ca. 20 °C) war die selbsthärtende Formmasse jeweils so weit ausgehärtet, dass eine Gießform (als Beispiel für einen durch Reparatur hergestellten Artikel) resultierte, die im Eisenguss einsetzbar war.
  • 2.6 Untersuchungen zum Anziehen von Formstoffmischungen
  • Die Zeit für das Anziehen der Mischung (vgl. Angaben unter „Angezogen“ in Tabelle 3)) wird bestimmt, indem jeweils eine gemäß vorstehendem Beispiel 2.3 frisch hergestellte Formmasse (Formmassen (F2-1), (F2-2) und (F2-3)) in ein Gefäß (Gefäße 2.6-1, 2.6-2 und 2.6-3), gegeben wird, die Mischung jeweils mit der Hand verdichtet und die Oberfläche glatt abgezogen wird. Sofort nach dem Abziehen wird eine Stoppuhr gestartet. Die Oberfläche wird dann jeweils in regelmäßigen Abständen mit einem Formverdichtungsprüfer (Typ GF80, Fa. Georg Fischer AG) nach dem Kugeleindrückverfahren (Kugeldurchmesser 4 mm) geprüft, bis ein Wert von 80 erreicht ist. Diese Zeit wird für das „Anziehen“ der Mischung in Minuten (gerundet) notiert (vgl. Angaben unter „Angezogen“ in Tabelle 3).
  • 2.7 Untersuchungen zum Abbinden von Formstoffmischungen
  • Die Zeit für das Abbinden der Mischung (vgl. Angaben unter „Abgebunden“ in Tabelle 3) wurde mit einem Testgerät (Modell VC40, Fa. PROLABO), wie folgt bestimmt: Die jeweils frisch gemäß vorstehendem Beispiel 2.3 hergestellte Mischung (Formmassen (F2-1), (F2-2) und (F2-3)) wird in ein Gefäß (Gefäße 2.7-1, 2.7-2 und 2.7-3) gegeben, die Mischung jeweils mit der Hand verdichtet und die Oberfläche glatt abgezogen. Sofort nach dem Abziehen wird eine Stoppuhr gestartet. Das Gefäß wird jeweils unter die Nadel (300g Gewicht, 1 mm Durchmesser) des Testgeräts gestellt und der Test durchgeführt, bis die Nadel nicht mehr in die Sandmischung eindringt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Stoppuhr gestoppt und die Zeit als Abbindezeit (vgl. Angaben unter „Abgebunden“ in Tabelle 3) in Minuten (gerundet) notiert.
    Figure DE102020131492A1_0001
  • Beispiel 3 - Einfluss der Katalysatormenge auf Festigkeit und Verarbeitungszeit
  • Um den Einfluss der Katalysatormenge auf Festigkeit und Bearbeitungszeit zu ermitteln, wurden Mischungen mit drei verschiedenen Katalysatormengen hergestellt. Alle Beispiele wurden mit Quarzsand als Substrat durchgeführt.
  • 3.1 Herstellen einer ersten Komponente (A)
  • Im Versuch (in einer Gießerei) wurden in ein jeweils erstes Gefäß (Gefäße 3.1-1, 3.1-2 und 3.1-3) 1000 g Quarzsand H32 (Fa. Quarzwerke GmbH, AFS-Kornfeinheitsnummer 45; als Beispiel - auch andere Formgrundstoffe sind im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar) sowie Pentex 34V44 (o,o' kondensiertes phenolisches Resol in aliphatischem Lösemittel; als Beispiel für eine erste Bindemittelkomponente (b1) - auch andere Stoffe sind im erfindungsgemäßen Verfahren als erste Bindemittelkomponente (b1) einsetzbar) und Pentex 36003B (Methylimidazol in aromatischem Lösemittel, entsprechend 2 Gew.-% bezogen auf die eingesetzte Menge von Pentex 34V44); als Beispiel für einen Katalysator - auch andere Katalysatoren sind im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar) in Mengen gemäß den Mengenangaben für Mischungen zu Formmassen F3-1, F3-2 und F3-3 in Tabelle 4 gegeben, jeweils in einen Vibrationsmischer (Fa. KLEIN, Modell SM511) überführt und für 30 Sekunden gemischt, so dass jeweils eine Mischung als Beispiel für eine erste Komponente (A) resultierte, umfassend eine erste Bindemittelkomponente (b1) eines Bindemittelsystems und eine Menge eines ersten Formgrundstoffs.
