DE19525307C2

DE19525307C2 - Formmasse zur Herstellung von Gießkernen und Verfahren zur Herstellung eines Gießkerns

Info

Publication number: DE19525307C2
Application number: DE1995125307
Authority: DE
Inventors: Roland Starck
Original assignee: Fritz Eichenauer GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2015-07-13
Also published as: DE19525307A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Formmasse zur Herstellung von Gießkernen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung von Gießkernen nach dem Oberbe griff des Anspruchs 6.

Derartige Kerne werden auf bekannte Weise in Kernkästen mittels Kernschießmaschinen für die Serienfertigung herge stellt. Die Kernkästen sind mit entsprechenden Formhohlräu men versehen, in welche Einführöffnungen münden, über die aus einem sogenannten Schießkopf mit Bindemittel versehener Formsand unter Zuhilfenahme von Druckluft in die Formhohl räume eingeschlossen wird. Derartige Kernschießmaschinen sind bezüglich der Größen und des Gewichts der späteren Gussteile in Gruppen standardisiert bzw. eingeteilt. Spe ziell zur Herstellung von Gießkernen entwickelte Kern schießmaschinen weisen darüber hinaus eine Klassifizierung bezüglich der Kapazitäten und Kennwerte für das sogenannte "Schussvolumen" der Maschinenaktzeiten und der Geschwindig keit beim Kernkastenwechsel auf. Mittels derartiger Maschi nen werden Kerne für Gießformen hergestellt, die die an sie gestellten Anforderungen bezüglich Oberflächenbeschaffen heit und Festigkeit für den beabsichtigten Guss erfüllen.

Als Bindemittel für den Formsand wird dabei im allgemeinen ein flüssiger Kunstharz sowie zusätzliche Additive verwen det. Nach Einschießen dieser Mischung in den Kernkasten er folgt eine Aushärtung des mit dem Bindemittel versetzten Kernsandes durch Begasen mit CO₂. Nach dem Aushärten der Gießkerne werden diese dem Kernkasten entnommen, und es steht ein zum Gießen bereiter Gießkern zur Verfügung. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass bei der Begasung und Entlüftung der Gießkerne lästige und gesundheitsschädliche Ausdampfungen wie Formaldehyd oder Phenol entstehen. Auch kann ein teilweises Verbrennen des Binders während des Gießvorganges nicht ausgeschlossen werden.

Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung von Gießkernen, das sogenannte "Cold-Box-Verfahren", wird der Formsand mit Epoxydharz gemischt und wiederum im Kernschussverfahren als Formmasse in den Kernkasten gepresst. Auch hier erfolgt dann nachfolgend eine Begasung, bei der anstelle von CO₂ gasförmiger Aminhärter in den Kernkasten zur Aushärtung ge blasen wird. Hierdurch entsteht dann ein zum Gießen von Me tallen brauchbarer Gießkern. Vorteilhaft hieran ist, dass kein CO₂ zur Begasung verwendet wird.

Die Entfernung derartig hergestellter Gießkerne aus dem fertigen Gussteil erfolgt auf mühsame, viel Schmutz verur sachende und kostenaufwendige Weise, indem der Gießkern durch Rütteln mittels Vibrationstischen, Ausblasen, Klopfen oder mittels anderer mechanischer Verfahren aus dem Gussteil gelöst wird. Des weitern ist der nach der Entlee rung des Gussteils anfallende Kernaltsand nicht mehr wie derverwendbar und muss dementsprechend aufgefangen und auf einer Deponie als Sondermüll gelagert bzw. entsorgt werden. Diese Lagerung bzw. Entsorgung der Kernaltsande ist aufgrund der hohen Deponiekosten sehr kostenintensiv, insbe sondere da mehrere 100 t pro Tag anfallen können.

