DE3337011C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gießform zum Gießen von Gegenständen mit einer geringen Dicke aus Metall oder einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt sowie ein Verfahren zum Beschichten der wirksamen Oberfläche der Gießform, wie auch die Verwendung einer derartigen Gießform.

Gegenstände mit einer geringen Dicke, aus Metall oder einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt, wie beispielsweise die Elektrodengitter von elektro-chemischen Akkumulatoren, werden im allgemeinen in metallischen Gießformen gegossen, deren Oberfläche, die in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall kommen soll, wohl definierte Eigenschaften aufweisen muß. Diese Oberfläche muß nämlich thermisch isolierend ausgebildet sein, um zu vermeiden, daß durch ein sehr schnelles Abkühlen das mit etwa 480°C in die Form eingegossene geschmolzene Metall die Kanäle der Gießform zusetzt und dadurch die vollständige Befüllung der Gießform verhindert. Weiterhin muß die innere Oberfläche der Gießform ein gutes thermisches Verhalten in Anbetracht des schnellen Produktionsrhythmus (12 bis 15 Gießvorgänge pro Minute) aufweisen, wobei sich die Temperatur der Gießform auf ungefähr 150 bis 180°C einstellt.

Aus offensichtlichen Gründen muß darüber hinaus verhindert werden, daß die Gitter an der inneren Oberfläche der Gießform haften bleiben. Dieses Haften kann vermieden werden durch eine geeignete Anpassung der Rauhigkeit der Oberfläche der Gießform und durch eine Verminderung der Benetzungsfähigkeit der Oberfläche durch das geschmolzene Metall. Die Beschichtung muß weiterhin bei den Gittern einen Zustand der Oberfläche bewirken, der einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem Gitter und dem aktiven Material der fertiggestellten Elektroden erlaubt. Es ist bekannt, die innere Oberfläche der Gießform mit einer Schicht aus Korkpartikeln mit einem Bindemittel zu beschichten, um die oben erwähnten Eigenschaften zu erhalten. Eine derartige Beschichtung weist ausreichende Isolationseigenschaften auf; sie hat jedoch den Nachteil, daß sie sehr schnell abnutzt. Kork ist nämlich sehr empfindlich gegen hohe Temperaturen und die isolierende Schicht wird mehr und mehr oxidiert, wodurch sie ihre isolierenden Eigenschaften verliert. Weiterhin verursacht bei der Gießform das geschmolzene Metall eine Erosion der Korkschicht, die in einer zunehmenden Verminderung der Stärke der Schicht zum Ausdruck kommt. Das führt bei den Gittern dazu, daß das Volumen mit der Anzahl der Gießvorgänge zunimmt. Die Beschichtung muß nach etwa 2000 Gießvorgängen erneuert werden, was dazu führt, daß während eines Arbeitstages mit acht Stunden die Produktion wenigstens zweimal unterbrochen werden muß, um die Erneuerung der Schicht durchzuführen.

Die deutsche Offenlegungsschrift 30 40 960 schlägt zur Vermeidung dieser Nachteile vor, auf die innere Oberfläche der Gießform eine keramische Schicht mit einer variablen Dicke aufzubringen. Der wesentliche Nachteil einer derartigen Lösung besteht darin, daß sie schwierig zu benutzen ist und daß darüber hinaus diese keramische Schicht keine ausreichende isolierende Qualität aufweist.

Die US-Patentschrift 36 84 004 schlägt vor, die innere Oberfläche einer Graphit-Gießform mit feuerfesten Partikeln, die durch eine Pulverisation aufgebracht sind, zu beschichten und mit einem Bindemittel zu halten. Während dieses Verfahren das Gießen von Werkstücken gestattet, deren Dicke relativ groß ist, reicht die erzielbare thermische Isolation nicht aus, um Elektrodengitter von elektro-chemischen Akkumulatoren zu gießen.

Die französische Patentschrift 14 95 568 beschreibt eine Gießform mit einer schwachen thermischen Leitfähigkeit, die aus gesinterten metallischen Partikeln gebildet ist. Die Qualität der thermischen Isolation, die mit der Porösität dieser Gießform zusammenhängt, hängt von dem Sinterdruck und in zweiter Linie von der Imprägnierung mit Natriumsilicat (Wasserglas) oder mit Äthylsilicat ab.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden. Sie betrifft daher eine Gießform zum Gießen von Gegenständen mit einer geringen Dicke aus Metall oder einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt, deren wirksame Oberfläche, die in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall oder der geschmolzenen Legierung kommen soll, mit einer thermisch isolierenden Schicht überzogen ist, wobei die Gießform dadurch charakterisiert ist, daß die Isolation aus einer Mehrzahl von hohlen Partikeln aus keramischem Material gebildet ist, die mit einem Bindemittel auf der genannten Oberfläche gehalten werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Beschichten der wirksamen Oberfläche der Gießform, bei dem die wirksame Oberfläche auf eine Temperatur von ungefähr 120°C erhitzt wird und auf diese Oberfläche eine Suspension mit ungefähr 10 Vol.-% Natriumsilicat, ungefähr 10 Vol.-% hohle Glaskugeln mit einem Durchmesser zwischen 10 und 150 µm und ungefähr 80 Vol.-% Wasser gespritzt wird.