  • 3.2 Herstellen der zweiten Komponente (B)
  • Im Versuch (in einer Gießerei) wurden in ein zweites, räumlich vom ersten Gefäß (Gefäße 3.1-1, 3.1-2 und 3.1-3) getrenntes Gefäß (Gefäße 3.2-1, 3.2-2 und 3.2-3) 1000 g Quarzsand H32 (Fa. Quarzwerke GmbH, AFS-Kornfeinheitsnummer 45) und 5 g Pentex 35V92 (p-MDI in aliphatischem Lösemittel) gegeben und mit einem Vibrationsmischer der Fa. KLEIN, Modell SM511 für 30 Sekunden gemischt, so dass eine Mischung als Beispiel für eine zweite Komponente (B) resultierte, umfassend eine zweite Bindemittelkomponente (b2) eines Bindemittelsystems und eine Menge eines zweiten Formgrundstoffs.
  • 3.3 Vermischen der hergestellten ersten Komponente (A) und der hergestellten zweiten Komponente (B)
  • Jeweils komplette hergestellte Mengen der gemäß obigem Beispiel 3.1 hergestellten ersten Komponente (A) und der gemäß obigem Beispiel 3.2 hergestellten zweiten Komponente (B) wurden aus Ihrem jeweiligen Gefäß (Gefäße 3.1-1, 3.1-2 und 3.1-3 mit Komponente (A); Gefäße 3.2-1, 3.2-2 und 3.2-3 mit Komponente (B) heraus in separate Schraubdeckelgefäße (Gefäße 3.1-1 N, 3.1-2N und 3.1-3N mit Komponente (A); Gefäße 3.2-1N, 3.2-2N und 3.2-3N mit Komponente (B)) unter Stickstoff gefüllt und ca. 6 Wochen gelagert. Zum Herstellen der selbsthärtenden Formmasse wurden jeweils gleiche Gewichtsteile von Komponente (A) und Komponente (B) in einem Mischgefäß (Gefäße 3.3-1, 3.3-2, 3.3-3, 3.3-4, 3.3-5 und 3.3-6) manuell kontaktierend ca. 2 Minuten innig miteinander vermischt und geknetet, so dass eine selbsthärtende Formmasse resultierte (jeweils wurden dabei die hergestellten Komponenten (A) und (B) so miteinander vermischt, dass Mischungen gemäß den in Tabelle 4 angegebenen Rezepturen resultierten; (Formmassen (F3-1), (F3-2) und (F3-3)).
  • 3.4 Anformen der selbsthärtenden Formmasse an ein Prototyp-Modell
  • Jeweils eine gemäß obigem Beispiel 3.3 geknetete selbsthärtende Formmasse (Formmassen (F3-1), (F3-2) und (F3-3)) wurde durch knetendes Andrücken an ein Prototyp-Modell an dieses angeformt und zum Selbsthärten bei Raumtemperatur (ca. 20 °C) dort belassen. Nach einer Wartezeit von ca. 30 Minuten war die jeweils selbsthärtende Formmasse so weit ausgehärtet, dass sie als Teil eines Formteils im Eisenguss einsetzbar war.
  • 3.5 Reparatur eines Basiskörpers
  • Jeweils eine Gießform mit einem Oberflächendefekt (Defektvolumen ca. 20 cm3) wurde als Basiskörper (Vorprodukt) bereitgestellt. Jeweils eine gemäß obigem Beispiel 3.3 geknetete selbsthärtende Formmasse (Formmassen (F3-1), (F3-2) und (F3-3)) wurde durch knetendes Andrücken in den jeweiligen Oberflächendefekt eingeformt; anschließend wurde mit Hilfe eines Spachtels jeweils die Kontur der eingeformten Formmasse dem Konturverlauf der Gießform angepasst. Jeweils nach einer Wartezeit von ca.30 Minuten bei Raumtemperatur (ca. 20 °C) war die selbsthärtende Formmasse so weit ausgehärtet, dass eine Gießform (als Beispiel für einen durch Reparatur hergestellten Artikel) resultierte, die im Eisenguss einsetzbar war.
