DE2652457A1

DE2652457A1 - Verfahren zum giessen von gegenstaenden aus glasartigen produkten mit einer verlorenen form

Info

Publication number: DE2652457A1
Application number: DE19762652457
Authority: DE
Inventors: Jean Dewitte; Pierre Letourneur
Original assignee: CIM
Current assignee: CIM
Priority date: 1975-11-19
Filing date: 1976-11-17
Publication date: 1977-05-26
Also published as: NL7612758A; GB1522257A; IT1074287B; DK519576A; FR2332240B1; SE7612909L; LU76225A1; US4115504A; IE43749L; ES453439A1; BE848503A; NO763941L; IE43749B1; FR2332240A1

Description

Herne 1, 8«» München 40,

Eider Straße 17

Fre.ligrathstraße 19 „ . , ;, .. ρ . Eisender Straße

Postfachmo Uipi.-injj. Π. Π. Daklr PaL-Anw. Bettler

Pat.-Anw. Hcrrmann-TrMtapoM DIdI -PhVS. EdllSfd ΒθΐΖΐθΓ Fernsprecher: 36 3011

Fernsprecher: 51013 f ■ I · 35 3012

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⁵¹⁰¹⁴ Dipl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl

Telegrammanschrift: Telegrammanschrift:

Bahrpatente Herne PATENTANWÄLTE Babelzpat München

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München

Compagnie Internationale de Minerallurgie - CIM 63, rue de Villiers, F-92200 Neuilly-sur-Seine

Frankreich

Verfahren zum Gießen von Gegenständen aus glasartigen Produkten mit einer verlorenen Form

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gießen von Gegenständen aus glasartigen Produkten mit einer verlorenen Form.

Das Gießen mit einer verlorenen Form stellt ein bekanntes älteres metallurgisches Verfahren dar. Man verwendet ein Modell aus einem vergasbaren Material, wie zum Beispiel Wachs, um das man eine Sandform bildet. Dieses Modell wird durch den Gießvorgang zerstört und durch Metall ersetzt, während die Gase durch die Hülle entweichen.

Dieses Verfahren hat im Laufe der Zeit zahlreiche Verbesserungen erfahren und ist, wie den Fachleuten bekannt, in jüngster Zeit wirtschaftlicher geworden, und zwar aufgrund der Verwendung von Modellen aus relativ billigen Materialien, wie zum Beispiel Polystyrol.

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Es ist jedoch noch niemals möglich gewesen, dieses Verfahren bei Produkten, wie zum Beispiel Glas, anzuwenden, das eine hohe Schmelztemperatur und einen langen Verfestigungsbereich aufweist; tatsächlich ist es so, daß man bisher zu keiner generellen Regel für ein geeignetes Füllen der Form gekommen ist, ohne eine Beschädigung der Wände hervorzurufen.

Wenn man nämlich beim Gießen bei einer relativ niedrigen Temperatur arbeitet, so besteht die Gefahr, daß das Glas oder das glasartige Material zu schnell erstarrt, insbesondere in den den Innenwänden der Sandform benachbarten Bereichen, d.h. in den Bereichen, wo der Sand sich in der Nähe oder in Berührung mit der Oberfläche des vergasbaren Modelles befindet. Das Glas bildet dann in diesem Bereich, den jeweiligen Gießbedingungen entsprechend, aufeinanderfolgende Schichten mit geringer Kohäsion bzw. Haftung aneinander. Außer den optischen Mangeln und Fehlern, die der aus Glas gegossene Gegenstand aufweist, ist er mit Brüchigkeits- und Entglasungsbereichen versehen, welche gelegentlich den Bruch des Gegenstandes nach sich ziehen. Dies ist dann der Fall, wenn das Glas oder das glasartige Produkt bei einer zu geringen Temperatur gegossen wird.

Es kann dann beim Gießen auch der Fall eintreten, daß die bei der Zersetzung des vergasbaren Modelles auftretenden Blasen nicht durch die zu viskose Masse des gegossenen Glases entweichen können und somit weitere Fehler hervorrufen.

Wenn man daher versucht, Glasgegenstände mit einem Gießverfahren mit einer verlorenen Form herzustellen, wobei das Modell aus einem weichen und bei der Gießtemperatur vergasbaren organischen Polymeren besteht, so kann man nicht mit Gläsern mit einer Viskosität von 10 bis 10 Poise arbeiten, d.h. mit Viskositäten, die den höchsten Temperaturen des sogenannten Verarbeitungsbereiches des Glases für die Arbeits-

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gänge der Formung entsprechen, wobei der gesamte Verarbeitungsbereich des Glases sich auf Viskositäten zwischen 10 und 10 Poise erstreckt.