Man versucht zwar durch aufwendige Kernsandregenerierungs anlagen den anfallenden Kernaltsand durch thermische und mechanische Behandlung wenigstens wieder als Regenerat ver wenden zu können, jedoch ist insbesondere die thermische Behandlung zur Entfernung des Bindemittels aus dem Kernsand äußerst kostenintensiv und führt außerdem außer der Ther malbelastung wiederum während des Ausdampfens des Bindemit tels zu störenden und umweltbelastenden Luftverunreinigun gen.

Die DE-PS 10 33 859 zeigt die Herstellung von Gießkernen aus Quarzsand als Trockenstoff mit wasserlöslich anorgani schen Bindemitteln, die zur Bildung von vernetzten Makromo lekülen befähigt sind und nennt hierzu Kaliummetaphosphat und Natriumsilicat. Die WO 92/06808 A1 schlägt die Herstellung eines Gießkerns mit einem Binder mit Polyphosphatketten und/oder Bohrrad-Ionen und einem wasserunlöslichen Fest stoffmaterial in Form von Sand vor. Die DE 30 49 730 befasst sich mit der Herstellung von Gießformen und Gießkernen, wo bei als Binder Ortophosphorsäure verwendet wird und der Feststoff oder Trockenstoff wiederum eine feuerfester Füll stoff in Form von Quarzsand ist.

Die DE 30 49 174 C2 offenbart kalthärtende Formmasse aus Quarzsand als Füllstoff, einem Bindemittel auf der Basis von Furanharzen, Phenolharzen, Polyesterolen, Polyätherolen und Alkydharzen und Katalysatoren sowie einem Zusatz von 0,5 bis 5% Rohperlit. Letzteres wird lediglich zur Vermei dung von Blattrippen in der genannten geringen Menge zuge setzt.

Die bekannten Gießkerne bzw. Gießformen mit Sand als Trocken- oder Feststoff mögen zum Gießen von Metallwerk stücken geeignet sein, die bei hoher Temperatur gegossen werden, wie Werkstücken aus Stahl oder dgl., wobei der ein gegossene, zu formende Werkstoff aufgrund seiner Art eine hohe Wärmekapazität und ebenfalls aufgrund dieser und der hohen Temperatur eine hohe Wärmemenge aufweist, so dass beim Gießen die durch das Material, insbesondere den Sand der Gießform bzw. des Gießkerns, aufgenommene Wärmemenge selbst nicht zu einer plötzlichen starken Temperaturernied rigung des Gießmaterials führt, sondern die Form bzw. der Kern relativ schnell erwärmt und das gegossene Werkstück langsam in gesteuerter Weise zum Erstarren abgekühlt werden kann.

Die genannten Gießkerne sind aber zur Herstellung von Werkstücken im Cold-Box-Verfahren, bei dem mit niedrigerer Gießtemperatur gearbeitet wird, und insbesondere von Werkstücken aus Materialien mit geringer Wärmekapazität, zu denen auch Aluminium gehört, insbesondere aber Kunststoff nicht geeignet, da demgegenüber die Wärmekapazität des San des zu hoch ist und dieser dem zu gießenden Material rela tiv schnell Wärme entzieht und damit eine plötzliche Abküh lung erfolgt, die die Eigenschaften des gegossenen Werk stücks beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Form masse zur Herstellung eines Gießkerns, worunter auch eine Gießform verstanden wird, sowie ein Verfahren zur Herstel lung eines Gießkerns zu schaffen, mittels derer unter Ver meidung der genannten Nachteile Gießkerne mit verbesserten Eigenschaften herstellbar sind, die zu besseren Werkstücken ohne Fehler führen.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch eine Form masse der eingangs genannten Art mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren der o. g. Art mit dem Kenn zeichen des Anspruch 6 gelöst.

Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung verliert der Gießkern nach dem Gießen des Gussteils bei Eintauchen in das Wasser seine Festigkeit und wird so aus dem Gussteil auf einfache Weise ausgeschwemmt. Des weiteren kann der Gießkern auch zur Herstellung komplizierter Teile, wie An saugspindeln, die bisher in zwei Teilen hergestellt und durch Schweißen verbunden wurden, sowie Ansaugkrümmern ver wendet werden, da sich der Kern und insbesondere der Trockenstoff aus dem fertigen Gussteil ggf. durch einen Wasserstrahl einfach auswaschen lässt. Hierzu trägt insbe sondere bei, dass die eingesetzten Bindemittel wasserlös lich sind. Auf diese Weise kann der Trockenstoff aus dem Gießkern durch die Wassereinwirkung nahezu vollständig her ausgelöst, anschließend getrocknet und schließlich zur Her stellung eines neuen Gießkerns rückgeführt werden. Das ein gesetzte Bindemittel in Form von geblähtem Perlit, also aufgeblähtem Vulkangestein ist insbesondere für die Her stellung von wasserlöslichen Gießkernen und Gießformen zur Herstellung von drucklos gegossenen thermoplastischen Kunststoff-Fertigkeiten geeignet. Bisher werden zur Her stellung derartiger Fertigteile Aluminiumwerkzeuge verwen det, welche entsprechend in großer Stückzahl vorhanden sein müssen und auch einen nicht zu unterschätzenden Kostenfak tor darstellen, während das kostengünstige Perlit jeweils erneut zur Herstellung eines benötigten Kernes verwendet werden kann. Auch können aufgrund der Wasserlöslichkeit wiederum komplizierte Gussteile hergestellt werden, so dass ein Verschweißen nach der Herstellung vermieden werden kann. Darüber hinaus ist geblähtes Perlit kostengünstiger als der üblicherweise eingesetzte Trockenstoff Formsand.

In bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei dem Binde mittel um ein instantisiertes Natriumpolyphosphat (NaPo₃)_n. Als besonders vorteilhaft sich dabei überraschend als Bin demittel Natriumhexametaphosphat ausgezeichnet, welches bisher lediglich aus dem Farb-, Foto-, Gerberei-, Keramik-, Metallbehandlungs-, Nahrungsmittel-, Textil-, Wasch- und Reinigungsmittel-, Wasseraufbereitungs- und Zahnpastabe reich bekannt ist. Instantisiertes Natriumhexametaphosphat weist einen lockeren Strukturaufbau auf, der eine gute La gerbeständigkeit sowie klumpenfreie Löslichkeit bei hoher Lösegeschwindigkeit gewährleistet. Des weiteren wird Natri umhexametaphosphat den hohen Anforderungen an Gießkerne für Gießformen gerecht. Bei der Verwendung dieser Substanz zur Aushärtung der Gießkern für Gießformen ist zum einen die sofortige und schnelle Wiederauflöslichkeit in Wasser bei Normaltemperatur gegeben, zum anderen kann diese Substanz in den Fertigungsprozess unbedenklich hinsichtlich gesund heitlicher Bedenken eingesetzt werden, da bei der Herstel lung und Bearbeitung der Gießkerne keine lästigen bzw. ge sundheitsschädlichen Ausdampfungen auftreten. Außerdem fin det Natriumhexametaphosphat in der Nahrungsmittelindustrie in größeren Mengen Verwendung. Nach dem Eintauchen des fer tigen Gussteils mit Gießkern löst sich ein mit diesem Bin demittel hergestellter Gießkern einfach, schnell und zuver lässig auf, und der Trockenstoff Perlit muss nach der Ent nahme aus dem Wasser lediglich getrocknet werden, um dann seiner Wiederverwertung bzw. Wiederverwendung zur Herstel lung eines neuen Gießkernes zugeführt zu werden.

Ein aus Perlit und Natriumhexametaphosphat hergestellter Gießkern eignet sich insbesondere zur Herstellung von Kunststoff-Fertigteilen geeignet ist, da die Gießtemperatu ren hier nicht so hoch wie beim Aluminiumguss sind.

