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Masse zum Herstellen von Formen und Kernen Formsandmischungen aus
Sand, einem hydraulischen Bindemittel; Wasserglas und Alkalien sind bekannt. Auch
bei allen Vorsichtsmaßregeln bei der Behandlung solcher Formsandmischungen zeigen
Formen und Kerne oft Risse; der Sand kann nicht unmittelbar nach Gebrauch wieder
aufs neue benutzt werden, haftet stark am Gußstück an, und es zeigen sich noch weitere
Unannehmlichkeiten bei der Benutzung.
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Vorliegende Erfindung betrifft demgegenüber eine Formsandmischung,
bei welcher der Masse auf 5o 1 Quarzsand, =2 1 hydraulischen Kalk und 125 g Wasserglas
etwa 11 ungelöschter Kalk, 0,5 1 Wismutweiß, 25o. g Glaubersalz und 125 g
Kali zugesetzt sind unter Zumischung von q. bis 81 destilliertem Wasser.
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Die Versuche haben gezeigt, daß solche Formsandmischungen für das
Gießen keine besondere Behandlung der Modelle benötigen und das Gießen auch in feuchtem,
unausgetrocknetem Sand möglich ist, aber Formen und Kerne keine Risse aufweisen.
Der Formsand fällt auch leicht vom Gußstück ab, und es bedarf keines Ausputzens
mit Sandstrahlgebläse mehr. Weiter bedeutet die Formsandmischung eine erhebliche
Zeitersparnis beim, Formen, beim Austrocknen und Ausputzen sowie beim Abgraten.
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Um die Bedeutung der verschiedenen erfindungsgemäß zur Anwendung gebrachten
Stoffe besser zu verstehen, ist es angezeigt, die Gründe ihrer Wahl anzuführen sowie
die Art und Weise anzugeben, wie sie sich während der verschiedenen Vorgänge der
Herstellung der Masse verhalten, also während des Knetens, des Formens und des Aushebens
des Modelles, des Trocknens, des Gießens, des Aushebens aus der Form ünd der Wiedergewinnung
des Sandes.
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Der weiße, kieselbaltige Sand wird vorzugsweise empfohlen, weil er
nicht tonhaltig ist, indem beim Einstampfen der tonhaltige Sand ungenügend harte
Knollen bildet, hingegen beim freien Schwinden des Gusses einen großen Widerstand
leistet, was den Hauptgrund zu Rissen und Sprüngen bildet.
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Der weiße Sand ist ferner auch billiger und findet sich überall in
der Nähe der Gießereien vor. Er verbindet sich auch leichter mit Wasser und Kalk.
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Der hydraulische Kalk mit dem Löschwasser verbunden dient als Bindemittel
der Sandkörner. Der ungelöschte Kalk fördert das Trocknen des Gemisches und vermehrt
die Bindungsfähigkeit.
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Das Glaubersalz dient ausschließlich zur Beschleunigung der Bindung
des Gemisches. Das Glaubersalz sowie die es ersetzenden Produkte spielen eine katalytische
Rolle, um die chemischen Vorgänge zwischen Kalk und Wasser zu beschleunigen, indem
es die Erhärtung des Gemisches hervorruft, was durch Bindung bezeichnet wird.
Das
Wasserglas dient als Klebemittel für die Mischung.
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Das Wismutweiß -dient als Bindemittel, besonders zur innigeren Verbindung
des Gemisches, indem es die Sandkörner mit einer zarten, äußerst dünnen Schicht
umhüllt und dadurch das Anhaften des Kalkes an die Sandkörner erleichert.
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Kali oder Natron dient zum Abbeizen der Sandkörner, wodurch eine innige
Verbindung von Wismutweiß mit der Oberfläche der Sandkörner stattfindet und auf
diese Weise die Gleichförmigkeit der Verbindung durch die ganze Mischung hindurch
sichert.
