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Die
Erfindung betrifft eine Formstoffmischung zur Herstellung von Gießformen
für die Metallverarbeitung, welche mindestens einen rieselfähigen
feuerfesten Formgrundstoff sowie ein auf Wasserglas basierendes
Bindemittel umfasst. Weiter betrifft die Erfindung Gießformen
für die Metallverarbeitung unter Verwendung der Formstoffmischung.
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Gießformen
für die Herstellung von Metallkörpern werden im
Wesentlichen in zwei Ausführungen hergestellt. Eine erste
Gruppe bilden die so genannten Kerne oder Formen. Aus diesen wird
die Gießform zusammengesetzt, welche im Wesentlichen die
Negativform des herzustellenden Gussstücks darstellt. Eine
zweite Gruppe bilden Hohlkörper, sog. Speiser, welche als
Ausgleichsreservoir wirken. Diese nehmen flüssiges Metall auf,
wobei durch entsprechende Maßnahmen dafür gesorgt
wird, dass das Metall länger in der flüssigen
Phase verbleibt, als das Metall, das sich in der die Negativform
bildenden Gießform befindet. Erstarrt das Metall in der Negativform,
kann flüssiges Metall aus dem Ausgleichsreservoir nachfließen,
um die beim Erstarren des Metalls auftretende Volumenkontraktion
auszugleichen.
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Gießformen
bestehen aus einem feuerfesten Material, beispielsweise Quarzsand,
dessen Körner nach dem Ausformen der Gießform
durch ein geeignetes Bindemittel verbunden werden, um eine ausreichende
mechanische Festigkeit der Gießform zu gewährleisten.
Für die Herstellung von Gießformen verwendet man
also einen feuerfesten Formgrundstoff, welcher mit einem geeigneten
Bindemittel behandelt wurde. Der feuerfeste Formgrundstoff liegt
bevorzugt in einer rieselfähigen Form vor, so dass er in
eine geeignete Hohlform eingefüllt und dort verdichtet
werden kann. Durch das Bindemittel wird ein fester Zusammenhalt
zwischen den Partikeln des Formgrundstoffs erzeugt, so dass die
Gießform die erforderliche mechanische Stabilität
erhält.
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Gießformen
müssen verschiedene Anforderungen erfüllen. Beim
Gießvorgang selbst müssen sie zunächst
eine ausreichende Stabilität und Temperaturbeständigkeit
aufweisen, um das flüssige Metall in die aus einem oder
mehreren Gieß(teil)formen gebildete Hohlform aufzunehmen.
Nach Beginn des Erstarrungsvorgangs wird die mechanische Stabilität
der Gießform durch eine erstarrte Metallschicht gewährleistet,
die sich entlang der Wände der Hohlform ausbildet. Das
Material der Gießform muss sich nun unter dem Einfluss
der vom Metall abgegebenen Hitze in der Weise zersetzen, dass es
seine mechanische Festigkeit verliert, also der Zusammenhalt zwischen
einzelnen Partikeln des feuerfesten Materials aufgehoben wird. Dies
wird erreicht, indem sich beispielsweise das Bindemittel unter Hitzeeinwirkung
zersetzt. Nach dem Abkühlen wird das erstarrte Gussstück
gerüttelt, wobei im Idealfall das Material der Gießformen
wieder zu einem feinen Sand zerfällt, der sich aus den
Hohlräumen der Metallform ausgießen lässt.
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Zur
Herstellung der Gießformen können sowohl organische
als auch anorganische Bindemittel eingesetzt werden, deren Aushärtung
jeweils durch kalte oder heiße Verfahren erfolgen kann.
Als kalte Verfahren bezeichnet man dabei Verfahren, welche im Wesentlichen
bei Raumtemperatur ohne Erhitzen der Gießform durchgeführt
werden. Die Aushärtung erfolgt dabei meist durch eine chemische
Reaktion, die beispielsweise dadurch ausgelöst wird, dass
ein Gas als Katalysator durch die zu härtende Form geleitet
wird. Bei heißen Verfahren wird die Formstoffmischung nach
der Formgebung auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um beispielsweise
das im Bindemittel enthaltene Lösungsmittel auszutreiben
oder um eine chemische Reaktion zu initiieren, durch welche das
Bindemittel beispielsweise durch Vernetzen ausgehärtet
wird.
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Gegenwärtig
werden für die Herstellung von Gießformen vielfach
solche organischen Bindemittel eingesetzt, bei denen die Härtungsreaktion
durch einen gasförmigen Katalysator beschleunigt wird oder
die durch Reaktion mit einem gasförmigen Härter
ausgehärtet werden. Diese Verfahren werden als ”Cold-Box”-Verfahren
bezeichnet.
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Ein
Beispiel für die Herstellung von Gießformen unter
Verwendung organischer Bindemittel ist das so genannte Ashland-Cold-Box-Verfahren.
Es handelt sich dabei um ein Zweikomponenten-System. Die erste Komponente
besteht aus der Lösung eines Polyols, meistens eines Phenolharzes.
Die zweite Komponente ist die Lösung eines Polyisocyanates.
So werden gemäß der
US 3,409,579 A die beiden Komponenten des
Polyurethanbinders zur Reaktion gebracht, indem nach der Formgebung
ein gasförmiges tertiäres Amin durch das Gemisch
aus Formgrundstoff und Bindemittel geleitet wird. Bei der Aushärtereaktion
von Polyurethanbindern handelt es sich um eine Polyaddition, d.
h. eine Reaktion ohne Abspaltung von Nebenprodukten, wie z. B. Wasser.
Zu den weiteren Vorteilen dieses Cold-Box-Verfahrens gehören
gute Produktivität, Maßgenauigkeit der Gießformen
sowie gute technische Eigenschaften, wie die Festigkeit der Gießformen,
die Verarbeitungszeit des Gemisches aus Formgrundstoff und Bindemittel,
usw.
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Zu
den heißhärtenden organischen Verfahren gehört
das Hot-Box-Verfahren auf Basis von Phenol- oder Furanharzen, das
Warm-Box-Verfahren auf Basis von Furanharzen und das Croning-Verfahren
auf Basis von Phenol-Novolak-Harzen. Beim Hot-Box- sowie beim Warm-Box-Verfahren
werden flüssige Harze mit einem latenten, erst bei erhöhter
Temperatur wirksamen Härter zu einer Formstoffmischung
verarbeitet. Beim Croning-Verfahren werden Formgrundstoffe, wie
Quarz, Chromerz-, Zirkonsande, etc. bei einer Temperatur von ca.
100 bis 160°C mit einem bei dieser Temperatur flüssigen
Phenol-Novolak-Harz umhüllt. Als Reaktionspartner für
die spätere Aushärtung wird Hexamethylentetramin
zugegeben. Bei den oben genannten heißhärtenden
Technologien findet die Formgebung und Aushärtung in beheizbaren
Werkzeugen statt, die auf eine Temperatur von bis zu 300°C
aufgeheizt werden. Unabhängig vom Aushärtemechanismus
ist allen organischen Systemen gemeinsam, dass sie sich beim Einfüllen
des flüssigen Metalls in die Gießform thermisch
zersetzen und dabei Schadstoffe, wie z. B. Benzol, Toluol, Xylole,
Phenol, Formaldehyd und höhere, teilweise nicht identifizierte
Crackprodukte freisetzen können. Es ist zwar durch verschiedene
Maßnahmen gelungen, diese Emissionen zu minimieren, völlig
vermeiden lassen sie sich bei organischen Bindemitteln jedoch nicht. Auch
bei anorganisch-organischen Hybridsystemen, die, wie die z. B. beim
Resol-CO2-Verfahren eingesetzten Bindemittel,
einen Anteil an organischen Verbindungen enthalten, treten solche
unerwünschten Emissionen beim Gießen der Metalle
auf.
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Um
die Emission von Zersetzungsprodukten während des Gießvorgangs
zu vermeiden, müssen Bindemittel verwendet werden, die
auf anorganischen Materialien beruhen bzw. die höchstens
einen sehr geringen Anteil an organischen Verbindungen enthalten.
Solche Bindemittelsysteme sind bereits seit längerem bekannt.
Es sind Bindemittelsysteme entwickelt worden, welche sich durch
Einleitung von Gasen aushärten lassen. Ein derartiges System
ist beispielsweise in der
GB 782
205 beschrieben, in welcher ein Alkaliwasserglas als Bindemittel
verwendet wird, das durch Einleitung von CO
2 ausgehärtet
werden kann. In der
DE 199 25
167 wird eine exotherme Speisermasse beschreiben, die ein
Alkalisilikat als Bindemittel enthält. Ferner sind Bindemittelsysteme
entwickelt worden, welche bei Raumtemperatur selbsthärtend
sind. Ein solches, auf Phosphorsäure und Metalloxiden beruhendes
System ist z. B. in der
US 5,582,232 beschrieben.
Schließlich sind noch anorganische Bindemittelsysteme bekannt,
die bei höheren Temperaturen ausgehärtet werden,
beispielsweise in einem heißen Werkzeug. Solche heißhärtenden
Bindemittelsysteme sind beispielsweise aus der
US 5,474,606 bekannt, in welcher ein
aus Alkaliwasserglas und Aluminiumsilikat bestehendes Bindemittelsystem
beschrieben wird.