  • 3.6 Untersuchungen zum Anziehen von Formstoffmischungen (Work Time)
  • Die Zeit für das Anziehen der Mischung (vgl. Angaben unter „Angezogen“ in Tabelle 4)) wird bestimmt, indem jeweils eine gemäß vorstehendem Beispiel 3.3 frisch hergestellte Mischung (Formmassen (F3-1), (F3-2) und (F3-3) in ein Gefäß (Gefäße 3.6-1, 3.6-2 und 3.6-3), gegeben, die Mischung jeweils mit der Hand verdichtet und die Oberfläche glatt abgezogen wird. Sofort nach dem Abziehen wird eine Stoppuhr gestartet. Die Oberfläche wird dann jeweils in regelmäßigen Abständen mit einem Formverdichtungsprüfer (Typ GF80, Fa. Georg Fischer AG) nach dem Kugeleindrückverfahren (Kugeldurchmesser 4 mm) geprüft, bis ein Wert von 80 erreicht ist. Diese Zeit wird für das „Anziehen“ der Mischung (Work Time) wird in Minuten (gerundet) notiert (vgl. Angaben unter „Angezogen“ in Tabelle 4).
  • 3.7 Untersuchungen zum Abbinden von Formstoffmischungen (Strip Time)
  • Die Zeit für das Abbinden der Mischung (vgl. Angaben unter „Abgebunden“ in Tabelle 4) wurde mit einem Testgerät (Modell VC40, Fa. PROLABO), wie folgt bestimmt: Die frisch gemäß obigem Beispiel 3.3 hergestellte Mischung (Formmassen (F3-1), (F3-2) und (F3-3) wird jeweils in ein Gefäß (Gefäße 3.7-1, 3.7-2 und 3.7-3) gegeben, die Mischung jeweils mit der Hand verdichtet und die Oberfläche jeweils glatt abgezogen. Sofort nach dem Abziehen wird eine Stoppuhr gestartet. Das Gefäß wird jeweils unter die Nadel (300 g Gewicht, 1 mm Durchmesser) des Testgeräts gestellt und die Nadel wiederholt herabgefahren, bis die Nadel nicht mehr in die Sandmischung eindringt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Stoppuhr gestoppt und die Zeit als Abbindezeit (vgl. Angaben unter „Abgebunden“ in Tabelle 4) in Minuten (gerundet) notiert.
    Figure DE102020131492A1_0002
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen eines Artikels bzw. eines Gussteils unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Figuren näher beschrieben. Hierbei zeigen:
    • 1: eine Ansicht einer bereitgestellten Modellplatte und eines daran angeordneten Formmodells;
    • 2: eine Ansicht der Modellplatte und des Modells mit einer an einen kritischen Bereich für die Metallgussversorgung am Formmodell angeformten selbsthärtenden Formmasse;
    • 3: eine Ansicht eines Ausschnitts aus einer Formkammer oder einem Formkasten, in dem die Modellplatte und das Formmodell mit der selbsthärtenden Formmasse angeordnet sind, wobei die Formkammer mit Formstoff befüllt ist;
    • 4: zumindest eine Teilansicht des hergestellten Artikels, insbesondere eines Formteils einer erzeugten Gießform;
    • 5: eine Ansicht einer sich aus zwei Formteilen zusammensetzenden Gießform mit einer am Hohlraum der Gießform angeordneten ausgehärteten Formmasse, wobei die Gießform mit Gussmetall gefüllt ist; und
    • 6: eine Ansicht eines fertigen, aus der Gießform ausgeformten Gussteils.
  • In 1 ist eine Modellplatte 2 mit einem daran angeordneten Formmodell 4 abgebildet, welche in einem Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Artikels 1 (4), bevorzugt einer Gießform, besonders bevorzugt eines ersten Formteils 10 einer Gießform (4), verwendet wird.
  • Die Formplatte 2 kann bei üblicher Verwendung mit dem daran angeordneten Formmodell 4 beispielsweise in einen nicht näher dargestellten Formkasten eingesetzt werden bzw. bildet einen Bestandteil einer Formkammer in Form einer nicht näher gezeigten beweglich gehaltenen Pressplatte einer automatisierten Formanlage aus. Mithilfe der Modellplatte 2 werden zumindest Bereiche des Formkastens oder der Formkammer der Formanlage begrenzt.
