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Verfahren zum überziehen von Gießformen und Kernen mit einer Schicht
aus feuerfestem Material und einem Bindemittel Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum überziehen von Gießformen und Kernen, insbesondere aus Sand, mit einer
Schicht aus feuerfestem Material und einem Bindemittel, mit dem sich die Oberflächeneigenschaften
von Sandformen verbessern lassen.
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Die Eigenschaften und Qualitäten von Metallgußstücken, die durch Gießen
von geschmolzenen Metallen in Sandformen hergestellt werden, hängen in hohem Maße
von der Natur und dem Charakter der Form- und Kernoberflächen ab, gegen die das
geschmolzene Metall fließt und in bzw. an denen es verfestigt. Wichtig ist, daß
die Oberflächen der Sandformen- und -kerne eine gute Glätte aufweisen, die aus dem
Metall übertagene Wärme abzuleiten vermögen und gegenüber dem heißen geschmolzenen
Metall inert bleiben, d. h. damit nicht in Reaktion treten.
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Man hat bisher versucht, diese Eigenschaften dadurch zu erreichen,
daß man die Oberflächen der Formen und Kerne mit besonderen Oberflächensanden behandelt
und/oder mit flüssigen Suspensionen von feuerfestem Material überzieht, z. B. besprüht
oder diese durch Eintauchen aufbringt. Es ist auch schon versucht worden, die Form-
und Kernoberflächen in feuchtem Zustand mit trockenen pulverisierten feuerfesten
Substanzen zu bestäuben. Abgesehen davon, daß es schwierig ist, dabei eine gleichmäßige
Oberflächenbeschichtung zu erzielen, insbesondere dann, wenn die Oberflächen unregelmäßig
geformt sind, hat sich diese Technik als nicht besonders wirksam erwiesen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisherigen Nachteile
auszuschalten und ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich in einfacher Weise die
Oberflächen von Gießformen und Kernen qualitativ verbessern lassen. Diese Aufgabe
wird gelöst mittels des Verfahrens zum überziehen von Gießformen und Kernen, insbesondere
aus Sand, mit einer Schicht aus feuerfestem Material und einem Bindemittel, das
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Form oder der Kern mit einer
Fließbettsuspension eines feuerfesten Materials und eines thermoplastischen Harzes
in Berührung gebracht wird, wobei das feuerfeste Material in einer Teilchengröße
unterhalb 23 Maschen pro Quadratzentimeter vorliegt. Man arbeitet also beim erfindungsgemäßen
Verfahren ohne Flüssigkeit und hat dadurch den Vorteil, daß man dünne, äußerst gleichförmige
Oberflächenüberzüge auf Formen und Kerne beliebiger, auch unregelmäßiger Gestalt
in einfacher Weise aufbringen kann. Beispielsweise kann man eine erhitzte Gießform
oder einen Gießkern kurzzeitig in eine Fließbettsuspension eines feuerfesten Materials
und eines thermoplastischen Harzes eintauchen, und es hat sich als vorteilhaft erwiesen,
eine solche Fließbettsuspension einzusetzen, die harzumhülltes feuerfestes Material
enthält. Nach dem Herausnehmen aus der Fließbettsuspension kühlt die Form oder der
Kern schnell ab, und es bildet sich dabei die dünne gleichförmige Oberflächenschicht.
Setzt man in dieser Weise erfindungsgemäß behandelte Sandformen zur Herstellung
von Gußstücken ein, so zeigen die gewonnenen Gußstücke ausgezeichnete Qualität.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit Gießformen und Kernen aus beliebigen
Sanden durchführen und auch für solche Formen und Kerne anwenden, deren Oberflächen
aus speziellen Oberflächensanden bestehen.
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Man kann in verschiedener Weise arbeiten. So können zwei Fließbetten
benutzt werden und das Harz in dem ersten Fließbett und das feuerfeste Material
in dem zweiten Fließbett verteilt sein; dabei liegt zweckmäßig die Berührungszeit
für die Gießformen und Kerne in jedem Fließbett zwischen 2 und 15 Sekunden.