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Anorganische
Bindemittel haben im Vergleich zu organischen Bindemitteln den Nachteil,
dass die daraus hergestellten Gießformen relativ geringe
Festigkeiten aufweisen. Dies tritt besonders deutlich unmittelbar nach
der Entnahme der Gießform aus dem Werkzeug zutage. Gute
Festigkeiten zu diesem Zeitpunkt sind aber besonders wichtig für
die Produktion komplizierter, dünnwandiger Formteile und
deren sichere Handhabung. Der Grund für die niedrigen Festigkeiten
besteht in erster Linie darin, dass die Gießformen noch
Restwasser aus dem Bindemittel enthalten. Längere Verweilzeiten
im heißen geschlossenen Werkzeug helfen nur bedingt, da
der Wasserdampf nicht in ausreichendem Maß entweichen kann.
Um eine möglichst vollständige Trocknung der Gießformen
zu erreichen, wird in der
WO
98/06522 vorgeschlagen, die Formstoffmischung nach dem Ausformen
nur solange in einem temperierten Kernkasten zu belassen, dass sich
eine formstabile und tragfähige Randschale ausbildet. Nach
dem Öffnen des Kernkastens wird die Form entnommen und
anschließend unter Einwirkung von Mikrowellen vollständig
getrocknet. Die zusätzliche Trocknung ist jedoch aufwändig,
verlängert die Produktionszeit der Gießformen
und trägt, nicht zuletzt auch durch die Energiekosten,
erheblich zur Verteuerung des Herstellungsprozesses bei.
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Eine
weitere Schwachstelle der bisher bekannten anorganischen Bindemittel
ist die geringe Stabilität der damit hergestellten Gießformen
gegen hohe Luftfeuchtigkeit. Damit ist eine Lagerung der Formkörper über einen
längeren Zeitraum, wie bei organischen Bindemitteln üblich,
nicht gesichert möglich.
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In
der
EP 1 122 002 wird
ein Verfahren beschrieben, das sich zur Herstellung von Gießformen
für den Metallguss eignet. Zur Herstellung des Bindemittels
wird ein Alkalihydroxid, insbesondere Natronlauge, mit einem teilchenförmigen
Metalloxid vermischt, welches in Gegenwart der Alkalilauge ein Metallat
ausbilden kann. Die Teilchen werden getrocknet, nachdem sich am
Rand der Teilchen eine Schicht aus dem Metallat ausgebildet hat.
Im Kern der Teilchen verbleibt ein Abschnitt, in welchem das Metalloxid
nicht umgesetzt wurde. Als Metalloxid wird vorzugsweise ein disperses
Siliciumdioxid oder auch feinteiliges Titanoxid oder Zinkoxid verwendet.
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In
der
WO 94/14555 wird
eine Formstoffmischung beschrieben, welche auch zur Herstellung
von Gießformen geeignet ist und die neben einem feuerfesten
Formgrundstoff ein Bindemittel enthält, welches aus einem
Phosphat- oder Boratglas besteht, wobei die Mischung weiter ein
feinteiliges feuerfestes Material enthält. Als feuerfestes
Material kann beispielsweise auch Siliciumdioxid verwendet werden.
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In
der
EP 1 095 719 A2 wird
ein Bindemittelsystem für Formsande zur Herstellung von
Kernen beschrieben. Das Bindemittelsystem auf Wasserglasbasis besteht
aus einer wässrigen Alkalisilikatlösung und einer
hygroskopischen Base, wie beispielsweise Natriumhydroxid, die im
Verhältnis 1:4 bis 1:6 zugesetzt wird. Das Wasserglas weist
ein Modul SiO
2/M
2O
von 2,5 bis 3,5 und einen Feststoffanteil von 20 bis 40% auf. Um eine
rieselfähige Formstoffmischung zu erhalten, welche auch
in komplizierte Kernformen eingefüllt werden kann, sowie
zur Steuerung der hygroskopischen Eigenschaften, enthält
das Bindemittelsystem noch einen oberflächenaktiven Stoff,
wie Silikonöl, das einen Siedepunkt ≥ 250°C
aufweist. Das Bindemittelsystem wird mit einem geeigneten Feuerfeststoff,
wie Quarzsand, vermischt und kann dann mit einer Kernschießmaschine in
einen Kernkasten eingeschossen werden. Die Aushärtung der
Formstoffmischung erfolgt durch Entzug des noch enthaltenen Wassers.
Die Trocknung bzw. Aushärtung der Gießform kann
auch unter Einwirkung von Mikrowellen erfolgen.
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Die
bisher bekannten Formstoffmischungen zur Herstellung von Gießformen
weisen noch Raum für eine Verbesserung der Eigenschaften
beispielsweise hinsichtlich der Festigkeit der hergestellten Gießformen sowie
hinsichtlich deren Beständigkeit gegenüber Luftfeuchtigkeit
bei einer Lagerung über einen längeren Zeitraum
auf. Weiter wird angestrebt, nach dem Guss bereits eine hohe Qualität
der Oberfläche des Gussstücks zu erreichen, sodass
die Nachbearbeitung der Oberfläche mit geringem Aufwand
durchgeführt werden kann.
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Der
Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Formstoffmischung
zur Herstellung von Gießformen für die Metallverarbeitung
zur Verfügung zu stellen, welche mindestens einen feuerfesten
Formgrundstoff sowie ein auf Wasserglas basierendes Bindemittelsystem
umfasst, welche die Herstellung von Gießformen ermöglicht,
die eine hohe Festigkeit sowohl unmittelbar nach der Formgebung
als auch bei längerer Lagerung aufweisen.
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Ferner
soll die Formstoffmischung die Herstellung von Gießformen
ermöglichen, mit welchen Gußstücke hergestellt
werden können, die eine hohe Qualität der Oberfläche
aufweisen, sodass nur eine geringe Nachbearbeitung der Oberflächen
erforderlich ist.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Formstoffmischung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Formstoffmischung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Überraschend
wurde gefunden, dass durch die Verwendung eines Bindemittels, welches
ein Alkaliwasserglas sowie ein teilchenförmiges Metalloxid
enthält, welches ein teilchenförmiges synthetisches
amorphes Siliciumdioxid ist, die Festigkeit von Gießformen
sowohl unmittelbar nach der Formgebung und Aushärtung als
auch bei einer Lagerung unter erhöhter Luftfeuchtigkeit
deutlich verbessert werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Formstoffmischung zur Herstellung
von Gießformen für die Metallverarbeitung umfasst
mindestens:
einen feuerfesten Formgrundstoff; sowie ein
auf
Wasserglas basierendes Bindemittel.
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Als
feuerfester Formgrundstoff können für die Herstellung
von Gießformen übliche Materialien verwendet werden.
Geeignet sind beispielsweise Quarz- oder Zirkonsand. Weiter sind
auch faserförmige feuerfeste Formgrundstoffe geeignet,
wie beispielsweise Schamottefasern. Weitere geeignete feuerfeste
Formgrundstoffe sind beispielsweise Olivin, Chromerzsand, Vermiculit.
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Weiter
können als feuerfeste Formgrundstoffe auch künstliche
Formstoffe verwendet werden, wie z. B. Aluminiumsilikathohlkugeln
(sog. Microspheres), Glasperlen, Glasgranulat oder unter der Bezeichnung „Cerabeads” bzw. „Carboaccucast” bekannte
kugelförmige keramische Formgrundstoffe. Diese kugelförmigen
keramischen Formgrundstoffe enthalten als Mineralien beispielsweise
Mullit, Korund, β-Cristobalit in unterschiedlichen Anteilen.
Sie enthalten als wesentliche Anteile Aluminiumoxid und Siliciumdioxid.
Typische Zusammensetzungen enthalten beispielsweise Al2O3 und SiO2 in etwa
gleichen Anteilen. Daneben können noch weitere Bestandteile
in Anteilen von < 10%
enthalten sein, wie TiO2, Fe2O3. Der Durchmesser der Mikrokugeln beträgt vorzugsweise
weniger als 1000 μm, insbesondere weniger als 600 μm.
Geeignet sind auch synthetisch hergestellte feuerfeste Formgrundstoffe,
wie beispielsweise Mullit (xAl2O3·ySiO2,
mit x = 2 bis 3, y = 1 bis 2; ideale Formel: Al2SiO5). Diese künstlichen Formgrundstoffe
gehen nicht auf einen natürlichen Ursprung zurück
und können auch einem besonderen Formgebungsverfahren unterworfen
worden sein, wie beispielsweise bei der Herstellung von Aluminiumsilikatmikrohohlkugeln,
Glasperlen oder kugelförmigen keramischen Formgrundstoffen.
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Besonders
bevorzugt werden als feuerfeste künstliche Formgrundstoffe
Glasmaterialien verwendet. Diese werden insbesondere entweder als
Glaskugeln oder als Glasgranulat eingesetzt. Als Glas können übliche
Gläser verwendet werden, wobei Gläser, die einen
hohen Schmelzpunkt zeigen, bevorzugt sind. Geeignet sind beispielsweise
Glasperlen und/oder Glasgranulat, das aus Glasbruch hergestellt
wird. Ebenfalls geeignet sind Boratgläser. Die Zusammensetzung
derartiger Gläser ist beispielhaft in der nachfolgenden
Tabelle angegeben. Tabelle: Zusammensetzung von Gläsern
Bestandteil | Glasbruch | Boratglas |
SiO2
| 50–80% | 50–80% |
Al2O3
| 0–15% | 0–15% |
Fe2O3
| < 2% | < 2% |
MIIO | 0–25% | 0–25% |
MI
2O | 5–25% | 1–10% |
B2O3
| | < 15% |
Sonst. | < 10% | < 10% |
- MII:
Erdalkalimetall, z. B. Mg, Ca, Ba
- MI: Alkalimetall, z. B. Na, K
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Neben
den in der Tabelle aufgeführten Gläsern können
jedoch auch andere Gläser verwendet werden, deren Gehalt
an den oben genannten Verbindungen außerhalb der genannten
Bereiche liegt. Ebenso können auch Spezialgläser
verwendet werden, die neben den Genannten Oxiden auch andere Elemente
bzw. deren Oxide enthalten.
