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Verfahren zum Herstellen von Formen oder Kernen für Gießereizwecke
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formen oder Kernen für Gießereizwecke
mittels von der mit Wasser versetzten Formmasse abhebbarer Modelle oder Kernkästen
und besteht darin, daß die das Modell umgebende oder in den Kernkasten gefüllte
Formmasse bis zum Übergang ihres Wasseranteils in den festen Aggregatzustand gekühlt
und das Modell oder der Kernkasten dann abgehoben wird.
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Im Gießereiwesen ist es seit langer Zeit üblich, als Bindemittel für
die Herstellung von Sandformen Wasser zu verwenden, weil erfahrungsgemäß der übliche
Formsand die erforderliche Formbarkeit und Standfestigkeit erst durch einen bestimmten
Wassergehalt erhält, der normal zwischen 5 und 8% des Sandgewichtes liegt. Hierbei
wird das Wasser in seinem üblichen Aggregatzustand verwendet, nämlich in flüssigem
Zustand.
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Auch ist schon bei der Verwendung verlorener Modelle aus gefrorenem
Quecksilber vorgeschlagen worden, das in einem Kasten befindliche Hinterfüllmaterial
mit Wasser zu tränken und diesem die für das Schmelzen des Quecksilbermodells erforderliche
Wärme zu entziehen, so daß es gefriert und das Hinterfüllmaterial dadurch in seinem
mit Deckel versehenen Kasten zusammenbackt.
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Es wurde nun gefunden, daß es zur Erzielung erheblicher Vorteile möglich
ist, das Wasser in festem Aggregatzustand, d. h. also zu Eis gefroren, zur Bindung
des. Formsandes zu verwenden, und daß die dadurch erzielbare Bindefestigkeit ausreicht,
die Form bzw. den Kern vom Formwerkzeug zu entfernen und als ein sich selbst tragendes
Gebilde dem Abgießen mit glutflüssigem Metall oder anderen vergießbaren Medien zuzuführen.
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Zu d'ies;em Zweck trägt man den mit Wasser durchfeuchteten Formsand
auf das in bekannter Weise mit einem Trennmittel versehene Modell auf und behandelt
die so erzielte Form bei Temperaturen, bei denen das Wasser in den festen Aggregatzustand
übergeht. In diesem Zustand, der im folgenden kurz als Gefrierzustand bezeichnet
wird, läßt sich die Form mühelos vom Modell abheben. Handelt es sich um mehrteilige
Formen, können die einzelnen erfindungsgemäß hergestellten Teile mit den gegebenenfalls
auch erfindungsgemäß hergestellten Kernen zu der gießfertigen Form vereinigt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders für die Verwendung in
polaren Gegenden geeignet, in denen Kälte der Natur nach vorhanden ist und keine
Probleme der Lagerung der Formen und Kerne in dem Zeitraum zwischen Fertigstellung
und Abguß auftreten. Handelt es sich jedoch um das Gießen großer Stückzahlen, so
daß Fließarbeit angemessen ist und jede Form unmittelbar nach ihrer Fertigstellung
abgegossen werden kann, so ist dasVerfahren auch unter anderen Klimabedingungen
durchführbar. Besondere Bedeutung hat das Verfahren dann für be, wegliche Gießereien,
die auf die Mitnahme von schweren Formmaschinen verzichten müssen, aber ohnehin
über Kälteerzeuger für Lebensmittelzwecke od. dgl. verfügen. Es ist hierbei an Reparaturfahrzeuge
auf dem Land und auf dem Wasser gedacht, die heutzutage auch Gießereien mit sich
führen.
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Es ergeben sich außer den vorbeschriebenen Vorteilen aber auch noch
erheblich wesentlichere technische Vorteile. So besitzt die Form im Gefrierzustand
eine erheblich größere Festigkeit, als sie den Sandformen eigen ist. Soll die Form
im Gefrierzustand abgegossen werden, wird sie vorteilhaft als Blockform hergestellt,
weil eine solche im Gefrierzustand mit einer solchen Festigkeit gefertigt werden
kann, daß sie ohne jede Gefahr unter einem geringen Überdruck abgegossen werden
kann. Durch einen derartigen Überdruck beim Abgießen läßt sich die durch den Gefrierprozeß
gegebenenfalls herabgeminderte Gasdurchlässigkeit der Form leicht ausgleichen. Der
Überdruck kann dabei mit Hilfe eines Reduz'ierventils in bekannter Weise einer Preßluftleitung
entnommen werden.
