DE1952588A1 - Formsand - Google Patents

Description

DIPL.-CHEM. JOACHIM DRESSLER PATENTANWALT

5038 Rodenkirchen/ bei Köln, Grüngürtelstr.10

den 15. Oktober 1969 Dr/ve 398/69

Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek ten behoeve van Nijverheid, Handel en Verkeer, Den Haag / Niederlande

Formsand

Die Erfindung betrifft einen neuen Formsand und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Das als Formsand bezeichnete Material für Gießformen bestand bisher hauptsächlich aus Sand, dem Bindemittel zugesetzt worden sind. Als Bindemittel haben sich hierbei Tone besonders bewährt. Derartige Formsandsorten können als Naturprodukt abgebaut oder aus Q^ua^rzsan<i und einem Bentonit oder einem anderen Ton als Bindemittel gemischt werden.

Abhängig von der Art des Gießverfahrens wird das Metall

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in nasse oder getrocknete Formen aus solchen Formsanden gegossen. Dem zum Aufbau von nassen Formen bestimmten Formsand, insbesondere wenn in diesen Formen Stahlgußstücke erzeugt werden sollen, werden vorteilhaft einige Gew./6 Steinkohlenstaub oder Pech zugesetzt. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß das ausgegossene Metall zu stark am Formsand haftet. Getrocknete Formen werden zu diesem Zweck mit einem Formüberzug (Schwärze) versehen.

An Formsand sind bestimmte Anforderungen zu stellen, die mit dem Transport und der Lagerung des Formsandes im Zusammenhang stehen und für das Verhalten des Formsandes in der eigentlichen Gießform von wesentlicher Bedeutung sind. In der Gießform muß sich der Formsand um das Gießmodell herum gleichmäßig verdichten lassen und die Möglichkeit einer guten Trennung der Form von dem Gießmodell gegeben sein, damit ein Gußstück entstehen kann, das frei von Oberflächenfehlern und eine maßgenaue Kopie des Gießmodells ist. Der Grad der gleichmäßigen Verdichtung des Formsandes hängt stark von dem Fließvermögen bzw. der Fließfähigkeit des Formsandes ab. Bei ungenügendem Fließvermögen des Formsandes entstehen in der Form an den Wänden des Gießmodells Stellen mit geringer Dichte, wodurch die Oberfläche des in dieser Form ergossenen Gußstücks rauh wird. Weniger gut verdichtete Stellen an der Wand und in den Ecken des Formkastens können ferner während oder unmittelbar nach dem Gießen zu Formeandver drängungen führen, wodurch die Maßgenauigkeit des

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GußstUcks nachteilig beeinflußt wird. Das' Fließvenögen des Formsandes wird ie wesentlichen durch die Neigung der Sandkörner bestimmt untereinander zu verkleben. Je nach dem wie groß die Neigung der Körner des Formsandes zum Verkleben ist, wird der Formsand beim Einfüllen in eine Gießform,beispielsweise aus einem Bunker, die tiefer liegenden und schwer zugänglichen Teile der Gießform nur mehr oder weniger schlecht ausfüllen, weil auch in diesem noch wenig verdichteten Zustand sich durch die Neigung der Körner des Formsandes zu Verkleben in den Gießformen Blockierungen und sogenannte Brücken ausbilden können, die einen freien Durchfluß des Formsandes hindern. Selbst die auf das Einfüllen des Formsandes in die Gießform folgenden Maßnahmen zur Verdichtung können diesen Nachteil nicht beseitigen· Das Fließvermögen, bzw. Fließverhalten des Formsandes auch im leicht verdichteten Zustand, ist eine im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit bedeutende Ei genschaft des Formsandes und bestimmend für den End zustand der verdichteten Form.

Daneben ist auch die Neigung des Formsandes zum Verkleben in völlig verdichtetem Zustand von Bedeutung. So muß beispielsweise die Form vom Gießmodell ge trennt werden können,ohne daß Formteile abbrechen oder auf dem Modell zurückbleiben· Dieses ist besonders von Bedeutung bei Gießformen, die mit einer Kippbewegung von einem Modell gelöst werden, was in der Praxis ziemlich häufig vorkommt. Die hierbei zulässige Verformung des Formsandes kann gemessen

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BADORlGiNAL

werden, indem der sogenannte Kippwinkel mit Hilfe eines Standardprüfkörpers ermittelt wird. Der Kippwinkel ist dabei der Winkel bis zu dem die Form gekippt werden muß, damit der Formsand anfängt zu reißen.