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Der
Durchmesser der Glaskugeln beträgt vorzugsweise weniger
als 1000 μm, insbesondere weniger als 600 μm.
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In
Gießversuchen mit Aluminium wurde gefunden, dass bei Verwendung
künstlicher Formgrundstoffe, vor allem bei Glasperlen,
Glasgranulat bzw. Microspheres, nach dem Gießen weniger
Formsand an der Metalloberfläche haften bleibt als bei
Verwendung von reinem Quarzsand. Der Einsatz künstlicher
Formgrundstoffe ermöglicht daher die Erzeugung glätterer
Gussoberflächen, wobei eine aufwändige Nachbehandlung
durch Strahlen nicht oder zumindest in erheblich geringerem Ausmaß erforderlich
ist.
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Es
ist nicht notwendig, den gesamten Formgrundstoff aus den künstlichen
Formgrundstoffen zu bilden. Der bevorzugte Anteil der künstlichen
Formgrundstoffe liegt bei mindestens etwa 3 Gew.-%, besonders bevorzugt
mindestens 5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt mindestens 10 Gew.-%,
vorzugsweise bei mindestens etwa 15 Gew.-%, besonders bevorzugt
bei mindestens etwa 20 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Menge des feuerfesten
Formgrundstoffs. Der feuerfeste Formgrundstoff weist vorzugsweise
einen rieselfähigen Zustand auf, so dass die erfindungsgemäße
Formstoffmischung in üblichen Kernschießmaschinen
verarbeitet werden kann.
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Als
weitere Komponente umfasst die erfindungsgemäße
Formstoffmischung ein auf Wasserglas basierendes Bindemittel. Als
Wasserglas können dabei übliche Wassergläser
verwendet werden, wie sie bereits bisher als Bindemittel in Formstoffmischungen
verwendet werden. Diese Wassergläser enthalten gelöste
Natrium- oder Kaliumsilikate und können durch Lösen
von glasartigen Kalium- und Natriumsilikaten in Wasser hergestellt
werden. Das Wasserglas weist vorzugsweise ein Modul SiO2/M2O im Bereich von 1,6 bis 4,0, insbesondere
2,0 bis 3,5, auf, wobei M für Natrium und/oder Kalium steht.
Die Wassergläser weisen vorzugsweise einen Feststoffanteil
im Bereich von 30 bis 60 Gew.-% auf. Der Feststoffanteil bezieht
sich auf die im Wasserglas enthaltene Menge an SiO2 und
M2O.
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Erfindungsgemäß enthält
die Formstoffmischung einen Anteil eines teilchenförmigen
Metalloxids, das ausgewählt ist aus der Gruppe von Siliciumdioxid,
Aluminiumoxid, Titandioxid und Zinkoxid. Die Teilchengröße dieser
Metalloxide beträgt vorzugsweise weniger als 300 μm,
bevorzugt weniger als 200 μm, insbesondere bevorzugt weniger
als 100 μm. Die Teilchengröße lässt
sich durch Siebanalyse bestimmen. Besonders bevorzugt beträgt
der Siebrückstand auf einem Sieb mit einer Maschenweite
von 63 μm weniger als 10 Gew.-%, vorzugsweise weniger als
8 Gew.-%.
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Besonders
bevorzugt wird als teilchenförmiges Metalloxid Siliciumdioxid
verwendet, wobei hier synthetisch hergestelltes amorphes Siliciumdioxid
besonders bevorzugt ist.
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Als
teilchenförmiges Siliciumdioxid wird vorzugsweise Fällungskieselsäure
und/oder pyrogene Kieselsäure verwendet. Fällungskieselsäure
wird durch Reaktion einer wässrigen Alkalisilikatlösung
mit Mineralsäuren erhalten. Der dabei anfallende Niederschlag
wird anschließend abgetrennt, getrocknet und vermahlen.
Unter pyrogenen Kieselsäuren werden Kieselsäuren
verstanden, die bei hohen Temperaturen durch Koagulation aus der
Gasphase gewonnen werden. Die Herstellung pyrogener Kieselsäure
kann beispielsweise durch Flammhydrolyse von Siliciumtetrachlorid
oder im Lichtbogenofen durch Reduktion von Quarzsand mit Koks oder
Anthrazit zu Siliciummonoxidgas mit anschließender Oxidation
zu Siliciumdioxid erfolgen. Die nach dem Lichtbogenofen-Verfahren
hergestellten pyrogenen Kieselsäuren können noch
Kohlenstoff enthalten. Fällungskieselsäure und
pyrogene Kieselsäure sind für die erfindungsgemäße
Formstoffmischung gleich gut geeignet. Diese Kieselsäuren
werden im weiteren als ”synthetisches amorphes Siliciumdioxid” bezeichnet.
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Die
Erfinder nehmen an, dass das stark alkalische Wasserglas mit den
an der Oberfläche des synthetisch hergestellten amorphen
Siliciumdioxids angeordneten Silanolgruppen reagieren kann und dass
beim Verdampfen des Wassers eine intensive Verbindung zwischen dem
Siliciumdioxid und dem dann festen Wasserglas hergestellt wird.
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Die
erfindungsgemäße Formstoffmischung stellt eine
intensive Mischung aus zumindest den genannten Bestandteilen dar.
Dabei sind die Teilchen des feuerfesten Formgrundstoffs vorzugsweise
mit einer Schicht des Bindemittels überzogen. Durch Verdampfen
des im Bindemittel vorhandenen Wassers (ca. 40–70 Gew.-%, bezogen
auf das Gewicht des Bindemittels) kann dann ein fester Zusammenhalt
zwischen den Teilchen des feuerfesten Formgrundstoffs erreicht werden.
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Das
Bindemittel, d. h. das Wasserglas sowie das teilchenförmige
Metalloxid, insbesondere synthetisches amorphes Siliciumdioxid,
ist in der Formstoffmischung bevorzugt in einem Anteil von weniger
als 20 Gew.-% enthalten. Werden massive Formgrundstoffe verwendet,
wie beispielsweise Quarzsand, ist das Bindemittel vorzugsweise in
einem Anteil von weniger als 10 Gew.-%, bevorzugt weniger als 8
Gew.-%, insbesondere bevorzugt weniger als 5 Gew.-% enthalten. Werden
feuerfeste Formgrundstoffe verwendet, welche eine geringe Dichte
aufweisen, wie beispielsweise die oben beschriebenen Mikrohohlkugeln,
erhöht sich der Anteil des Bindemittels entsprechend.
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Das
teilchenförmige synthetische amorphe Siliciumdioxid, ist,
bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, vorzugsweise in einem
Anteil von 2 bis 60 Gew.-% enthalten, vorzugsweise zwischen 3 und
50 Gew.-%, insbesondere bevorzugt zwischen 4 und 40 Gew.-%.
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Das
Verhältnis von Wasserglas zu teilchenförmigem
synthetischem amorphem Siliciumdioxid, kann innerhalb weiter Bereiche
variiert werden. Dies bietet den Vorteil, die Anfangsfestigkeit
der Gießform, d. h. die Festigkeit unmittelbar nach Entnahme
aus dem heißen Werkzeug, und die Feuchtigkeitsbeständigkeit
zu verbessern, ohne die Endfestigkeiten, d. h. die Festigkeiten
nach dem Erkalten der Gießform, gegenüber einem Wasserglasbindemittel
ohne amorphes Siliciumdioxid wesentlich zu beeinflussen. Dies ist
vor allem im Leichtmetallguss von großem Interesse. Auf
der einen Seite sind hohe Anfangsfestigkeiten erwünscht,
um nach der Herstellung der Gießform diese problemlos transportieren
oder mit anderen Gießformen zusammensetzen zu können.
Auf der anderen Seite sollte die Endfestigkeit nach dem Aushärten
nicht zu hoch sein, um Schwierigkeiten beim Binderzerfall nach dem
Abguss zu vermeiden, d. h. der Formstoff sollte nach dem Gießen
problemlos aus Hohlräumen der Gussform entfernt werden
können.
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Der
in der erfindungsgemäßen Formstoffmischung enthaltene
Formgrundstoff kann in einer Ausführungsform der Erfindung
zumindest einen Anteil von Mikrohohlkugeln enthalten. Der Durchmesser
der Mikrohohlkugeln liegt normalerweise im Bereich von 5 bis 500 μm,
vorzugsweise im Bereich von 10 bis 350 μm und die Dicke
der Schale liegt gewöhnlich im Bereich von 5 bis 15 des
Durchmessers der Mikrokugeln. Diese Mikrokugeln weisen ein sehr
geringes spezifisches Gewicht auf, so dass die unter Verwendung
von Mikrohohlkugeln hergestellten Gießformen ein niedriges
Gewicht aufweisen. Besonders vorteilhaft ist die Isolierwirkung der
Mikrohohlkugeln. Die Mikrohohlkugeln werden daher insbesondere dann
für die Herstellung von Gießformen verwendet,
wenn diese eine erhöhte Isolierwirkung aufweisen sollen.
