DE19914586A1 - Neuartige Bindemittel auf Harzbasis zur Herstellung von Gießereisanden zur Verwendung im Gießereiwesen - Google Patents

Neuartige Bindemittel auf Harzbasis zur Herstellung von Gießereisanden zur Verwendung im Gießereiwesen

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DE19914586A1
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cyanoguanidine
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dibenzoyl peroxide
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Ralf Teltschik
Thomas A Cobett
Thomas Schlieper
Manfred Etterer
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Bi Vt Bindemittel Verfahr GmbH
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Bi Vt Bindemittel Verfahr GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/20—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents
    • B22C1/22—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents of resins or rosins
    • B22C1/2233—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents of resins or rosins obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds

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Abstract

Das Bindemittelgemisch zur Kernsandherstellung besteht aus einer Einzelkomponente (Einzelharz) oder einem Gemisch aus einem oder mehreren Einzelkomponenten (Harzgemisch) mit folgenden Eigenschaften: DOLLAR A È ein Polymerrückgrad mit DOLLAR A È Oxiran-Endgruppen und/oder DOLLAR A È Phenoxyacrylendgruppen und evtl. DOLLAR A È zusätzlichen weiteren Standardendgruppen (wie Phenol-, Hydroxy-Endgruppen), DOLLAR A wobei als Additive DOLLAR A Härterzusätze wie DOLLAR A Radikalvernetzungsmittel, wie z. B. Didenzoylperoxid und DOLLAR A Kondensationsvernetzungsmittel wie z. B. Cyanoguanidin zugesetzt werden, und der Zusatz der Vernetzungsmittel zwischen 0,1 Gew.-% und 30 Gew.-% liegt.

