Kerne auf der Basis von Salz, Verfahren zu ihrer Herstellung und deren
Verwendung
Die Erfindung betrifft Kerne auf der Basis von Salz, Verfahren zur Herstellung von Kernen auf der Basis von Salz, sowie die Verwendung solcher Kerne als Hohlraumplatzhalter bei der Herstellung von metallischen Gussteilen, vorzugsweise in der Kokillengusstechnologie, die sich durch Lösungsmittel vollständig und problemlos ohne Verbleib fester Rückstände aus den Werkstücken entfernen lassen.
An Kerne, die beim Gießen von Werkstücken aus Metall in die Formen eingesetzt werden, um die in den Werkstücken vorgesehenen Hohlräume beim Füllen der Formen mit der Schmelze freizuhalten, werden hohe Anforderungen gestellt. Die Kerne müssen sich leicht herstellen lassen, formstabil und konturgenau sein und die für ihre Herstellung verwendeten Werkstoffe sowie die sie auflösenden Lösungsmittel sollen weder die Gussqualität, noch die Umwelt belasten und keine gesundheitlichen Gefährdungen verursachen.
Werden an die Oberfläche und die Konturgenauigkeit der Hohlräume der Werkstücke besondere Anforderungen gestellt, muss die Oberfläche der Kerne besonders glatt und konturgenau sein und die Kerne müssen sich völlig in einem geeigneten Lösungsmittel auflösen und sich ohne Verbleib fester Rückstände aus den Hohlräumen der Werkstücke leicht entfernen lassen. Rückstände von Kernen, die nicht lösbare Komponenten enthalten wie beispielsweise Quarzsand, können zu einem Schaden an zu veredelnden Oberflächen führen oder den Ausfall eines Aggregats bewirken, beispielsweise wenn Kernrückstände zur Verstopfung einer Einspritzdüse im Commonrailsystem eines Dieselaggregates führen. Kerne auf der Basis von Salz, die sowohl den extremen thermischen, als auch den mechanischen Beanspruchungen, die beim Umguss mit schmelzflüssigen Metallen
auftreten, standhalten, Kerne die einerseits eine hohe Festigkeit aufweisen und sich andererseits nach dem Abguss leicht aus dem Gussteil herauslösen lassen, sowie eine möglichst gute, glatte Oberflächenbeschaffenheit im Gussteil hinterlassen, können mittlerweile mit Hilfe des so genannten Trockenpressverfahrens, ohne anschließenden Sinter- oder Rekristallisationsprozess, hergestellt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Kerne auf der Basis von Salz mit geringer Porosität, guter Oberflächengüte und möglichst hoher Festigkeit herzustellen, die sich nach dem Abguss der Werkstücke leicht und vollständig aus den Werkstücken entfernen lassen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, solche Kerne in einem möglichst einfachen und kostengünstigen Formgebungsverfahren, vorzugsweise durch das so genannte Trockenpressverfahren, herzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dieses T rocke npre ssverfahren zu verbessern und Kerne bereitzustellen, die in ihrer Festigkeit deutlich verbessert sind und sich dennoch nach dem Abguss leicht aus dem Gussteil herauslösen lassen, sowie eine gute, glatte Oberflächenbeschaffenheit im Gussteil hinterlassen.
Erfindungsgemäß gelöst wurde diese Aufgabe gemäß Hauptanspruch sowie gemäß dem Verfahren nach Anspruch 31 Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.
Die erfindungsgemäßen Kerne bestehen aus einem Salz, dem ein spezielles Bindersystem und wahlweise Hilfsstoffe wie Füllstoffe, Additive, Benetzungsmittel und Katalysatoren beigemischt werden können. Diese Kerne sind vorzugsweise für Werkstücke vorgesehen, die im Kokillengussverfahren aus Nichteisenmetallen
gegossen werden, beispielsweise Aluminium, Messing oder Kupfer. Die erfindungsgemäßen Kerne sind aus Stoffen zusammengesetzt, die sich mit Wasser, als aus Gründen des Umweltschutzes bevorzugtes Lösungsmittel, rückstandsfrei aus den Hohlräumen der Werkstücke entfernen lassen. Die erfindungsgemäßen Kerne haben den Vorteil, dass sie aus Stoffen (= Kern Werkstoffen) zusammengesetzt sind, die bei sachgerechter Handhabung keinerlei gasabspaltende Reaktionen zeigen, welche die Umwelt belasten, weder bei ihrer Herstellung, noch beim Gießprozess. Dadurch, dass beim Gießen auch keine Crackingprodukte eines organischen Binders entstehen, wird die Qualität der Gussteile verbessert, indem Gießfehler wie Lunker, Gasporen o. ä. durch entstehende Kerngase vermieden werden können. Bei der Entfernung der Kerne aus den Werkstücken entstehen keine Rückstände, die einer besonderen Entsorgung bedürfen. Je nach Zusammensetzung lassen sich die Stoffe durch geeignete Verfahren aus der flüssigen Phase zurückgewinnen, beispielsweise das Salz durch Sprühtrocknen oder Eindampfen.