Solche Gießformen sind beispielsweise die bereits in der
Einleitung beschriebenen Speiser, welche als Ausgleichsreservoir
wirken und flüssiges Metall enthalten, wobei das Metall
solange in einem flüssigen Zustand erhalten werden soll,
bis das in die Hohlform eingefüllte Metall erstarrt ist.
Ein anderes Anwendungsgebiet von Gießformen, welche Mikrohohlkugeln enthalten,
sind beispielsweise Abschnitte einer Gießform, welche besonders
dünnwandigen Abschnitten der fertigen Gussform entsprechen.
Durch die isolierende Wirkung der Mikrohohlkugeln wird sichergestellt,
dass das Metall in den dünnwandigen Abschnitten nicht vorzeitig
erstarrt und damit die Wege innerhalb der Gießform verstopft.
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Werden
Mikrohohlkugeln verwendet, wird das Bindemittel, bedingt durch die
geringe Dichte dieser Mikrohohlkugeln, vorzugsweise in einem Anteil
im Bereich von vorzugsweise weniger als 20 Gew.-%, insbesondere
bevorzugt im Bereich von 10 bis 18 Gew.-% verwendet.
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Die
Mikrohohlkugeln bestehen vorzugsweise aus einem Aluminiumsilikat.
Diese Aluminiumsilikatmikrohohlkugeln weisen vorzugsweise einen
Gehalt an Aluminiumoxid von mehr als 20 Gew.-% auf, können
jedoch auch einen Gehalt von mehr als 40 Gew.-% aufweisen. Solche
Mikrohohlkugeln werden beispielsweise von der Omega Minerals Germany
GmbH, Norderstedt, unter den Bezeichnungen Omega-Spheres® SG mit einem Aluminiumoxidgehalt
von ca. 28–33%, Omega-Spheres® WSG
mit einem Aluminiumoxidgehalt von ca. 35–39% und E-Spheres® mit einem Aluminiumoxidgehalt
von ca. 43% in den Handel gebracht. Entsprechende Produkte sind
bei der PQ Corporation (USA) unter der Bezeichnung „Extendospheres®” erhältlich.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform werden Mikrohohlkugeln als feuerfester
Formgrundstoff verwendet, welche aus Glas aufgebaut sind.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform bestehen die Mikrohohlkugeln
aus einem Borsilikatglas. Das Borsilikatglas weist dabei einen Anteil
an Bor, berechnet als B2O3,
von mehr als 3 Gew.-% auf. Der Anteil der Mikrohohlkugeln wird vorzugsweise
kleiner als 20 Gew.-% gewählt, bezogen auf die Formstoffmischung.
Bei Verwendung von Borsilikatglas-Mikrohohlkugeln wird bevorzugt
ein geringer Anteil gewählt. Dieser beträgt vorzugsweise
weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 3 Gew.-%, und liegt
insbesondere bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 2 Gew.-%.
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Wie
bereits erläutert, enthält die erfindungsgemäße
Formstoffmischung in einer bevorzugten Ausführungsform
zumindest einen Anteil an Glasgranulat und/oder Glasperlen als feuerfesten
Formgrundstoff.
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Es
ist auch möglich, die Formstoffmischung als exotherme Formstoffmischung
auszubilden, die beispielsweise für die Herstellung exothermer
Speiser geeignet ist. Dazu enthält die Formstoffmischung
ein oxidierbares Metall und ein geeignetes Oxidationsmittel. Bezogen
auf die Gesamtmasse der Formstoffmischung bilden die oxidierbaren
Metalle bevorzugt einen Anteil von 15 bis 35 Gew.-%. Das Oxidationsmittel
wird bevorzugt in einem Anteil von 20 bis 30 Gew.-%, bezogen auf
die Formstoffmischung zugesetzt. Geeignete oxidierbare Metalle sind
beispielsweise Aluminium oder Magnesium. Geeignete Oxidationsmittel
sind beispielsweise Eisenoxid oder Kaliumnitrat.
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Bindemittel,
welche Wasser enthalten, weisen im Vergleich zu Bindemitteln auf
Basis organischer Lösungsmittel eine schlechtere Fließfähigkeit
auf. Dies bedeutet, dass sich Formwerkzeuge mit engen Durchgängen
und mehrere Umlenkungen schlechter füllen lassen. Als Folge
davon besitzen die Gießformen Abschnitte mit ungenügender
Verdichtung, was wiederum beim Abguss zu Gussfehlern führen
kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
enthält die erfindungsgemäße Formstoffmischung
einen Anteil an plättchenförmigen Schmiermitteln,
insbesondere Grafit oder MoS2. Überraschend
hat sich gezeigt, dass bei einem Zusatz derartiger Schmiermittel,
insbesondere von Grafit, auch komplexe Formen mit dünnwandigen
Abschnitten hergestellt werden können, wobei die Gießformen
durchgängig eine gleichmäßig hohe Dichte
und Festigkeit aufweisen, so dass beim Gießen im Wesentlichen
keine Gussfehler beobachtet wurden. Die Menge des zugesetzten plättchenförmigen
Schmiermittels, insbesondere Grafits, beträgt vorzugsweise
0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-%, bezogen auf den Formgrundstoff.
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Neben
den genannten Bestandteilen kann die erfindungsgemäße
Formstoffmischung noch weitere Zusätze umfassen. Beispielsweise
können interne Trennmittel zugesetzt werden, welche die
Ablösung der Gießformen aus dem Formwerkzeug erleichtern.
Geeignete interne Trennmittel sind z. B. Calciumstearat, Fettsäureester,
Wachse, Naturharze oder spezielle Alkydharze. Weiter können
auch Silane zur erfindungsgemäßen Formstoffmischung
gegeben werden.
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So
enthält die erfindungsgemäße Formstoffmischung
in einer bevorzugten Ausführungsform ein organisches Additiv,
welches einen Schmelzpunkt im Bereich von 40 bis 180°C,
vorzugsweise 50 bis 175°C aufweist, also bei Raumtemperatur
fest ist. Unter organischen Additiven werden dabei Verbindungen
verstanden, deren Molekülgerüst überwiegend
aus Kohlenstoffatomen aufgebaut ist, also beispielsweise organische
Polymere. Durch die Zugabe der organischen Additive kann die Güte
der Oberfläche des Gussstücks weiter verbessert
werden. Der Wirkmechanismus der organischen Additive ist nicht geklärt.
Ohne an diese Theorie gebunden sein zu wollen nehmen die Erfinder
jedoch an, dass zumindest ein Teil der organischen Additive beim Gießvorgang
verbrennt und dabei ein dünnes Gaspolster zwischen flüssigem
Metall und dem die Wand der Gießform bildenden Formstoff
entsteht und so eine Reaktion zwischen flüssigem Metall
und Formstoff verhindert wird. Ferner nehmen die Erfinder an, dass
ein Teil der organischen Additive unter der beim Gießen
herrschenden reduzierenden Atmosphäre eine dünne
Schicht von so genanntem Glanzkohlenstoff bildet, der ebenfalls
eine Reaktion zwischen Metall und Formstoff verhindert. Als weitere
vorteilhafte Wirkung kann durch die Zugabe der organischen Additive
eine Steigerung der Festigkeit der Gießform nach dem Aushärten
erreicht werden.
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Die
organischen Additive werden bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis
1,5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,05 bis 1,3 Gew.-%, besonders
bevorzugt 0,1 bis 1,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Formstoff, zugegeben.
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Überraschend
wurde gefunden, dass eine Verbesserung der Oberfläche des
Gussstücks mit sehr unterschiedlichen organischen Additiven
erreicht werden kann. Geeignete organische Additive sind beispielsweise
Phenol-Formaldehydharze, wie z. B. Novolake, Epoxidharze, wie beispielsweise
Bisphenol-A-Epoxidharze, Bisphenol-F-Epoxidharze oder epoxidierte
Novolake, Polyole, wie beispielsweise Polyethylenglykole oder Polypropylenglykole,
Polyolefine, wie beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen, Copolymere
aus Olefinen, wie Ethylen oder Propylen, und weiteren Comonomeren,
wie Vinylacetat, Polyamide, wie beispielsweise Polyamid-6, Polyamid-12
oder Polyamid-6,6, natürliche Harze, wie beispielsweise
Balsamharz, Fettsäureester, wie beispielsweise Cetylpalmitat,
Fettsäureamide, wie beispielsweise Ethylendiaminbisstearamid,
sowie Metallseifen, wie beispielsweise Stearate oder Oleate zwei-
oder dreiwertiger Metalle. Die organischen Additive können sowohl
als reiner Stoff enthalten sein, als auch als Gemisch verschiedener
organischer Verbindungen.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die
erfindungsgemäße Formstoffmischung einen Anteil
zumindest eines Silans. Geeignete Silane sind beispielsweise Aminosilane,
Epoxysilane, Mercaptosilane, Hydroxysilane und Ureidosilane. Beispiele
für geeignete Silane sind γ-Aminopropyl-trimethoxysilan, γ-Hydroxypropyltrimethoxysilan,
3-Ureidopropyltriethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, β-(3,4-Epoxycyclohexyl)trimethoxysilan
und N-β(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan.
-
Bezogen
auf das teilchenförmige Metalloxid werden typischerweise
ca. 5–50% Silan eingesetzt, vorzugsweise ca. 7–45%,
besonders bevorzugt ca. 10–40%.