Die Brauchbarkeit tongebundenen Formsandes in Bezug auf das Füllen, Verdichten sowie auf das Trennen von Form und Modell hängt ferner stark von dem Feuchtigkeitsgehalt des Formsandes ab. Dieser Feuchtig- keitsgehalt darf nur innerhalb bestimmter Grenzen variieren. Diese Grenzen der sogenannten Formbarkeit des Formsandes können beispielsweise mit dem sogenannten Moldabilitytester von Dietert ermittelt werden. Dazu wird eine bestimmte Menge Formsand, eine bestimmte Zeit bei einer bestimmten Geschwindigkeit in einem trommelförmigen Sieb in Rotation versetzt. Hierbei geht in Abhängigkeit von dem Feuchtigkeitsgehalt und von der Neigung zum Verkleben ein bestimmter Prozentsatz des Formsandes durch das Sieb. Dieser Prozentsatz ist ein Maß für die Formbarkeit (Moldability) dieses Formsandes. Ein gut verarbeitbarer Formsand hat im allgemeinen eine Formbarkeit (Moldability) von 70 bis 90.

Durch das Eingießen des Metalls in die Form entstehen durch das plötzliche Erhitzen des Formsandes und der damit verbundenen Ausdehnung in der Oberflächenschicht der Gießform Spannungen. Diese Spannungen können so groß sein, daß die vorerwähnte Oberflächenschicht sich vom Untergrund löst und die sogenannte Schalenbildung auftritt. Eine auf diese

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Weise gebildete Schale kann gebogen, abgebrochen oder abgespült werden, wodurch verschiedene Typen von Schwärzeschülpen in der Oberfläche des Gußstücks entstehen. Die Neigung des Formsandes zu dieser Schalenbildung, die sogenannte Schülpneigung, kann auch experimentell festgestellt werden, indem man einen Prüfkörper bei hoher Temperatur einer Schockerhitzung aussetzt.

Um in der Gießereitechnik den immer höher werdenden Anforderungen in Bezug auf die oben genannten Eigenschaften entsprechen zu können, ist es bekannt, daß dem Formsand bestimmte Stoffe zugesetzt werden müssen, die auf diese Eigenschaften eine günstige Wirkung haben.

Es hat sich zum Beispiel erwiesen, daß pulverförmige Zellstoffprodukte wie Sägespäne, Leinsamenhülsen, Weizenhülsen und dergleichen die Schülpneigung des tongebundenen Formsandes verringern. Der Einfluß auf das Fließvermögen ist jedoch sehr gering und auf den Kippwinkel sogar negativ. Daneben haben Stärkederivate, wie "Quellbinder", Dextrin und dergleichen, bei tongebundenen Formsanden einen günstigen Einfluß auf die Schülpneigung sowie auf die Trennung von Form und Modell. Jedoch nimmt das Fließvermögen des Formsandes durch diese Zusätze stark ab.

Die Nachteile der vorbekannten Zusätze sind also, daß nur bestimmte Eigenschaften des Formsandes günstig beeinflußbwerden, während sich andere wert-

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- 6 -volle Eigenschaften verschlechtern·

Überraschenderweise hat eich herausgestellt, daß ein Formsand hergestellt werden kann, bei de« die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten und der den gestellten Anforderungen entspricht, ohne daß ungünstige Nebenwirkungen entstehen.

Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von Formsand aus Sand, einem oder mehreren Bindemitteln und anderen Zusatzstoffen gefunden, nach dem den Ausgangskomponenten oder de« daraus entstehenden Gemisch des Formsandes bis zu 2 Gew.% - bezogen auf die Gesamtmenge des Geraischs - an Kakaobohnenpulver zugesetzt und intensiv damit vermischt werden.

Unter ICakaobohnenpulver' werden hierin zu Pulver zermahlene Kakaobohnen oder Teile davon,wie zermahlene Kakaoschalen oder Kakaoschilfer verstanden. Durch das intensive Einmischen des Kakaobohnenpulvers in eine der Komponenten des Formsandes oder in den daraus gemischten Formsand entsteht ein Formsand mit einem Gehalt von höchstens 2 Gew./6 - bezogen auf die Gesamtmenge des Formsandes - an Kakaobohnenpulver.