Alle Zusammensetzungen der Kern Werkstoffe lassen sich in herkömmlichen mechanischen oder hydraulischen Pressen durch Verdichten verarbeiten. Die Komplexität der Geometrie der Kerne bestimmt die Fertigungsparameter sowie die Gestaltung und konstruktive Auslegung des Werkzeugs zur Herstellung der Kerne und der Presse.
Als Kernwerkstoffe für die erfindungsgemäßen Kerne eignen sich die Salze der Alkali- und Erdalkalielemente wie insbesondere Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Magnesiumchlorid, die Sulfate und Nitrate der Alkali- und Erdalkalielemente wie insbesondere Kaliumsulfat, Magnesiumsulfat, sowie Ammoniumsalze wie insbesondere Ammoniumsulfat. Die wasserlöslichen Vertreter dieser Kernwerkstoffe sind bevorzugt. Diese Stoffe können einzeln oder auch als Mischung eingesetzt werden, so weit sie nicht miteinander reagieren und so die
gewünschten Eigenschaften negativ beeinflussen, denn der Kernwerkstoff soll bei der Kernherstellung keine Stoffumwandlung erfahren, die seine rückstandsfreie Entfernung negativ beeinflusst. Generell sind alle leicht löslichen Salze geeignet, deren Zersetzungs- oder Schmelzpunkt oberhalb der Temperatur der flüssigen Metallschmelze liegt. Die Kernwerkstoffe lassen sich, vergleichbar mit Sand, leicht und einfach in die gewünschten Korngrößen beziehungsweise Kornklassen aufteilen. Durch die gewählte Korngrößenverteilung und den gewählten Verdichtungsgrad wird insbesondere die Oberflächenbeschaffenheit der Kerne beeinflusst. Je geringer die Korngröße, desto glatter die Oberfläche. Generell wird ein möglichst hoher Verdichtungsgrad angestrebt, was durch Mischung verschiedener Salze und gegebenenfalls der zusätzlichen Stoffe mit unterschiedlichen Verteilungskurven erreicht werden kann, beispielsweise durch eine bi- oder trimodale Kornverteilung in der Mischung.
Erfindungsgemäß werden Korngrößen im Bereich von 0,01 mm bis zu 2 mm bevorzugt, je nach Kern Werkstoff, gewünschter Oberflächengüte und Konturgenauigkeit des zu gießenden Werkstücks. Je nach gewünschtem Verdichtungsgrad werden Korngrößenfraktionen von 0,01 mm bis 0,29 mm, 0,3 mm bis 1 ,3 mm und / oder 1 ,31 mm bis 2,0 mm in unterschiedlichen Anteilen vermischt.
Füllstoffe, die sich ebenfalls durch Wasser als Lösungsmittel vollständig und rückstandsfrei entfernen lassen, können gegebenenfalls einen Teil des Salzes so weit ersetzen, wie dadurch die Dichte und Festigkeit nicht negativ beeinflusst werden. Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass bis zu 30 Gew.-% des Salzes durch entsprechende Füllstoffe ersetzt werden können. Die Korngröße des Füllstoffs wird zweckmäßigerweise auf die Korngröße bzw. die Korngrößenverteilung des Salzes abgestimmt.
Um die erforderliche Stabilität der Kerne nach dem Formgebungsverfahren zu gewährleisten, wird vor dem Verdichten dem Salz mindestens ein geeignetes Bindersystem zugegeben.