  • Gemäß 2 ist eine selbsthärtende Formmasse 6 an einem „kritischen Bereich“ des Formmodells 4 angeordnet, insbesondere an diesen angeformt, wobei die Formgebung der Formmasse 6 vorzugsweise durch manuelles Kneten erfolgt. Die Formmasse ist zuvor gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren aus einer ersten Komponente (A) und einer zweiten Komponente (B) hergestellt worden (auf die Ausführungen weiter oben sei verwiesen). Als „kritischer Bereich“ wird ein Bereich des Formmodells bezeichnet, in dessen Nähe beim Herstellen des Gussteils, insbesondere beim Erstarren des Gussmetalls, aufgrund einer unzureichenden Nachspeisung, Materialfehler, insbesondere Lunker innerhalb des Gussmetalls, entstehen können. Das Formmodell entspricht im Wesentlichen der Form des späteren Gussteils, wobei das Formmodell unter Berücksichtigung des Schwindungsma-ßes gegebenenfalls ein entsprechendes Übermaß zum fertigen Gussteil hat. Die aus einer ersten Komponente (A) und einer zweiten Komponente (B) gebildete Formmasse 6 umfasst im Einklang mit einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung Bestandteile, die durch Erhitzen zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können; diese Bestandteile waren zuvor in der ersten Komponente (A) und/oder der zweiten Komponente (B) enthalten.
  • Die Formmasse 6 wird bevorzugt von Hand an den „kritischen Bereich“ des Formmodells 4 knetend angeformt und dort gehärtet. In einer nicht näher dargestellten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können mehrere Mengen solcher Formmassen 6 gleichmäßig verteilt um den Umfang des Formmodells herum angeordnet werden, um so mehrere exotherme Zentren zu bilden.
  • In einer weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsform kann die Formmasse als vorgefertigtes Konturpad ausgebildet sein. Statt als Formmasse von Hand in beliebige Form gebracht, wird die selbsthärtende Formmasse in diesem Fall vorzugsweise vorab in einer dafür vorgesehenen Form zu einem Konturpad vorgegebener Form ausgebildet. Ein solches vorgefertigtes und üblicherweise bereits ausgehärtetes Konturpad weist eine Form auf, die angepasst ist an den jeweiligen Bereich des Formmodells 4, an den das Konturpad angelegt werden soll. Das Konturpad wird an die dafür vorgesehenen Bereiche des Formmodells angesetzt oder angelegt und gegebenenfalls daran fixiert.
  • 3 zeigt das Ergebnis eines nachfolgenden Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem in den nicht näher abgebildeten Formkasten oder die Formkammer ein Formstoff 8 eingebracht wird, umfassend ein Bindemittel und einen Formgrundstoff wie beispielsweise einen Natursand, halbsynthetischen Formsand oder einen synthetischen Formgrundstoff. Nach dem Eingeben des Formstoffes 8 in die Formkammer oder den Formkasten wird dieser verdichtet. Das Verdichten erfolgt durch Ausüben einer auf den Formstoff 8 einwirkenden Druckkraft. Mit dem Verdichten und einem gegebenenfalls damit einhergehenden Aushärtevorgang erhält der Formstoff 8 seine notwendige Festigkeit, um gemeinsam mit der Formmasse 6 den erfindungsgemäßen Artikel 1, vorliegend ein Formteil 10 einer Gießform, auszubilden.
  • Wie aus 3 ersichtlich, umgibt der Formstoff 8 dabei die an das Formmodell 4 angeformte Formmasse 6. Mit Verdichten des Formstoffes 8 wird die Formmasse 6 in den Formstoff 8 eingebettet, sodass eine feste Verbindung zwischen der Formmasse 6 und dem Formstoff 8 hergestellt ist.
  • In einem nächsten Schritt des bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens wird dann die Modellplatte 2 zusammen mit dem Formmodell 4 von dem hergestellten Formteil 10 getrennt. Vorher, zusammen mit dem Trennen oder im Anschluss an den Trennvorgang wird das Formteil 10 (Inklusive Formmasse 6) aus dem (nicht dargestellten) Formkasten oder der Formkammer entnommen. 4 zeigt das Formteil 10 mit der eingebetteten Formmasse 6 nach Durchführung dieser Maßnahmen.