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Es können jedoch auch die feinverteilten Harze zusammen mit dem feuerfesten
Material in einer
Fließbettsuspension vorliegen, wobei vorteilhaft
das thermoplastische Harz zunächst als Überzug auf das feinverteilte feuerfeste
Material aufgebracht und dann dieses überzogene feuerfeste Material in Form einer
Fließbettsuspension eingesetzt wird. Das Harz, das bei den Arbeitstemperaturen leicht
weich wird, ist klebrig genug, um eine Oberfläche der Gießformen und Kerne, die
in eine solche Fließbettsuspension getaucht oder damit besprüht oder in sonstiger
Weise in Berührung gebracht werden, fest anzuhaften und dadurch die feinverteilten
feuerfesten Teilchen daran zu halten.
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Beim Abkühlen verfestigt sich das Harz und bindet das feuerfeste Material
fest an die Oberfläche der behandelten Gießformen und Kerne.
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Vorteilhaft setzt man ein solches thermoplastisches Harz ein, dessen
Schmelzpunkt unterhalb der Temperatur liegt, auf die die Oberfläche der zu überziehenden
Gießformen und Kerne erhitzt wird. Umgekehrt kann man selbstverständlich die Erhitzungstemperatur
für die Oberfläche der zu behandelnden Gießformen und Kerne so wählen, daß sie oberhalb
des Schmelzpunktes des eingesetzten Harzes liegt. In jedem Fall erhält man nach
dem Abkühlen eine Gießform bzw. einen Kern, an deren Oberfläche das feuerfeste Material
fest haftend gebunden ist.
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Mittel und Methoden zur Suspendierung von feinverteilten Festkörpern
in Gasen, wie beispielsweise Luft, sind bekannt. Man kann beispielsweise die Festkörperteilchen
durch eine Düse in einen mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit sich bewegenden
Gasstrom einsprühen, der auf die Oberfläche der zu überziehenden Formen bzw. Kerne
gerichtet ist. Die Teilchen werden mit dem Strom mitgerissen und prallen auf die
zu überziehende Oberfläche auf, an der sie, wie zuvor beschrieben, haftenbleiben.
Vorzugsweise benutzt man Luft als Fließbettsuspensionsmedium; man kann jedoch auch
andere. inerte Gase verwenden. Obwohl sich die Fließbettsuspension ähnlich einer
Flüssigkeit verhält und alle eingetauchten Formen und Kerne darin mit einer gleichförmigen
Oberflächenschicht von festen Partikeln bedeckt werden, besteht der Vorteil, daß
kein Lösungsmittel benötigt und ein anschließender Troeknungsprozeß überflüssig
wird.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich alle üblicherweise
in der Gießerei benutzten Gießformen und Kerne, hergestellt gemäß den üblichen Verfahren
aus typischen Sanden, Harzen, Kernölen u. dgl., überziehen, wobei qualitativ her-
; vorragende Oberflächeneigenschaften erzielt wurden.
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Es ist vorteilhaft, die zu überziehenden Gießformen und Kerne auf
Temperaturen oberhalb 65° C vorzuerhitzen, insbesondere Temperaturen zwischen 121
und 232° C, speziell zwischen 149 und 204° C ; zu wählen, wenn man auf eine besonders
schnelle Bildung des Überzugs und eine besonders gute Haftung der feuerfesten Teilchen
an den Oberflächen der zu behandelnden Gießformen und Kerne Wert legt. Man kann
auch höhere Temperaturen einsetzen, jedoch rechtfertigen die erhaltenen Ergebnisse
gewöhnlich nicht den zusätzlichen Heizaufwand.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das zu überziehende Teil und
die in der Fließbettsuspension feinverteilten festen feuerfesten Stoffe entgegengesetzt
elektrostatisch aufzuladen, bevor sie miteinander in Berührung gebracht werden.
Wenn man dabei die aus Sand bestehenden Gießformen und Kerne erhitzt, dann nehmen
diese scheinbar elektrische Ladungen leichter auf, so daß sich diese elektrostatische
Technik besonders vorteilhaft einsetzen läßt. .Dabei kann man auch eine Fließbettsuspension
aus thermoplastischem Harz elektrostatisch aufladen Vorteilhaft gibt man dabei dem
feuerfesten Material und/oder dem Harz die negative Ladung und den Sandformen oder
-kernen die positive Ladung. Auch bei diesem Verfahren werden keine Lösungsmittel
benötigt, so daß wiederum ein Trocknungsprozeß entfällt.
