DE2741172A1

DE2741172A1 - Verfahren und formstoff-mischung zur herstellung von giessformen

Info

Publication number: DE2741172A1
Application number: DE19772741172
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl Chem Bruening; Wilhelm Dipl Ing Kuhlgatz; Eckhard Ing Grad Mekus; Hans-Ulrich Schubert; Wolfgang Ing Grad Schuh
Original assignee: Huettenes Albertus Chemische Werke GmbH
Current assignee: Huettenes Albertus Chemische Werke GmbH
Priority date: 1977-09-09
Filing date: 1977-09-09
Publication date: 1979-03-22
Also published as: GB2004788A; JPS5449924A; DE2741172C2; IN150101B; BE865693A; GB2004788B

Description

Verfahren und Formstoff-Mischung zur Herstellung von Gießformen

Bei der Herstellung von Gießformen ist es erforderlich, den um das Gießmodell herum angeordneten, zunächst ein rieselfähiges Haufwerk aus unregelmäßigen Partikeln darstellenden Formgiandstoff (normalerweise Sand) so zu aggregatisieren, daß die einzelnen Partikel ihre Fließfähigkeit mindestens weitgehend verlieren und sich insgesamt ein stabiler Körper ergibt, der nach dem Entfernen des Modells dessen Kontur beibehält, überwiegend geschieht diese Aggregatisierung dadurch, daß der Formgrundstoff innerhalb des Formwerkzeuges (z.B. einem Formkasten, der nach unten durch eine das Modell tragende Modellplatte abgeschlossen ist) durch Pressen und/oder Rütteln verdichtet wird.

Der Arbeitsgang des Pressens und Rütteins ist in vieler Hinsicht ungünstig. Er erfordert beispielsweise aufwendige Maschinen und vermindert u.U. auch den Arbeitstakt der gesamten Gießanlage. Für das Rütteln kommt noch eine erhebliche Lärmbelästigung hinzu. Man hat deshalb bereits versucht, die Aggregatisierung des Formgrundstoffes mit anderen Verfahren zu erreichen. Eines dieser anderen Verfahren ist das sogenannte "Vakuum-Formverfahren".

Das Vakuum-Formverfahren sieht vor, den Formgrundstoff nach außen hin durch eine Plastikfolie abzudichten und dann zu evakuieren. Dadurch wird auf den Formgrundstoff ein äußerer Druck ausgeübt, der die gewünschte Aggregatisierung bewirkt, ohne < ß noch ein zusätzliches Pressen und/oder Rütteln erforderlich

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ist. Der Formgrundstoff behält dabei den aggregatisierten Zustand so lange bei, wie das Vakuum aufrechterhalten bleibt.

Dieses vom Prinzip her durchaus interessante Verfahren konnte sich bislang jedoch noch nicht in der Praxis durchsetzen. Ein grundsätzlicher Mangel dieses Verfahrens liegt darin, daß die Gießform bis zur Beendigung des Gießprozesses mit der Vakuumquelle verbunden bleiben muß, was apparativ und verfahrenstechnisch sehr aufwendig ist. Ein weiterer Mangel ergibt sich aber auch noch aus der Notwendigkeit der Verwendung einer Plastikfolie. Die Folie muß sich eng an das Modell anschmiegen, was selbst dann, wenn auch der Luftspalt zwischen Modell und Folie evakuiert wird und die Folie durch Erwärmen schmiegsamer gemacht wird, nicht immer gelingt, ganz abgesehen von dem für solche Maßnahmen erforderlichen Zusatzaufwand. Weiterhin verhindert die Folie ein Schlichten der Form, und vor allem besteht die Gefahr einer Beschädigung der Folie. Bricht infolge einer solchen Beschädigung das Vakuum ganz oder auch nur teilweise vor dem Abschluß des Gießprozesses zusammen, kann mit der Gießform nicht mehr gearbeitet werden.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, beim Vakuum-Formverfahren das Gießmodell zunächst mit einem dichtenden Überzug zu versehen, dann den Formgrundstoff in das Formwerkzeug einzubringen und danach das Vakuum anzulegen. Bei diesem Vorschlag wird der Überzug ein Bestandteil der Gießform, indem er die Plastikfolie ersetzt. Einige der auf die Verwendung einer Plastikfolie zurückgehenden Mangel des Vakuum-Formverfahrens können dadurch vermieden werden. Die wesentlichen Mangel dieses Verfahrens jedoch, nämlich die Notwendigkeit der Aufrechterhaltung des Vakuums bis zur Beendigung des Gießprozesses und die damit einhergehende Problematik im Falle einer Leckage, bleiben bestellen.