  • Wie 4 ferner verdeutlicht, bildet die insbesondere aus der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) gebildete Formmasse 6 einen ersten Begrenzungsbereich 12 des Artikels 1 aus, mit dem ein Abschnitt eines Hohlraums 16 zur Aufnahme von Gussmetall begrenzt wird. Der Formstoff 8 bildet einen zum ersten Begrenzungsbereich 12 benachbarten und vorzugsweise daran angrenzenden zweiten Begrenzungsbereich 14 aus. Der zweite Begrenzungsbereich 14 des Artikels 1, der ebenfalls einen Abschnitt des Hohlraums 16 zur Aufnahme von Gussmetall begrenzt, besitzt eine andere Zusammensetzung als der Begrenzungsbereich 12 (und ist beispielsweise nicht zu einer Thermitreaktion befähigt). Mit Entfernen des Formmodells 4 aus dem hergestellten Formteil 10 ist ein Formhohlraum 16 entstanden, der zumindest einem Teil eines herzustellenden Gussteils 22 (6) entspricht.
  • In einem nächsten Schritt wird das erste Formteil 10 (inklusive der den ersten Begrenzungsbereich definierenden Formmasse 6) als erfindungsgemäßer Artikel 1 mit einem weiteren Formteil 18 zu einer kompletten Gießform gefügt. Nach dem Fügen, wobei die Formteile 10 und 18 abdichtend aneinandergesetzt werden, werden die beiden Formteile 10 und 18 in der gezeigten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens um 180° gedreht. Somit bildet nunmehr das Formteil 18 die Oberseite des Artikels 1. Anschließend wird über einen im Formteil 18 ausgebildeten bzw. nachträglich in dem Formteil 18 erzeugten Einguss 20 in den Hohlraum 16 des bevorzugt als Gießform ausgebildeten Artikels 1 ein Gussmetall 22 eingefüllt, das den Hohlraum 16 vollständig ausfüllt und bis in den Einguss 22 aufsteigt. Gelangt das Gussmetall 22 in Kontakt mit der den ersten Begrenzungsbereich 12 des Hohlraums 16 ausbildenden Formmasse 6, wird die Formmasse so weit erhitzt, dass an der Formmasse 6 eine exotherme Reaktion, insbesondere eine Thermitreaktion abläuft. Dadurch wird das Gussmetall 22 in diesem Bereich der Gießform länger im flüssigen Zustand gehalten, was sich vorteilhaft auf den Nachspeisevorgang am herzustellenden Gussteil 24 auswirkt. Das Ergebnis dieses Schrittes ist in 5 gezeigt
  • Nach dem Abschließen des Gießvorgangs und dem Erstarren des Gussmetalls 22 und dem mindestens teilweisen Abkühlen des hergestellten Gussteils 24 wird dieses aus der Gießform ausgeformt und etwaige vorhandene Gießrückstände werden entfernt. Nach Abschluss dieser Maßnahmen ist dann das in 6 gezeigte fertige Gussteil 24 hergestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Artikel/Gießform
    2
    Modellplatte
    4
    Formmodell
    6
    Formmasse
    8
    Formstoff
    10
    Formteil
    12
    Begrenzungsbereich
    14
    Begrenzungsbereich
    16
    Hohlraum
    18
    Formteil
    20
    Gussmetall
    22
    Einguss
    24
    Gussteil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017107531 A1 [0002]
    • DE 102012200967 A1 [0003, 0034]
    • EP 0913215 B1 [0004]
    • DE 10104289 B4 [0005]
    • DE 69716248 T2 [0006]
    • DE 10065270 B1 [0007]
    • DE 19617938 [0008]
    • EP 1728571 B1 [0014]
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    • WO 2017/174826 A1 [0034]
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Claims (22)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern, Speiser und Formmasse, selbsthärtend oder gehärtet, zur Herstellung eines Teils einer Gießform, eines Kerns oder eines Speisers, mit zumindest den folgenden Schritten: (S1) Herstellen oder Bereitstellen in der Gießerei: - einer ersten Komponente (A), umfassend eine erste Bindemittelkomponente (b1) eines Bindemittelsystems und eine Menge eines ersten Formgrundstoffs und davon räumlich getrennt - einer zweiten Komponente (B), umfassend eine zweite Bindemittelkomponente (b2) des Bindemittelsystems und eine Menge eines zweiten Formgrundstoffs wobei - die erste Bindemittelkomponente (b1) und die zweite Bindemittelkomponente (b2) zur chemischen Umsetzung miteinander und zum Härten einer Mischung der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) geeignet sind, (S2) kontaktierendes Vermischen zumindest der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) in einem vorbestimmten Massenverhältnis, so dass eine selbsthärtende Formmasse resultiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die in Schritt (S2) resultierende selbsthärtende Formmasse in einem oder