Ein dritter Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der obigen Gießform zum Gießen von Gittern aus Blei oder einer Bleilegierung, die dazu bestimmt sind, als Teil von Elektroden für elektro-chemische Akkumulatoren verwendet zu werden.

Die Zeichnung zeigt anhand eines Beispiels und sehr schematisch eine Ausführungsform des Gegenstands der vorliegenden Erfindung. Es zeigt:

Fig. 1 einen vergrößerten Schnitt durch einen Abschnitt der wirksamen Oberfläche der Gießform,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine gemäß der Erfindung beschichtete Probeform,

Fig. 3 ein erklärendes Diagramm.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt einer Gießform 4, wobei 1 Glaskugeln, deren Hohlraum 2 ungefähr 90% des Volumens jeder Kugel einnimmt, und 3 ein Bindemittel, beispielsweise Natriumsilicat, bezeichnet, durch das diese Kugeln an der wirksamen Oberfläche der Gießform gehalten werden. Die Kugeln haben einen Durchmesser über alles zwischen 10 und 150 µm und können aus einem keramischen Material wie auch aus Glas bestehen. Die Beschichtung wird durch Aufspritzen einer Suspension erhalten, die bei Umgebungstemperatur (22°C) aus 10 Vol.-% Natriumsilicat, 10 Vol.-% Glaskugeln und 80 Vol.-% Wasser besteht. Die Beschichtung wird in sukzessiven Schichten, deren Dicke ungefähr 30 µm beträgt, auf der Oberfläche der Gießform aufgebracht, die vorher erhitzt worden ist (120°C), um eine praktisch sofortige Verdampfung des Wassers zu erreichen, bis eine Gesamtdicke von 300 µm erzielt ist.

Als Beispiel sind zur Illustration der Vorteile der Erfindung Vergleichsversuche mit zwei Beschichtungstypen ausgeführt worden, die auf zwei identische Probeformen aus Grauguß aufgebracht worden sind.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine dieser Probeformen 10, der in Form eines parallelipipeden Rechtecks (Länge 70 mm, Breite 50 mm, Höhe 14 mm) ausgebildet ist. Jede Probeform weist einen zylindrischen Hohlraum 11 auf, dessen longitudinale Achse 12 parallel zu einer der größeren Oberflächen 13 der Probeform verläuft und in einem Abstand von 1,75 mm zu dieser Oberfläche angeordnet ist. Der Hohlraum 11 hat einen Durchmesser von ungefähr 1,5 mm und erstreckt sich bis in das Zentrum der Probeform. Ein Thermoelement 14, das zum Anschluß an ein (nicht dargestelltes) Voltmeter mit Hilfe von Leitungen 15 a bis 15 b bestimmt ist, ist in den Hohlraum derart eingesetzt, daß es die Temperaturmessung in dem zentralen Teil der Probeform ermöglicht. Die eine der beiden Probeformen ist auf einer Oberfläche 13 mit einer Schicht R beschichtet, wie sie anhand der Fig. 1 vorstehend erläutert worden ist.

Im Gegensatz dazu trägt die Oberfläche 13 der zweiten Probeform eine herkömmliche Beschichtung, d. h. gebildet aus einer Schicht von 250 bis 300 µm Stärke aus Korkpartikeln, die an der Probeform durch Natriumsilicat gehalten werden.

Die Vorteile der Erfindung zeigen sich deutlich anhand der Fig. 3, die die Entwicklung der thermischen Isolationseigenschaften der beiden o. g. Beschichtungstypen zeigt, nachdem diese beiden einer wiederholten zyklischen thermischen Belastung ausgesetzt worden sind. Die Versuche wurden so durchgeführt, daß zunächst die Probeform auf eine Temperatur von 200°C erhitzt wurde, anschließend die herkömmliche Beschichtung 16mal bzw. die erfindungsgemäße Beschichtung 40mal einer zyklischen thermischen Belastung unterworfen worden sind, die dadurch gebildet ist, daß die Beschichtung über eine Dauer von fünf Minuten mit der freien Oberfläche eines Bleibades, das auf 500°C gehalten ist, gebracht wird und danach die Probeform frei an Luft abkühlen kann, und zwar während einer Zeit, die ausreicht, daß die Probeform die Temperatur von 200°C von neuem erreicht. In jedem Fall wurde die Zeit gemessen, die nötig war, bis die von jedem in der entsprechenden Probeform angebrachten Thermoelement 16 gemessene Temperatur die Werte 230, 240 und 265°C angenommen hat. Die erhaltenen numerischen Werte, die in der unten angegebenen Tabelle zusammengestellt sind, sind in das Diagramm der Fig. 3 übertragen worden. Die Kurven A sind charakteristisch für das Verhalten der erfindungsgemäßen Beschichtung (erste Probeform), und die Kurven B gehören zu einer Beschichtung der herkömmlichen Art (zweite Probeform).