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Die beschriebenen Bestandteile werden etwa ,g Minuten geknetet. Dadurch
wird die Einwirkung des Kali oder Natrons auf die Sandkörner gefördert, damit sich
das Wismutweiß niederschlagen kann und sich alle diese Bestandteile in der Masse
gleichmäßig verteilen können.
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Das Gemisch wird ohne weiteres verwendet. Die Rahmen, Modelle und
Kernbüchsen werden zweckmäßig mit Wismutweiß bestreut, bevor der Sand eingebracht
wird. Letzterer wird alsdann gestampft, gehäuft oder nach bekannter Art, von Hand
oder auf mechanischem Wege; eingepreßt, wobei das vorhandene Werkzeug benützt wird.
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Man bedient sich gewöhnlicher oder zerlegbarer Rahmen; welche, sobald
die Modelle eingebettet und gußfertig sind, abgenommen werden, indem das eingestampfte,
gebundene Gemisch auch ohne Stützen sehr gut hält. je nach Größe der Formen benützt
man, wenn nötig, Beschläge für die Formen oder für die Kerne. Dieselben sind gewöhnlich
viel leichter, viel einfacher und von geringerer Anzahl als für die Gießformen,
welche aus gewöhnlichem Gießereisand ausgeführt sind. Ein allzu kräftiges Einstampfen,
Verdichten oder ein übermäßiger Druck auf das Gemisch beim Füllen der Formen oder
Kernbüchsen ist nicht schädlich, einerseits, weil der weiße Sand nur schwer verdichtet
werden kann, und anderseits, weil die Härte der Formen oder Kerne nicht bloß von
der Verdichtung des Sandes abhängt; wie dies bei den gewöhnlichen Verfahren der
Fall ist. Man kann daher das Formen weniger geschulten Arbeitern übertragen, die
mit einer genauen Aufstampfung nichtganz vertraut sind. Wenn man auch tonhaltigen
Sand für das Gemisch benützen würde, wäre eine übertriebene Aufstampfung wegen der
Beimischung von Kalk unschädlich.
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Das Ausheben des Modelles oder das Abheben der. Kernbüchsen geschieht
mit größter Leichtigkeit, indem das Gemisch am Modell niemals klebt oder anhaftet.
Dies rührt daher, daß das Aufstampfen kein Wasser gegen das Modell auspreßt. Es
entstehen somit weniger Risse auf den geformten Flächen, wodurch die Ausbesserung
der Formen bedeutend vermindert wird. Man kann also immer jede nach der Er-2u 2
d ing hergestellte Gußform a-d-sbessern oder sgleichen.
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Während des Trocknens werden die Formen üitd Kerne auf den Boden der
Gießerei, je nach .;der Größe der Form, während xo bis 18 Stunden '-der Luft ausgesetzt.
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-' Beim Ausheben ist der Sand plastisch und feucht, während des Trocknens
hingegen wird die Dichte desselben in der Form stetig zunehmen, weil der Kalk beim
Vermengen mit Wasser in Gegenwart von Sand beim Kristallisieren erhärtet, so daß
am Ende des Trocknungsvorganges kein Wasser mehr in freiem Zustande vorhanden ist
und die ganze Masse der Form und der Kerne einen gleichmäßigen Härtegrad erreicht
hat, der an den geformten Flächen und in der Nähe derselben erheblich größer ist.
Das Trocknen findet nicht durch Verdunstung, sondern durch Ausscheidung des gebundenen
Wassers statt, Das Glaubersalz wirkt auf den feuchten Kalk, insofern es -dessen
Erstarrung und Erhärtung begünstigt. Dieselbe Wirkung wird mehr oder weniger nachhaltig
durch Chlornatron oder schwefelsaures oder kohlensaures Kalioder auch durch andere
ähnliche Stoffe erzielt.
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Die Anwendung eines solchen Mittels gestattet die Verwendung der Kerne
in viel kürzerer Zeit nach ihrer Fertigstellung.
