DE29925010U1

DE29925010U1 - Wasserglasgebundener Kernformstoff

Info

Publication number: DE29925010U1
Application number: DE29925010U
Authority: DE
Original assignee: MINCELCO GmbH
Current assignee: LKAB Minerals GmbH
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2009-10-27
Also published as: DE19951622A1; DE50011962D1; ATE314168T1; SI1095719T1; WO2001030517A3; MXPA02004239A; TR200201117T2; CZ20021415A3; NO20021961L; SK5722002A3; EP1095719A2; US7022178B1; DE29925011U1; EP1095719A3; WO2001030517A2; SK286218B6; NO20021961D0; EP1095719B1; NO334154B1; BR0015090B1

Abstract

Wasserglasgebundener Kernformstoff, bei dem durch Dehydratation feste Phasen in der Kernbüchse einer Kernschießmaschine gebildet werden unter Verwendung eines Bindemittelsystems auf Wasserglasbasis, bestehend aus einer wässrigen Alkalisilikatlösung der allgemeinen Zusammensetzung xSiO₂·yM₂O·zH₂O,
wobei für M die Alkaliionen Li⁺, K⁺ oder Na⁺ stehen,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) das Bindemittelsystem zusätzlich eine hygroskopische Base und zur Steuerung der hygroskopischen Eigenschaften einen oberflächenaktiven Stoff enthält
b) wobei als oberflächenaktiver Stoff Silikonöl mit einem Siedepunkt ≥ 250°C enthalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen wasserglasgebundenen Kernformstoff, bei dem durch Dehydratation feste Phasen in der Kernbüchse einer Kernschießmaschine gebildet werden unter Verwendung eines Bindemittelsystems auf Wasserglasbasis, bestehend aus einer wässrigen Alkalisilikatlösung der allgemeinen Zusammensetzung xSiO₂·yM₂O·zH₂O, wobei für M die Alkaliionen Li⁺, K⁺ oder Na⁺ stehen.
Wasserglasgebundene Kernformstoffe sind beispielsweise aus der GB 857132 bekannt. Dabei wird als Bestandteil des Formstoffes ein Binder verwendet, der unter bestimmten Voraussetzungen wie Ausfällung, Trocknung und Silikatbildung den Verbund zwischen einzelnen Sandkörnern herstellt. Neben den reinen Quellbindern und keramischen Bindern werden auch chemische Binder auf Wasserglasbasis oder Kunstharzbasis verwendet, die chemisch miteinander reagieren und sich dabei verfestigen.
Als Nachteil der bekannten Verfahren wird in der britischen Patentschrift eine schlechte Zerfallseigenschaft der Silikat-verfestigten Sandmischungen erwähnt. Oberhalb von 800°C beginnt bei Natriumsilikat-gebundenen Sanden ein Sintervorgang bis hin zur Glasbildung, der die Zerfallseigenschaften verschlechtert. Deshalb hat man zunächst versucht, den Silikat-Binderanteil zu vermindern, wobei jedoch die Gesamtfestigkeit und damit die Stabilität des Kernmaterials abgesenkt wurde.
Zur Lösung dieses Problems wird in dem britischen Patent eine aus zwei Komponenten bestehende wässrige Dispersion eines Alkalimetallsilikats vorgeschlagen mit einer Silikatkonzentration von mindestens 10% und einem Verhältnis von Siliziumoxid zu Alkalimetalloxid von 0,5–1, dem eine geringe Menge eines Organosilikonadditiv zugesetzt wird. Zur Gruppe der zulässigen Alkalisilkonadditive gehört ein Gemisch aus Copolymer mit Monomethyleloxan, Monopropylsiloxan oder Methylsiloxanharz. Faserhaltige Materialien wie z. B. Zellulosefasern sollen nach der britischen Patentschrift keinesfalls zugesetzt werden, da diese die Festigkeit und Stabilität des Kernmaterials herabsetzt.
Einen anderen Weg beschreibt die DE 2909107 A für die Herstellung von Körpern aus körnigem und/oder faserhaltigem Material mit Natriumsilikat als Bindemittel. Diesem stets faserhaltigem Material kann zur Verbesserung der Druckfestigkeit (gemessen nach vollständiger Trocknung bei 200°C) ein oberflächenaktiver Stoff zugesetzt werden, der aus Silikonöl oder aus einer Silikonemulsion besteht. Die Härtung des gesamten Probekörpers soll nach der DE 2909107 A durch Wärme, CO₂-Begasung oder Veresterung erfolgen. Mit dem Silikonzusatz wird ausdrücklich bezweckt die Zusatzmengen an Alkalisilikat herabzusenken und gleichzeitig die Festigkeit des Formlings mindestens zu halten oder zu steigern. Letztendlich wird durch die verminderte Gesamtmenge an Alkalisilikat die Glasbildung und damit der negative Einfluss des Alkalisilikats ganz oder teilweise beseitigt.
Mit der vorliegenden Erfindung wird nun ein zweistufiger Weg für die Verwendung wasserglasgebundener Kernformstoffe beschritten, bei dem zunächst durch Dehydratation feste Phasen in der Kernbüchse einer Kernschießmaschine gebildet werden können. Mit den festen Phasen soll eine Randschale erzeugt werden, deren Stabilität für die Entnahme des Kernformlings ausreicht. Aus eigenen Untersuchungen zeigte sich, dass die bekannten Binder entweder nicht ausreichend stabil sind oder unerwünschte Nebenwirkungen bzw. Abfallprodukte lieferten, die die Umwelt gefährdeten.
Ein besonderes Problem bei modernen Kernformmaschinen besteht in der frühzeitigen Verfestigung des Formsandes, so dass die geforderten guten Fließeigenschaften beim Einströmen des Sandes in die Kernbüchse nicht erreicht werden. Als einen günstigen Kompromiss sehen die Erfinder vorliegend wasserglasgebundene Kernformstoffe an, die über die Dehydratation feste Phasen bilden und sich dabei erst in der Kernbüchse verfestigen.