-
Trotz
der mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel erreichbaren
hohen Festigkeiten zeigen die mit der erfindungsgemäßen
Formstoffmischung hergestellten Gießformen, insbesondere
Kerne und Formen, nach dem Abguss einen guten Zerfall, insbesondere
beim Aluminiumguss. Die Verwendung der aus der erfindungsgemäßen
Formstoffmischung hergestellten Formkörper ist jedoch nicht
auf den Leichtmetallguss beschränkt. Die Gießformen
eignen sich generell zum Gießen von Metallen. Solche Metalle
sind beispielsweise Buntmetalle, wie Messing oder Bronzen, sowie
Eisenmetalle.
-
Die
Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen
für die Metallverarbeitung, wobei die erfindungsgemäße
Formstoffmischung verwendet wird. Das erfindungsgemäße
Verfahren umfasst die Schritte:
- – Herstellen
der oben beschriebenen Formstoffmischung;
- – Formen der Formstoffmischung;
- – Aushärten der Formstoffmischung, indem die
Formstoffmischung erwärmt wird, wobei die ausgehärtete Gießform
erhalten wird.
-
Bei
der Herstellung der erfindungsgemäßen Formstoffmischung
wird im Allgemeinen so vorgegangen, dass zunächst der feuerfeste
Formgrundstoff vorgelegt und dann unter Rühren das Bindemittel
zugegeben wird. Dabei kann das Wasserglas sowie das teilchenförmige
Metalloxid, insbesondere das synthetische amorphe Siliciumdioxid,
an sich in beliebiger Reihenfolge zugegeben werden. Es ist jedoch
vorteilhaft, die flüssige Komponente als erstes zuzugeben.
Die Zugabe erfolgt unter heftigem Rühren, so dass das Bindemittel
gleichmäßig im feuerfesten Formgrundstoff verteilt
wird und diesen beschichtet.
-
Die
Formstoffmischung wird anschließend in die gewünschte
Form gebracht. Dabei werden für die Formgebung übliche
Verfahren verwendet. Beispielsweise kann die Formstoffmischung mittels
einer Kernschießmaschine mit Hilfe von Druckluft in das
Formwerkzeug geschossen werden. Die Formstoffmischung wird anschließend
durch Wärmezufuhr ausgehärtet, um das im Bindemittel
enthaltene Wasser zu verdampfen. Das Erwärmen kann beispielsweise
im Formwerkzeug erfolgen. Es ist möglich, die Gießform
bereits im Formwerkzeug vollständig auszuhärten.
Es ist aber auch möglich, die Gießform nur in
ihrem Randbereich auszuhärten, so dass sie eine ausreichende
Festigkeit aufweist, um aus dem Formwerkzeug entnommen werden zu können.
Die Gießform kann dann anschließend vollständig
ausgehärtet werden, indem ihr weiteres Wasser entzogen
wird. Dies kann beispielsweise in einem Ofen erfolgen. Der Wasserentzug
kann beispielsweise auch erfolgen, indem das Wasser bei vermindertem
Druck verdampft wird.
-
Die
Aushärtung der Gießformen kann durch Einblasen
von erhitzter Luft in das Formwerkzeug beschleunigt werden. Bei
dieser Ausführungsform des Verfahrens wird ein rascher
Abtransport des im Bindemittel enthaltenen Wassers erreicht, wodurch
die Gießform in für eine industrielle Anwendung
geeigneten Zeiträumen verfestigt wird. Die Temperatur der
eingeblasenen Luft beträgt vorzugsweise 100°C
bis 180°C, insbesondere bevorzugt 120°C bis 150°C.
Die Strömungsgeschwindigkeit der erhitzten Luft wird vorzugsweise
so eingestellt, dass eine Aushärtung der Gießform
in für eine industrielle Anwendung geeigneten Zeiträumen
erfolgt. Die Zeiträume hängen von der Größe
der hergestellten Gießformen ab. Angestrebt wird eine Aushärtung
im Zeitraum von weniger als 5 Minuten, vorzugsweise weniger als
2 Minuten. Bei sehr großen Gießformen können jedoch
auch längere Zeiträume erforderlich sein.
-
Die
Entfernung des Wassers aus der Formstoffmischung kann auch in der
Weise erfolgen, dass das Erwärmen der Formstoffmischung
durch Einstrahlen von Mikrowellen bewirkt wird. Die Einstrahlung
der Mikrowellen wird aber bevorzugt vorgenommen, nachdem die Gießform
aus dem Formwerkzeug entnommen wurde. Dazu muss die Gießform
jedoch bereits eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Wie bereits
erläutert, kann dies beispielsweise dadurch bewirkt werden,
dass zumindest eine äußere Schale der Gießform
bereits im Formwerkzeug ausgehärtet wird.
-
Wie
bereits weiter oben erläutert, kann durch den Zusatz von
plättchenförmigen Schmiermitteln, insbesondere
Grafit und/oder MoS2, die Fließfähigkeit
der erfindungsgemäßen Formstoffmischung verbessert werden.
Bei der Herstellung kann das plättchenförmige Schmiermittel,
insbesondere Grafit dabei getrennt von den beiden Binderkomponenten
der Formstoffmischung zugesetzt werden. Es ist aber genauso gut
möglich, das plättchenförmige Schmiermittel,
insbesondere Grafit, mit dem teilchenförmigen Metalloxid,
insbesondere dem synthetischen amorphen Siliciumdioxid, vorzumischen
und erst dann mit dem Wasserglas und dem feuerfesten Formgrundstoff
zu vermengen.
-
Umfasst
die Formstoffmischung ein organisches Additiv, so kann die Zugabe
des organischen Additivs an sich zu jedem Zeitpunkt der Herstellung
der Formstoffmischung erfolgen. Die Zugabe des organischen Additivs
kann dabei in Substanz oder auch in Form einer Lösung erfolgen.
-
Wasserlösliche
organische Additive können in Form einer wässrigen
Lösung eingesetzt werden. Sofern die organischen Additive
im Bindemittel löslich und darin unzersetzt über
mehrere Monate lagerstabil sind, können sie auch im Bindemittel
gelöst und so gemeinsam mit diesem dem Formstoff zugegeben
werden. Wasserunlösliche Additive können in Form
einer Dispersion oder einer Paste verwendet werden. Die Dispersionen oder
Pasten enthalten bevorzugt Wasser als Lösungsmittel. An
sich können Lösungen oder Pasten der organischen
Additive auch in organischen Lösemitteln hergestellt werden.
Wird für die Zugabe der organischen Additive jedoch ein
Lösungsmittel verwendet, so wird vorzugsweise Wasser eingesetzt.
-
Vorzugsweise
erfolgt die Zugabe der organischen Additive als Pulver oder als
Kurzfaser, wobei die mittlere Teilchengröße bzw.
die Faserlänge bevorzugt so gewählt wird, dass
sie die Größe der Formstoffpartikel nicht übersteigt.
Besonders bevorzugt lassen sich die organischen Additive durch ein
Sieb mit der Maschenweite von ca. 0,3 mm sieben. Um die Anzahl der
dem Formstoff zugegebenen Komponenten zu reduzieren, werden das
teilchenförmige Metalloxid und das bzw. die organischen
Additive dem Formsand vorzugsweise nicht getrennt zugesetzt, sondern
vorab gemischt.
-
Enthält
die Formstoffmischung Silane, so erfolgt die Zugabe der Silane üblicherweise
in der Form, dass sie vorab in das Bindemittel eingearbeitet werden.
Die Silane können dem Formstoff aber auch als getrennte
Komponente zugegeben werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch,
das teilchenförmige Metalloxid zu silanisieren, d. h. das
Metalloxid mit dem Silan zu mischen, so dass seine Oberfläche
mit einer dünnen Silanschicht versehen ist. Setzt man das
so vorbehandelte teilchenförmige Metalloxid ein, so findet
man gegenüber dem unbehandelten Metalloxid erhöhte
Festigkeiten sowie eine verbesserte Resistenz gegen hohe Luftfeuchtigkeit.
Setzt man, wie beschrieben, der Formstoffmischung bzw. dem teilchenförmigen
Metalloxid ein organisches Additiv zu, ist es zweckmäßig,
dies vor der Silanisierung zu tun.
-
Das
Verfahren eignet sich an sich für die Herstellung aller
für den Metallguss üblicher Gießformen,
also beispielsweise von Kernen und Formen. Insbesondere bei Zusatz
von isolierendem feuerfestem Formgrundstoff oder bei Zusatz von
exothermen Materialien zur erfindungsgemäßen Formstoffmischung
eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur
Herstellung von Speisern.
-
Die
aus der erfindungsgemäßen Formstoffmischung bzw.
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Gießformen weisen eine hohe Festigkeit unmittelbar nach
der Herstellung auf, ohne dass die Festigkeit der Gießformen
nach dem Aushärten so hoch ist, dass Schwierigkeiten nach
der Herstellung des Gussstücks beim Entfernen der Gießform
auftreten. Weiterhin weisen diese Gießformen eine hohe
Stabilität bei erhöhter Luftfeuchtigkeit auf,
d. h. die Gießformen können auch über
längere Zeit hinweg problemlos gelagert werden. Ein weiterer
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Gießform, welche
nach dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen
Verfahren erhalten wurde.
-
Die
erfindungsgemäße Gießform eignet sich
allgemein für den Metallguss, insbesondere Leichtmetallguss.
Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden beim Aluminiumguss erhalten.