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Dadurch, daß die Formen und Kernbüchsen nicht mehr im Trockenofen
getrocknet werden müssen, wird eine wichtige Ersparnis an Brennmaterial sowie an
Arbeitslohn und Sandverlust erzielt. Des weiteren bewahren diese Formteile bzw.
die Kerne ihre unveränderte Gestalt und Ausmaße, sie senken und schrumpfen nicht
ein und benötigen weder Stützen noch Streben oder sonstige Träger.
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Nach der Bindung können die Formen und Kerne dauernd aufbewahrt werden,
indem sie durch die ganze Masse hindurch einen gewissen Härtegrad erreicht haben.
Die Kanten bleiben sehr scharf, und die dünnen Teile brechen nicht ab, da sie sehr
fest sind.
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Eine 'der Haupteigenschaften dieser aus solchem Sand hergestellten
Formen und Kerne besteht darin, daß die Feuchtigkeit nicht eindringt, selbst wenn
sie ungünstigen Witterungs- i verhältnissen ausgesetzt sind. Ferner dringt das aufgespritzte
Wässer sehr schwer ein und erzeugt weder Blasen noch Unebenheiten oder irgendeine
Sandzersetzung. Dies rührt nicht nur vom Widerstand gegen die Feuchtigkeit der aufge-
i tragenen Schicht her, sondern auch daher, daß der Zwischenraum zwischen den Sandkörnern
bereits mit gelöschtem Kalk ausgefüllt ist, der das Wasser sehr langsam aufnimmt.
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Die Gußform und Kerne sind sehr fest und i können daher mit Leichtigkeit
gehoben und gehandhabt werden, ohne die Form zu-verlieren
oder während
des Formens zu brechen. Man benutzt diese Eigenschaft, um in den Kernen Einschnitte
und Aushöhlungen anzubringen, ohne ihre Festigkeit zu beeinträchtigen. Diese Aushöhlungen
werden mit altem Koks oder gut verbranntem Sand ausgefüllt, so daß nach dem Guß
die Kerne der besonders starken Druckwirkung, die vom Schwinden des erstarrten und
erhärteten Metalls herrühren, nachgeben, brechen und auseinanderfahren und auf diese
Weise Risse in den geformten Gußstücken vermieden" werden.
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Während des Gießens widerstehen sämtliche Bestandteile der Formen
und Kerne dem Stoß und Druck des flüssigen Gusses, indem die geformten Flächen sehr
hart sind und die scharfen Kanten und dünnen Teile sehr fest und unzerbrechlich
sind. Indern alle Teile glatt und glasiert sind, fließt der Guß sehr leicht und
füllt die engen Zwischenräume und die scharfen Kanten vollständig aus.
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Ein Mitreißen der Sandkörner durch das Metall findet nicht statt,
weil die Fläche sehr glatt ist. Anderseits übt das Metall eine geringere Angriffsfähigkeit
auf diese Körner aus, indem sie durch das Wismutweiß und den Kalk stark miteinander
verbunden sind.
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Vermöge der zur Anwendung gelangenden Stoffe bei der Anfertigung der
Formen und Kerne und dank der Abwesenheit von Feuchtigkeit entsteht während des
Gießens weder Wasserdampf noch Gasbildung. Es ist auch nicht nötig, das Gas rings
um die Form anzuzünden. Wird während des Gießens ein Spiegel oder eine kalte Metallplatte
über einen Steiger gesetzt, kann ein leichter Hauch wahrgenommen, dagegen gar kein
Schwitzen oder Wasserdampfniederschlag bemerkt werden. Es bildet sich gar kein Rauch,
kein unang£nehmer Geruch, kein. schädliches oder für die Augen gefährliches Gas.
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Sobald die Form gefüllt ist, sind die Wände einer besonderen Umwandlung
in ihrer Beschaffenheit ausgesetzt durch die verlängerte Berührung mit dem glühenden
Metall. An der Oberfläche des Gußstückes bildet der Sand eine harte Kruste von 3-bis
6 mm Dicke, welche die Erhaltung der Formen bis zur Erstarrung des Metalls sichert.