mehreren Folgeschritten maschinell oder manuell, vorzugsweise manuell, geknetet und bevorzugt homogen vermischt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, zur Herstellung eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern und Speiser, umfassend den Schritt: (S3) Formen und Härten der in Schritt (S2) resultierenden selbsthärtenden Formmasse, so dass ein gehärtetes geformtes Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) resultiert, welches vorzugsweise nach Abschluss des Herstellverfahrens den Artikel oder einen Bereich des Artikels bildet, wobei das Verfahren vorzugsweise ein Verfahren zur Herstellung durch Reparatur oder Komplettierung ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Artikel zum Begrenzen von zumindest Abschnitten eines Hohlraums zur Aufnahme von Gussmetall einen ersten Begrenzungsbereich (12) und einen dazu benachbarten, vorzugsweise daran angrenzenden zweiten Begrenzungsbereich (14) anderer Zusammensetzung besitzt, wobei der erste Begrenzungsbereich aus dem gehärteten geformten Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) gebildet ist.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 oder 4, wobei die erste Komponente (A) und/oder die zweite Komponente (B) Bestandteile umfassen, die zumindest in dem nach Schritt (S3) vorliegenden gehärteten geformten Produkt oder in dem nach Abschluss des Herstellverfahrens vorliegenden Artikel so vorliegen, dass sie durch Erhitzen zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei - das Formen in Schritt (S3) manuell oder automatisiert erfolgt, vorzugsweise manuell und/oder - beim Herstellen des zweiten Begrenzungsbereichs (14) ein Formstoff unter Verwendung einer automatisierten Formanlage geformt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 6, wobei - zunächst der erste Begrenzungsbereich (12) des Artikels geformt wird und dann der zweite Begrenzungsbereich (14) an den ersten Begrenzungsbereich angeformt wird, wobei vorzugsweise der erste Begrenzungsbereich an ein Formmodell (4) angeformt wird oder - zunächst der zweite Begrenzungsbereich des Artikels geformt wird und dann der erste Begrenzungsbereich an den zweiten Begrenzungsbereich angeformt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das kontaktierende Vermischen der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) in Schritt (S2) - zumindest teilweise manuell erfolgt, vorzugsweise ausschließlich manuell und/oder - zumindest teilweise ohne elektrische Unterstützung des Mischvorgangs erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, mit folgendem Schritt: - Ausfüllen einer beabsichtigten oder unbeabsichtigten Ausnehmung in einem Oberflächenbereich eines Formteils, vorzugsweise einem Bereich zum Begrenzen von zumindest Abschnitten eines Hohlraums zur Aufnahme von Gussmetall, mit der in Schritt (S2) resultierenden selbsthärtenden Formmasse.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Schritt (S1) als Bestandteil des Formgrundstoffs, bevorzugt als Formgrundstoff, in der ersten Komponente (A) und/oder der zweiten Komponente (B) gemäß DIN 51060 als feuerfest zu bezeichnender feuerfester Formgrundstoff eingesetzt wird, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: - natürliche und künstliche Formgrundstoffe und deren Mischungen, bevorzugt ganz oder teilweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: - Quarz-, Zirkon- oder Chromerzsand, Olivin, Vermiculit, Bauxit, Schamotte und deren Mischungen; und/oder in Schritt (S1) als Bestandteil des Formgrundstoffs, bevorzugt als Formgrundstoff, in der ersten Komponente (A) und/oder der zweiten Komponente (B) wärmeisolierender Füllstoff eingesetzt wird, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: - Hohlkörper, bevorzugt Hohlkugeln aus Flugasche - poröse Körper, bevorzugt Perlit, kalzinierte Reisschalenasche, kalzinierter Kieselgur, geschlossen-porige Mikro-Kugeln - Kern-Hülle-Partikel; und/oder - die erste Komponente (A) umfassend Bindemittelkomponente (b1) und/oder - die zweite Komponente (B) umfassend Bindemittelkomponente (b2) zusätzlich ein, zwei, drei oder mehr weitere Inhaltsstoffe umfasst bzw. umfassen, unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: - metallische Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Magnesium, Silizium, Titan, deren Legierungen und deren Mischungen miteinander oder mit anderen metallischen Materialien - Metalloxid, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxid, Manganoxid und Mischungen daraus - Lithiumsilikat - Cordierit und - Alkalinitrat, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Natriumnitrat, Kaliumnitrat und deren Mischungen.