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Beschreibung
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Kernen
für den Metallguß, d. h. einer zusammenhängend gebundenen Masse aus Sand oder ähnlichen
feuerfesten Körnchen oder Teilchen, die als zerlegbarer oder zerstörbarer Kern in
Kombination mit einer daran angepaßten Form für den Formguß verwendet werden kann,
wobei der Kern dazu dient, eine Passage oder eine Öffnung in Gußteilen zu bilden.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem Mikrowellenenergie zur
Härtung der gebundenen und geformten Masse aus feuerfesten Teilchen angewandt wird.
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Sandformen und -kerne für den Metallguß müssen zwei einander widersprechende
Anforderungen erfüllen. Sie müssen nämlich einerseits eine hohe Festigkeit vor und
während des Formens des geschmolzenen Metalls besitzen und müssen andererseits nach
der Verfestigung des Metalls leicht zerteilt und ausgerüttelt werden können. Es
wurde bereits eine Vielzahl von Form- und Kernmassen als auch Verfahren zur Herstellung
von Formen und Kernen vorgeschlagen, um die oben angesprochenen und weitere Anforderungen
zu erfüllen.
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Ein typisches herkömmliches Verfahren umfaßt die Bindung der feuerfesten
Teilchen, wie Quarzsandteilchen, mit einem organischen Bindemittel, wie einem Phenolharz,
einem Furanharz, einem Urethanharz oder einem Harnstoffharz, und thermisches Aushärten
der gebundenen feuerfesten Teilchen. Das Maskenformverfahren ist ein gut bekanntes
Härtungsverfahren, gemäß dem eine Mischung aus Sand und einem hitzehärtbaren Phenolharz
über ein erhitztes Metallmodell gegossen wird, was zur Folge hat, daß eine dünne
Schale der Mischung an der heißen Modelloberfläche anhaftet. Das Erhitzen mit Mikrowellenenergie
ist ein weiteres
Härtungsverfahren, welches beispielsweise in der
US-PS 4 331 197 beschrieben ist. Die Verwendung von organischen Bindemitteln zur
Bindung feuerfester Teilchen ist jedoch fraglich, da die damit hergestellten Formen
unabhängig davon, ob sie nach dem Maskenformverfahren oder unter Anwendung von Mikrowellenenergie
ausgehärtet worden sind, bei der Verfestigung des vergossenen Metalls nicht notwendigerweise
in einem solchen Ausmaß schrumpfen, daß die Warmrißbildung in dem Gußteil verhindert
werden kann. Da die oben angesprochenen organischen Bindemittel aus Erdöl gewonnen
werden, sind sie im allgemeinen kostspielig und unterliegen erheblichen Kostenschwankungen.
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In bezug auf die oben angesprochenen Probleme und Nachteile der organischen
Bindemittel haben sich die jüngsten Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen der
Gießereiindustrie auf anorganische Bindemittel gerichtet, namentlich solche, die
Wasserglas (Natriumsilicat) enthalten. Jedoch besitzen die unter Verwendung von
anorganischen Bindemitteln hergestellten Formen oder Kerne das Problem ihrer Zerlegung
oder Zerteilung nach der Verfestigung des vergossenen Metalls. In gewissen Fällen
ist auch die Qualität der unter Verwendung solcher Formen oder Kerne hergestellten
Gußteile derjenigen von Gußteilen unterlegen, die mit Formen oder Kernen auf der
Grundlage von organischen Bindemitteln hergestellt worden sind.