-
Die
Erfindung wird im Weiteren anhand von Beispielen sowie unter Bezugnahme
auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Dabei zeigt:
-
1:
einen Querschnitt durch ein zur Prüfung der Fließfähigkeit
verwendetes Formwerkzeug;
-
2:
einen Querschnitt durch eine Gießform, welche zur Prüfung
der erfindungsgemäßen Formstoffmischung verwendet
wurde.
-
Beispiel 1
-
Einfluss von synthetisch hergestelltem
amorphem Siliciumdioxid auf die Festigkeit von Formkörpern
mit Quarzsand als Formgrundstoff
-
1. Herstellung und Prüfung
der Formstoffmischung
-
Für
die Prüfung der Formstoffmischung wurden sog. Georg-Fischer-Prüfriegel
hergestellt. Unter Georg-Fischer-Prüfriegeln werden quaderförmige
Prüfriegel mit den Abmessungen 150 mm × 22,36
mm × 22,36 mm verstanden.
-
Die
Zusammensetzung der Formstoffmischung ist in Tabelle 1 angegeben.
Zur Herstellung der Georg-Fischer-Prüfriegel wurde wie
folgt vorgegangen:
- – Die in Tabelle
1 aufgeführten Komponenten wurden in einem Laborflügelmischer
(Firma Vogel & Schemmann
AG, Hagen, DE) gemischt. Dazu wurde zunächst der Quarzsand
vorgelegt und unter Rühren das Wasserglas zugegeben. Als
Wasserglas wurde ein Natriumwasserglas verwendet, das Anteile von
Kalium aufwies. In den nachfolgenden Tabellen ist das Modul daher
mit SiO2:M2O angegeben,
wobei M die Summe aus Natrium und Kalium angibt. Nachdem die Mischung
für eine Minute gerührt worden war, wurde ggf.
das amorphe Siliciumdioxid (erfindungsgemäße Beispiele)
unter weiterem Rühren zugegeben. Die Mischung wurde anschließend
noch für eine weitere Minute gerührt;
- – Die Formstoffmischungen wurden in den Vorratsbunker
einer H 2,5 Hot-Box-Kernschießmaschine der Firma Röperwerk – Gießereimaschinen
GmbH, Viersen, DE, überführt, deren Formwerkzeug
auf 200°C erwärmt war;
- – Die Formstoffmischungen wurden mittels Druckluft
(5 bar) in das Formwerkzeug eingebracht und verblieben für
weitere 35 Sekunden im Formwerkzeug;
- – Zur Beschleunigung der Aushärtung der Mischungen
wurde während der letzten 20 Sekunden Heißluft
(2 bar, 120°C beim Eintritt in das Werkzeug) durch das
Formwerkzeug geleitet;
- – Das Formwerkzeug wurde geöffnet und die
Prüfriegel entnommen.
-
Zur
Bestimmung der Biegefestigkeiten wurden die Prüfriegel
in ein Georg-Fischer-Festigkeitsprüfgerät, ausgerüstet
mit einer 3-Punkt-Biegevorrichtung (DISA Industrie AG, Schaffhausen,
CH) eingelegt und die Kraft gemessen, welche zum Bruch der Prüfriegel
führte.
-
Die
Biegefestigkeiten wurden nach folgendem Schema gemessen:
- – 10 Sekunden nach der Entnahme (Heißfestigkeiten);
- – ca. 1 Stunde nach der Entnahme (Kaltfestigkeiten);
- – Nach 3 Stunden Lagerung der erkalteten Kerne im Klimaschrank
bei 25°C und 75 relativer Luftfeuchte.
-
Die
gemessenen Biegefestigkeiten sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Tabelle 1 Zusammensetzung der Formstoffmischungen
| Quarzsand
H 32 | Alkaliwasserglas | amorphes
Siliciumdioxid | |
1.1 | 100
GT | 2,5
GTa)
| - | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
1.2 | 100
GT | 2,5
GTb)
| - | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
1.3 | 100
GT | 2,5
GTc)
| - | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
1.4 | 100
GT | 2,5
GTa)
| 0,2
GTd)
| erfindungsgemäß |
1.5 | 100
GT | 2,5
GTa)
| 0,6
GTd)
| erfindungsgemäß |
1.6 | 100
GT | 2,5
GTa)
| 1,0
GTd)
| erfindungsgemäß |
1.7 | 100
GT | 2,5
GTa)
| 1,5
GTd)
| erfindungsgemäß |
1.8 | 100
GT | 2,5
GTb)
| 0,2
GTd)
| erfindungsgemäß |
1.9 | 100
GT | 2,5
GTc)
| 0,2
GTd)
| erfindungsgemäß |
1.10 | 100
GT | 2,5
GTa)
| 0,2
GTe)
| erfindungsgemäß |
1.11 | 100
GT | 2,5
GTa)
| 0,2
GTf)
| erfindungsgemäß |
- a)Alkaliwasserglas
mit Modul SiO2:M2O
von ca. 2,3
- b)Alkaliwasserglas mit Modul SiO2:M2O von ca. 3,35
- c)Alkaliwasserglas mit Modul SiO2:M2O von ca. 2,03
- d)Elkem Microsilica 971 (pyrogene Kieselsäure;
Herstellung im Lichtbogenofen)
- e)Degussa Sipernat 360 (Fällungskieselsäure)
- f)Wacker HDK N 20 (pyrogene Kieselsäure,
Herstellung durch Flammhydrolyse)
Tabelle 2 Biegefestigkeiten | Heißfestigkeiten
[N/cm2] | Kaltfestigkeiten
[N/cm2] | Nach
Lagerung im Klimaschrank
[N/cm2] | |
1.1 | 80 | 490 | 30 | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
1.2 | 110 | 220 | 210 | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
1.3 | 60 | 400 | 110 | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
1.4 | 105 | 570 | 250 | erfindungsgemäß |
1.5 | 185 | 670 | 515 | erfindungsgemäß |
1.6 | 250 | 735 | 690 | erfindungsgemäß |
1.7 | 315 | 810 | 700 | erfindungsgemäß |
1.8 | 140 | 280 | 270 | erfindungsgemäß |
1.9 | 90 | 510 | 170 | erfindungsgemäß |
1.10 | 95 | 550 | 280 | erfindungsgemäß |
1.11 | 110 | 540 | 290 | erfindungsgemäß |
-
2. Ergebnis
-
a) Einfluss der zugesetzten Menge an amorphem
Siliciumdioxid
-
In
den Beispielen 1.4 bis 1.7 wurde den Formstoffmischungen steigende
Mengen an amorphem Siliciumdioxid zugesetzt, welches im Lichtbogenofen
hergestellt worden war. Die Menge an Formgrundstoff sowie an Wasserglas
wurde jeweils konstant gehalten. Im Vergleichsbeispiel 1.1 wurde
eine Formstoffmischung hergestellt, welche die gleiche Zusammensetzung
aufwies, wie die Formstoffmischungen der Beispiele 1.4 bis 1.7, wobei
jedoch kein amorphes Siliciumdioxid zugesetzt worden war.
-
Die
Ergebnisse aus Tabelle 2 zeigen, dass der Zusatz von amorphem, im
Lichtbogen hergestellten Siliciumdioxid die Biegefestigkeit der
Prüfriegel deutlich erhöht. Besonders stark erhöht
sich dabei die Biegefestigkeit der Prüfriegel bei einer
Messung nach Lagerung im Klimaschrank bei erhöhter Luftfeuchtigkeit.
Dies bedeutet, dass die mit der erfindungsgemäßen
Formstoffmischung hergestellten Prüfriegel auch nach längerer Lagerung
ihre Festigkeit im Wesentlichen beibehalten. Steigende Mengen an
zugegebenem amorphem Siliciumdioxid führen zu steigenden
Biegefestigkeiten. Dabei ist bei den Biegefestigkeiten, gemessen
nach Lagerung im Klimaschrank, zunächst ein starker Anstieg
der Biegefestigkeiten zu beobachten, der sich mit zunehmender Menge
an zugesetztem amorphem Siliciumdioxid abflacht.
-
b) Einfluss des Verhältnisses
SiO2:M2O des Alkaliwasserglases
-
In
den Beispielen 1.4, 1.8 und 1.9 wurden jeweils gleiche Mengen an
Formgrundstoff, Wasserglas und amorphem Siliciumdioxid (im Lichtbogen
hergestellt) verarbeitet, wobei jedoch das Verhältnis SiO2:M2O des Alkaliwasserglases
verändert wurde. In den Vergleichsbeispielen 1.1, 1.2 und
1.3 wurden jeweils gleiche Mengen an Formgrundstoff sowie Wasserglas
verarbeitet, wobei jedoch ebenfalls das Verhältnis SiO2:M2O des Alkaliwasserglases
variiert wurde. Wie die in Tabelle 2 aufgeführten Biegefestigkeiten
zeigen, ist das amorphe Siliciumdioxid, hergestellt im Lichtbogenofen,
unabhängig vom Verhältnis SiO2:M2O des Alkaliwasserglases wirksam.
-
c) Einfluss der Art des synthetischen
amorphen Siliciumdioxids
-
In
den Beispielen 1.4, 1.10 und 1.11 wurden jeweils gleiche Mengen
an Formgrundstoff, Wasserglas und amorphem Siliciumdioxid verarbeitet,
wobei jedoch die Art des synthetischen amorphen Siliciumdioxids variiert
wurde. Die in Tabelle 2 aufgeführten Biegefestigkeiten
zeigen, dass gefällte und pyrogene, durch Flammhydrolyse
hergestellte Kieselsäuren ebenso wirksam sind, wie im Lichtbogenofen
hergestelltes amorphes Siliciumdioxid.