Description

Heutzutage werden zur Herstellung von Kernen verschiedene Verfahren großtechnisch eingesetzt:
  • - Urethan-Cold-Box-,
  • - Hot-Box-, Warm-Box-,
  • - Maskenform-(Croning-),
  • - Wasserglas-,
  • - Methylformiat-,
  • - Schwefeldioxid- und das
  • - Resol-CO2-Verfahren.
Für die Anforderungen an die Kernformverfahren sind nicht nur die technologischen Eigenschaften entscheidend, es muß auch die energetische und ökologische Seite sowie die Verwertung der Nebenprodukte in die Beurteilung einbezogen werden.
Die einzelnen Kernherstellungsverfahren lassen sich oftmals untereinander austauschen, wobei in Zukunft zwischen den kalten oder heißen Verfahren von der Rohstoffverfügbarkeit, der Umweltgesetzgebung und der Altsandverwendbarkeit entschieden wird.
Der Anteil der einzelnen Verfahren an der Gesamtmenge der Formstoffe wird in nachfolgender Abbildung dargestellt.
Abbildung
Kernherstellung mit chemisch gebundenen Formstoffen (Serienfertigung) in Deutschland-Anteile der einzelnen Verfahren an der Gesamtmenge dieser Formstoffe1
Verfahren
(Mengenanteile)
1 Urethan-Cold-Box- 52%
2 Hot-Box-, Warm-Box- 19%
3 Maskenform- (Croning-) 15%
4 Wasserglas- 7%
5 Methylformiat- 3%
6 Schwefeldioxid- 3%
7 Resol-CO2- 1%
8 Andere < 0,5%
Die Menge der verbrauchten chemisch gebundenen Formstoffe in Deutschland zeigt Tabelle 1.
Tabelle 1
Mengenaufgliederung chemisch gebundener Formstoffe in Deutschland 19931
Das Croning-Verfahren (Maskenformverfahren) ist heute in zahlreichen Gießereien ein wichtiges Verfahren zur Herstellung von Formen und Kernen. Als Formstoff dient ein trockener, rieselfähiger Quarzsand, der mit Phenolharz, Härter (Hexamethylen-tetramin) und Calciumstearat beschichtet wird, so daß jedes Sandkorn mit einer sehr dünnen Schicht umhüllt ist. Dabei gilt das Calciumstearat als Gleit- und Trennmittel. Croning-Kerne werden vorzugsweise dann eingesetzt, wenn dünne Querschnitte und schwierige Konturen zu schießen sind. Diese können von dem fließfähigen Croningsand besser ausgefüllt werden.
Ein weiteres dem Croning-Verfahren ähnliches Maskenformverfahren verwendet Epoxyharze als Bindemittel und Dicyandiamid als Härter. Vorteile dieses Verfahrens (Euro-Shel-Verfahren) sind:
  • - Altsande des Epoxyd-Verfahrens häben ca. 90% weniger Schadstoffe, als die Sande des traditionellen Phenol- Verfahrens
  • - Durch den extrem niedrigen Stickstoffanteil der einzelnen Komponenten vermindert sich die Neigung zu Gußfehlern wie z. B. Pinholes
  • - Durch die chemische Reaktion der Harz-Härter Komponenten entfällt der Arbeitsgang des Schlichtens vollständig oder teilweise
  • - Es entsteht kein typischer Ammoniak-Geruch bei der Kernherstellung
  • - Wegen des niedrigeren Erweichungspunktes des Harzes erfolgen niedrigere Aushärtetemperaturen
  • - Es entstehen ausreichend hohe Endfestigkeiten
  • - Es ergeben sich hohe Maßhaltigkeiten der Kerne
  • - Bedingt durch die Harz-Härter-Komponenten entstehen bessere Gußoberflächen
  • - Beim Gießen und Ausleeren entsteht weniger Geruch
  • - Beim Gießen entsteht eine geringe Gasentwicklung
  • - Der Einkaufspreis ist höher als bei Verwendung des Croning-Standardsandes
Dieses Verfahren wurde von Th. A. Cobett et al. (PT Nr. US-P 5,275,648 v. 4. Jan. 1994) in den USA angemeldet. Dieses Verfahren, wird bislang aus Kostengründen nur vereinzelt industriell angewendet. Ein weiterer negativer Effekt ist die geringe Anfangsfestigkeit des Kernes.
In dieser Patentanmeldung wird ein neuartiges Bindemittel für die Herstellung von Kernsanden vorgestellt. Die Idee, die zu dieser Erfindung führte, war die Notwendigkeit, die ökologischen Aspekte des EURO-SHEL-Verfahrens mit den ökonomischen Kennzahlen des Croning-Verfahrens in einem neuartigen Harz-System zu kombinieren. Die neuartige Kombination von Oxiran- Endgruppen mit Acryloyl-phenoxy- Endgruppen in einer Harzkomponente ermöglicht in Verbindung mit Radikal-Härtern z. B. Dibenzoylperoxid/­ Azodiisobutyronitril und zwei weiteren kondensierenden Vernetzungsmitteln (Cyanoguanidin/1,3-Diazol) erstmalig eine umweltfreundliche Herstellung von Kernen mit den u. g. Vorteilen.
Vorteile des neuartigen Bindemittels gegenüber dem Stand der Technik:
  • - Altsande des neuartigen Verfahrens besitzen ca. 90 weniger Schadstoffe, als die Sande des traditionellen Phenol-Verfahrens
  • - Durch den extrem niedrigen Stickstoffanteil der einzelnen Komponenten vermindert sich die Neigung zu Gußfehlern wie z. B. Pinholes
  • - Durch die chemische Reaktion der Harz-Härter Komponenten entfällt der Arbeitsgang des Schlichtens vollständig
  • - Es entsteht kein typischer Ammoniak-Geruch bei der Kernherstellung
  • - Wegen des niedrigeren Erweichungspunktes des Harzes erfolgen niedrigere Aushärtetemperaturen
  • - Es entstehen sehr hohe Endfestigkeiten
  • - Es ergeben sich hohe Maßhaltigkeiten der Kerne
  • - Bedingt durch die Harz-Härter-Komponenten entstehen bessere Gußoberflächen
  • - Beim Gießen und Ausleeren entsteht weniger Geruch
  • - Beim Gießen entsteht eine geringe Gasentwicklung
  • - Die mit diesem Bindemittel hergestellten Kerne besitzen eine hohe Anfangsfestigkeit
Nachfolgend sind einige Beispiele zur Erläuterung der Erfindung dargestellt:
Beispiel 1 Darstellung des Formsandes
88,1 kg rieselfähiger Quarzsand (AFS Nr. 62)
3,5 kg Phenoxy-acryloyl-oxiran-Harz
7,8 kg Calciumstearat
500 g Cyanoguanidin/1,3 Diazol
100 g Radikalstarter (Dibenzoylperoxid)
Reinwasser
Der Sand wird in einem heizbaren Mischer (Marke WEBAC, Euskirchen) auf eine Temperatur von 140°C gebracht und mit dem Harz innig vermischt. Nach ca. 10 min. wird der Sand durch Wasserzugabe auf ca. 80°C abgekühlt und mit dem Calciumstearat/Cyanoguanidin-Gemisch vermengt. Danach wird der umhüllte Sand auf 35°C abgekühlt und mit Dibenzoylperoxid in H2O versetzt. Eine leichte Temperaturerhöhung wird registriert. Dann wird der fertige Sand über eine weitere Kühlstrecke auf Raumtemperatur abgekühlt und in Gebinde verpackt.
Beispiel 2
Die Kernherstellung gliedert sich in 4 Arbeitsschritte:
Beschütten
Der trocken umhüllte Kernsand wird in einen Kernkasten, der eine Temperatur von 220 bis 275°C hat (siehe Versuchsprotokoll 1 im Kapitel Anhang), mit Überdruck eingebracht. Durch die Hitze erweicht das Kunstharz und bindet den Quarzsand in einer Schicht, deren Dicke von der Hitzeeinwirkung abhängig ist.
Aushärten
Die Kerne werden 75 bis 80 Sekunden bei geschlossenen Formteilhälften ausgehärtet. Sie sind nun zwischen 4 und 30 mm dick.
Ausstoßen
Nach der Verweilzeit im Werkzeug werden die Kerne von den Auswerfstiften abgehoben, so daß sie herausgenommen werden können.
Schlichten
Um die Kerne gießfertig zu machen, müssen sie mit einer Wasserschlichte überzogen und anschließend getrocknet werden.
Beispiel 3 Herstellung des Phenoxy-acryloyl-oxiran-Harz
100 g Epoxy-Phenolharz (Fa. Bakelite AG, Bielefeld)
10 ml Acrylsäurechlorid (Fa. Merck, Darmstadt)
In einer speziellen Glasapparatur unter Schutzgas werden 100 g der Harz-Komponente unter Rühren bei Raumtemperatur mit 10 g Acrylsäurechlorid versetzt und ca. 10 min weiter vermengt. Danach wird das Harz zerkleinert und abgepackt.