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Ein solches Verfahren ist beispielsweise das herkömmliche Kohlendioxid-Verfahren,
bei dem ein mit Wasserglas gebundener Sandkörper mit gasförmigem Kohlendioxid ausgehärtet
wird. Normalerweise werden bis zu 4 bis 6 %Wasser glas zu dem Sand zugesetzt, um
die Formfestigkeit zu erreichen. Der hohe Wasserglasanteil führt in gewissen Fällen
dazu, daß die Formen oder Kerne beim Gießvorgang sintern. Die gesinterten Formen
oder Kerne lassen sich na-
türlich nicht ohne weiteres zerteilen
oder zerlegen, erschwerden das Ausrütteln und können teilweise fest an den Gußteilen
anhaften. Weiterhin besitzen die in der obigen Weise hergestellten Formen oder Kerne
eine relativ schlechte Oberflächenstabilität. Darüber hinaus ergibt sich bei der
Wiederaufbereitung des aus den gebrauchten Formen oder Kernen zurückgewonnenen Sandes
zum Zwecke der Wiederverwendung die Gefahr der Umweltverschmutzung und von Verunreinigungen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine zusammenhängend
gebundene Masse aus feuerfesten Teilchen zu schaffen, die als Formkern verwendet
werden kann, nicht an dem Problem der Warmrißbildung leidet, welches üblicherweise
bei ausschließlich unter Anwendung von organischen Bindemitteln hergestellten Formen
oder Kernen auftritt, die überlegene Zerteilungs- und Oberflächenstabilitätseigenschaften
im Vergleich zu jenen Materialien aufweist, die ausschließlich mit anorganischen
Bindemitteln hergestellt worden sind. Dabei soll das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung der Formkerne auch mit einem geringeren Energieaufwand als bislang
möglich durchgeführt werden und Kerne ergeben, die sowohl in ihrer Oberflächenstabilität
als auch in ihrer Warmfestigkeit überlegen sind, und aus denen die feuerfesten Teilchen
ohne Umweltprobleme wiedergewonnen und wieder aufbereitet werden können.
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Diese Aufgabe wird nun gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des
Verfahrens gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte
Ausführungsformen dieses Erfindungsgegenstands.
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Kurz gesagt, besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, zunächst
eine Mischung aus feuerfesten oder hitzebeständigen Teilchen (Sand) und 0,5 bis
3,0 Gew.-% eines
aus einer anorganischen Substanz bestehenden ersten
Bindemittels, 0,5 bis 2,0 Gew.-% eines aus einer Stärke bestehenden zweiten Bindemittels
und 0 bis 5,0 Gew.-% Wasser herzustellen. Die Mischung wird dann in einen Kernkasten
mit der gewünschten vorbestimmten Hohlraumform eingefüllt, der für die Mikrowellenaushärtung
geeignet ist. Der die Mischung enthaltende Kernkasten wird dann zur Aushärtung der
Mischung der Einwirkung von Mikrowellenenergie ausgesetzt.
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Besonders wesentlich ist die Tatsache, daß erfindungsgemäß zwei Bindemittel
zur Verbindung der feuerfesten Teilchen miteinander eingesetzt werden, nämlich eines
aus einer anorganischen Substanz und ein weiteres, welches aus einer Stärke besteht.
Diese Tatsache in Kombination mit der Mikrowellenaushärtung der Mischung ermöglicht
es, den Anteil des anorganischen Bindemittels wesentlich niedriger zu halten als
bei den herkömmlichen Sandmischungen, die lediglich ein anorganisches Bindemittel
enthalten. In dieser Weise sintert der nach dem erfindungsgemäßen Verf ahren erzeugte
Kern unter der Einwirkung des vergossenen Metalls nicht und läßt sich nach der Verfestigung
des Metalls ohne weiteres zerteilen. Die Kombination aus den beiden Bindemitteln
führt auch zu einer wesentlichen Verbesserung der Oberflächenstabilität des Kerns
und verhindert die Warmrißbildung des Gußteils, d. h. das wesentliche Problem, das
bei Kernen oder Formen auftritt, die organische Bindemittel enthalten. Weiterhin
kann durch Steuerung der Menge des anorganischen Bindemittels die angestrebte Warmfestigkeit
des gebildeten Kerns in der gewünschten Weise eingestellt werden, so daß die Bildung
von Schorf oder Schuppen verhindert werden kann, die dann erfolgen kann, wenn lediglich
eine Stärke als Bindemittel eingesetzt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet
den weiteren Vorteil, daß eine kürzere Zeitdauer zur Her-
stellung
des Kerns als bei den herkömmlichen Methoden erforderlich ist, bei denen zur Aushärtung
der Sandmischungen eine Wärmeübertragung notwendig ist.