Hart hinter dieser Kruste bildet sich allmählich eine = bis q. cm dicke Schicht,
welche von der Wärmeabgabe des Gr.ßstückes abhängt und wo der Sand sich vollständig
zersetzt, in-'em er seine gesamte Bindefähigkeit verliert und in pulverfö:migen
Zustand übergeht. Hinter dieser Schicht behält die Formmasse alle ihre Härte, Bindefähigkeit
und Festigkeitseigenschaften.
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Indem die ganze Masse der Kerne -von Metall umgeben wird, dringt die
erzeugte Hitze vollständig bis ins Innerste der Sandmasse ein, so daß sie in pulverförmigen
Zustand übergeht. Der unmittelbar mit dem Metall in Berührung stehende Sand bildet
eine harte Kruste, welche durch die übermäßige plötzliche Hitze gebildet wird. Es
entsteht in der Tat ein Verglasen des Kalkes in Gegenwart von Sand und einer geringen
Menge Wasserglas, welches dieser Schicht infolge der sehr hohen Temperatur beträchtliche
Härte und sehr starke Bindekraft verleiht.
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Die Kruste izt sehr zerbrechlich, aber nicht zerreibbar.
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Über diese Schicht hinaus ist das Gemisch der Einwirkung einer sehr
starken Hitze ausgesetzt, welche jedoch zur Verglasung des Kalkes ungenügend ist.
Diese rasche Trocknung macht den Kalk rissig und zersetzt ihn, indem es seine Wirkung
als Hauptbindemittel zerstört.
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Das Gemisch geht alsdann in pulverförmigen Zustand über.
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Über diese zweite Schicht hinweg ist die übertragene Hitze ungenügend
hoch und nicht stark genug, um die Härte des Gemisches zu zerstören oder zu ändern,
welches somit seine Bindekraft bewahrt und als ein gleichförmiger Block weiter bestehen
bleibt. Beim Ausheben des Gußstückes, wenn man den Rahmen auseinandernimmt und das
Stück hebt, zerspringt sofort die Form, weil die umgebende pulverförmige Schicht
weder Bindekraft noch Widerstand besitzt und auf diese Weise das Gußstück vollständig
befreit. Sollten noch einige Teile der Kruste dem Stück anhaften, so genügen einige
Hammer- oder Stabschläge, um dieselben zu entfernen.
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Wiederholte Schläge bringen den Kernsand sofort zum Fließen durch
die Putzlöcher, und die Kruste zerspringt in ganz kleine Stücke, welche durch sehr
kleine Öffnungen durchgehen können.
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Auch durch einen zespannten Luftstrahl kann vollständige Entfernung
der Formmasseerfolgen.
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Die beizende Wirkung des Kalis oder des Natrons, welche sogar durch
die aufgetragene Schicht hindurchwirkt, bildet den Hauptgrund, weshalb niemals die
Bestandteile der Form am Gußstück anhaften. Die Oberfläche des Stückes hat eine
sehr schöne Färbung und ist ganz glatt durch die mittels Glaubersalz hervorgebrachte
Glasur.
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Das Verhältnis des wiedergewonnenen Sandes ist sehr groß und die diesbezügliche
Arbeit sehr leicht und rasch ausführbar, indem die zu verwendenden Teile, bestehend
aus klE-inen Stücken der Kruste, und der pulverförmige Sand leicht von den unverwendbaren
Teilen in Form von größeren Klumpen ausgeschieden werden können.
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Die Mischung nach der Erfindung hat den Vorzug, daß zier mit ihr angemengte,
wiedergewonnene und zermahlene Formsand unter Wasserzusatz wieder verwendungsfähig
gemacht werden kann. Sollte die Bindung des Sandes
zu langsam oder
zu schwach erfolgen, so sind angemessene Mengen des Bindemittels nach der Erfindung
zuzusetzen. -