Es hat sich weiterhin überraschend herausgestellt, dass an stelle von Natriumhexametaphosphat bei Verwendung von Per lite Phosphorsäure (H₃PO₄) als Bindemittel geeignet ist. Auch ein hiermit hergestellter Gießkern erfüllt aufgrund seiner Temperaturbeständigkeit bis 600°C die an Gießkerne für Gießformen gestellten thermischen und mechanischen An forderungen. Des weiteren ist auch bei solchen Gießkernen eine klumpenfreie Löslichkeit bei hoher Lösegeschwindigkeit beim Eintauchen in Wasser gegeben.

Derartig hergestellte Gießkerne weisen eine Temperaturbe ständigkeit in einem Bereich zwischen 600 und 1100°C auf und können so für Gießformen zur Herstellung von Aluminium guss sowie drucklos gegossenen thermoplastischen Kunst stoffteilen und zur Polyurethanverarbeitung verwendet wer den.

Nach der Herstellung des Gießkerns durch Einschießen des mit Bindemittel versehenen Trockenstoffs in die Formhohl räume der Kernkästen sieht die Erfindung zum Aushärten der Kerne vor, dass die Formmasse bei einer Temperatur zwischen 50 bis 100°C getrocknet wird. Ein Geruchsbelästigungen und Luftverunreinigungen verursachendes Ausgasen wie beim Stand der Technik ist nicht mehr erforderlich.

Bei Versuchen zur Optimierung des Mischungsverhältnisses zwischen den Trockenstoffen sowie Bindemitteln hat sich die Zugabe von 25 bis 30 Gewichtsteile Natriumhexametaphosphat und 30 bis 40 Gewichtsteile Wasser auf 100 Gewichtsteile Perlit als vorteilhaft gezeigt. Wird Phosphorsäure Perlit zur Herstellung des Gießkerns zugesetzt, so ist eine Zugabe von 65 bis 75 bzw. 70 bis 80 Gewichtsteile Phosphorsäure auf 100 Gewichtsteile Perlit vorteilhaft.

Insgesamt wird durch die Verwendung der vorgenannten Trockenstoffe sowie Bindemittel in den genannten Mischungs verhältnissen ein Gießkern geschaffen, der nach dem Guss bei Eintauchen in Wasser zuverlässig und schnell vom Gussteil gelöst werden und dessen Trockenstoff nach Auflö sung des Gießkerns in den Kreislauf zur Herstellung neuer Gießkerne wieder aufgenommen werden kann.

Es fallen demgemäss keine zu entsorgenden Abfälle wie beim Stand der Technik an. Entsprechend ergeben sich auch keine Kosten für die Entsorgung und auch die Kosten für die Be schaffung großer neuer Mengen an Trockenstoff wie beim Stand der Technik ist nicht mehr notwendig. Es sind ledig lich geringe Verluste an Trockenstoff bei der Rückgewinnung auszugleichen.

Nachstehend sind einige besonders vorteilhafte Ausführungs beispiele für die Zusammensetzung der Mischung aus Trocken stoff und Bindemittel für den Gießkern angegeben.

Beispiel 1

100 Gew.-Teile Perlit
70 Gew.-Teile Phosphorsäure (H₃

PO₄

)

Beispiel 2

100 Gew.-Teile Perlit
28 Gew.-Teile Natriumhexametaphosphat (NaPO₃

)n
35 Gew.-Teile Wasser (H₂

O)

Die Beispiele 1 und 2 stellen eine kostengünstigere Lösung zur Herstellung von Gießkernen für Gießformen zum drucklosen Gießen von thermoplastischen Kunststoff-Fertigteilen dar.

Die einzige Figur der Beschreibung zeigt den Kreislauf von der Herstellung des Gießkerns bis zu dessen Auflösung und Rückführung in den Herstellungsprozess.