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Der Zusatz von Wasser ist vorzugsweise auf eine Menge im Bereich von
0,5 bis 3,0 Gew-% begrenzt. Es hat sich gezeigt, daß dieser geringe Wasserzusatz
eine weitere Verbesserung der Eigenschaften des Kerns mit sich bringt, namentlich
eine Verbesserung der Oberflächenstabilität und der Festigkeit bei Raumtemperatur.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, wie die Mischung
aus den oben angesprochenen Bestandteilen vor der Aushärtung durch Mikrowellen hergestellt
wird. Dabei werden zunächst die Stärke und das Wasser unter Bildung einer Paste
in den gewünschten Mengenverhältnissen vermischt. Anschließend wird diese Paste
zusammen mit dem anorganischen Bindemittel zu den feuerfesten Teilchen zugegeben,
worauf diese Bestandteile innig miteinander vermischt werden, um die gewünschte
Masse zu ergeben, die dann in den Kernkasten eingebracht und durch Einwirkung von
Mikrowellenenergie ausgehärtet wird. Diese Methode ist deswegen bevorzugt, weil
sie eine gleichmäßigere Dispersion der Stärke und damit eine Verbesserung der Oberflächenstabilität
und anderer Eigenschaften des sich letztlich ergebenden Kerns ermöglicht.
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Weiterhin verwendet man erfindungsgemäß als Stärke eine a-Stärke,
die man durch Behandeln einer Naturstärke erhält. Es hat sich gezeigt, daß durch
die Anwendung einer a-Stärke.auch die Oberflächenstabilität und die Festigkeit des
Kerns sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen gesteigert werden
kann.
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Bevorzugte Beispiele für anorganische Bindemittel, die
bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind Silicate, wie typischerweise
Wasserglas und Kaliumsilicat. Insbesondere können mit Kaliumsilicat Umweltverschmutzungsprobleme
bei der Wiederaufbereitung der aus dem Kern nach dessen Verwendung zurückgewonnenen
feuerfesten Teilchen vermieden werden.
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Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines
Beispiels eines Kernkastens, in dem nach der Lehre der Erfindung gebundene feuerfeste
Teilchen eingebracht und geformt werden können, wobei der Kernkasten so ausgelegt
ist, daß er eine effektive Behandlung der eingefüllten Mischung mit Mikrowellenenergie
ermöglicht; Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht durch den in der Fig. 1 gezeigten
Kernkasten; Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Festigkeit der nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kerne und von nach herkömmlichen Methoden
hergestellten Kernen bei verschiedenen Temperaturen verdeutlicht; und Fig. 4 eine
graphische Darstellung, die die Oberflächenstabilität der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren und den nach ähnlichen herkömmlichen Verfahren hergestellten Kerne erkennen
läßt.
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Kernmas se Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Kernmaterialien
bestehen im wesentlichen aus feuerfesten oder hitzebeständigen Teilchen, einer als
erstes Bindemittel eingesetzten anorganischen Substanz, einer als zweites Bindemittel
verwendeten Stärke und Wasser. Die Gewichtsprozentsätze des ersten und zweiten Bindemittels
bzw. des Wassers, bezogen auf die feuerfesten Teilchen, sind 0,5 bis 3,0 Gew.-%,
0,5 bis 2,0 Gew.-% bzw. 0 bis 5,0 Gew.-% (vorzugsweise 0,5 bis 3,0 Gew.-%).
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Als feuerfeste oder hitzebeständige Teilchen kann man entweder Quarzsand,
Zirkonsand, Aluminiumoxidsand oder Mullit verwenden. Diese Sande können entweder
frisch oder zurückgewonnen sein. Die zurückgewonnenen Sande können aufbereitet worden
sein oder auch nicht. Es ist sogar möglich, entweder wiederaufbereitete oder nichtaufbereitete
zurückgewonnene Sande, die dielektrische Substanzen enthalten, zu verwenden.