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Aus der erhöhten Festigkeit der Form im Gefrierzustand ergibt sich
gegenüber den bekannten Sandformprozessen eine ganze Reihe von Vorteilen. Zunächst
kann erheblich an Verdichtungsarbeit gespart werden, denn auch ohne vorheriges intensives
Einstampfen ist die erhöhte Festigkeit gegeben. Weiter entfällt das zeitraubende
Einstecken von Formerstiften. Alle Arbeiten während der Formherstellung, die die
Form mechanisch stark beanspruchen, wie
Abheben vom Modell, Zusammensetzen,
Transportieren, können rascher ausgeführt werden, ohne daß dabei die feineren Konturen
beschädigt werden. Formkästen sind nicht erforderlich, wodurch wiederum Transportarbeiten
gespart werden. Weil Kerne aus gleichem Material wie die Formen gefertigt werden
können und Formerstifte nicht benutzt zu werden brauchen, vereinfacht sich die Aufarbeitung
des gebrauchten Sandes, die sonst durch dasHerausschieben von Kernbruchstücken und
Formerstiften belastet wird, erheblich.
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Besitzt der verwendete Formsand eine gute Grünstandfestigkeit, so
kann: das Abgießen von erfindungsgemäß hergestellten Blockformen auch erfolgen,
nachdem sich die Formen auf Temperaturen oberhalb 0° C erwärmt- haben. Die wesentlichsten
der obergenannten Vorteile auf Grund höherer Festigkeit im Gefrierzustand bleiben
auch hierbei erhalten, sofern es sich um kleinere Gußstücke handelt, bei denen die
größte mechanische Beanspruchung der Form während der Formherstellung und nicht
während des Abgießens auftritt. Um dabei ebenfalls Formkästen entbehren zu können,
wird man zweckmäßigerweise die einzelnen Formen, solange sie sich noch im Gefrierzustand
befinden und ohne Bruch- oder Zerfallgefahr gehandhabt werden können, zu größeren
Blöcken oder Stapeln. vereinigen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht nur auf Blockformen,
sondern mit gleichem Erfolg auch auf Schalenformen anwendbar, wobei sich wichtige
Vorteile insbesondere hinsichtlich der erforderlichen Modelle ergeben. Während bei
den bekannten Verfahren zur Schalenformherstellung die Schalenform in Berührung
mit dem Modell durch Erhitzen gehärtet wird, erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine Verfestigung der Schalenform durch Abkühlung unterhalb 0° C. Die Schalenform
wird dann, nachdem sie im Gefrierzustand vorn Modell abgehoben und in einen mit
Kies gefüllten Blechbehälter gelegt worden ist, unter Erhitzung endgültig ausgehärtet.
Infolgedessen können die Modelle aus beliebigem, nicht notwendig hitzebeständigem
Material bestehen, während bei den bekannten Verfahren zur Schalenformherstellung
lediglich hitzebeständige Modelle, die besonders teuer sind, verwendet werden können.
Es wird somit möglich, Schalenformen von Holz-, Gips- oder Sorelzementmodellen,
wie sie von Gießereien meistens auf Lager gehalten werden, herzustellen. Damit können
die bekannten Vorteile von Schalenformen auch bei Gußstücken genutzt werden, die
in kleiner Stückzahl gefertigt werden sollen. Bisher war die Schalenformherstellung
infolge der erforderlichen Anfertigung besonderer, teurer, hitzebeständiger Modelle
nur in den Fällen rentabel, wo es sich um große Stückzahlen eines bestimmten Gußstückes
handelt.
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Wenn vorstehend in der Hauptsache von Formen die Rede ist, so muß
ausdrücklich hervorgehoben werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren in völlig
analoger Weise auch auf die Herstellung von Kernen anwendbar ist. Dabei können in
gleicher Weise, wie Blockformen und Schalenformen herstellbar sind, auch kompakte
und hohle Kerne gefertigt werden.
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Um bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders glatte
Gußoberftächen zu erzielen, ist es auch möglich, das Modell vor dem Auftragen der
Formmässe mit einer wässerigen Suspension besonders feinkörniger Formmasse zu bespritzen
und nachträglich die übrige Formmasse aufzubringen. Derartige Suspensionen werden
als sogenannte Feinschichtmassen in Verbindung mit bekannten Formverfahren bereits
verwendet. Es ergibt sich aus der vorbeschriebenen Art der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, daß es ohne weiteres möglich ist, die Form bzw. den Kern grundsätzlich
aus mehreren Schichten untereinander verschiedener Formmassen aufzubauen. Eine derartige
Arbeitsmethode ist beispielsweise dort erwünscht, wo modellseitig eine kostspielige
Fonnmasse mit besonderer Hitzebeanspruchbarkeit erforderlich ist und in einer vom
Modell weiter entfernten Zone der Form eine Schicht hoher Festigkeit, während der
äußere Hauptteil der Form aus einer billigen Formmasse ohne beisondere Eigenschaften
bestehen darf.
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Um das Verfahren in technischen Einzelheiten klarer erkennen zu lassen,
sollen nachstehend nähere Ausführungsbeispiele sowohl für die Herstellung von Blockform
als auch für die Herstellung von Schalenformen gegeben werden, während auf spezielle
Beispiele für die Herstellung von Kernen verzichtet w(W-den kann, weil diese Herstellung
in völlig analoger Weise geschieht.