Dabei sind in der Figur zunächst zu Beginn des Kreislaufes die Behälter 1, 2 und 3 für den Trockenstoff, das Bindemit tel sowie das bei Verwendung von Natriumhexametaphosphat notwendige Wasser dargestellt. Aus diesen Behältern 1, 2, 3 werden vorgegebene Mengen einer nicht dargestellten Vor richtung zum Herstellen von Gießkernen zugeführt. Der nach Einschießen der Mischung in den Kernkasten einer solchen Kernschießmaschine entstandene Gießkern 4 wird nachfolgend bei 5 bei einer Temperatur zwischen 50 bis maximal 100°C getrocknet. Anschließend erfolgt der Weitertransport zu ei ner Gießstation bzw. -vorrichtung 6, bei der der Gießkern 4 in eine entsprechende Gießform 7 eingesetzt wird. Als nächstes wird die Schmelze 8 der Gießform mit einsitzendem Gießkern 4 zugeführt und so das gewünschte Gussteil 9 ge fertigt. Nach Abkühlen des Gussteiles 9 mit darin befindli chem Gießkern 4 wird dieses zu einem Wasserbehälter 10 transportiert, welcher in seinem unteren Bereich ein Sieb 11 aufweist. Aufgrund der hohen Wasserlöslichkeit des Gieß kerns 4 wird dieser nun im Wasser aufgelöst, wobei sich der Trockenstoff 12 Perlit von der Wasseroberfläche abgeschöpft wird. Nach Ausschwemmen des Gießkerns 4 kann das fertige Gussteil 9 dem Wasserbad 10 entnommen werden. Der Trocken stoff 12 wird getrocknet und, wie durch den Pfeil B darge stellt ist, dem Behälter 1 zur erneuten Verwendung rückge führt. Vor dem nächsten Gießvorgang ist dann lediglich ein Ausgleich der Verlustmengen an Trockenstoff 12 entsprechend Pfeil C durchzuführen.

Claims

1. Formmasse zur Herstellung von Gießkernen aus einem Trockenstoff und einem Bindemittel auf der Basis von Natriumpolyphosphaten, Natriumhexametaphosphaten oder Phosphorsäure, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockenstoff geblähter Perlit ist.

2. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel instantisiertes Natriumpolyphosphat insbesondere Natriumhexametaphosphat ist.

3. Formmasse nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Mischungsverhältnis von 25 bis 30 Gewichtsteile Natriumhexametaphosphat und 30 bis 40 Gewichtsteile Wasser auf 100 Gewichtsteile Perlit.

4. Formmasse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 65 bis 75 Gewichtsteile Phosphorsäure auf 100 Gewichtsteile Perlit.

5. Formmasse nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch 70 bis 80 Gewichtsteile Phosphorsäure auf 100 Gewichtsteile Perlit.

6. Verfahren zur Herstellung eines Gießkerns, wobei Kunst stoff und Bindemittel auf der Basis von Natriumpoly phosphaten, Natriumhexametaphosphaten oder Phosphor säure miteinander vermischt und vorhergestellte Form masse anschließend getrocknet wird, dadurch gekenn zeichnet, dass das Bindemittel mit geblähtem Perlit als Trockenstoff und Wasser vermischt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formmasse bei einer Temperatur zwischen 50 bis 100° getrocknet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich net, dass als Bindemittel instantisiertes Natriumpoly phosphat insbesondere Natriumhexametaphosphat mit Per lit und Wasser vermischt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass 100 Gewichtsteile Perlit mit 25 bis 30 Gewichtsteilen Natriumhexametaphosphat und 30 bis 40 Gewichtsteilen Wasser vermischt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich net, dass 100 Gewichtsteile Perlit mit 65 bis 75 Ge wichtsteilen Phosphorsäure vermischt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass 100 Gewichtsteile Perlit mit 70 bis 80 Ge wichtsteilen Phosphorsäure vermischt werden.