Claims (4)

1. Das Bindemittelgemisch, bestehend aus einer Einzelkomponente (Einzelharz) oder einem Gemisch aus einem oder mehreren Einzelkomponenten (Harzgemisch) mit folgenden Eigenschaften, gekennzeichnet durch
  • 1. ein Polymerrückgrad mit
  • 2. Oxiran-Endgruppen und/oder
  • 3. Phenoxyacryloylendgruppen und evtl.
  • 4. zusätzlichen weiteren Standardendgruppen (wie Phenol-, Hydroxy-Endgruppen)
wobei als Additive Härterzusätze wie Radikalvernetzungsmittel, wie z. B. Dibenzoylperoxid und Kondensationsvernetzungsmittel wie z. B. Cyanoguanidin zugesetzt werden, und der Zusatz der Vernetzungsmittel zwischen 0,1 Gew.-% und 30 Gew.-% liegt.
2. Im Bindemittelgemisch nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen 1% und 90% der aktiven Endgruppen mittels Acryloylendgruppen vernetzt sind.
3. Das Bindemittelgemisch nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Radikalvernetzungsmittel handelsübliche Radikalstarter wie z. B. Peroxodisulfat, Azodiisobutyronitril, Dibenzoylperoxid verwendet werden und diese dem Gemisch zwischen 0,1 und 40 Gew.-% zugesetzt werden.
4. Das Bindemittelgemisch nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß als Kondensationsvernetzungsmittel handelsübliche Vernetzungsmittel wie z. B. Melamin, 1,3-Diazol, Cyanoguanidin verwendet werden und diese dem Gemisch zwischen 1 und 60 Gew.-% zugesetzt werden.
DE1999114586 1999-03-31 1999-03-31 Neuartige Bindemittel auf Harzbasis zur Herstellung von Gießereisanden zur Verwendung im Gießereiwesen Withdrawn DE19914586A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1752235A1 (de) 2005-08-13 2007-02-14 Georg Fischer Automobilguss GmbH Giesskernmasse
CN104874720A (zh) * 2015-05-20 2015-09-02 柳州市百田机械有限公司 铸造型砂

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