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Formmasse für Gießereiformen Die Erfindung betrifft eine Formmasse
zur Herstellung von Formen für die Gießerei.
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Man hat bisher Gußformen gewöhnlich unter Verwendung eines Gemisches
aus Gießereisand, Ton und einer bestimmten kritischen Menge Wassers hergestellt.
Dabei konnte man gewaschenen, rohen oder regenerierten Sand benutzen; an Tonarten
wurden Bentonit, Feuerton und ein Gemisch solcher und ähnlicher Tonarten verwendet.
Man hat auch, dies war allgemeine Praxis, ein organisches Bindemittel dabei verwendet,
so z. B. Gramineaesaat, Dextrin u. dgl. Fehler der Formen und Versagen der Formen
im Betrieb waren jedoch bei Verwendung dieser bekannten Gußmassen an der Tagesordnung
und Gegenstand laufender Beanstandungen der Gießereiindustrie.
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Um diesen Nachteilen zu begegnen, wurden für und von der Gießereiindustrie
zahlreiche Formsandmassen entwickelt, die sich hauptsächlich hinsichtlich des jeweils
verwendeten Bindemittels unterscheiden. Aber im allgemeinen hat man durch die vorgenommenen
Änderungen zwar auf der einen Seite gewisse Eigenschaften verbessert, dafür aber
Verschlechterung anderer Eigenschaften in Kauf genommen. So ist es z. B. wünschenswert,
Formmassen mit hochgradiger Fließfähigkeit zur Verfügung zu haben, um alle Modellhöhlungen
so schnell wie möglich vollständig auszufüllen. Andererseits hat man jedoch die
Erfahrung gemacht, daß eine Zunahme an Fließfähigkeit im allgemeinen begleitet ist
von einer Abnahme an Permeabilität des fertiggestampften Körpers. Andererseits hat
eine Steigung der Fließfähigkeit einer bestimmten Masse meist zu einer verminderten
Kompressionsfestigkeit der nassen Form geführt.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, eine
Formmasse zu schaffen, welche die Nachteile der bisher bekannten Formmassen für
Gießereiformen nicht aufweist und neben einer hochgradigen Fließfähigkeit der Masse
sich durch eine hohe Kompressionsfestigkeit der nassen Form neben einer verbesserten
Permeabilität auszeichnet.
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Die erfindungsgemäße Formmasse für Gießformen geht aus von den bekannten
Formmassen, die aus einem Gemisch aus Gießereisand, Ton, Wasser und einem Bindemittel
bestehen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch als Bindemittel ein wasserlösliches
Polyalkylenpolyamin oder Polyalkylenimin enthält.
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Man hat schon als Bindemittel für Gießereisand die bei der Umsetzung
von Ammoniak mit Alkylenoxyden zu Mono-, Di- und Trialkanolaminen als Nebenprodukte
entstehenden, höhersiedenden Destillationsrückstände benutzt (deutsche Patentschrift
846 276). Es handelt sich dabei um Bindemittel, wie sie bei der erfindungsgemäßen
Formmasse nicht zur Anwendung kommen. Die bekannten Bindemittel sollen lediglich
zur Erzeugung von Gußkemen benutzt werden, um deren Druckfestigkeit zu erhöhen.
An ein Bindemittel für Formmassen für Gießereiformen sind jedoch neben einer erhöhten
Druckfestigkeit noch wesentlich andere Anforderungen zu stellen als an ein Kernbindemittel.
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Anders als die bisher bekannten Formmassen zeichnet sich die erfindungsgemäße
Masse nicht nur durch eine Verbesserung der Fließfähigkeit aus, sondern bringt dabei
noch eine Verbesserung aller derjenigen Eigenschaften mit sich, die für Formmassen
in der Gießerei wichtig sind. Die erfindungsgemäße Formmasse läßt eine im wesentlichen
vollständige Füllung der Modellformen zu; die nassen Formen besitzen eine ausgezeichnete
Kompressionsfestigkeit und einen ausgezeichneten Widerstand gegen Deformationen,
so daß sie während des Trocknens oder Brennens gegen Beschädigung weniger anfällig
sind. Außerdem haben die aus erfindungsgemäßer Formmasse hergestellten Formen eine
verbesserte Permeabilität.