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Zweckmäßig setzt man beim erfindungsgemäßen Verfahren solche thermoplastischen
Harze ein, deren Schmelzpunkte oberhalb 38° C, z. B. bis zu 177° C und höher, liegen.
Wenn man mit auf Temperaturen zwischen beispielsweise 121 und 232° C, z. B. auf
177° C vorerhitzten Gießformen und Kernen arbeitet, eignen sich besonders gut solche
Harze, deren Schmelzpunkte zwischen 79 und 121° C, z. B. bei 107° C, liegen bzw.
deren Schmelzintervall bei diesen Temperaturen mindestens beginnt, so daß die Harze
klebrig werden. Dann reicht die in den Gießformen und Kernen vorhandene Wärme aus,
um das Harz bei Berührung so- hinreichend zu erweichen, daß es das feuerfeste Material
fest haftend aufzunehmen und an die Oberfläche der Gießformen und Kerne zu binden
vermag. Beispiele für solche Harze sind Epoxyharze, die häufig bei Temperaturen
zwischen 66 und 121° C schmelzen, Kolophoniumharze, die z. B. bei 66 bis 121° C
schmelzen, und Peche, die z. B. bei 93 bis 149° C schmelzen. Man kann auch Mischungen
solcher Harze einsetzen, verwendet jedoch bevorzugt Epoxyharze.
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Als feuerfeste Stoffe werden vorteilhaft beim erfindungsgemäßen Verfahren
Zirkoniumdioxyd, SiO2, Talkum, Graphit, Glimmer, Ton und sonstige in der Gießerei
üblicherweise verwendete Materialien dieser Art eingesetzt, wobei Zirkoniumdioxyd
und - S'02 sowie Graphit bevorzugt werden. Die feuerfesten Substanzen sollten möglichst
fein verteilt sein. Die Teilchen müssen mindestens so klein sein, daß sie ein Sieb
mit 23 Maschen pro Quadratzentimeter zu passieren vermögen. Vorteilhaft wählt man
die Teilchengröße so, daß sie durch ein Sieb mit 31 Maschen pro Quadratzentimeter
hindurchgehen, und gelegentlich wird sogar noch feineres Material mit Teilchengrößen
unterhalb 50 Maschen pro Quadratzentimeter oder noch geringer benutzt.
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Je nachdem, ob man die erhitzten Gießformen und Kerne mit Harz überzogenen
feuerfesten Teilchen oder getrennt in zwei Fließbetten einmal reit dem feuerfesten
Material und zum anderen mit dem Harz bzw. umgekehrt in Berührung bringt, bestimmen
sich die benötigten Mengen an Harz und feuerfestem Material. Diese Mengen sind vorteilhaft
niedrig, wenn man das feuerfeste Material zunächst mit dem Harz überzieht und dann
die Fließbettsuspension aus den harzüberzogenen feuerfesten Teilchen bildet. Je
niedriger der Harzgehalt ist, desto einfacher läßt sich arbeiten, da bei niedrigem
Harzgehalt die Gefahr von Blasenbildung, die zu Porosität des späteren Metallgußstückes
führt, vermieden- wird. In jedem Fall muß der Harzanteil hoch genug liegen, um die
feuerfesten Teilchen an der Oberfläche der zu behandelnden Gießformen und -Kerne
fest binden zu können. Die dazu -benötigte Harzmenge liegt in der Regel zwischen
..2 und 100 Gewichtsprozent oder mehr;
z. B. 200 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Gewicht des zu überziehenden feuerfesten Materials. Häufig kann
man bereits mit Harzmengen zwischen 10 und 75 Gewichtsprozent, z. B. etwa 50 Gewichtsprozent,
bezogen auf das zu überziehende feuerfeste Material, arbeiten.
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Die gleichen relativen Verhältnisse kann man dann anwenden, wenn man
das Harz und die feuerfesten Teilchen in einer einzigen Fließbettsuspension einsetzt.