DeM erfindungsgemäße Formsand kann neben dem Kakaobohnenpulver noch andere vorbekannte Zusatzstoffe zugesetzt werden.

Das Kakaobohnenpulver kann nach der Erfindung auch einem Formsand zugesetzt werden, der in seiner

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Hauptmenge aus im Kreislauf geführten Formsand besteht· Diesem Formsand wird das Kakaobohnenpulver vorteilhaft in nur sehr geringen Mengen zugesetzt, einesteils weil der im Kreislauf geführte Formsand aus einer vorhergehenden Formsandbereitung bereits Kakaobohnenpulver enthalten kann, anderenteils aber auch weil dieser im Kreislauf geführte Formsand durch den Zustand,in dem das darin enthaltene Bindemittel sich befindet,eines geringen Zusatzes bedarf, um die angestrebte günstige Wirkung zu erzielen·

Dem aus keusand und Bindemitteln zusammengesetzten Formsand werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise 0,1 bis 1,0 Gew.jC zermahlenes Kakaoschilferschrot zugesetzt* Durch intensives Ver mischen entsteht somit ein Formsand mit einem Gehalt von 0,1 bis 1,0 Gew./t an Kakaobohnenpulver.

Die günstigen Wirkungen des erfindungsgemäß zu verwendenden Zusatzes bei der Herstellung von Formsand werden nachstehend näher erklärt und anhand einiger graphischen Darstellungen verdeutlicht. Weiterhin werden einige Beispiele für erfindungsgemäße Formsandzusammensetzungen aufgeführt, bei denen diese günstigen Wirkungen erzielt worden sind. Der hierzu verwendete Formsand war ein Gemisch aus Quarzsand, 6 Gew.^ Na-Bentonit und 4 Gew.i Steinkohlenstaub. Als Zusatzmittel wurde diesem Formsand zermahlenes Kakaoschilferschrot in einer Menge von 0,5 Gew.it - bezogen auf das Gesamtgemisch - zugesetzt.

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In Figur 1 sind bei A das Fließvermögen des Formsandes in Prozenten und bei B der Feuchtigkeitsgehalt ebenfalls in Prozenten aufgetragen· Die Werte der Kurve I sind an einem Formsand mit einem Gehalt von 0,5 Gew. Jt Kakaoschrotpulver und die der Kurve IX an einem Formsand ohne Zusatz gemessen worden. Ein Vergleich beider Kurven zeigt deutlich, daß das Fließvermögen des Formsandes durch einen Gehalt an Kakaobohnenpulver stark verbessert wird.

In Figur 2 sind bei B der Feuchtigkeitsgehalt des Formsandes in Prozenten und bei C der Kippwinkel in Minuten aufgetragen. Die ausgezogene Kurve III gibt die Werte wJeder, die mit dem erf indungsge mäßen Formsand erhalten worden sind, während die Werte der gestrichelten Kurve IV mit einem Formsand sonst gleicher Zusammensetzung, aber ohne Kakaoschrotpulver gemessen worden sind. Der Vergleich beider Kurven zeigt, daß bei gleichem Feuch- tigkeitsgehait der erfindungsgemäße Formsand einen etwas günstigeren Kippwinkel hat als der Formsand ohne Kakaoschrotpulver.

Es ist vorteilhaft,in dem erfindungegemäßen Formsand einen um 0,2 bis 0,3 Gew.^ höheren Feuchtigkeitsgehalt einzustellen als in einem Formsand sonst gleicher Zusammensetzung, aber ohne den erfindungsgemäß zu verwendenden Zusatz. Ein Vergleich der Kippwinkel unter Berücksichtigung dieses unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalts zeigt,

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daß gemäß Kurve III der erfindungsgemäße Form-» sand einen noch günstigeren Kippwinkel hat.