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Polyalkylenpolyamine oder Polyalkylenimine, die erfindungsgemäß in
der Formmasse als Bindemittel zur Anwendung kommen, können von einem oder mehreren
Alkyleniminen hergeleitet sein, so z. B. Äthylenimin, 1,2-Propylenimin, 1,2-Butylenimin,
2,2-Dimethyläthylenimin, 2,2,3-Trimethyläthylenimin und 2,2-Dimethyl-3-n-propyläthylenimin.
Auch N-substituierte Derivate und Salze dieser Polymeren sind
brauchbar,
so lange nur die Wasserlöslichkeit des jeweiligen Polymeren noch vorhanden ist.
Beispiele sind die N-methylsubstituierten Derivate sowie die Sulfate, Nitrate, Chloride
und Bromide solcher Polymeren.
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Die Polyalkylenpolyamine oder Polyalkylenimine, die nach der Erfindung
zur Anwendung kommen, sollen ein Molekulargewicht von mindestens 500 besitzen und
liegen vorzugsweise mit ihrem Molekulargewicht zwischen ungefähr 10 000 und 150
000.
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Insbesondere enthalten die bei dem erfindungsgemäßen Massen das Polyalkylenpolyamin
oder Polyalkylenimin in einer Menge von 0,005 bis 1 Gewichtsprozent der gesamten
Masse. Beste Resultate hat man bei Verwendung dieser Polymeren in einem Mengenanteil
von 0,02 bis 0,1% der Gesamtmasse erzielt. Die Polymeren können auch zusammen mit
anderen Bindemitteln verwendet werden. Es ist aber auch möglich, daß in diesen Fällen
die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäß verwendeten Bindemittels durch die
Anwesenheit anderer ungeeigneter Bindemittel wesentlich gemindert werden kann.
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Die Formmassen nach der Erfindung kann man dadurch gewinnen, daß man
Sand, Ton, Wasser und ein wasserlösliches Polyalkylenpolyamin öder Polyalkylenimin
miteinander vermischt.
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Man kann z. B. so vorgehen, daß man das Polyalkylenpolyamin oder Polyalkylenimin
einem Gemisch aus Gießereisand, Ton und Wasser zusetzt, beispielsweise in einem
in Gießereien üblichen Kollergang. Das Polymere kann in wäßriger Lösung zugegeben
werden, im allgemeinen als eine 2o/oige Lösung oder als feines Pulver. In manchen
Fällen, in denen auf besondere Eigenschaften der Formmasse Wert gelegt wird, insbesondere
auf Heißfestigkeit und Trockenscherfestigkeit, ist es erwünscht, daß eine kleine
Menge feinverteilten anorganischen Salzes zu der Grundmasse zugesetzt wird. Geeignete
anorganische Salze, die zu diesem Zweck in Frage kommen, sind Natrium-, Kalium-,
Kalzium- und Ammonsalze der Sauerstoffsäuren von Phosphor sowie Natrium-, Kalium-,
Kalzium- und Bariumsalze der Sauerstoffsäuren von Schwefel.
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Nach der Erfindung wird ein im wesentlichen gleichmäßiges und homogenes
Gemisch von Sand, Ton, Wasser und wasserlöslichem Polyalkylenpolyamin oder Polyalkylenimin
in einer Modellgußform oder sonstwie geformt. Dabei wird man in der Regel die Masse
gießen oder unter Druck in die Form einpressen und sodann einrammen oder einstampfen,
so daß die Modellform mit allen ihren Höhlungen vollständig ausgefüllt wird.
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Die Form wird sodann abgenommen, und damit ist die grüne oder nasse
Form verwendungsfertig; sie kann gegebenenfalls noch getrocknet oder gebrannt werden.