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Mit der Erfindung soll dem gegenüber ein auf der Aggregatisierung des Formgrundstoffes durch Vakuum beruhendes Verfahren zur Herstellung von Gießformen geschaffen werden, welches die Nachteile des Vakuum-Formverfahrens nicht mehr aufweist und es insbesondere gestattet, die Gießform nach der Aggregatisierung wieder der normalen Atmosphäre auszusetzen. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem Formgrundstoff ein Formstoff-Bindemittel zugesetzt wird, welches durch das angelegte Vakuum zur Erhärtung gelangt.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der konsequenten Anwendung der Erkenntnis, daß das Vakuum nicht nur im Sinne des bekannten Vakuum-Formverfahrens zur Aggregatisierung des Formgrundstoffes zu dienen braucht, sondern mit Vorteil auch dazu ausgenutzt werden kann, einen Mechanismus auszulösen, der ein in den Formgrundstoff eingearbeitetes Bindemittel zur Erhärtung bringt. Auf diese Weise werden die Partikel des Formgrundstoffes zugleich mit der Aggregatisierung auch bereits endgültig fixiert, so daß das Vakuum schon kurze Zeit nach dem Anlegen wieder abgeschaltet werden kann. Weiterhin braucht das Modell aber auch nicht mehr mit einer Folie oder einem dichtenden Überzug versehen zu werden. Damit sind sämtliche Ursachen für die Nachteile des bekannten Vakuum-Formverfahrens beseitigt, und es ist erreicht, daß die Gießformen praktisch unmittelbar nach ihrer Herstellung schon zur völlig freien Verfügung stehen.

Für das beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Formstoff-Bindemittel ist lediglich gefordert, daß es durch das Anlegen des Vakuums zur Erhärtung gelangt. Das kann auf verschiedene Weise geschehen. Als zweckmäßig hat sich ein Bindemittel-Lösungsmittol-System erwiesen, welches dadurch erhärtet, daß beim

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Anlegen des Vakuums das Lösungsmittel dem System entzogen wird. Bevorzugt wird dabei der Formgrundstoff mit 0,1 - 3,0 Gew.% Formstoff-Bindemittel und mit 0,1 - 5,0 Gew.% Lösungsmittel gemischt.

Die in diesem Sinne für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbaren Systeme sind äußerst vielfältig. Sie umfassen praktisch alle organischen Binder, wie Kunststoffharze, Bitumen, Dextrin usw., jeweils mit den dafür geeigneten Lösungsmitteln, ebenso wie auch anorganische Binder mit ihren zugehörigen Lösungsmitteln. Beispiele sind thermoplastische, aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen durch katalytische Polymerisation erhaltene Harze oder auf aromatischer Struktur basierende Polymerisate oder erdölstämmige, durch thermische Polymerisation von Steinkohlenteer und Erdölfraktionen erhaltene Mischpolymerisatharze, welche neben Poly-Cumaron-Inden auch Polystyrol, Polyzyklopentadien und Polyolefine enthalten können, oder Mischungen der vorgenannten Harze mit Acrylaten und/oder Polyvinylchlorid-Polyvinylacetat-Mischpolymerisaten oder auch Bitumen bzw. Rückstände aus der Erdöl-Destillation, wobei jeweils als Lösungsmittel niedrig siedende halogenierte Kohlenwasserstoffe, Ketone, Alkohole oder auch aliphatische bzw. aromatische Kohlenwasserstoffe sowie Gemische dieser Lösungsmittel infrage kommen. Weitere Beispiele für die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Systeme sind Novolake in Form einer alkoholischen Lösung bzw. mit einem Keton oder einem aromatischen Kohlenwasserstoff als Lösungsmittel oder Dextrin in Form eines wässrigen Gels bzw. einer Lösung oder Polyvinylalkohol in Form eines Gels bzw. einer Lösung oder Suspension. Alle vorgenannten Formstoff-Binder und Lösungsmittel können auch in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden.

