DE2741172C2

DE2741172C2 - Vakuum-Verfahren zur Herstellung von Gießformen

Info

Publication number: DE2741172C2
Application number: DE19772741172
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Chem.Dr.rer.nat. 3012 Langenhagen Brünning; Wilhelm Dipl.-Ing. 3223 Delligsen Kuhlgatz; Eckhard Ing.(grad.) 3000 Hannover Mekus; Hans-Ulrich 4130 Moers Schubert; Wolfgang Ing.(grad.) 4040 Kaarst 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: 1983-07-14
Also published as: GB2004788A; DE2741172A1; BE865693A; JPS5449924A; IN150101B; GB2004788B

Description

Bei der Herstellung von Gießformen Ist es erforderlich, den um das Gießmodell herum angeordneten, zunächst ein rieselfähiges Haufwerk aus unregelmäßigen Partikeln darstellenden Formgrundstoff (normalerweise Sand) so zu aggregatisieren, daß die einzelnen Partikel Ihre Fließfähigkeit mindestens weitgehend verlieren und sich insgesamt ein stabiler Körper ergibt, der nach dem Entfernt/, des Mcdeüs dessen Kontur bsibehslt. Überwieger-d geschieht diese Aggregatlsierung dadurch, daß der Fonngrundstoff 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 Arbeltsgang des Presse ns 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 Aggregatlsierung des Formgrundstoffes mit anderen Verfahren zu erreichen. Eines dieser anderen Verfahren Ist das sogenannte „Vakuum-Formverfahren".

Das Vakuum-Formverfahren sieht vor, den Formgrundstorf nach außen hin durch eine Plastik folie abzudichten und dann zu evakuieren. Dadurch wird auf den Formgrundstoff ein äußerer Druck ausgeübt, der die gewünschte Aggregatlsierung bewirkt, ohne daß noch ein zusätzliches Pressen und/oder Rütteln erforderlich Ist. Der Formgrundstoff behält dabei den aggregatislerien 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 PIastikfolle. 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

to 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

is danach das Vakuum anzulegen. Bei diesem Vorschlag wird der Oberzug ein Bestandteil der Gießform, indem er die Plastikfolie ersetzt. Einige der auf die Verwendung einer Plastikfolle zurückgehenden Mängel des Vakuum-Formverfabrens können dadurch vermieden werden. Die wesentlichen Mängel 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 bestehen. Außerdem ist eine Vielzahl von Arbeitsschritten erforderlich.

Demgegenüber soll mit der Erfindung das Vakuumformverfahren dahingehend verbessert werden, daß es ohne Notwendigkeit einer Folie oder eines sonstigen dichtenden Überzuges auf dem Gießmodell zu verdichieten Gießformen führt, welche zugleich dauerhaft verfestigt sind und somit wieder der normalen Atmosphäre ausgesetzt werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1, ggf. In der Abwandlung gemäß Anspruch 2.

Das erfindungsgernäße Verfahren beruht auf der konsequenten Anwendung der Erkenntnis, daß das Vakuum nicht nur Im Sinne des bekannten Vakuum-Formverfahrens zur Aggregatislerung 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 Aggregatlsierung auch bereits endgültig fixiert, so daß das Vakuum schon

*5 kurze Zelt 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-Blndemlttel ist lediglich gefordert, daß es durch das Anlegen des Vakuums zur Erhärtung gelangt. Das kann auf verschiedene Weise geschehen. Als zweckmäßig hat sich das Im Anspruch I definierte Blndemltiel-Lösungsmltlel-System erwiesen, welches dadurch erhärtet, daß beim Anlegen des Vakuums das

Lösungsmittel dem System entzogen wird.

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 katalytlsche Polymerisation erhal-

tene Harze oder auf aromatischer Struktur basierende Polymerisate oder erdölstBmmige, durch thermische Polymerisation von Steinkohlenteer und Erdölfraktlonen erhaltene Mlschpolyuierisatharze, welche neben PoIy-Cumaron-Inden auch Polystyrol, Polyzyklopentadien und Polyolefine enthalten können, oder Mischungen der vorgenannten Harze mit Acrylaten und/ouer Polyvinylchlorid-Polyvlnylaceiat-Mischpolymerisaten oder auch Bitumen bzw. Rückstände aus der Erdöl-Desiillation, wobei jeweils als Lösungsmittel niedrig siedende halogenlerte Kohlenwasserstoffe, Ketone, Alkohole oder auch aliphatische bzw. aromatische Kohlenwasserstoffe sowie Gemische dieser Lösungsmittel in Frage 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 Bindemiitst-Lösungsmlltel-System einzusetzen, besieht darin, von einem mit einem Bindemittel umhüllten Formgrundstoff auszugehen, beispielsweise einem handelsüblichen, mit Novolaken umhüllten 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 Aggregatfsierung eine Fixierung der Partlkc! einstellt.

Niedrig siedende Lösungsmittel sind beim erfindungsgemaßen Verfahren generell bevorzugt, well 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 ggf. 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-Dextrln-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 anfallt, also verhältnismäßig leicht wiedergewonnen und im Kreislauf geführt werden kann. Der Verbrauch an Lösungsmittel Ist also äußerst gering, und auch eine Umweltbelastung durch verlorengegangenes Lösungsmittel tritt praktisch nicht ein.