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Zur erfindungsgemäßen Herstellung von Blockformen benutzt man Formsand
normaler Grünstandfestigkeit; dessen Wassergehalt auf 8 bis 10 Gawichtsprozent eingestellt
ist. Nach üblichen Verfahren gestampfte oder geschossene Formen bzw. Kerne läßt
man gemeinsam mit dem Modell bzw. Kernkasten einen Kühltunnel durchlaufen, in dem
sich Luft von etwa -20° C befindet. Die Durchlaufzeiten richten. sich nach den Abmessungen
der Formen und Kerne und nach den Materialien, aus denen die Modelle und Kernkästen
bestehen. Sie können z. B. 2 bis 10 Minuten betragen. Nach Passieren des Kühltunnels
werden die Formen von den Modellen abgehoben bzw. die Kerne aus den Kernkästen entfernt
und alle Teile zu gießfertigen Formen zusammengesetzt, die unmittelbar darauf im
Niederdruckverfahren abgegossen werden. Um die Gefrierzeiten möglichst kurz zu halten,
empfiehlt sich die Verwendung von metallenen Modellen und Kernkästen, die sofort
nach Passieren des Kühltunnels und Entfernung der Formen bzw. Kerne im noch kalten
Zustand erneut mit Formsand beschickt werden. Als Trennmittel eignen sich z. B.
Siliconöl, Petroläther, Tetrachlorkohlenstofi<.
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Sollen diese Blockformen ohne Anwendung von Niederdruck abgegossen
werden, muß man vorteilhaft Formsand guter Grünstandfestigkeit mit einem Wassergehalt
von 5 bis 8 % des Sandgewichtes verwenden und erst abgießen, wenn sich die Form
auf eine Temperatur oberhalb 0° C erwärmt hat.
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Zur Herstellung von Schalenformen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
benutzt man als Formmasse vorteilhaft eine Mischung von feinem Quarzsand mit 3 bis
10 Gewichtsprozent eines wärmehärtenden Kunstharzpulvers und 7 bis 12 Gewichtsprozent
Wasser. Diese Masse wird in gleichmäßig dicker Schicht durch Spritzen; Schleudern,
Stampfen; Pressen od. dgl. auf das Modell aufgebracht. Es empfiehlt sich hierzu
auch die Verwendung einer auf dem Injektorprinzip beruhenden Handspritzpistole;
die ohne Zusatzvorrichtung für jedes beliebige Modell verwendet werden kann. Um
eine besonders glatte Gußoberfläche zu erhalten, kann vor dem Aufbringen dieser
Formmasse eine wässerige Suspension eines
besonders feinkörnigen
Formmaterials, z. B. eines Talkum-Kunstharzpulver-Gemisches, auf das Modell aufgespritzt
werden. Anschließend wird durch Aufbringen von stückförmigem, festem Kohlendioxyd,
das sich beispielsweise in einem als Thermosbehälter ausgebildeten Schwenkgefäß
befinden kann, die Formmasseschicht auf eine Temperatur von -5 bis -15° C gebracht
und vom Modell abgehoben. Die so erhaltene Schalenform wird unter leichtem Vibrieren
derart in ein genügend großes, kiesgefülltes Blechgefäß gelegt, daß die Modellseite
nicht mit dem Kies in Berührung kommt. Dieses Gefäß wird sodann bis zur ausreichenden
Aushärtung in einen elektrischen Strahlofen gebracht.
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An Stelle der in dem vorstehenden Beispiel angegebenen Formmasse kann
als Formmasse auch eine Mischung aus feinem Quarzsand mit 4 bis 8 Gewichtsprozent
Dextrinpulver und 7 bis 12 Gewichtsprozent Wasser verwendet werden.
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Die Herstellung von Schalenformen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann auch in Kombination mit dem bekannten Kohlensäureerstarrungsverfahren geschehen.
Zu diesem Zweck wird als Formmasse eine Mischung von Quarzsand mit 5 bis 10 Gewichtsprozent
Wasserglaslösung verwendet und während festes Kohlendioxyd auf der Formmasseschicht
aufliegt, ein gelinder Luftstrom durch die Kohlendioxydstücke und die Formmasseschicht
hindurchgeblasen. Durch das Gefrieren erhält die Formmasseschicht die zum Abheben
vom Modell erforderliche Festigkeit. Die durch die chemische Reaktion zwischen Kohlendioxyd
und Wasserglas erfolgende Verfestigung würde hierzu nicht ausreichen, da sie der
Schalenform lediglich diejenige Festigkeit gibt, die erforderlich ist, um beim anschließenden
Trocknen der Form bei etwa 200° C ein Zerfallen der Form zu verhindern. Das Trocknen
kann daher bei ausreichender Dicke der Schalenform ohne ein Einbetten in Kies geschehen,
es verleiht der Schalenform die endgültige Festigkeit, die erheblich höher liegt
als die durch die alleinige Anwendung des Kohlensäureerstarrungsverfahrens erreichbare
Festigkeit.