Eine andere gute Möglichkeit, ein Bindemittel-Lösungsmittel-Sytsem einzusetzen, besteht darin, von einem mit einem Bindemittel umhüllten Formgrundstoff auszugehen, beispiel .weise einem handeis-

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üblichen,mit Novolaken umhüllten Croning-Sand, bei dem durch Benetzung mit einer geringen Menge an Lösungsmittel (wiederum z.B. aliphatische oder aromatische, auch halogenierte Kohlenwasserstoffe, Alkohole oder Ketone) die Umhüllung etwas angelöst wird, so daß sich nach dem Lösungsmittelentzug zusammen mit der Aggregatisierung eine Fixierung der Partikel einstellt.

Niedrig siedende Lösungsmittel sind beim erfindungsgemäßen Verfahren generell bevorzugt, weil sie nur eine relativ geringe Verdunstungswärme benötigen, die ohne weiteres dem Formstoff entzogen werden kann. Es lassen sich ebenso aber auch höher siedende Lösungsmittel und sogar auch Wasser verwenden, wobei es dann ggfs. zweckmäßig sein kann, die Formstoff-Mischung vor dem Anlegen des Vakuums etwas zu erwärmen, damit die Mischung durch den Entzug der Verdunstungswärme nicht zu stark auskühlt und damit sich ausreichend kurze Verdunstungszeiten ergeben.

Wenn unterschiedliche Lösungsmittel kombiniert werden, kann es zweckmäßig sein, solche Kombinationen einzusetzen, die ein azeotrop siedendes Gemisch bilden oder die derart beschaffen sind, daß das Formstoff-Bindemittel nur in der einen Lösungsmittel-Komponente löslich ist, während die andere Lösungsmittel-Komponente die Verdunstung günstig beeinflußt. Ein Beispiel für die letztgenannte Möglichkeit ist das Kombinations-System Kunstharz-Dextrin-Wasser-Methanol .

Die Verwendung eines Bindemittel-Lösungsmittel-Systems hat den beachtlichen Vorteil, daß aus der Vielzahl der zur Verfügung stehenden Bindemittel jeweils das für den speziellen Anwendungsfall geeignetste Bindemittel ausgewählt werden kann und daß das Lösungsmittel in konzentrierter, nur wenig mit Luft verdünnter Form anfällt, also verhältnismäßig leicht wiedergewonnen und im Kreislauf geführt werden kann. Der Verbrauch an Lö.sungs-

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mittel ist also äußerst gering, und auch eine Umweltbelastung durch verlorengegangenes Lösungsmittel tritt praktisch nicht ein.

Anstelle der durch Lösungsmittelentzug erhärtenden Bindemittel-Systeme können ebenso aber auch andere Bindemittel-Systeme bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, beispielsweise solche, bei denen sich das Bindemittel gewissermaßen "in situ" durch eine durch das angelegte Vakuum ausgelöste Reaktion im Formstoff bildet. Typische Verteter solcher Bindemittelsysteme sind anaerob härtende Monomere, die durch das Vakuum in eine sauerstofffreie oder jedenfalls sauerstoffarme, den Erhärtungsvorgang bewirkende Atmosphäre gebracht werden.