Arbeitet man jedoch mit zwei getrennten Fließbetten, wobei man die erhitzte Gießform
oder den Kern zweckmäßig 1 bis 60 Sekunden, insbesondere 2 bis 15 Sekunden, speziell
5 bis 10 Sekunden, in dem das Harz enthaltende Fließbett hält, dann hat sich als
vorteilhaft erwiesen, daß man die Teilchengröße für die Harzpartikeln so wählt,
daß diese ein Sieb mit 30 Maschen pro Quadratzentimeter zu passieren vermögen.
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Die Verweilzeit der zu behandelnden Gießform bzw. des Kerns in dem
zweiten, das feuerfeste Material enthaltenden Fließbett liegt zweckmäßig ebenfalls
zwischen 2 und 15 Sekunden.
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In jedem Fall muß die Verweilzeit in dem bzw. den Fließbettsuspensionen
so hinreichend lang gewählt werden, daß man einen vollständigen Überzugsfilm erhält,
der gewöhnlich eine Stärke von 0,025 bis 0,5 mm, vorteilhaft 0,05 bis 0,25 mm, bezogen
auf die Gesamtdicke an Harz und feuerfestem Material, aufweist.
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In den nachstehenden Beispielen, in denen das erfindungsgemäße Verfahren
näher erläutert ist, sind die angegebenen Teile als Gewichtsteile und die Prozentangaben
als Gewichtsprozente zu verstehen. Die Fließbettsuspensionen wurden jeweils mit
Luft als gasförmiges Medium und unter Einsatz einer im Handel befindlichen Vibriereinrichtung
hergestellt. Beispiel 1 Sechzehn nach üblichen Gießereiverfahren aus Seesand mit
1 % Maismehl hergestellte, jeweils etwa 3,15 kg schwere Kurbelgehäusekerne wurden
30 Minuten lang auf 177° C vorerhitzt und dann 5 Sekunden lang in eine der nachstehend
aufgeführten ersten Fließbettsuspensionen getaucht. Dabei wurden die Kerne mit einem
dünnen Film eines klebrigen Harzes bedeckt. Die ersten Fließbettsuspensionen enthielten:
a) feinverteilte thermoplastische Epoxyharze in einer Teilchengröße, die ein Sieb
mit 31 Maschen pro Quadratzentimeter zu passieren vermochten, b) feinverteiltes
Kolophonium mit einem Schmelzpunkt von 104 bis 116° C und in einer Teilchengröße,
die ein Sieb mit 31 Maschen pro Quadratzentimeter zu passieren vermochten, c) feinverteiltes
Pech mit einem Schmelzpunkt von 91 bis 121° C und einer Teilchengröße, die ein Sieb
mit 31 Maschen pro Quadratzentimeter zu passieren vermochten.
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Nach dem Herausnehmeen der Kerne aus der Fließbettsuspension wurden
diese sofort, wiederum 5 Sekunden lang, in eine zweite Fließbettsuspension getaucht,
die Graphitflocken mit einer Teilchengröße, die ein Sieb mit 31 Maschen pro Quadratzentimeter
zu passieren vermochten, enthielt. Nach dem Herausnehmen aus der zweiten Fließbettsuspension
ließ man 30 Sekunden abkühlen, und dann wurde Luft über die Kerne geblasen, um überschüssiges
Graphit zu entfernen. Danach hatten die Kerne einen etwa 0,1 mm dicken Film aus
Harz und Graphit.
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Nach dem Abkühlen wurden die Kerne in Formen eingesetzt, und es wurde
Gußeisen eingegossen. Die dabei gebildeten Gußstücke entsprachen denen, die man
mit bekannten, mittels des zeitraubenden 17berziehens flüssigen überzugsmitteln
herstellen kann. Beispiel 2 Es wurden wiederum 16 Kerne der im Beispiel 1 beschriebenen
Art eingesetzt, und es wurde wiederum mit zwei Fließbettsuspensionen gearbeitet.
Die erste Fließbettsuspension enthielt feinverteiltes feuerfestes Siliziumdioxydmehl,
das vorüberzogen war mit einer gleichen Menge von entweder a) einem Epoxyharz mit
einer Teilchengröße, die ein Sieb mit 31 Maschen pro Quadratzentimeter zu passieren
vermochten, b) Kolophonium mit einer Teilchengröße, die ein Sieb mit 31 Maschen
pro Quadratzentimeter zu passieren vermochteen, c) Pech mit einer Teilchengröße,
die ein Sieb mit 31 Maschen pro Quadratzentimeter zu passieren vermochten.