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bindemittelsystem ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: (G1) Polyurethan No-Bake Systeme, wobei bevorzugt die erste Bindemittelkomponente (b1) eine Polyol-Komponente ist, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus phenolischen Harzen, bevorzugt ortho-, ortho'-kondensierten phenolischen Resolen, und aliphatischen Polyol-Verbindungen, und die zweite Bindemittelkomponente (b2) eine Polyisocyanat-Komponente ist, vorzugsweise eine Polyisocyanat-Komponente umfassend Methylendi(phenylisocyanat), wobei die erste Komponente (A) und/oder die zweite Komponente (B) einen Katalysator (c) enthält bzw. enthalten, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 4-Phenylpropylpyridin und flüssigen Aminen, bevorzugt Methylimidazol oder Vinylimidazol; (G2) säurehärtende Kaltharze, bevorzugt wird dabei die erste Bindemittelkomponente (b1) ausgewählt aus: - Furan-Harze, Phenol-Harze oder Kombinationen daraus und die zweite Bindemittelkomponente (b2) umfasst eine oder mehrere a-cide Bestandteile, unabhängig voneinander ausgewählt aus: - Sulfonsäuren, besonders bevorzugt Paratoluolsulfonsäure, Xylolsulfonsäure, Benzolsulfonsäure, Methansulfonsäure - Mischungen von Sulfonsäuren und organischen Säuren, besonders bevorzugt Mischungen von Sulfonsäuren und Milchsäure; - Mischungen von anorganischen Säuren, wobei vorzugsweise eine oder mehrere Sulfonsäuren und/oder eine oder mehrere Phosphorsäuren in der Mischung enthalten sind; (G3) anorganische Bindemittelsysteme, bevorzugt anorganische Bindemittelsysteme umfassend Wasserglas, besonders bevorzugt anorganische Bindemittelsysteme umfassend (i) Wasserglas und Ester oder (ii) Wasserglas und amorphes partikuläres Siliziumdioxid; (G4) Epoxidharze, wobei bevorzugt die erste Bindemittelkomponente (b1) eine epoxidhaltige Verbindung umfasst, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Glycidyl-basierte Epoxidharze, Bisphenol-basierte Epoxidharze, Novolak-Epoxidharze, aliphatische Epoxidharze und/oder halogenierte Epoxidharze und die zweite Bindemittelkomponente (b2) ein mehrwertiges Amin umfasst, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: mehrwertige aromatische Amine, bevorzugt 1,3-Diaminobenzol, mehrwertige aliphatische Amine, bevorzugt Diethylentriamin oder 4,4'-Methylenbis(cyclohexylamin) und/oder Dicarbonsäureanhydride, vorzugsweise Hexahydrophthalsäureanhydrid.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die in Schritt (S2) resultierende selbsthärtende Formmasse umfasst: - 82 bis 98 Gew.-%, bevorzugt 84 bis 96 Gew.-%, besonders bevorzugt 86 bis 96 Gew.-% Formgrundstoff, ganz besonders bevorzugt 92 bis95 % und/oder - 2 bis 18 Gew.-% an Bestandteilen, die nicht Formgrundstoff sind, bevorzugt 4 bis 16 Gew.-%, besonders bevorzugt 4 bis 14 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 5 bis 8 Gew.-%, wobei die Gewichtsprozentangaben bezogen sind auf die Gesamtmasse der selbsthärtenden Formmasse.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Formgrundstoff und der zweite Formgrundstoff - eine im Wesentlichen gleiche oder eine identische chemische Zusammensetzung besitzen oder - eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung besitzen.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei beim Kontaktieren in Schritt (S2) die Temperatur der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) jeweils im Bereich von 5 bis 40 °C liegt.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei - die gehärtete Formmasse Bestandteile umfasst, die zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können und/oder - die gehärtete Formmasse eine Biegefestigkeit von mehr als 100 N/cm2, bevorzugt mehr als 200 N/cm2 besonders bevorzugt mehr als 300 N/cm2aufweist und/oder - das Formen und Härten der in Schritt (S2) resultierenden selbsthärtenden Formmasse in Schritt (S3) innerhalb eines Zeitraums von 1 bis 60 Minuten erfolgt, bevorzugt innerhalb eines Zeitraums von 2 bis 30 Minuten, besonders bevorzugt innerhalb eines Zeitraums von 5 bis 20 Minuten, ganz besonders bevorzugt innerhalb eines Zeitraums von 5 bis 10 Minuten.