Daneben sollen natürlich auch die übrigen Anforderungen an wasserglasgebundene Kernformstoffe erfüllt werden, wie ein verbessertes Viskositätsverhalten und gute Zerfallseigenschaften.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen wasserglasgebundenen Kernformstoff zu entwickeln, der die gewünschten Eigenschaften aufweist und für die Verwendung in modernen Kernstoffmaschinen geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Das Bindemittelsystem des neuen wasserglasgebundenen Kernformstoffs enthält zusätzlich eine hygroskopische Base und zur Steuerung des hygroskopischen Eigenschaften einen oberflächenaktiven Stoff, der aus Silikonöl mit einem Siedepunkt ≥ 250°C besteht.
Als hygroskopische Base kann Natronlauge in einem Bereich von 1:4 bis 1:20 eingesetzt werden, wobei bevorzugt Natronlauge im Bindemittel im Verhältnis von 1:4 bis 1:6 eingesetzt wird. Unter dieser Voraussetzung erfolgt eine optimale Aufrauung der Sandkörner durch die hygroskopische Base, sodass eine gute Haftung zwischen den Sandkörnern und dem Wasserglasbinder entsteht.
Mit höherem Feststoffanteil wird die Kernform-Mischung sehr schnell zähflüssig, sodass Probleme beim Kernschießen auftreten können. Anhand von Versuchen wurde festgestellt, dass bei einem Modul SiO₂:Na₂O gleich 2,5 bis 3,5 und einem Feststoffanteil im Bindemittel von 20 bis 55% eine Verarbeitung in der Kernformmaschine grundsätzlich möglich ist, wobei der niedrige Modul von 2,5 mit dem hohen Feststoffanteil von 55% und der hohe Modul von 3,5 mit dem niedrigen Feststoffanteil von 20% kombiniert werden sollte. Bei einem Feststoffanteil im Bindemittel von 20 bis 40% ist darüber hinaus ein besonders günstiges Viskositätsverhalten gegeben.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird als hygroskopische Base Natronlauge verwendet, beispielsweise 30%-ige Natronlauge in einer wässrigen Lösung.
Gleichzeitig kann zur Steuerung der hygroskopischen Eigenschaften als oberflächenaktiver Stoff eine Emulsionslösung mit 6–15% Silikonöl bezogen auf die Bindermenge zugesetzt werden. Sofern die Menge 8 bis 10% Silikonöl bezogen auf die Bindermenge beträgt und dem Bindemittelsystem als oberflächenaktiver Stoff Silikonöl mit einem Siedepunkt ≥ 250°C zugesetzt wird, kann die Fließfähigkeit des Formsandes und die Ausbildung einer festen Randschale zu einem Optimum gesteigert werden. Anhand von Versuchen konnte nämlich festgestellt werden, dass ein ausgewogenes Gleichgewicht zwischen der Menge an zugesetztem Silikonöl und der Menge an hygroskopischer Base erforderlich ist, da der Zusatz an Silikonöl die Mischung in ihren Eigenschaften hydrophob werden lässt. Dies führt zu einer Festigkeitsabnahme bei einer zu großen Menge an Silikonöl, sodass ein optimales Verhältnis zwischen Fließfähigkeit des Formsandes und erreichbarer Endfestigkeit innerhalb der angegebenen Parametergrenzen eingestellt werden muss.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Vergleichsbeispiels näher erläutert. Dabei wird eine Kernschießmaschine gemäß 1 verwendet, die den folgenden Aufbau aufweist:
Die Kernschießmaschine besteht aus einem vertikal angeordneten Gehäuse A, an das ein horizontaler Lufteintritt B angeflanscht ist. Der Lufteintritt wird über ein großflächiges Lufteintrittsventil 1 gesteuert, wobei ein erhöhter Luftdruck in dem Luftvorratstank 5 ansteht. Beim Öffnen des Lufteintrittsventils 1 gelangt der Luftdruck in den Maschinenraum 10 des Gehäuses A, in dem ein geschlitzter Formsandzylinder 6 vertikal angeordnet ist. Der Formsandzylinder 6 ist mit einem Sandvorratsbehälter 3 verbunden, der über einen Schieber 4 entleert werden kann. Im Sandvorratsbehälter 3 befindet sich Formsand mit dem erfindungsgemäß zusammengesetzten Gießereikern-Bindemittelsystem auf Wasserglasbasis, wobei als hygroskopische Base Natronlauge und zur Steuerung der hygroskopischen Eigenschaften Silikonöl mit einem Siedepunkt größer gleich 250°C enthalten ist.
Im Fall der Betätigung des Lufteintrittsventils wird Formsand aus dem geschlitzten Formsandzylinder 6 in den Schießkopf 7 mit Sandaustrittsöffnung befördert und tritt in die Kernbüchse 8 ein, wobei eine Kernsandentlüftung 9 für die Erzeugung des verdichteten Kernsandes 11 sorgt. Zur Beurteilung des Feuchtigkeitsgehalts des Formsandes ist im Luftaustrittsventil 2 eine Feuchtigkeitsmessung integriert. Mit dieser Anordnung wurde festgestellt, dass bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Kernsandes wesentlich höhere Feuchtigkeitsgehalte und damit eine bessere Viskosität und ein besseres Fließvermögen des Formsandes erreicht werden konnte.
Die Fließfähigkeit bzw. Fließbarkeit wurde an zylindrischen Prüfkörpern im Präzisions-Prüfkörperrohr mittels eines Rammapparates Typ PRA der Georg Fischer AG bestimmt. Dabei wurden mehrere Proben der zu untersuchenden Kernsande mit 3 Rammschlägen auf eine Höhe von 50 mm verdichtet und Proben mit der gleichen Menge unverdichteten Sandes in ein Gerät zur Fließbarkeitsmessung gefüllt. Nach Verdichtung der Sandproben mit 3 Rammschlägen wird der Anzeigewert an der Rammstange abgelesen und die Fließbarkeit der Proben nach der Formel F = h_c – h_x/h₀ – h₁₀₀·100 bestimmt, wobei h₀ die Höhe des Körpers bei Fließbarkeit O% = 50 mm, h₁₀₀ die Höhe des abgesetzten Körpers bei Fließbarkeit 100% = 35 mm und h_x die Höhe des abgesetzten Körpers bei der gesuchten Fließbarkeit x ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- GB 857132 [0002]
- DE 2909107 A [0005, 0005]