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Die Siliziumdioxydteilchen hatten ebenfalls diese Größe. Beim Vorüberziehen
wurde die Temperatur so weit erhöht, däß das Harz, das Kolophonium bzw. das Pech
klebrig wurden, ohne vollständig zu schmelzen. Dabei wurden feinverteilte überzogene
Festkörper erhalten.
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Die zweite Fließbettsuspension enthielt Graphitflocken in einer Teilchengröße,
die ein Sieb mit 31 Maschen pro Quadratzentimeter zu passieren vermochten.
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Die zu behandelnden Kerne wurden 30 Minuten lang auf 177° C vorerhitzt,
anschließend 5 Sekunden lang in die erste Fließbettsuspension getaucht, dann herausgezogen
und sofort, wiederum 5 Sekunden lang, in die zweite Fließbettsuspension getaucht
und nach dem Herausnehmen 30 Sekunden lang an der Luft abgekühlt. Anschließend wurde
überschüssiges Graphit mit Luft abgeblasen. Die so behandelten Kerne besaßen einen
etwa 0,125 mm dicken Filmüberzug aus Harz und feuerfestem Material. Die Resultate
beim nachfolgenden Metallguß waren wiederum ausgezeichnet.
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Beispiel 3 Es wurde mit der gleichen Anzahl und gleichen Art an Kernen
gearbeitet, wie sie im Beispiel 1 beschrieben sind, jedoch wurde nur eine einzige
Fließbettsuspension benutzt, die aus einer Mischung von 35 Gewichtsprozent Siliziumdioxyd,
35 Gewichtsprozent Graphitflocken und 30 Gewichtsprozent an Epoxyharz bzw. Kolophonium
bzw. Pech, alle Teilchen in einer Teilchengröße, die ein Sieb mit 31 Maschen pro
Quadratzentimeter zu passieren vermochten, hergestellt war.
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Die 30 Minuten lang auf 177° C vorerhitzten Kerne wurden 10 Minuten
lang in die Fließbettsuspension getaucht, anschließend herausgenommen und 30 Sekunden
lang an der Luft abkühlen gelassen. Danach wurde überschüssiges feuerfestes Material
weggeblasen. Die Kerne wiesen einen etwa 0,125 mm dicken Filmüberzug aus Harz und
feuerfestem Material auf und ergaben bei Gießversuchen wiederum ausgezeichnete Resultate.
Beispiel
4 Es wurde die gleiche Anzahl und Art an Sandkernen, wie im Beispiel 1 beschrieben,
eingesetzt, jedoch wurde entsprechend der elektrostatischen Technik gearbeitet.
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Dazu wurde durch einfaches Vermischen von 50 Teilen Siliziumdioxydmehl,
25 Teilen Zirkoniumdioxydmehl und 25 Teilen Kolophonium, alle Bestandteile in einer
Teilchengröße, die ein Sieb mit 31 Maschen pro Quadratzentimeter zu passieren vermochten,
eine trockene Mischung hergestellt. Aus dieser wurde mittels Luft als gasförmiges
Medium eine Fließbettsuspension hergestellt, wobei die trockene Mischung zum Einbringen
in den Fließbettbehälter langsam über eine negativ geladene Metallplatte geführt
wurde.
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Die Kerne wurden wiederum zunächst 30 Minuten lang auf 177° C vorerhitzt,
danach wurden sie schnell mit einer positiv geladenen Metallplatte in Berührung
gebracht. Anschließend wurden die Kerne 10 Sekunden lang in die Fließbettsuspension
getaucht, dann herausgenommen und 30 Sekunden lang an der Luft abgekühlt. Anschließend
wurde das überschüssige feuerfeste Material mit Luft abgeblasen. Nach dem Abkühlen
war eine dünne Schicht aus feuerfestem Material und Harz so fest an dem Kern angeklebt,
daß sie sich nicht abreiben ließ, ohne daß Sandkörner des ursprünglichen Kerns mitabgerieben
wurden. Die bei anschließenden Gießversuchen gewonnenene Resultate waren wiederum
ausgezeichnet.