Wenn das Glas oder andere glasartige Produkte auf eine Temperatur gebracht werden, bei denen ihre Viskosität nur ungefähr 10 Poise beträgt, so ist diese Viskosität immer noch zu hoch und infolgedessen die Temperatur zu niedrig, um ein Formgebungsverfahren mit einer verlorenen Form durchzuführen.

Man kann aber nicht aus diesem Grunde das Glas auf eine beliebige Temperatur aufheizen, bei der die Viskosität deutlich niedriger ist und das Glas sich sehr gut gießt.

Wenn das Glas nämlich zu sehr aufgeheizt ist und auf eine Temperatur gebracht ist, bei der seine Viskosität sehr niedrig ist, so stößt man auf Schwierigkeiten hinsichtlich der Formhaltigkeit. Man weiß, daß das Modell aus einem weichen und vergasbaren organischen Polymeren vor seiner Anbringung im Formsand mit einer dünnen Schicht beschichtet wird, die beispielsweise aus einer Mischung aus Graphit und feuerfestem Pulver besteht. Diese dünne Auskleidungsschicht wird in geeigneter Weise aufgebracht, beispielsweise durch Eintauchen, Beschichten, Zerstäuben mit einer Sprühpistole od. dgl.

Wenn nämlich das Glas im Moment des Gießens eine zu niedrige Viskosität aufweist, während es sich in dem vom Modell gebildeten Raum ausbreitet, so hat die Anmelderin festgestellt, daß das Glas dann die Schutzschicht aus Graphit und feuerfestem Pulver durchdringt, so-bald es mit dieser in Berührung kommt.

Das Glas breitet sich in den dem Sand benachbarten Schichten aus und reagiert mehr oder weniger stark mit dem Sand ,^,3 ^₃ keinen dem Modell entsprechenden Gegenstand ferhalten. Man kann dieser Schwierigkeit begegnen, in-dem man eine sehr dicke

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Schicht aus Graphit und feuerfestem Pulver vorsieht. Die Schwierigkeiten zur Herstellung einer derartigen Schicht verhindern es jedoch, das Verfahren in industriellem Maßstabe durchzuführen, da zu diesem Zweck die Herstellung mehrerer aufeinanderfolgender Schichten erforderlich ist, so daß zusätzliche Trockungszeiten für jede Schicht nötig sind.

Man braucht jedoch eine relativ niedrige Viskosität in den Fällen, wo Modelle mit komplizierten Formen verwendet werden, beispielsweise bei einer Spiral- oder Wendelfeder oder einem kreuzförmigen Modell, das möglicherweise mit bauchigen oder wulstigen Bereichen an den Enden der Kreuzarme versehen ist etc,

In derartigen Fällen muß die Viskosität des Glases im Moment des Gießens ausreichend hoch sein, um die aufgetragene Schicht des Modelies nicht zu durchdringen,■und dennoch ausreichend niedrig sein, um ein korrektes Füllen der Form zu ermöglichen, d.h. ohne Bildung von Hohlräumen im Gegenstand.

Durch gründliche Untersuchungen der Anmelderin wurde festgestellt, daß zur Durchführung eines Formvorganges eines Gegenstandes aus Glas oder einem glasartigen Material mit einer sogenannten verlorenen Form mit einem Modell aus einem bei der Gießtemperatur des Glases oder des glasartigen Materials vergasbaren Material letzteres im Moment des Gießens eine Viskosität zwischen 100 Poise und 20 Poise, vorzugsweise zwischen 60 Poise und 20 Poise aufweisen muß.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Herausnehmen des Gegenstandes aus der Form, bevor seine Temperatur auf einen Wert unterhalb der unteren Entspannungstemperatur oder des unteren Kühlpunktes (strain point) gefallen ist, d.h. auf eine Temperatur, oberhalb der die inneren Spannungen des Glases praktisch innerhalb von 4 Stunden abklingen, wie es in der französischen Norm NF-B 30-010 definiert ist.