In apparativer Hinsicht erfordert das erfindungsgemäße Verfahren keinerlei besondere Aufwendungen. Es kann mit den herkömmlichen Modelleinrichtungen gearbeitet werden und auch mit den üblichen Formwerkzeugen, beispielsweise einem Formkasten mit Modellplatte. Nach dem Einfüllen der Formstoff-Mischung genügt es, eine Siebplatte aufzulegen und das Haufwerk nach außen durch eine Gummischürze oder dergleichen abzudichten. Dann kann das Vakuum an die Siebplatte angelegt werden. Die Formstoff-Mischung aggregatisiert dabei, und zugleich wird sie auch endgültig fixiert, so daß innerhalb von Sekunden oder allenfalls von wenigen Minuten das Vakuum abgeschaltet, das Modell entnommen und die Gießform der weiteren Verwendung zugeführt werden kann. Die apparative Ausrüstung ist dabei praktisch unabhängig von der Art des verwendeten Bindemittel-Systems, außer daß im Falle eines Bindemittel-Lösungsmittel-Systems noch eine Einrichtung zur Wiedergewinnung des Lösungsmittels vorgesehen ist.

Ebenfalls praktisch unabhängig von der Art des verwendeten Bindemittel-Systems ist die Tatsache, daß bei dem erfindungsyomäßen Vorfahren ohne weiteres ein Schlichten des Modells möglich

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ist. Falls ein Schlichten gewünscht wird, genügt es, eine sogenannten "Trennschlichte" als Formüberzugsstoff auf das Modell aufzutragen. Diese Trennschlichte braucht nicht abgebrannt oder getrocknet zu werden, sondern wird lediglich mit der Formstoff-Mischung hinterfüllt und verbindet sich beim Anlegen des Vakuums fest mit dem Formstoff. Natürlich braucht der Schlichte-Überzug dabei kein dichtender Überzug im Sinne des bekannten Vakuum-Formverfahrens zu sein, so daß dieser Überzug optimal auf den jeweiligen speziellen Anwendungsfall abgestimmt werden kann. Zweckmäßig kann es dabei sein, auch die Trennschlichte mit einem Bindemittel zu binden, welches durch das Anlegen des Vakuums erhärtet.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1

Tn nachstehender Reihenfolge wurden miteinander vermischt

Quarzsand H 32 100 Gew. Teile

Thermoplastisches Kohlenwasserstoffharz auf aromatischer Basis 0,6 Gew. Teile

Methylenchlorid 1,0 Gew. Teile

Die Herstellung der Mischung erfolgte in einem üblichen Mischaggreijat und dauerte 1 Minute.

Anschließend wurde die Mischung einem Vakuum ausgesetzt, wobei sie zu einem verfestigten Körper aushärtete. Dabei ergaben sich :

Aushärtezeit 90 Sekunden

Druckfestigkeit 70 N/cm²

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Das angelegte Vakuum kann mit einem verhältnismäßig großen Bereich (z.B. von 250 Torr bis 10 Torr) variiert werden, ohne daß dies die erzielten Ergebnisse nennenswert beeinflußt. Auch ist es ohne Einfluß auf die erzielten Ergebnisse, wenn das Harz zuvor in dem Lösungsmittel gelöst und dann in Form einer Lösung dem Quarzsand zugemischt wird.

Beispiel 2

Es wurde analog Beispiel 1 vorgegangen, wobei die Forra-

stoffmischung aus

Quarzsand H 32 100 Gew.Teile

Bitumen 0,9 Gew.Teile

Methylenchlorid 1.5 Gew.Teile

bestand. Nach dem Evakuieren ergaben sich :

Aushärtezeit 60 Sekunden

Druckfestigkeit 40 N/cm²

Beispiel 3

Wiederum wurde analog Beispiel 1 vorgegangen, und zwar mit der Mischung

Quarzsand H 32 100 Gew.Teile

60 % alkoholische Novolaklösung 1,5 Gew.Teile

Mit dieser Mischung wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Aushärtezeit 90 Sekunden

Druckfestigkeit 60 N/cn²

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Beispiel 4

Analog Beispiel 1 wurden gemischt

Quarzsand H 32 100 Gew. Teile

Harz 0,3 Gew. Teile

Dextrin 0,3 Gew. Teile

Wasser 0,3 Gew. Teile

Methanol 0,4 Gew. Teile

Nach dem Evakuieren ergaben sich :

Aushärtezeit 120 Sekunden

Druckfestigkeit 30 N/cm²

Diese Mischung ist besonders für Grauguß geeignet, wobei das Harz die Oberflächengüte der Gußstücke besonders günstig beeinflußt.