-
Beispiel 2
-
Einfluss des Verhältnisses Alkaliwasserglas:amorphes
Siliciumdioxid auf die Festigkeiten von Formkörpern bei konstanter
Gesamtbindermenge mit Quarzsand als Formgrundstoff.
-
1. Herstellung und Prüfung
der Formstoffmischung
-
Die
Herstellung der Formstoffmischungen und ihre Prüfung erfolgte
analog Bsp. 1. Die Zusammensetzungen der für die Herstellung
der Prüfriegel verwendeten Formstoffmischungen sind in
Tabelle 3 aufgeführt. Die bei den Tests zur Biegefestigkeit
gefundenen Werte sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Tabelle 3 Zusammensetzung der Formstoffmischungen
| Quarzsand
H 32 | Alkaliwasserglasb)
| amorphes
Siliciumdioxidc)
| |
2.1a)
| 100
GT | 2,5
GT | - | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
2.2 | 100
GT | 2,3
GT | 0,2
GT | erfindungsgemäß |
2.3 | 100
GT | 1,9
GT | 0,6
GT | erfindungsgemäß |
2.4 | 100
GT | 1,5
GT | 1,0
GT | erfindungsgemäß |
- a)entspricht
Versuch 1.1
- b)Alkaliwasserglas mit Modul SiO2:M2O von ca. 2,3
- c)Elkem Microsilica 971
Tabelle 4 Biegefestigkeiten | Heißfestigkeiten
[N/cm2] | Kaltfestigkeiten
[N/cm2] | Nach
Lagerung im Klimaschrank
[N/cm2] | |
2.1 | 80 | 490 | 30 | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
2.2 | 90 | 505 | 220 | erfindungsgemäß |
2.3 | 160 | 505 | 390 | erfindungsgemäß |
2.4 | 185 | 470 | 380 | erfindungsgemäß |
-
2. Ergebnis
-
Durch
Variation des Verhältnisses Wasserglas:amorphes Siliciumdioxid
unter Beibehaltung der Gesamtmenge an Wasserglas und amorphem Siliciumdioxid
können die Heißfestigkeiten und die Resistenz
gegen hohe Luftfeuchtigkeit verbessert werden, ohne gleichzeitig
die Kaltfestigkeiten anzuheben.
-
Beispiel 3
-
Einfluss von Silanen auf die Festigkeiten
der Formkörper
-
1. Herstellung und Prüfung der
Formstoffmischungen
-
Die
Herstellung der Formstoffmischungen und ihre Prüfung erfolgte
analog Bsp. 1. Die Zusammensetzung der für die Herstellung
der Prüfriegel verwendeten Formstoffmischungen sind in
Tabelle 5 aufgeführt. Die bei den Tests zur Biegefestigkeit
gefundenen Werte sind in Tab. 6 zusammengefasst. Tabelle 5 Zusammensetzung der Formstoffmischungen
| Quarzsand
H 32 | Alkaliwasserglasc)
| amorphes
Siliciumdioxidd)
| Silan | |
3.1a)
| 100
GT | 2,5
GT | - | - | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
3.2b)
| 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | - | erfindungsgemäß |
3.3 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 0,02
GTe)
| erfindungsgemäß |
3.4 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 0,08
GTe)
| erfindungsgemäß |
3.5 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 0,02
GTf)
| erfindungsgemäß |
- a)entspricht
Versuch 1.1
- b)entspricht Versuch 1.4
- c)Alkaliwasserglas mit Modul SiO2:M2O von ca. 2,3
- d)Elkem Microsilica 971
- e)Dynasilan Glymo (Degussa AG), vor
dem Versuch mit dem amorphen Siliciumdioxid vermischt
- f)Dynasilan Ameo T (Degussa AG), vor
dem Versuch mit dem amorphen Siliciumdioxid vermischt
Tabelle 6 Biegefestigkeiten | Heißfestigkeiten
[N/cm2] | Kaltfestigkeiten
[N/cm2] | Nach
Lagerung im Klimaschrank
[N/cm2] | |
3.1 | 80 | 490 | 30 | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
3.2 | 105 | 570 | 250 | erfindungsgemäß |
3.3 | 120 | 620 | 300 | erfindungsgemäß |
3.4 | 140 | 670 | 400 | erfindungsgemäß |
3.5 | 125 | 650 | 380 | erfindungsgemäß |
-
2. Ergebnis
-
Die
Beispiele 3.3–3.5 zeigen, dass sich die Zugabe von Silan
positiv auf die Festigkeiten auswirkt, vor allem hinsichtlich der
Beständigkeit gegen hohe Luftfeuchtigkeit.
-
Beispiel 4
-
Einfluss des amorphen Siliciumdioxids
auf die Festigkeiten von Formkörpern mit künstlichen
Formgrundstoffen
-
1. Herstellung und Prüfung
der Formstoffmischung
-
Die
Herstellung der Formstoffmischungen und ihre Prüfung erfolgte
analog Bsp. 1. Die Zusammensetzungen der für die Herstellung
der Prüfriegel verwendeten Formstoffmischungen sind in
Tabelle 7 aufgeführt. Die bei den Tests zur Biegefestigkeit
gefundenen Werte sind in Tabelle 8 zusammengefasst. Tabelle 7 Zusammensetzung der Formstoffmischungen
| Formgrundstoff | Alkaliwasserglasd)
| amorphes
Siliciumdioxide)
| |
4.1 | Aluminiumsilikatmikrohohlkugelna) 100 GT | 14
GT | - | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
4.2 | Aluminiumsilikatmikrohohlkugelna) 100 GT | 14
GT | 1,5
GT | erfindungsgemäß |
4.3 | Aluminiumsilikatmikrohohlkugelna) 100 GT | 14
GT | 3,0
GT | erfindungsgemäß |
4.4 | Keramikkugelnb) 100 GT | 2,5
GT | - | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
4.5 | Keramikkugelnb) 100 GT | 2,5
GT | 0,2
GT | erfindungsgemäß |
4.6 | Glasperlenc) 100 GT | 2,5
GT | - | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
4.7 | Glasperlenc) 100 GT | 2,5
GT | 0,2
GT | erfindungsgemäß |
- a)Omegaspheres
WSG der Firma Omega Minerals Germany GmbH
- b)Carbo Accucast LD 50 der Firma Carbo
Ceramics Inc.
- c)Glasperlen 100–200 μm
der Firma Reidt GmbH & Co.
KG
- d)Alkaliwasserglas mit Modul SiO2:M2O von ca. 2,3
- e)Elkem Microsilica 971
Tabelle 8 Biegefestigkeiten | Heißfestigkeiten
[N/cm2] | Kaltfestigkeiten
[N/cm2] | Nach
Lagerung im Klimaschrank
[N/cm2] | |
4.1 | 120 | 230 | zerfallen | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
4.2 | 160 | 290 | 130 | erfindungsgemäß |
4.3 | 200 | 340 | 180 | erfindungsgemäß |
4.4 | 70 | 370 | 20 | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
4.5 | 100 | 470 | 100 | erfindungsgemäß |
4.6 | 170 | 650 | 30 | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
4.7 | 260 | 770 | 100 | erfindungsgemäß |
-
2. Ergebnis
-
Man
erkennt, dass die positive Wirkung des amorphen Siliciumdioxids
nicht auf Quarzsand als Formgrundstoff beschränkt ist,
sondern dass es auch bei anderen Formgrundstoffen festigkeitssteigernd
wirkt, z. B. bei Microspheres, Keramikkugeln und Glasperlen.
-
Beispiel 5
-
Einfluss des amorphen Siliciumdioxids
auf die Festigkeiten von Formkörpern mit exothermer Masse.
-
Als
exotherme Masse wurde folgende Zusammensetzung verwendet:
Aluminium
(0,063–0,5 mm Körnung) | 25% |
Kaliumnitrat | 22% |
Mikrohohlkugeln
(Omegaspheres® WSG der Firma Omega
Minerals Germany GmbH) | 44% |
Feuerfestzuschlag
(Schamotte) | 9% |
-
1. Herstellung und Prüfung
der Formstoff-Bindemittel-Gemische
-
Die
Herstellung der Formstoff-Bindemittelgemische und ihre Prüfung
erfolgte analog Bsp. 1. Die Zusammensetzungen der für die
Herstellung der Prüfriegel verwendeten Formstoffmischungen
sind in Tabelle 9 aufgeführt. Die bei den Tests zur Biegefestigkeit
gefundenen Werte sind in Tabelle 10 zusammengefasst. Tabelle 9
| Exotherme
Masse | Alkaliwasserglasa)
| amorphes
Siliciumdioxidb)
| |
5.1 | 100
GT | 14
GT | - | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
5.2 | 100
GT | 14
GT | 1,5
GT | erfindungsgemäß |
5.3 | 100
GT | 14
GT | 3,0
GT | erfindungsgemäß |
- a)Alkaliwasserglas
mit Modul SiO2:M2O
von ca. 2,3
- b)Elkem Microsilica 971
Tabelle 10 Biegefestigkeiten | Heißfestigkeiten
[N/cm2] | Kaltfestigkeiten
[N/cm2] | Nach
Lagerung im Klimaschrank
[N/cm2] | |
5.1 | 50 | 180 | zerfallen | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
5.2 | 70 | 225 | 70 | erfindungsgemäß |
5.3 | 95 | 280 | 110 | erfindungsgemäß |
-
2. Ergebnis
-
Das
amorphe Siliciumdioxid wirkt auch bei exothermen Massen als Formgrundstoff
festigkeitssteigernd.
