DE29925011U1 - Giessereikern-Bindemittelsystem - Google Patents
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Abstract
Gießereikern-Bindemittelsystem
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 in Form von Natronlauge enthält
b) und dass zur Steuerung der hygroskopischen Eigenschaften ein oberflächenaktiver Stoff in Form von Silikonöl mit einem Siedepunkt ≥ 250°C im Bindemittel enthalten ist.
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 in Form von Natronlauge enthält
b) und dass zur Steuerung der hygroskopischen Eigenschaften ein oberflächenaktiver Stoff in Form von Silikonöl mit einem Siedepunkt ≥ 250°C im Bindemittel enthalten ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Giessereikern-Bindemittelsystem auf Wasserglasbasis, bestehend aus einer wässrigen Alkalisilikatlösung der allgemeinen Zusammensetzung xSiO2·yM2O·H2O, wobei für M die Alkaliionen Li+, K+ oder Na+ stehen.
- Binder sind Bestandteil eines Formstoffes, der unter bestimmten Vorraussetzungen, wie Ausfällung, Trocknung und Silikatbildung den Verbund zwischen den einzelnen Sandkörnern herstellt. Neben den reinen Quellbindern und keramischen Bindern werden auch chemische Binder auf Wasserglasbasis oder auf Kunstharzbasis verwendet, die chemisch miteinander reagieren und sich dabei verfestigen. Die bekannten Binder sind entweder nicht ausreichend stabil oder zeigen unerwünschte Nebenwirkungen bzw. Abfallprodukte, die die Umwelt gefährden. Als ein günstiger Kompromiss haben sich daher wasserglasgebundene Formstoffe erwiesen, die über eine Dehydratation feste Phasen bilden und dabei verfestigen. Es ist jedoch nicht immer einfach, die Verfestigungsprozesse so zu steuern, dass sie erst in der Kernbüchse eintreten. Insbesondere durch Verwendung moderner Kernformmaschinen besteht die Gefahr einer frühzeitigen Verfestigung des Formsandes. Dadurch werden die geforderten guten Fließeigenschaften des Sandes beim Einströmen in die Kernbüchse nicht erreicht.
- In der britischen Patentschrift
GB 857132 - Zur Lösung der in der britischen Patentschrift gestellten Aufgabe wurde vorgeschlagen, eine wässrige Dispersion eines Alkalimetallsilikats mit einer Silikatkonzentration von mindestens 10% und einem Verhältnis von Siliziumoxid zu Alkalimetalloxid von 0,5–1 zu verwenden. Ferner soll eine geringe Menge eines speziellen Organosilikonadditivs zugesetzt werden. Zu den einsetzbaren Additiven zählen Mischungen aus Copolymer und Monomethyleloxan, Monopropylsiloxan oder Methylsiloxanharz. Andere Organosilikonverbindungen sind nach Aussage der britischen Patentschrift ungeeignet, um hochfeste Kerne und Formen mit gleichzeitig guten Zerfallseigenschaften herzustellen.
- Nach der
DE 2909107 A wird ein Verfahren zur Herstellung von Körpern aus körnigem und/oder faserhaltigem Material mit Natriumsilikat als Bindemittel für Gießereizwecke beschrieben, wobei der Mischung ein oberflächenaktiver Stoff zugesetzt werden kann. Ziel der Maßnahmen gemäßDE 2909107 A ist es, die Druckfestigkeit von Probekörpern nach einer Trocknung für eine Stunde bei 200°C – also die erreichbare Endfestigkeit – zu verbessern. Der Mischung aus körnigem und/oder faserhaltigem Material wird vorzugsweise Natrium- oder Kaliumsilikat in einer Menge von 1–3% bezogen auf die Gewichtsmenge Material und der oberflächenaktive Stoff in einer Menge von höchstens 0,1% zugesetzt. Die Härtung kann durch Wärme, mit dem CO2-Verfahren oder durch Verwendung von Ester erfolgen. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Giessereikern-Bindemittelsystem auf Wasserglasbasis zu entwickeln, das für die Verwendung in Kernformmaschinen geeignet ist, wobei die Verfestigungsprozesse beim Kernschiessen so gesteuert werden sollen, dass sie erst in der Kernbüchse eintreten und dabei die wasserglasgebundenen Formstoffe über eine Dehydratation feste Phasen in der Randschale ausbilden.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
- Das erfindungsgemäße Gießereikern-Bindemittelsystem auf Wasserglasbasis besteht aus einer wässrigen Alkalisilikatlösung der allgemeinen Zusammensetzung: xSiO2·yM2O·zH2O, wobei für M die Alkaliionen Li+, K+, Na+ stehen und wobei eine zusätzliche hygroskopische Base zur Steuerung des Verfestigungsprozesses anwesend ist.
- Als hygroskopische Base kann Natronlauge in einem Bereich von 1:4 bis 1:20 eingesetzt werden, wobei bevorzugt Natronlauge im Bindemittel im Verhältnis 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 = 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 bis 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 größer gleich 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 Lufteintrittsventil1 gesteuert, wobei ein erhöhter Luftdruck in dem Luftvorratstank5 ansteht. Beim Öffnen des Lufteintrittsventils1 gelangt der Luftdruck in den Maschinenraum10 des Gehäuses A, in dem ein geschlitzter Formsandzylinder6 vertikal angeordnet ist. Der Formsandzylinder6 ist mit einem Sandvorratsbehälter3 verbunden, der über einen Schieber4 entleert werden kann. Im Sandvorratsbehälter3 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 Schießkopf7 mit Sandaustrittsöffnung befördert und tritt in die Kernbüchse8 ein, wobei eine Kernsandentlüftung9 für die Erzeugung des verdichteten Kernsandes11 sorgt. Zur Beurteilung des Feuchtigkeitsgehalts des Formsandes ist im Luftaustrittsventil2 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 = hc–hx/h0–h100·100 bestimmt, wobei h0 die Höhe des Körpers bei Fließbarkeit 0% = 50 mm, h100 die Höhe des abgesetzten Körpers bei Fließbarkeit 100% = 35 mm und hx 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 [0003]
- - DE 2909107 A [0005, 0005]
Claims (6)
- Gießereikern-Bindemittelsystem 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 in Form von Natronlauge enthält b) und dass zur Steuerung der hygroskopischen Eigenschaften ein oberflächenaktiver Stoff in Form von Silikonöl mit einem Siedepunkt ≥ 250°C im Bindemittel enthalten ist.
- Gießereikern-Bindemittelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als hygroskopische Base in dem Bindemittelsystem Natronlauge im Verhältnis 1:4 bis 1:6 enthalten ist.
- Gießereikern-Bindemittelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserglas-Modul SiO2 zu Na2O gleich 2,5 bis 3,5 beträgt.
- Gießereikern-Bindemittelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffanteil im Binder 20 bis 40% beträgt.
- Gießereikern-Bindemittelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der hygroskopischen Eigenschaften eine Emulsionslösung mit 8 bis 10% Silikonöl bezogen auf die Bindermenge im Bindemittelsystem enthalten ist.
- Gießereikern-Bindemittelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Kernschießmaschine.
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