Die erfindungsgemäße Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe sieht vor, ein spezielles Bindersystem einzusetzen, das aus einem Binder / Bindemittel und einem darauf abgestimmten Trocknungsmittel besteht.
In diesem erfindungsgemäßen Bindersystem sind grundsätzlich alle Binder / Bindemittel verwendbar, die nach dem Aushärtevorgang mit Wasser als Lösungsmittel rückstandsfrei entfernt werden können und die das Salz und gegebenenfalls die Zusatzstoffe gut benetzen, wobei die Mischung dieser Stoffe mittels Verdichten zu verlorenen Kernen formbar sein muss. Generell sind als Binder / Bindemittel, anorganische Phosphate, anorganische Borate, Silikatverbindungen oder Mischungen dieser Bindemittel geeignet, wenn sie mit Wasser als Lösungsmittel rückstandsfrei entfernt werden können. Als anorganisches Phosphat kann beispielsweise Alkali- oder Ammoniumphosphat, Monoaluminiumphosphat, Borphosphat, Trinatriumphosphat, Tetrakaliumpyro- phosphat oder Natriumpolyphosphat eingesetzt werden.
Bevorzugt verwendbar sind Binder / Bindemittel aus wasserlöslichen Silikaten wie wasserlösliches Wasserglas mit einem Wasserglasmodul von 1 bis 5, wobei Wassergläser mit unterschiedlichem Wasserglasmodul auch als Mischung vorliegen können. Die Zugabemenge ist abhängig vom eingesetzten Wasserglasmodul und liegt, abhängig vom Benetzungsverhalten, zwischen 0,5 Gew.-% und 15 Gew.-% vorzugsweise zwischen 5 Gew.-% und 8 Gew.-%. Um die für das anschließende Gießverfahren notwendigen Eigenschaften wie Festigkeit und Formstabilität zu erreichen, können auch spezielle Mischungen von Bindern eingesetzt werden.
Für die weitere Verarbeitung des Kern Werkstoffs zum verwendbaren Kern ist es von grundsätzlicher Bedeutung, in welcher Form der Kernwerkstoff vorliegt. Werden, wie bei der vorliegenden Erfindung, feste Kern Werkstoffe benötigt, so kommt es in entscheidendem Maße darauf an, ob die Kernwerkstoffe agglomeriert oder desagglomeriert und ob sie in rieselfähiger Form vorliegen. Nur rieselfähige Kernwerkstoff-Mischungen sind in der Lage, die im Trockenpressverfahren, dem erfindungsgemäß bevorzugten Formgebungsverfahren, verwendeten, so genannte Füllschuhe selbsttätig und vollständig aufzufüllen. Nur rieselfähige Mischungen aus dem Salz, dem eingesetzten Bindersystem und den sonstigen Beimischungen sind daher als Kernwerkstoff zur Verwendung im Trockenpressverfahren einsetzbar.
Um aber die einsetzbaren Kern Werkstoffe für das Trockenpressverfahren in erfindungsgemäßer Weise entscheidend zu verbessern, kommt es darauf an, die Rieselfähigkeit der Kern Werkstoffe, insbesondere bei Verwendung der oben genannten Binder / Bindemittel, weiter zu verbessern.
Dies wird erfindungsgemäß überraschenderweise dadurch gelöst, dass, in Abhängigkeit von den gewählten Bindern / Bindemitteln, geeignete Trocknungsmittel in geeigneter Menge zugesetzt werden. Die Kombination aus Bindern / Bindemitteln und dem Trocknungsmittel bildet das erfindungsgemäß vorgesehene, spezielle Bindersystem. Mit diesem Bindersystem ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe überraschenderweise zu lösen.
Als erfindungsgemäß einsetzbare Trocknungsmittel sind alle hydrophilen Stoffe geeignet, die in der Lage sind, Wasser reversibel zu binden, d.h., die in der Lage sind, das aufgenommene Wasser durch geeignete Behandlung auch wieder abzugeben. Als solche kommen erfindungsgemäß beispielsweise hochdisperse Kieselsäuren wie Aerosil, Silicagel, Zeolithe, wasserfreies Natriumsulfat und / oder Magnesiumsulfat in Frage. Diese Trocknungsmittel schließen aufgrund ihrer
chemischen und strukturellen Beschaffenheit Wassermoleküle ein und ändern im Anschluss daran durch intermolekulare Kräfte ihre räumliche Molekülstruktur. Wassermoleküle können so nicht mehr aus der Struktur entweichen und bleiben bei der Aufbereitung der Kern Werkstoffe gebunden. Durch Wärmeeinwirkung kann das gebundene Wasser wieder freigesetzt werden.