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Beispiele für bevorzugte anorganische Bindemittel sind Silicate, wie
Wasserglas und Kaliumsilicat. Wasserglas wird für jene Anwendungszwecke bevorzugt,
bei denen niedrige Herstellungskosten wesentlich sind, da es relativ leicht mit
geringen Kosten im Handel erhältlich ist. Andererseits eignet sich Kaliumsilicat
für Anwendungen, bei denen Umweltverschmutzungsprobleme oder Verunreinigungsprobleme
bei der Rückgewinnung und Wiederaufbereitung der gebrauchten Kerne vermieden werden
müssen.
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Die als zweites Bindemittel verwendete Stärke kann aus natürlichen
Stärken (beispielsweise jene aus Weizen, Roggen, Reis, Mais, Kartoffel oder Tapioca
gewonnene), modifizierten Stärken, Cellulosestärken (beispielsweise Carboxyme-
thylcellulose)
oder synthetischen, wasserlöslichen hochpolymeren Stärken (beispielsweise jenen,
die im wesentlichen aus Polyvinylalkohol aufgebaut sind) ausgewählt werden.
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Besonders bevorzugt sind jedoch Stärken (beispielsweise a-Malsstärke),
die man durch Behandeln von natürlichen Stärken erhält, da sie eine wirksame Steigerung
der Festigkeit der erhaltenen Kerne ermöglichen.
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Verfahren zur Herstellung des Kerns Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann man vorzugsweise die folgende Arbeitsweise anwenden: 1. Man bereitet
zunächst eine Mischung aus 0,5 bis 2,0 Gew.-% Stärke und bis zu 5 Gew.-% (vorzugsweise
0,5 bis 3,0 Gew.-%) Wasser, jeweils auf die Menge der damit zu vermischenden feuerfesten
Teilchen bezogen. Die Stärke und das Wasser werden unter Bildung einer Paste miteinander
vermischt.
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2. Man gibt dann die in der obigen Weise erhaltene pastenförmige Stärke
und das anorganische Bindemittel zu den feuerfesten Teilchen, wobei die Konzentration
des organischen Bindemittels 0,5 bis 3,0 Gew.-%, bezogen auf die Menge der feuerfesten
Teilchen, beträgt. Sämtliche Bestandteile werden dann gut miteinander vermischt.
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3. Die in der obigen Weise hergestellte Mischung wird dann in einen
Kernkasten mit der gewünschten Hohlraumform eingebracht, und zwar entweder von Hand,
durch Einblasen oder mit Hilfe einer anderen Methode. Der Kernkasten sollte vorzugsweise
besonders gut für die Mikrowellenaushärtung der eingefüllten Mischung ausgelegt
sein und damit für die Mikrowellenenergie leicht durchlässig sein. Die Fig. 1 und
2 zeigen ein Beispiel eines Kernkastens, der für die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignet ist. Dieser Kernkasten wird
weiter unten näher
erläutert.
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4. Der die Mischung enthaltende Kernkasten wird dann in einen Mikrowellenofen
eingebracht, in dem die Mischung durch den Kernkasten hindurch mit Mikrowellenenergie
bestrahlt wird. Wie gut bekannt ist, dient das in der Mischung enthaltene Wasser
als dielektrisches Material zur Umwandlung der Mikrowellenenergie in Wärmeenergie,
so daß die Mischung in Form des Kernkastenhohlraums aushärtet. Der Kernkasten ist
so ausgelegt, daß er nur wenig Wärme ausstrahlt, was nachfolgend noch näher erläutert
werden wird.
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5. Der Kernkasten mit der darin enthaltenen ausgehärteten Mischung
(dem Kern) wird dann aus dem Mikrowellenofen entnommen.
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6. Der Kern wird schließlich aus dem Kernkasten entfernt.
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Die mit Hilfe der obigen erfindungsgemäßen Verfahrensweise hergestellten
Kerne besitzen eine ausreichende Festigkeit unmittelbar nach der Mikrowellenhärtung,
so daß sie sofort für das Metallgießen verwendet werden können.