Die Erfindung wird mit besonderem Erfolg bei solchen Massen angewandt, welche auf
der Baiss von 85 bis 96 Gewichtsteilen Sand, 2 bis 8 Gewichtsteilen Ton und 1 bis
7 Gewichtsteilen Wasser je 100 Teile Formmasse hergestellt sind. Der verwendete
Sand kann gewöhnlicher Gießereisand, gewaschener Sand, Schersand oder regenerierter
Sand sein. Wenn regenerierter Sand verwendet wird, büßt man unter Umständen einen
Teil der durch den erfindungsgemäßen Zusatz gewinnbaren Vorteile ein, solange in
der Masse ein Rest von organischem Bindemittel, wie Gramineaesaat, Dextrin u. dgl.,
vorhanden ist. Wenn der Sand, der Reste von solchen Bindemitteln enthält, öfter
und öfter wieder verwendet wird, so werden diese Bindemittel nach und nach herausgebrannt,
so daß man nach und nach auch in den Genuß der Vorteile des polymeren Zusatzes kommt.
Der Ton, den man verwendet, ist im allgemeinen eine Bentonitart. Häufig verwendet
man auch sogenannte Feuertone einzeln und auch in Verbindung mit Bentonit. Die zugesetzte
Wassermenge ist eine Größe, die in der herkömmlichen Formtechnik extrem kritisch
ist, die jedoch bei Verwendung des erfindungsgemäßen polymeren Bindemittels wesentlich
unkritischer wird, so daß die Wassertoleranz zwischen etwa 1 Gewichtsprozent und
etwa 8 Gewichtsprozent der gesamten Formmasse liegen kann.
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Es wurde in einem Kollergang eine Formmasse ohne Bindemittel hergestellt
durch Mischen von 920 Teilen Sand, 40 Gewichtsteilen Bentonit und 40 Gewichtsteilen
Wasser. Dem einen Teil wurde der übliche Gramineaesaatbinder zugesetzt, und zwar
in einer Menge von 1 kg pro 100 kg. Einer zweiten Probe wurde Polyäthylenimin in
einer Menge von 0,05 kg pro 100 kg als 2o/oige Lösung zugesetzt. Beide Proben wurden
in einem Kollergang innig gemischt, und aus jeder Probe wurde sodann ein zylindrischer
Versuchskörper von 50 mm Durchmesser hergestellt. Da das Ausmaß der Stampfbehandlung
eine sehr ausgeprägte Wirkung auf die aus der jeweiligen Formmasse hergestellten
Formkörper hat, war es notwendig, Vergleichsversuche mit gleichmäßig gestampften
Probekörpern durchzuführen. Wie aus der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen, wurden
Probekörper mit Stampfgrad 3 und Stampfgrad 5 hergestellt. In der folgenden Tabelle
sind neben den Meßergebnissen auch die Unterschiede enthalten, die sich bei Vergleich
von Massen mit dem erfindungsgemäßen Zusatz einerseits und mit einem Gramineaesaatzusatz
andererseits ergeben.
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Es wurden bei verschiedenem Stampfgrad die Fließfähigkeit, Naßhärte,
Gasdurchlässigkeit, Deformation unter Spannungseinwirkung sowie die Naßfestigkeit
nach üblichen Prüfmethoden untersucht.
Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die Fließfähigkeit, die Naßhärte, die Permeabilität
und die Naßscherfestigkeit bei der erfindungsgemäßen Formmasse wesentlich verbessert
sind gegenüber den entsprechenden Eigenschaften bei Formmassen mit Gramineaesaatzusatz.
Darüber hinaus ist die Deformation reduziert. _ Ähnliche Verbesserungen können erreicht
werden, wenn man andere Polyalkylenimine an Stelle des Polyäthylenimins
verwendet,
z. B. Polyalkylenimine, welche in. gebundener Form Monomeren aus der Gruppe 1,2-Propylenimin,
1,2-Butylenimin, 2,2-Dimethyläthylenimin, 2,2,3-Trimethyläthylenirnin und 2,2-Dimethyl-3-n-Propyläthylenimin
enthalten.