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Bei Gegenständen aus Glas oder einem glasartigen Material hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Sand anzufeuchten und ihm einen Bindezusatz in Form eines Harzes od. dgl. hinzuzufügen, so daß der Sand während des Gießvorganges in der Nähe der Oberfläche des Gegenstandes trocknet und sich gemeinsam mit dem Bindemittelzusatz unter Bildung einer starren Schale um den Gegenstand verfestigt, den man auf diese Weise handhaben kann. Insbesondere wird der geformte Gegenstand in seiner Schale nach dem Herausnehmen aus der/Form gehalten und auf diese Weise eingehüllt der Kühl behandlung unterzogen, während die Schutzschale nach der vollständigen Kühlung zerbrochen wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das glasartige Material ein keramisierbares Glas, d.h. ein Glas, das bei einer zur Keramisierung geeigneten thermischen Behandlung nach dem Herausnehmen aus der Form kristallisieren kann.

Wenn das geformte glasartige Teil aus einem keramisierbaren Material besteht, so wird die thermische Behandlung zur Keramisierung vorher für das zu formende Material bestimmt. Nach dem Formvorgang und gegebenenfalls nach dem Kühlen des geformten Gegenstandes wird der Gegenstand der thermischen Behandlung zur Keramisierung unterworfen.

Besteht der Gegenstand aus keramisierbarem Glas, so kann er gewünschtenfalls zur Abkühlung in der Sandform gelassen werden,

bis die Temperatur des Gegenstandes etwas niedriger als die Keimbildungstemperatur liegt, was dem ersten Stadium der thermischen Behandlung der Keramisierung entspricht, jedoch wird der geformte Gegenstand bevor seine Temperatur unter die untere Entspannungstemperatur (strain point) absinkt, direkt der Keramisierung unterworfen, in—dem der Sand durch einen heißen Gasstrom zu einem Fließbett ι verwirbelt wird.

Die Gegenstände aus keramisierbarem Glas, die in angefeuchtetem

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Sand mit einem hinzugefügten Bindemittel geformt werden, werden vorteilhafter-weise während der gesamten Dauer der thermischen Behandlung der Keramisierung in ihrer Schale gehalten, während die Schutzschale anschlMend zerbrochen wird.

Im folgenden sollen verschiedene Ausfuhrungsformen der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Beim ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der gewählten Zusammensetzung um ein glasartiges keramisierbares Produkt. Es gehört zu dem System SiO_ - Al₃O- - B₃O₃ und weist Eisenoxid und Alkalioxide CaO und/oder MgO sowie einen Keimbildner in der Form von Chromoxid auf.

Die Zusammensetzung des Glases beträgt nach der Erschmelzung aus den Ausgangsmaterialien und der Läuterung:

SiO₂ 37 Gew.-%

Fe₃O₃ 22 Gew.-%

CaO 32 Gew.-%

B₃O₃ 4 Gew.-%

Al₂O₃ 4,25 Gew.-%

Cr₃O₃ 0,75 Gew.-%.

Die Modelle, die den gewünschten Gegenständen entsprechen und die aus einem Material bestehen, das sich bei der Gießtemperatur des verglasbaren Materials rasch verbrauchen und vergasen lässt, werden an ihren Platz in den Formsandkästen ohne Boden gebracht, welche auf einer gußeisernen Platte angeordnet sind. Die Vorrichtung ermöglicht in an sich bekannter Weise ein rasches Herausnehmen der Gegenstände nach dem Gießen und Formen.

Der verwendete Sand von hinreichend feiner Körnung, wie er

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üblicherweise bei einem Gießverfahren mit einer verlorenen Form Verwendung findet, wird leicht angefeuchtet. Die bei Gießtemperatur des Glases vergasbaren Modelle bestehen beispielsweise aus Polystyr_oi-oder Polyäthylenschaum · ^Die Modelle sind mit einem Angußstutzen versehen, über dem ein Trichter aus feuerfestem Stahl oder Graphit angeordnet ist, um die Durchführung des Gießvorganges des Glases zu erleichtern. Dieser wird dann vorgenommen, wenn die Temperatur des Glases auf einen Wert gebracht worden ist, der einer Viskosität im Bereich zwischen 20 Poise und 60 Poise entspricht.