Die Zugabemenge der Trocknungsmittel ist erfindungsgemäß immer abhängig von der eingesetzten Art und der Menge an Binder / Bindemittel und kann durch einfache Versuche leicht ermittelt werden. Eine geringe Überdosierung des Trocknungsmittels ist tolerierbar. Beim Einsatz von beispielsweise 1 bis 5 Gew.-% Wasserglas als Binder / Bindemittel bezogen auf die eingesetzte Menge an Salz reichen 0,3 bis 1 ,5 Gew.- % Aerosil bezogen auf die eingesetzte Menge an Salz als erfindungsgemäß einsetzbares Trocknungsmittel aus, um die Rieselfähigkeit des Kern Werkstoffs nicht nur sicherzustellen, sondern, im Vergleich zu Kernwerkstoffen, die 1 bis 5 Gew.-% Wasserglas als Binder / Bindemittel bezogen auf die eingesetzte Menge an Salz aber kein Trocknungsmittel enthalten, eine Verbesserung der Rieselfähigkeit des Kern Werkstoffs ermöglichen.
Durch den Einsatz des speziellen, erfindungsgemäßen Bindersystems aus der Kombination von Binder / Bindemittel und Trocknungsmittel ist es erstmals auch möglich, bei der Aufbereitung der Kern Werkstoffe auch Binder / Bindemittel in flüssiger Form einzusetzen. Durch den Einsatz flüssiger Binder / Bindemittel wird die Benetzung der Kernwerkstoffbestandteile mit dem Binder / Bindemittel deutlich verbessert. Dadurch werden die Kernwerkstoffbestandteile, insbesondere die Salzkörner von dem Binder / Bindemittel umhüllt, gecoatet. Das Ergebnis ist ein in seiner Festigkeit deutlich verbesserter fertiger Salzkern. Als flüssiges Bindemittel kann erfindungsgemäß beispielsweise eine wässrige, 60 %ige Tetrakaiiumpyrophosphat-Lösung eingesetzt werden. Bezogen auf die eingesetzte
Menge an Salz wird bei dieser Variante 1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt 2,5 Gew.-% wässrige, 60 %ige Tetrakaliumpyrophosphat-Lösung zugesetzt. Um dennoch die gewünschte Rieselfähigkeit des Kernwerkstoffs zu gewährleisten, wird dem auf diese Weise mit dem Bindemittel gecoateten Kernwerkstoff das erfindungsgemäß vorgesehene Trocknungsmittel in ausreichender Menge zugegeben. Eine geringe Überdosierung des Trocknungsmittels ist auch in diesem Fall tolerierbar.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der wässrigen, 60 %igen Tetrakaliumpyrophosphat-Lösung zusätzlich Tetrakaliumpyrophosphat in fester Form in gleicher oder auch größerer Menge zugesetzt wird.
Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Mischung aus Salz, gegebenenfalls Hilfsstoffen wie Additive, Füllstoffe, Benetzungsmittel und / oder Katalysatoren und dem speziellen, erfindungsgemäßen Bindersystem kann durch die gezielte Zugabe von Additiven beeinflusst werden. Voraussetzung ist auch hier, dass diese Additive oder die Reaktionsprodukte dieser Additive mit Wasser als Lösungsmittel vollständig und rückstandsfrei aus dem Hohlraum eines Werkstücks leicht entfernbar sind und beim Gießen keine den Gießvorgang negativ beeinträchtigenden Gase freigesetzt werden, welche zu Gießfehlern führen können. Je nach Zusammensetzung der Kern Werkstoffe können diese Additive ausgewählt werden aus: Benetzungsmitteln, beispielsweise Tensiden, die Konsistenz der Mischung beeinflussende Zusätze, Gleitmittel, Deagglomerisierungszusätze, Gelierungsmittel, Zusätze, die die thermophysikalischen Eigenschaften des Kerns verändern, beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit, Zusätze, die ein Ankleben des Metalls an den Kernen verhindern, Zusätze, die zu einer besseren Homogenisierung und Mischbarkeit führen, Zusätze, die die Lagerfähigkeit erhöhen, Zusätze, die eine vorzeitige Aushärtung verhindern, Zusätze, die eine Rauch- und Kondensatbildung beim
Gießen verhindern sowie Zusätze, die zur Beschleunigung der Aushärtung führen. Diese Additive sind dem Fachmann von der Herstellung herkömmlicher Kerne bekannt. Ihre Zugabemenge richtet sich nach der Art und Zusammensetzung des Kernwerkstoffs. Zur weiteren Verbesserung der nach dem Trockenpressen erforderlichen Festigkeit kann es, je nach Zusammensetzung des Kernwerkstoffs, erforderlich sein, auf den Kernwerkstoff abgestimmte Katalysatoren einzusetzen, die die Aushärtung des Kernwerkstoffs einleiten und beschleunigen.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Zugabe von besonders feinkörnigem Salz, vorzugsweise die Zugabe von puderförmigem Salz mit einer Teilchengröße unter 100 nm, als Katalysator für die Aushärtung wirkt.