Anstelle eines durch Lösungsmliielentzug erhärtenden Bindemittel-Systems kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenso aber auch das Im Anspruch 2 definierte System eingesetzt werden, bei dem sich aus anaerob härtenden Monomeren, die durch das Vakuum in eine sauerstofffreie oder jedenfalls sauerstoffarme, den Erhärtungsvorgang bewirkende Atmosphäre gebracht werden, das Bindemittel gewissermaßen »in situ« durch eine

ί durch das angelegte Vakuum ausgelöste Reaktion im Formsioff bildet.

In apparativer Hinsicht erfordert das erflndungsgemSße Verfahren keinerlei besondere Aufwendungen. Es kann mit den herkömmlichen Modelleinrichtungen gear-

Hi beitet 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.

Η 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

>o Gießform der weiteren Verwendung zugeführt wurden kann. Die apparative Ausrüstung Ist dabei praktisch unabhängig von der Art des verwendeten Bindemittel-Systems, außer daß im Falle eines Blndemlttel-Lösungsmittel-Systems noch eine Einrichtung zur Wledergewin-

->'. nung des Lösungsmittels vorgesehen Ist.

Ebenfalls praktisch unabhängig von der Art des verwendeten Bindemittel-Systems Ist die Tatsache, daß be! dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres ein Schlichten des Modells möglich Ist. Falls ein Schlichten

i» gewünscht wird, genügt es, eine sogenannte »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

is 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

ti wercin kann. Zweckmäßig kann es dabei sein, auch die Trennschlichte mit einem BlndeTiittel zv binden, welches durch das Anlegen des Vakuums erhärtet.

Nachfolgend werden Ausführungsbcisp'^'e der Erfindung näher erläutert.

^4> Beispiel 1

In 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 QbIiv > chen Mischaggregat und dauerte I Minute.

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

Aushärtezelt
Druckfestigkeit

90 Sekunden
70 N/cm^J

Das angelegte Vakuum kann mit einem verhältnismäßig großen Bereich (z. B. von 250 Torr bis 10"² Torr) variiert werden, ohne daß dies die erzielten Ergebnisse nenh) nenswert 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.

27 41

Beispiel 2

Es wurde analog Beispiel 1 vorgegangen, wobei die FormstofTmJscnunii aus

Quaraand H 32 100 Gew.-Telle 5

Bitumen 0,9 Gew.-Teile

Methylenchlorld 1,5 Gew.-Teile

bestand. Nach dem Evakuieren ergaben sich:

60 Sekunden 40 N/cm²

Aushärtezeit
Druckfestigkeit

Beispiel 3

Wiederum wurde analog Beispiel 1 vorgegangen, und zwar mit der Mischung 15

Quarzsand H 32 100 Gew.-Teile

60% alkoholische Novolaklösung 1,5 Gew.-Teile

Mit dieser Mischung wurden folgende Ergebnisse

172

Das so gebildete Dextringel wurde z« einer Mischung aus

100 Gew,-Teilen Quarzsand H 32 und
0,3 Gew.-TeHen Harz gemäß Beispiel 1 gegeben.

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

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 2,0ib Karz-umhüllter Sand
Methylalkohol

erzielt: 20

Aushärtezeit 90 Sekunden

Druckfestigkeit 60 N/cm¹

Beispiel 4
Analog Beispiel 1 wurden gemischt

Quarzsand H 32 100 Gew.-Teiie Aushärtezeit

Harz 0,3 Gew.-Teile Druckfestigkeit

Dextrin 0,3 Gew.-Teile

Wasser 0,3 Gew.-Teile 30

Methanol 0,4 Gew.-Teile

Nach dem Evakuieren ergaben sich:

Aushärtezeit
Druckfestigkeit

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

Beispiel 5 40

Es wurden

0,3 Gew.-Teile Dextrin mit

0,3 Gew.-Teilen Wasser gelöst und mit

0,4 Gew.-Teilen Methanol versetzt. 45

100 Gew.-Teile
2 Gew.-Teile

miteinander gemischt. Bei dem Sand handelte es sich um handelsüblichen, mit Novolake" umhüllten Sand. Nach dem Evakuieren wurden erzielt:

120 Sekunden
80 N/cm²

120 Sekunden 30 N/cm^:

Beispiel 8
Es wurden miteinander vermischt

Quarzsand H 32
monomeres Acrlyharz
Beschleuniger
Wasser

100 Gew.-Teile
3 Gew.-Teile
0,1 Gew.-Teile
2 Gew.-Telle

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:

Aushärtezeit
Druckfestigkeit

30 Sekunden
30 N/cm²

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gießformen nach dem Vakuumformverfahren, bei dem der in den mit der Modellplatte versehenen Formkasten gefüllte Formgrundstoff mit einer flexiblen luftundurchlässigen Matte abgedeckt und evakuiert wird, um ihn durch den auf die Matte wirkenden Luftdruck zu verdichten, dadurch gekennzeichnet, daß dem gesamten FormgrundstoffO,l bis 5,0 Gew.-* eines Im Vakuum verdampfbaren Lösungsmittels sowie 0,1 bis 3,0 Gew.-% eines in diesem Lösungsmittel löslichen Fonmstoff-Blndemittels zugemischt wird und diese Mischung zur Gießform durch Anlegen des Vakuums gleichzeitig verdichtet und gehärtet wird.

2. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des verdampfbaren Lösungsmittels und des darin löslichen Bindemittels 0,1 bis 5,0 Gew.-% an Monomeren, weiche durch Entzug des Luftsauerstoffs im Vakuum zu einem Formstoff-Bindemltiel polymerisieren und aushärten, sowie die zugehörigen Beschleuniger eingesetzt werden.