Claims

Wasserglasgebundener Kernformstoff, bei dem durch Dehydratation feste Phasen in der Kernbüchse einer Kernschießmaschine gebildet werden unter Verwendung eines Bindemittelsystems auf Wasserglasbasis, bestehend aus einer wässrigen Alkalisilikatlösung der allgemeinen Zusammensetzung xSiO₂·yM₂O·zH₂O, wobei für M die Alkaliionen Li⁺, K⁺ oder Na⁺ stehen, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Bindemittelsystem zusätzlich eine hygroskopische Base und zur Steuerung der hygroskopischen Eigenschaften einen oberflächenaktiven Stoff enthält b) wobei als oberflächenaktiver Stoff Silikonöl mit einem Siedepunkt ≥ 250°C enthalten ist.
Kernformstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kernformstoff als hygroskopische Base Natronlauge enthalten ist.
Kernformstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Natronlauge im Bindemittel im Verhältnis 1:4 bis 1:6 enthalten ist.
Kernformstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserglas-Modul SiO₂:Na₂O im Bindemittel einen Wert von 2,5 bis 3,5 aufweist.
Kernformstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffanteil im Bindemittel von 20 bis 40% reicht.
Kernformstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als hygroskopische Base 30%ige Natronlauge in einer wässrigen Lösung verwendet wird.
Kernformstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Silikonöls eine Emulsionslösung mit 8 bis 10% Silikonöl bezogen auf die Bindermenge verwendet wird.
Kernformstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Dehydratation (Schalenbildung) im warmen Kernwerkzeug einer Kernschießmaschine.