Werden erfindungsgemäß gasförmige Katalysatoren eingesetzt, kann das den Kernwerkstoff beeinflussende Gas, vorzugsweise C02 oder Luft, insbesondere zur Aushärtung und Trocknung der Kerne nach dem Trockenpressen in die noch geschlossene Form eingeblasen werden. Der Druck kann bis zu 5 bar betragen.
Möglich ist auch eine thermische Nachbehandlung der Kerne bei Temperaturen bis zu 600°C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 500 °C und 600 °C, besonders bevorzugt bei Temperaturen von 580 °C.
Der Kernwerkstoff wird aus dem Salz und dem Bindersystem sowie, sofern erforderlich, den Zusatzstoffen wie Füllstoffe, Additive und Katalysatoren zusammengesetzt, wobei die Füllstoffe und das Bindersystem anorganisch sind.
Alle Stoffe können mit bekannten Mischaggregaten homogen gemischt werden.
Die Zugabemenge von Bindersystem und Zusatzstoffen ist in Abhängigkeit des
Verwendungszwecks der Kerne zu wählen und bestimmt die Oberflächengüte sowie die Dichte und Festigkeit der Kerne.
Die Aufbereitung der Kernwerkstoffe erfolgt getrennt vom Fertigungsprozess, wobei gegebenenfalls geeignete Schutzmaßnahmen zur Verhinderung von Agglomeration und vorzeitiger Aushärtung vorgesehen werden müssen. Beispielsweise können, je nach Zusammensetzung des Kern Werkstoffs, Aufbereitung, Transport und Lagerung auch unter Schutzgas oder Vakuum erfolgen.
Die Zusammensetzung und die Eigenschaften eines Kerns haben wesentlichen Einfluss auf die Qualität des Gussteils.
Die erfindungsgemäß hergestellten Salzkerne auf der Basis von Natriumchlorid haben üblicherweise eine Dichte von 1 ,5 g/cm3 bis 1 ,9 g/cm3, vorzugsweise von 1 ,2 g/cm3 bis 1 ,8 g/cm3, bestimmt nach dem Auftriebsverfahren. Das entspricht einer Porosität von 10 % bis 35 %, vorzugsweise von 5 % bis 25 %. Die Biegefestigkeit, gemessen nach VDG-Merkblatt P73, liegt zwischen 400 N/cm2 und 1500 N/cm2. An Hand eines Ausführungsbeispiels werden deshalb die wichtigsten Eigenschaften nachfolgend aufgeführt. Die angegebenen Eigenschaften beziehen sich auf Kerne, die nicht mit einer Schlichte überzogen sind.