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Einer der Vorteile der in der obigen Weise hergestellten Kerne ist
darin zu sehen, daß sie durch die Anwendung von Stärke neben dem anorganischen Bindemittel
und durch die Mikrowellenhärtung der Sandmischung eine extrem hohe Oberflächenstabilität
aufweisen. Die verbesserte Oberflächenstabilität der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Kerne beseitigt praktisch vollständig den Gießfehler, der
als Sandlöcher bekannt ist (das Eindringen von aus dem Kern abgelösten Sandteilchen
in das Gußteil). Die Zerstörung des Kerns nach dem'Gießvorgang ist ebenfalls einfacher
als in jenen Fällen, da der Sand nur mit anorganischen Bindemitteln gebunden ist,
wie es bei gewissen herkömmlichen Kern- oder Formmassen der Fall ist. Weiterhin
ermöglicht die Anwendung eines anorganischen Binde-
mittels in
Kombination mit Stärke nach-dem erfindungsgemäßen Verfahren die variable Einstellung
der Hitzefestigkeit der Kerne, so daß die Bildung von Schorf und Schuppen auf den
Gußteilen wesentlich geringer ist als in jenen Fällen, da lediglich eine Stärke
als Bindemittel eingesetzt wird. Die Mikrowellenhärtung der gebundenen feuerfesten
Teilchen bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß aufgrund der Tatsache, daß die
Mikrowellenenergie den Körper aus der Mischung schnell von innen heraus erhitzt,
die Konzentration der Bindemittel auf etwa 20 bis 50 % der Bindemittelkonzentrationen
abgesenkt werden kann, die bei herkömmlichen Methoden notwendig ist, bei denen eine
Wärmeübertragung für das Aushärten erforderlich ist.
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Kernkasten Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kernkasten 10 ist
für das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut geeignet zur Formung der gebundenen
feuerfesten Mischung in die gewünschte Form und zur Behandlung dieser Form mit Mikrowellenenergie.
Der Kernkasten 10 ist jedoch nicht neu, indem das Verfahren zu seiner Herstellung
in der japanischen Patentanmeldung Nr. 56-37215 vom 17. März 1981 und der entsprechenden
US-Patentanmeldung Nr. 357 273 vom 11. März 1982 beschrieben ist. Der Aufbau des
Kernkastens 10 sei im folgenden daher nur insoweit erläutert, als es für das volle
Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig ist.
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Der Kernkasten 10 besitzt einen rechteckigen Rahmen 12 aus einem festen
Material, vorzugsweise einem Metall, welcher an beiden Seiten offen ist. Der Metallrahmen
12 besitzt eine Öffnung 14 zum Eingießen der zu formenden und zu härtenden feuerfesten
Mischung. Innerhalb des Metallrahmens 12 ist eine relativ dünne Gegenschicht 16
vorgesehen,
die einen Hohlraum 18 mit der gewünschten Form definiert, in welchen die zu formenden
Mischung eingebracht wird. Die Öffnung 14 in dem Metallrahmen 12 ist direkt mit
dem Hohlraum 18 verbunden. Die Gegenschicht 16 ist in eine Stützschicht 20 eingebettet,
die eine größere Dicke als die Gegenschicht aufweist und dazu dient, die Gegenschicht
zu verstärken und mit dem Metallrahmen 12 mechanisch zu verbinden. Die Stützschicht
20 muß keine besonders große Dicke aufweisen, da der Metallrahmen 12 auch dazu dient,
die Gegenschicht 16 zu verstärken und zu schützen. Die Gegenschicht 16 und die Stützschicht
20 sollten jeweils aus Materialien bestehen, die für Mikrowellenenergie durchlässig
sind. Ein bevorzugtes Beispiel für ein Material zur Ausbildung der Gegenschicht
16 ist hitzebeständiger Siliconkautschuk, während man für die Stützschicht 20 eine
geeignete Mischung aus einem nichtpolaren Epoxidharz und trockenem Quarzsand verwendet,
die in situ durch Erhitzen ausgehärtet wird.
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Die in dem in der obigen Weise aufgebauten Kernkasten 10 enthaltene
Stützschicht 20, diese Gegenschicht 16 umhüllt, liegt überwiegend durch das Paar
der einander gegenüberliegenden Seitenöffnungen 22 des Metallrahmens 12 frei. Somit
kann die Mikrowellenenergie, wenn sie über diese Öffnungen 22 eingestrahlt wird,
ohne wesentliche Beeinflussung durch den Metallrahmen 12 ohne weiteres die Stützschicht
20 und dann die Gegenschicht 16 durchdringen und wird in der feuerfesten Mischung,
die über die Öffnung 14 in dem Metallrahmen 12 in den Hohlraum 18 eingebracht worden
ist, in wirksamer Weise in Wärmeenergie umgewandelt.