Tabelle

In jedem Fall ist die von der zweiten Probeform, die in der herkömmlichen Weise beschichtet worden ist (Korkschicht), benötigte Zeit zum Erreichen der verschiedenen Temperaturen (230, 240 und 265°C) eindeutig kürzer als die mit der ersten Probeform, die erfindungsgemäß beschichtet ist (Mineralschicht), erreichte Zeit, um dieselben Temperaturen zu erreichen. Das Verhältnis ist dabei ungefähr 1 : 3. Dies verdeutlicht, daß die erfindungsgemäße Beschichtung eine bessere thermische Isolation als die herkömmliche Beschichtung gewährleistet.

Bei der herkömmlichen Beschichtung läßt sich weiterhin feststellen, daß mit der Anzahl der Zyklen eine noch stärkere Verringerung der Zeit gemessen wird, während die Zeit bei einer erfindungsgemäßen Beschichtung praktisch konstant ist.

Daraus läßt sich entnehmen, daß die herkömmliche Beschichtung sich viel schneller verschlechtert als die erfindungsgemäße Beschichtung, wenn beide denselben thermischen Belastungen ausgesetzt werden.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Beschichtung können noch dadurch verbessert werden, daß die Benetzungsfähigkeit durch das geschmolzene Metall auf wenigstens zwei verschiedene Arten verringert wird.

Nach einer ersten Möglichkeit kann die Schicht mit den Glaskugeln durch eine Zusatzschicht aus Graphit überzogen werden. Diese Zusatzschicht, deren Dicke unter 5 µm liegt, kann beispielsweise durch Aufspritzen aufgebracht werden.

Nach einer zweiten Möglichkeit kann eine Schicht aufgebracht werden, die aus Natriumsilicat, hohlen Glaskugeln und Korkpartikeln, wie sie herkömmlich für die Gießformbeschichtung verwendet worden sind, gebildet ist. Die erfindungsgemäße Beschichtung kann durch Aufspritzen einer Suspension aus 80 Vol.-% Wasser, 10 Vol.-% Natriumsilicat und 10 Vol.-% Glaskugeln mit Zusatz von Korkteilchen, die einen Anteil von weniger als 2% der Gesamtmasse der Suspension haben, hergestellt werden. Das Aufspritzen kann wie oben beschrieben durchgeführt werden.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß bei einer Wahl der Kugeln mit einem Durchmesser zwischen 10 und 150 µm eine Beschichtung mit einer Rauhigkeit erhalten wird, die unter dem Gesichtspunkt des Zustands der Oberfläche der gegossenen Gegenstände in Bezug auf die Haftfähigkeit des gegossenen Metalls an der Beschichtung optimal ist.

Claims (10)

1. Gießform zum Gießen von Gegenständen mit einer geringen Dicke aus Metall oder einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt, deren wirksame Oberfläche, die in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall oder der geschmolzenen Legierung kommt, mit einer thermisch isolierenden Beschichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht aus einer Vielzahl von hohlen Partikeln aus keramischem Material gebildet ist, die durch ein Bindemittel auf der Oberfläche gehalten werden.

2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Partikel im wesentlichen eine sphärische Form aufweisen, deren Durchmesser über alles zwischen 10 und 150 µm liegt und deren Hohlraum jeweils ungefähr 90% des Volumens des Teilchens ausmacht.

3. Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Glas sind.

4. Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Natriumsilicat ist.

5. Gießform nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch isolierende Schicht als Zusatz Korkpartikel enthält.

6. Gießform nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch isolierende Schicht ihrerseits mit einer Graphitschicht von weniger als 5 µm Stärke überzogen ist.

7. Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch isolierende Schicht eine Dicke von zwischen 100 und 300 µm aufweist.

8. Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Gießform nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche auf eine Temperatur von ungefähr 120°C aufgeheizt wird und daß auf diese Oberfläche eine Suspension von etwa 10 Vol.-% Natriumsilicat, ungefähr 10 Vol.-% hohlen Glaskugeln, deren Durchmesser über alles zwischen 10 und 150 µm liegt, und ungefähr 80 Vol.-% Wasser gespritzt wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Gießform nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche auf eine Temperatur von ungefähr 120°C aufgeheizt wird und daß auf die Oberfläche eine Suspension von ungefähr 80 Vol.-% Wasser, ungefähr 10 Vol.-% Natriumsilicat und ungefähr 10 Vol.-% einer aus hohlen Glaskugeln mit einem Durchmesser über alles zwischen 10 und 150 µm und Korkmehl gebildeten Mischung, bei der das Korkmehl weniger als 2% der Gesamtmasse ausmacht, gespritzt wird.

10. Verwendung einer Gießform nach Anspruch 1 zum Gießen von Gittern aus Blei oder einer Bleilegierung, die zum Aufbau von Elektroden für elektro-chemische Akkumulatoren gebraucht werden.