Beispiel 5

Es wurden

0,3 Gew. Teile Dextrin mit

0,3 Gew. Teilen Wasser gelöst und mit

0,4 Gew. Teilen Methanol versetzt.

Das so gebildete Dextringel wurde zu einer Mischung aus

100 Gew. Teilen Quarzsand H 32 und

0,3 Gew. Teilen Harz gemäß Beispiel 1 gegeben.

Die Aushärtezeit und die Druckfestigkeit waren die gleichen wie im Beispiel 4.

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Beispiel 6

Das Dextringel gemäß Beispiel 5 wurde zu 100 Gew. Teilen reinem Quarzsand H 32 gegeben. Wiederum stellte sich die gleiche Aushärtezeit und die gleiche Druckfestigkeit ein wie im Beispiel 4.

Diese Mischung ist besonders gut für Stahlguß geeignet. Beispiel 7

Es wurden

mit 2,ο % Harz umhüllter Sand 100 Gew. Teile Methylalkohol 2 Gew. Teile

miteinander gemischt. Bei dem Sand handelte es sich um handelsüblichen Croning-Sand. Nach dem Evakuieren wurden erzielt:

Aushärtezeit 120 Sekunden

Druckfestigkeit 80 N/cm²

Beispiel 8

Es wurden miteinander vermischt

Quarzsand H 32 100 Gew. Teile

monomeres Acrylharz 3 Gew. Teile

Beschleuniger 0,1 Gew. Teile

Wasser 2 Gew. Teile

Diese Mischung härtet nicht durch Lösungsmittelentzug aus, sondern anaerob dadurch, daß durch das Evakuieren der Luftsauerstoff abgezogen und zusätzlich durch den entstehenden Wasserdampf vertrieben wird. Als Ergebnis wurde erzielt:

Aushärtozeit 30 Sekunden

Diuckfestigkeit 40 N/cm²

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Claims

27411,2 EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH 380/74 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Gießformen aus einem Formgrundstoff, der durch Anlegen eines Vakuums um das Gießmodell herum aggregatisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Formgrundstoff ein Formstoff-Bindemittel zugesetzt wird und diese Formstoff-Mischung durch das angelegte Vakuum zur Erhärtung gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Modell vor dom Aufbringen der Formstoff-Mischung ein Formüberzugstoff als Trennschlichte aufgetragen wird, welche gegebenenfalls durch das angelegte Vakuum zur Erhärtung gebracht wird.

3. Formstoff-Mischung zur Verwendung bei dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formgrundstoff mit 0,1 - 3,0 Gew. % Formstoff-Bindemittel und 0,1 - 5,0 Gew. % Lösungsmittel gemischt ist, wobei das Formstoff-Bindomittel durch Entzug des Lösungsmittels im Vakuum erhärtet.

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ORlQiMAL INSPECTED

4. Formstoff-Mischung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstoff-Bindemittel und/oder das Lösungsmittel aus einem Gemisch verschiedener Komponenten bestehen.

5. Formstoff-Mischung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Lösungsmittel-Gemisches das Formstoff-Bindemittel nur in einer Lösungsmittel-Komponente löslich ist, während die andere Lösungsmittel-Komponente die Verdunstung günstig beeinflußt.

6. Formstoff-Mischung nach einem der Ansprüche 3-5. dadurch gekennzeichnet, daß der Formgrundstoff vorab mit dem Formstoff-Bindemittel verbunden und nur noch mit dem Lösungsmittel gemischt ist.

7. Formstoff-Mischung zur Verwendung bei dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch^gekennzeichnet, daß der Formgrundstoff mit O,1 - 5,0 Gew.% an Monomeren, welche durch Entzug des Luftsauerstoffs im Vakuum zu einem Formstoff-Bindemittel polymerisieren und aushärten, sowie den zugehörigen Beschleunigern gemischt ist.

KRE/dm/kr - Beschreibung -

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