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Der Kernkasten als solcher erzeugt dabei nur wenig Wärme.
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Die Bezugsziffer 24 steht für eine Trennlinie, längs der der Kernkasten
10 zur Entnahme der ausgehärteten Mischung bzw. des Kerns in zwei Hälften aufgeteilt
werden kann. Die
Kernhälften können nach der Entnahme eines fertigen
Kerns wieder zusammengefügt werden, wonach die nächste Portion der gebundenen feuerfesten
Mischung zur Erzeugung des nächsten Kerns in den Hohlraum 18 eingefüllt werden kann.
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In dieser Weise kann eine große Anzahl von Kernen gleicher Form und
gleicher Größe mit Hilfe des gleichen Kernkastens hergestellt werden.
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Bezüglich einer detaillierten Diskussion des Verfahrens zur Herstellung
des Kernkastens 10 darf auf die oben angesprochene japanische Patentanmeldung Nr.
56-37215 und die US-Patentanmeldung Nr. 357 273 verwiesen werden.
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Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung,
ohne daß diese dadurch eingeschränkt werden soll.
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Beispiel 1 Man vermischt Quarzsand mit 1,0 Gew.-% Wasserglas, welches
als erstes Bindemittel eingesetzt wird, 1,0 Gew.-% a-Maisstärke als zweites Bindemittel
und 2,0 Gew.-% Wasser. Nach dem guten Vermischen der angegebenen Bestandteile bläst
man die mit Wasserglas und Stärke gebundene Sandmischung in einen Kernkasten des
in den Fig. 1 und 2 gezeigten Aufbaus, der jedoch einen zylindrischen Hohlraum mit
einem Durchmesser von 50 mm und einer Länge von 50 mm aufweist. Der die Mischung
enthaltende Kernkasten wird dann in einen Mikrowellenofen eingebracht, in dem die
Mischung durch Bestrahlen während 3 Minuten und 18 Sekunden mit einer Mikrowellenenergie
von 30 kW ausgehärtet wird.
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Die in dieser Weise hergestellten Kerne werden dann für das Gießen
von Stahl verwendet. Nach dem üblichen Vibrations-Ausrütteln werden die Gußteile
bezüglich des An-
haftens von Sand untersucht, wobei sich zeigt,
daß sie praktisch frei von Sand sind. Der an den Gußteilen anhaftende Sand läßt
sich ohne weiteres durch stoßweise Rüttelbehandlung entfernen.
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Die Fig. 3 zeigt anhand einer graphischen Darstellung die Temperaturabhängigkeit
der Druckfestigkeit von in der obigen Weise hergestellten Kernen und zu Vergleichszwecken
von Kernen, die durch ähnliche, herkömmliche Verfahren hergestellt worden sind.
Aus dieser graphischen Darstellung ist erkennbar, daß die Festigkeit der erfindungsgemäß
hergestellten Kerne bei Raumtemperatur ausreichend hoch ist und 22 kg/cm2 beträgt.
Die Festigkeit der erfindungsgemäßen Kerne nimmt mit der Temperatur schnell ab,
wobei die Restfestigkeit bei 3000C Null beträgt. Dies verdeutlicht das günstige
Zerteilungsverhalten der erfindungsqemäßen Kerne nach deren Verwendung beimMetallgießen.
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Die zu Vergleichszwecken angewandten herkömmlichen Methoden sind die
folgenden: 1. Der Sand, der aus gebrauchtem unausgehärtetem Sand gewonnen und in
einer Calciniereinrichtung wieder aufbereitet worden ist, wurde mit 5,5 Gew.-% Wasserglas
vermischt, wonach die Mischung mit gasförmigem Kohlendioxid ausgehärtet wurde.