Das keramisierbare Glas des Ausführungsbeispieles weist folgende Viskositäten auf:

95 Poise bei 1176°C

57 Poise bei 1200⁰C und

21 Poise bei 1230⁰C.

Sobald die Gegenstände oder Teile erst einmal gegossen sind, ^ι werden sie ihrem Volumen entsprechend für 5 bis 10 Minuten im Sand gelassen, bis sie sich abgekühlt haben und in ausreichendem Maße erstarrt sind, damit sie ohne Deformation gehandhabt werden können. Die Kästen werden anschließend hochgehoben; der Sand fließt durch den Boden_;und die Gegenstände, deren Temperatur dann in der Größenordnung von .600⁰C liegt können dem Kühlyorgang ausgesetzt werden.

Dieser Vorgang erfolgt bei einer um ungefähr 30⁰C oberhalb der oberen Entspannungstemperatur oder des oberen Kühlpunktes liegenden Temperatur des Glases, d.h. bei einer Temperatur, bei der die Spannungen des Glases praktisch innerhalb von 15 Minuten abgeklungen sind, wie es in der französischen Norm NF-B 30-010 angegeben ist. Nach einer Behandlungsdauer von 1 Stunde bei dieser Temperatur, an die sich eine langsame Abkühlung mit 0,5⁰C bis 1⁰C pro Minute bis zu einer Temperatur von 500⁰C anschließt, kann die ,'Annahme der Umgebungstemperatur mit einer Abkühlgeschwindigkeit durchgeführt werden, die

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nicht 10°C pro Minute überschreiten soll.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel wird wie beim oben beschriebenen Beispiel vorgegangen, jedoch mit dem Unterschied, daß der Sand einen Bindemittelzusatz aufweist.

Nach dem Gießen des Glases in die Formen werden die Gegenstände so lange im Sand gelassen, bis eine ausreichende Abkühlung erfolgt ist, so daß sie ohne Deformation gehandhabt werden können. Anschließend werden die Sandkasten hochgehoben. Die Gegenstände sind in die feste Schale aus Sand eingehüllt, die sich nach dem Gießvorgang aufgrund der Anwesenheit des Bindemittelzusatzes im Sand gebildet hat. Die Gegenstände werden dann in ihrer festen Schale direkt in einen Ofen zur thermischen Behandlung für die Keramisierung gebracht. Die Ofentemperatur wird für die Keimbildung des Gegenstandes zu einem Zeitraum von 30 Minuten auf einem Wert von 600⁰C gehalten. Danach wird die Temperatur auf einen Wert von ungefähr 850⁰C erhöht, und zwar unter Berücksichtigung des jeweiligen Glases mit einer Anstiegsgeschwindigkeit der Temperatur von 2°C pro Minute bis 5⁰C pro Minute. Zur Kristallisierung wird die Temperatur, dem gewünschten Keramisierungsgrad entsprechend, für einen Zeitraum von 10 Minuten bis zu 1 Stunde auf dem Wert gehalten. Man lässt den Gegenstand dann bei langsamer Abkühlung erstarren, und die den Gegenstand einhüllende feste Schale wird zerbrochen, sobald der Gegenstand abgekühlt ist.

Beispiel 3

Der Ablauf der Arbeitsgänge ist der gleiche wie beim Beispiel 1 bis zur Abkühlung des Gegenstandes, die in der Sandform vorgenommen wird. Man stoppt die Abkühlung, wenn die Temperatur des Gegenstandes etwas unterhalb der Keimbildungstemperatur liegt, ohne jedoch die Temperatur auf einen Wert unterhalb des unteren Kühlpunktes oder der unteren Entspannungstemperatur

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absinken zu lassen, wie sie in der französischen Norm NF-B 30-010 definiert ist.

Ohne den Gegenstand aus dem Sand herauszunehmen, wird der Sand durch einen Gasstrom in einen Wirbelbettzustand und auf die für die thermische Behandlung zur Keramisierung erforderlichen Temperaturen wie beim Beispiel 2 gebracht, d.h. der Sand wird für die Keimbildung für einen Zeitraum von 30 Minuten bei 600⁰C verwirbelt, anschließend auf eine Temperatur von 850⁰C gebracht und auf dieser Temperatur zur Kristallisierung und zur Herstellung des gewünschten Keramisierungsgrades für einen Zeitraum von einer halben Stunde bis zu einer Stunde gehalten.

Wenn der Sand einen Bindemittelzusatz wie im Beispiel 2 aufweist, kann der Gegenstand in der aus Sand und dem Bindemittelzusatz bestehenden festen Schale während der gesamten thermischen Behandlung zur Keramisierung im Wirbelbettzustand gehalten werden. Die Schale wird nach der Keramisierung zerbrochen.