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Beispiel 6
-
Verbesserung der Fließfähigkeit
der Formstoffmischung
-
1. Herstellung und Prüfung der
Formstoffmischung
-
Die
in Tabelle 11 aufgeführten Komponenten wurden in einem
Laborflügelmischer (Firma Vogel & Schemmann AG, Hagen, DE) gemischt.
Dazu wurde zunächst der Quarzsand vorgelegt und unter Rühren
das Wasserglas zugegeben. Nachdem die Mischung für eine
Minute gerührt worden war, wurde das amorphe Siliciumdioxid
unter weiterem Rühren zugegeben. Die Mischung wurde anschließend
noch für eine weitere Minute gerührt. Schließlich
wurde bei den Beispielen 6.2 bis 6.4 noch Grafit zugegeben und die
Mischung abschließend für eine weitere Minute
gerührt.
-
Die
Fließfähigkeit der Formstoffmischungen wurde mit
Hilfe des Füllungsgrades des in 1 dargestellten
Formwerkzeugs 1 ermittelt. Das Formwerkzeug 1 besteht
aus zwei Hälften, welche miteinander verbunden werden können,
sodass sich ein Hohlraum 2 ausbildet. Der Hohlraum 2 umfasst
drei Kammern 2a, 2b und 2c mit kreisförmigem
Querschnitt, die einen Durchmesser von 100 mm und eine Höhe
von 30 mm aufweisen. Die Kammern 2a, 2b und 2c sind
jeweils durch kreisförmige Öffnungen 3a, 3b verbunden,
die einen Durchmesser von 15 mm aufweisen. Die kreisförmigen Öffnungen
sind in Zwischenwänden 4a, 4b eingebracht,
welche eine Stärke von 8 mm aufweisen. Die Öffnungen 3a, 3b sind
jeweils 37,5 mm zur Mittelachse 6 versetzt in maximalem
Abstand zueinander angeordnet. In die Kammer 2a führt
ferner entlang der Mittelachse 6 ein Zugang 5,
durch welche die Formstoffmischung eingefüllt werden kann.
Der Zugang 5 weist einen kreisförmigen Querschnitt
mit einem Durchmesser von 15 mm auf. In der Kammer 2c ist
ferner eine Entlüftungsöffnung 7 vorgesehen,
welche einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser
von 9 mm aufweist und die mit einer so genannten Schlitzdüse
versehen ist. Das Formwerkzeug 1 wird zum Befüllen
in eine Kernschießmaschine eingesetzt.
-
Im
Einzelnen wurde wie folgt vorgegangen:
- – Mischen
der in Tabelle 11 aufgeführten Komponenten;
- – Überführung der Mischungen in den
Vorratsbunker einer H 1-Cold-Box-Kernschießmaschine der
Firma Röperwerke – Gießereimaschinen
GmbH, Viersen, DE;
- – Einbringen der Mischungen in das nicht erwärmte
Formwerkzeug 1 mittels Druckluft (5 bar);
- – Aushärtung der Mischungen durch Einleiten
von CO2;
- – Entnahme der gehärteten Formkörper
aus dem Werkzeug und Registrierung ihres Gewichts.
-
Die
ermittelten Gewichte der Formkörper sind in Tabelle 12
zusammengefasst. Tabelle 11 Zusammensetzung der Formstoffmischungen
| Quarzsand
H 32 | Alkaliwasserglasa)
| amorphes
Siliciumdioxidb)
| Grafit | |
6.1 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | - | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
6.2 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 0,2
GT | erfindungsgemäß |
6.3 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 0,2
GT | erfindungsgemäß |
6.4 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 1,0
GT | erfindungsgemäß |
- a)Alkaliwasserglas
mit Modul SiO2:M2O
von ca. 2,3
- b)Elkem Microsilica 971
Tabelle 12 Gewicht der Formkörper | Gewicht
[g] | |
6.1 | 512 | Vergleich,
nicht erfindungsgemäß |
6.2 | 534 | erfindungsgemäß |
6.3 | 564 | erfindungsgemäß |
6.4 | 588 | erfindungsgemäß |
-
2. Ergebnis
-
Durch
die Zugabe von Grafit verbessert sich die Fließfähigkeit
der Formstoffmischungen, d. h. das Werkzeug wird besser gefüllt.
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Beispiel 7
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Gießversuche
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1. Herstellung und Prüfung der
Formstoffmischung
-
Zur
Durchführung der Gießversuche wurden jeweils vier
der in den Beispielen 1 bis 6 hergestellten Georg-Fischer-Prüfriegel
8 jeweils
um 90° versetzt in das Unterteil
9 der in
2 wiedergegebenen
Probenform eingeklebt. Anschließend wurde das trichterförmige
Oberteil
10 der Probenform auf das Unterteil
9 geklebt.
Unterteil
9 und Oberteil
10 der Probenform wurden
nach einem konventionellen Polyurethan-Cold-Box-Verfahren hergestellt.
Danach wurde die Probenform mit flüssigem Aluminium (740°C)
gefüllt. Nach dem Erkalten des Metalls wurde die äußere
Probenform entfernt und die Probeabgüsse in den Abschnitten
der vier Prüfkörper hinsichtlich ihrer Oberflächengüte
(Sandanhaftungen, Glätte) begutachtet. Die Bewertung erfolgte
mit den Noten 1 (sehr gut) bis 10 (sehr schlecht). Die Ergebnisse
sind in Tabelle 13 zusammengefasst. Tabelle 13 Zusammensetzung der Formstoffgemische
und Gussergebnis
| Zusammensetzung
siehe Bsp. | Oberflächengüte | |
7.1 | 1.1
(Tab. 1) | 5 | Vergleich,
nicht erfindungsgemaß |
7.2 | 1.4
(Tab. 1) | 5 | erfindungsgemäß |
7.3 | 4.1
(Tab. 7) | 2 | erfindungsgemäß |
7.4 | 4.2
(Tab. 7) | 2 | erfindungsgemäß |
7.5 | 4.4
(Tab. 7) | 4 | erfindungsgemäß |
7.6 | 4.5
(Tab. 7) | 4 | erfindungsgemäß |
7.7 | 4.6
(Tab. 7) | 1 | erfindungsgemäß |
7.8 | 4.7
(Tab. 7) | 1 | erfindungsgemäß |
-
2. Ergebnis
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Die
Ergebnisse aus Tabelle 11 zeigen, dass die Verwendung von künstlichen
Formgrundstoffen wie z. B. Aluminiumsilikatmikrohohlkugeln, Keramikkugeln
oder Glasperlen die Oberflächengüte der Gussstücke
z. T. erheblich verbessert.
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Beispiel 8
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Auswirkung organischer Additive auf das
Gussergebnis
-
1. Herstellung und Prüfung der
Formstoffmischungen
-
Die
Zusammensetzung der untersuchten Formstoffmischungen ist in Tabelle
14 aufgelistet.
-
Die
Gießversuche und ihre Auswertung erfolgte analog Bsp. 7.
Das Ergebnis der Gießversuche kann ebenfalls der Tabelle
14 entnommen werden. Tabelle 14 Zusammensetzung der Formstoffmischungen
und Gussergebnis
| Quarzsand H
32 | Alkaliwasserglasb)
| amorphes Siliciumdioxidc)
| organisches
Additiv | Gussergebnis |
8.1a)
| 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | - | 5 |
8.2 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 0,2
GTd)
| 3 |
8.3 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 0,2
GTe)
| 1 |
8.4 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 0,2
GTf)
| 3 |
8.5 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 0,2
GTg)
| 2 |
8.6 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 1,0
GTh)
| 2 |
8.7 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 1,0
GTi)
| 2 |
8.8 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 0,2
GTj)
| 1 |
8.9 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 0,2
GTk)
| 3 |
8.10 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 0,2
GTl)
| 1 |
8.11 | 100
GT | 2,5
GT | 0,2
GT | 0,2
GTm)
| 1 |
- a)entspricht
Versuch 1.4
- b)Alkaliwasserglas mit Modul SiO2:M2O von ca. 2,3
- c)Elkem Microsilica 971
- d)Novolak Bakelite 0235 DP (Bakelite
AG)
- e)Polyethylenglykol PEG 6000 (BASF AG)
- f)Polyol PX (Perstorp AB)
- g)PE-Faser Stewathix 500 (Schwarzwälder
Textilwerke GmbH)
- h)Vinylacetat-Ethylen-Copolymer Vinnex
C 50 (Wacker Chemie GmbH)
- i)Polyamid 12 Vestosint 1111 (Degussa
AG)
- j)Balsamharz WW (Bassermann & Co)
- k)Zinkglukonat (Merck KGaA)
- l)Zinkoleat (Peter Greven Fettchemie
GmbH & Co. KG)
- m)Aluminiumstearat (Peter Greven Fettchemie
GmbH & Co. KG)
-
2. Ergebnis
-
Tabelle
12 zeigt, dass der Zusatz von organischen Additiven die Gussoberfläche
verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 3409579
A [0007]
- - GB 782205 [0009]
- - DE 19925167 [0009]
- - US 5582232 [0009]
- - US 5474606 [0009]
- - WO 98/06522 [0010]
- - EP 1122002 [0012]
- - WO 94/14555 [0013]
- - EP 1095719 A2 [0014]