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2. Organisch gebundene "Pep-set"-Kerne (Warenzeichen für das Produkt
der Firma Ashland Chemical Co., USA), die mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt
worden sind, welches der Cold-Box-Methode entspricht.
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3. Frischer Quarzsand (Mikawa 5.6) wurde mit 2,5 Gew.-% Wasserglas
vermischt, wonach die Mischung mit Mikrowellenenergie ausgehärtet wurde.
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4. Frischer Quarzsand (Mikawa 5.6) wurde mit 3,0 Gew.-% Kaliumsilicat
vermischt und dann mit Mikrowellenenergie ausgehärtet.
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Die Fig. 4 verdeutlich graphisch die Oberflächenstabilität der mit
Hilfe des Verfahrens des Beispiels 1 hergestellten Kerne und der Kerne, die mit
den oben angesprochenen herkömmlichen Methoden hergestellt worden sind.
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Die Oberflächenstabilität wird dadurch getestet, daß man zylindrische
Probestücke mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Länge von 50 mm während 24
Stunden über ein Sieb mit einer Maschenweite von etwa 1,68 mm (10 mesh) rollen läßt.
In der Fig. 4 sind die Verhältnisse des Gewichts der in dieser Weise behandelten
Probestücke zu ihrem ursprünglichen Gewicht in Prozent angegeben. Es zeigt sich,
daß die Oberflächenstabilität der erfindungsgemäß hergestellten Kerne im Vergleich
zu den herkömmlichen Kernen ausreichend hoch ist (99,5 %).
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Beispiel 2 Man vermischt Quarzsand (Yunotsu) mit Wasserglas, Stärke
und Wasser in unterschiedlichen Mengenverhältnissen, die in der nachfolgenden Tabelle
angegeben sind. Bei der Herstellung dieser Mischungen wird der Quarzsand in einen
handelsüblichen Universalmischer eingeführt und während 30 Sekunden zur gleichmäßigen
Dispersion der verschieden großen Körnchen durchgemischt. Dann wird eine pastenförmige
Mischung aus Stärke und Wasser, die getrennt hergestellt worden ist, in den Mischer
gegeben, wonach das Ganze miteinander vermischt wird. Anschließend wird Wasserglas
in den Mischer eingebracht, worauf die Materialien während weiterer 5 Minuten durchgemischt
werden.
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Dann wird die in der obigen Weise hergestellte,mit Wasser-
glas
und Stärke gebundene Sandmischung in einen Kernka-Sten des in Beispiel 1 beschriebenen
Aufbaus eingefüllt.
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Anschließend wird der die Mischung enthaltende Kernkasten in einen
Mikrowellenofen eingebracht, in dem die Mischung während 2 Minuten einer Mikrowellenenergie
von 7 kW ausgesetzt wird.
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In der nachfolgenden Tabelle sind die Druckfestigkeiten bei Raumtemperatur
der Kerne angegeben, die aus den in der oben beschriebenen Weise hergestellten verschiedenen
Mischungen hergestellt worden sind.
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Druckfestiqkeit (kg/cm2)
| Wasser- α-Stärke (Teile) |
| glas 0,5 1,0 2,0 3,0 |
| (Teile) |
| 0,5 - 9,8 18,0 29,3 |
| 1,0 11,2 18,3 26,0 31,1 |
| 40,8 38,2 57,6 52,4 |
| 3,0 46,6 58,1 64,4 |
| 4,0 90,9 8§ |
| 5,0 134,5 93,2 - |
| 1,0 2,0 4,0 4,5 |
| Wasser (Teile) |
Aus den in der obigen Tabelle angegebenen Ergebnissen als auch aus weiteren Ergebnissen,
die von der Anmelderin durchgeführt worden sind, ergibt sich, daß die Anteile von
anorganischem Bindemittel bzw. Stärke im Bereich von 0,5 bis 3,0 Gew.-% bzw. 0,5
bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf die Menge der feuerfesten Teilchen, liegen sollte. Weiterhin
ist die Zugabemenge von Wasser auf einen Bereich von 0 bis 5,0 Gew.-% und vorzugsweise
von 0,5 bis 3,0 Gew.-% begrenzt.
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