Um die thermischeBehandlung zur Keramisierung des sich im Sand befindenden Gegenstandes durchführen zu können, verwendet man eine Sandform, die folgendermaßen beschaffen ist: der Boden der Sandform besteht aus einem porösen Material, wie zum Beispiel porösem Stahl oder aus einem feinen Drahtoder Metalltuch, dessen Sieböffnungen kleiner sind als der Durchmesser der Sandkörner. Der Boden ist mit dem Kasten verbunden. Die Wände des Kastens verlängern sich nach oben bis zu einer größeren Höhe als sie überlicherweise Verwendung findet, um zu vermeiden, daß der Sand nach oben entweicht, wenn er sich jLm Fließbettzustand befindet. Unterhalb des Kastenbodens aus porösem Material ist ein weiterer dichter Kasten befestigt,in den eine Zuführung für heißes Gas mündet, welches beim Durchsetzen der Sandform durch den porösen Boden hindurch den Sand in den Eließbettzustand versetzt.

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Sobald der Sand in den Wirbelschichtzustand übergeht, senkt sich der geformte Gegenstand aus Glas langsam ab und kommt auf der Bodenplatte der Form zur Auflage. Erforderlichenfalls wird eine Arretierungs- oder Halteplatte, zum Beispiel ein Grill, Rost oder ein Dreibein vorher direkt unterhalt des vergasbaren Modells angebracht.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr lassen sich eine Reihe von Modifizierungen vornehmen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Wenn beispielsweise das gegossene glasartige Material ein Spiegelglas ist, so entspricht die Viskosität von 60 Poise einer Gießtemperatur von ungefähr 1500⁰C. In gleicher Weise kann man Glasgegenstände . aus Flakon- oder Flaschenglas unter der Voraussetzung gMen und formen, daß die Viskosität des Glases im Moment des Gießens zwischen 100 Poise und 20 Poise liegt.

Patentansprüche -; - 11 -

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Formen von Gegenständen, bei dem Glas oder ein glasartiges Produkt in geschmolzener Form in verlorene Formen gegossen wird, die aus einem bei der Gießtemperatur des glasartigen Produktes vergasbaren Material bestehen und die in eine mit Sand oder kleinen Kügelchen aus feuerfestem Oxid gefüllte Form eingesetzt sind, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das glasartige Produkt im Moment des Gießens eine Temperatur aufweist, die einer Viskosität des glasartigen Produktes zwischen 100 Poise und 20 Poise entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität zwischen 60 Poise und 20 Poise liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß als glasartiges Produkt ein keramisierbares Glas verwendet wird, d.h. ein Glas, das sich durch die anschließende thermische Behandlung zur Keimbildung und Kristallisierung zu einem glaskeramischen Produkt verarbeiten lässt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Gegenstand aus der Form herausgenommen wird, bevor seine Temperatur unter die untere Entspannungstemperatur oder den unteren Kühlpunkt abgesunken ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Gegenstand nach dem fcühlvorgang einer thermischen Behandlung zur Keramisierung unterworfen wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand in der Form gelassen wird und daß, sobald die Temperatur des Gegenstandes durch Abkühlung auf einen Wert etwas unterhalb der Keimbilungstemperaturj aber oberhalb des unteren Kühlpunktes abgesunken ist, der Gegenstand ohne Herausnahme aus der Form direkt einer thermischen Behandlung zur Keramisierung unterworfen wird, bei der der Sand der Form durch einen heißen Luftstrom verwirbelt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, bei dem Glas oder glasartige Produkt am Ort der Modelle gegossen wird, die aus einem bei der Gießtemperatur vergasbaren Material bestehen und die in eine mit Sand gefüllte Form eingesetzt sind, welcher etwas angefeuchtet ist und einen eine feste Schale aus Sand einstückig mit dem Gegenstand bildenden Bindemittelzusatz aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß der geformte Gegenstand während der anschließenden Arbeitsvorgänge in seiner Schale gelassen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand in seiner Schale gekühlt wird, die erst nach vollständiger Durchführung der Kühlung zerbrochen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand aus einem keramisierbaren glasartigen Produkt besteht, der während der thermischen Behandlung zur Keramisierung in seiner Schale gehalten wird, während die Schale erst nach vollständiger Durchführung der Keramisierung zerbrochen wird.

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