  16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, zur Herstellung eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern und Speiser, mit folgenden Schritten nach dem kontaktierenden Vermischen der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) in Schritt (S2): - Anordnen der selbsthärtenden Formmasse in einer Formkammer oder einem Formkasten, vorzugsweise in Kontakt mit einem Formmodell oder einer Modellplatte, wobei das Anordnen bevorzugt ein Formen der selbsthärtenden Formmasse umfasst, - danach, während des Härtens oder nach dem Härten der selbsthärtenden Formmasse, Einbringen eines Formstoffes in die Formkammer oder den Formkasten, wobei bevorzugt die in der Formkammer oder dem Formkasten angeordnete Formmasse zumindest bereichsweise von dem Formstoff umschlossen wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Anordnen der selbsthärtenden Formmasse in der Formkammer oder dem Formkasten den oder die Schritte umfasst: - Anformen der selbsthärtenden Formmasse an eine die Formkammer begrenzende Modellplatte und/oder an ein den Formhohlraum des herzustellenden Artikels ausbildendes Formmodell, wobei die selbsthärtende Formmasse vorzugsweise Bestandteile umfasst, die zu einer Thermitreaktion miteinander gebracht werden können und/oder - zur Herstellung einer Gießform mit darin angeordnetem Speiser oder Kern Anordnen eines Speisers bzw. eines Kerns innerhalb der Formkammer oder des Formkastens, wobei ein Bereich des Speisers und/oder des Kerns ein gehärtetes geformtes Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei der hergestellte Artikel von der Modellplatte bzw. dem Formmodell getrennt wird.
  19. Artikel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern und Speiser, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend einen ersten Bereich, der gebildet ist aus einem gehärteten geformten Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B), und einen zweiten Bereich, der aus einem Material anderer Zusammensetzung gebildet ist.
  20. Artikel nach Anspruch 19, wobei der Artikel zum Begrenzen von zumindest Abschnitten eines Hohlraums zur Aufnahme von Gussmetall einen ersten Begrenzungsbereich (12) und einen dazu benachbarten, vorzugsweise daran angrenzenden zweiten Begrenzungsbereich (14) anderer Zusammensetzung besitzt, wobei der erste Begrenzungsbereich aus dem gehärteten geformten Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) gebildet ist.
  21. Kit zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 18, zumindest umfassend - als oder in einem ersten Bestandteil des Kits eine Menge einer ersten Komponente (A), umfassend eine erste Bindemittelkomponente (b1) und Formgrundstoff - als oder in einem zweiten Bestandteil des Kits eine Menge einer zweiten Komponente (B), umfassend eine zweite Bindemittelkomponente (b2) und Formgrundstoff, wobei der erste und der zweite Bestandteil des Kits räumlich separat voneinander angeordnet sind.
  22. Verfahren zum Herstellen eines metallischen Gussteils durch Metallguss in einer Gießform, umfassend die Schritte: - Herstellen eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gießform, Kern und Speiser, gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, und Einsetzen des Artikels zum Begrenzen von zumindest Abschnitten eines Hohlraums zur Aufnahme von Gussmetall, wobei der Artikel einen ersten Begrenzungsbereich (12) und einen dazu benachbarten, vorzugsweise daran angrenzenden zweiten Begrenzungsbereich (14) anderer Zusammensetzung besitzt, wobei der erste Begrenzungsbereich aus dem gehärteten geformten Produkt der ersten Komponente (A) und der zweiten Komponente (B) gebildet ist, - Kontaktieren des Gussmetalls zumindest mit dem ersten Begrenzungsbereich des hergestellten Artikels während des Gießens.
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