In Figur 3 ist bei B die Formbarkeit (Moldability) in Abhängigkeit von dem in Prozenten bei B aufgetragenen Feuchtigkeitsgehalt dargestellt. Die Kurve Y setzt sich aus Werten zusammen, die mit einem erfindungsgemäßen Formsand erhalten worden sind; während die Kurve VI die Werte für einen Formsand ohne einen Gehalt an Kakaobohnenpulver wielergibt. Beim Vergleich beider Kurven fällt auf, daß der erfindungsgemäße Formsand (Kurve V) über einen viel breiteren Feuchtigkeitsbereich verarbeitbar ist als der Formsand ohne Zusatz (Kurve Vl).

Beim Gießen in Formen aus erfindungsgemäßem Formsand mit einem Zusatz von Kakaoschrotpulver ergab sich ferner, daß sich durch diesen Zusatz die Schülpneigung des Formsandes zumindest in dem selben Maße verringert, wie bei der Verwendung eines Quellbinders von bester Qualität. Gießversuche haben ergeben, daß mit der Verbesserung der oben erwähnten Eigenschaften des Formsandes durch Zusatz von Kakaoschrotpulver maßgenauere Gußstücke erhalten werden als mit Fprmsanden der bisher bekannten Zusammens et zungen.

Durch den erfindungsgemäß zu verwendenden Zusatz ist die Neigung der von Ton umhüllten Sandkörner untereinander zu verkleben im lose geschütteten Zustand bedeutend geringer. Dadurch verläuft auch

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der Transport des erfindungsgemäßen Formsandes, beispielsweise von der Sandaufbereitung zu den Sandbunkern hervorragend und ohne jede Störung· Auch fließt der erfindungsgemäße Formsand leichter aus den Bunkern in die Gießformen, da seine Neigung, sich festzusetzen (zu hangen) wesentlich geringer ist, als bei einem Formsand gleicher Zusammensetzung aber ohne den erfindungsgemäß zu verwendenden Zusatz.

Bemerkenswert ist noch, daß das Kakaoschrotpulver auch nachdem daraus durch Extraktion Substanzen, wie beispielsweise Theobromin, entzogen worden sind, noch dieselben günstigen Wirkungen als Formsandzusatz hat, wie unbehandeltes Kakaoschrotpulver. Nachstehend werden Beispiele für die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Formsands gegeben.

Beispiel I (Neusand)

100 Gewichtsteile Quarzsand werden mit 6 Gewiehtsteilen Bentonit, 3 Gewichtsteilen Steinkohlenstaub, 0,5 Gewichtsteilen Kakaoschrotpulver und der notwendigen Menge Wasser intensiv vermischt.

Beispiel II (Modellsand)

70 Gewichtsteile von im Kreislauf geführten Formsand werden mit 30 Gewichtsteilen Quarzsand, 2,5 Gewichtsteilen Bentonit, 0,5 Gewichtsteilen Steinkohlenstaub, 0,2 Gewichtsteilen Kakaoschrotpulver und der notwendigen Menge Wasser intensiv

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vermischt.

Beispiel III (Binheitssand)

97 Gewichtsteile von im Kreislauf geführten Form· sand werden mit 3 Gewichtsteilen Quarzsand, 0,3 Gewichtsteilen Bentonit, 0,15 Gewichtsteilen Steinkohlenstaub, 0,05 Gewichteteilen Kakaoschrotpulver und der notwendigen Menge Wasser intensiv vermischt.

In den Beispielen II und III ist durch eine wiederholte Verwendung des im Kreislauf geführten Formsandes nur ein sehr geringer Zusatz an Kakaoschrotpulver notwendig, um die gunstigen Eigenschaften des Formsandes auf dem angestrebten Niveau zu erhalten»

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Formsand aus Sand, einem oder mehreren Bindemitteln und anderen Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausgangskomponenten oder dem daraus entstehenden Gemisch bis zu 2 Gew.56 - bezogen auf das Gemisch -an Kakaobohnenpulver zugesetzt und intensiv damit vermischt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem aus Neusand und Bindemitteln zusammengesetzten Formsand 0,1 bis 1,0 Gew./δ - bezogen auf das Gemisch - Kakaoschrotpulver zugesetzt werden.

3. Formsand bestehend aus Sand, Bindemitteln und anderen Zusatzstoffen, gekennzeichnet durch einen

- Gehalt von höchstens 2 Gev.% - bezogen auf das Gemisch - an Kakaobohnenpulver.

4· Formsand nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,1 bis 1,0 Gew.% Kakaobohnenpulver.

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