Zum Einsatz kommt ein Kern aus NaCI mit folgenden zusätzlichen Stoffen wie Wasserglas-Binder, Aerosil als Trocknungsmittel und weiteren Zusätzen wie Trennmittel, Abbinderverzögerer, Benetzungsmittel u. a. Der Kern wurde mit einem Druck von 50 bis 120 bar auf einer hydraulischen Presse geformt. Er wurde einer thermischen Nachbehandlung von 60 min Dauer bei 580 °C zur Aushärtung unterzogen. Der vorliegende Kern ist besonders geeignet für den Einsatz im Aluminiumkokillenguss. Um den beim Gießen auftretenden Temperaturen und Kräften widerstehen zu können, muss der Kern formstabil sein. An einer Probe mit den Abmessungen von 180 mm Länge, 22 mm Breite und 22 mm Höhe wurden die
mechanischen Eigenschaften des Kerns bestimmt. Die Biegefestigkeit, gemessen nach VDG-Merkblatt P73 (Februar 1996) beträgt 400 und 1500 N/cm2
Beim Einströmen des Metalls darf die Oberfläche des Kerns nicht ausgespült oder beschädigt werden. Aus diesem Grund muss der Kern eine entsprechende Oberflächenfestigkeit aufweisen. Auch die Porosität spielt eine entscheidende Rolle. Der Porenanteil beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 30 %.
Nachdem das Gussteil vollständig erstarrt ist, muss der Kern entfernt werden. Dabei ist es wichtig, dass sich der Kern sofort und ohne feste Rückstände komplett und leicht auflöst. (Anmerkung: wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung von „wasserlöslich", „lösen" oder „auflösen" gesprochen, so ist damit nicht notwendigerweise der chemische Begriff des Lösens gemeint. Entscheidend ist, dass sich die Bestandteile der erfindungsgemäßen Kerne durch Wasser als Lösungsmittel leicht, vollständig und rückstandsfrei aus dem Hohlraum eines Werkstücks entfernen lassen.) Die Auflösegeschwindigkeit des Kerns ist naturgemäß von den Kern Werkstoffen und seiner Vorbehandlung sowie der Kerngröße abhängig. Bei reinem Salz kann sie von der bei einer Zusammensetzung mit Binder und Füllstoffen abweichen Versuche mit einem Versuchsteil haben gezeigt, dass sich ein Kern mit den Abmessungen 22 mm x 22mm x 180 mm innerhalb von 1 min bis 2 min mit heißem Wasser komplett aus dem Gussteil auswaschen lässt.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass die erfindungsgemäße Lehre Kerne auf der Basis von Salz betrifft:
> die durch Formen und Verdichten einer Kemwerkstoff-Mischung herstellbar sind, deren Kern Werkstoffe ausgewählt sind aus mindestens einem Salz, mindestens einem Bindersystem aus Binder / Bindemittel und
Trocknungsmittel und gegebenenfalls Hilfsstoffen wie Additiven, Füllstoffen,
Benetzungsmittel und Katalysatoren, wobei das Salz, das Bindersystem und die gegebenenfalls eingesetzten Hilfsstoffe anorganisch sind, diese Kernwerkstoffe mit Wasser als Lösungsmittel lösbar sind und die Kernwerkstoff-Mischung zu Kernen geformt und im Trockenpressverfahren verdichtet ist.
Bevorzugt sind Kerne aus Kernwerkstoff-Mischungen,
> bei denen Salze eingesetzt werden, deren Zersetzungs- oder Schmelzpunkt oberhalb der Temperatur des flüssigen Metalls liegt, mit dem die Kerne umgössen werden; bei denen als Salze Chloride der Alkali- und Erdalkalielemente, insbesondere Natriumchlorid, Kaliumchlorid und / oder Magnesiumchlorid, Sulfate und Nitrate der Alkali- und Erdalkalielemente, insbesondere Kaliumsulfat und / oder Magnesiumsulfat, Ammoniumsalze, insbesondere Ammoniumsulfat oder Mischungen dieser Salze eingesetzt werden;
> bei denen das Salz Natriumchlorid ist;
> bei denen die Korngrößen des eingesetzten Salzes im Bereich von 0,01 mm bis 2 mm liegen;
> bei denen das eingesetzte Salz in bi- oder trimodaler Korngrößenverteilung vorliegt;
> bei denen das eingesetzte Salz in einer Korngrößenverteilung von 0,01 bis 0,29 mm, 0,3 bis 1 ,3 mm und / oder 1 ,31 bis 2,0 mm vorliegt;
> bei denen in dem Bindersystem als Binder / Bindemittel mit Wasser rückstandsfrei entfernbare, anorganische Phosphate, anorganische Borate, Silikatverbindungen oder Mischungen dieser Binder / Bindemittel eingesetzt werden; > bei denen in dem Bindersystem als Binder / Bindemittel mit Wasser rückstandsfrei entfernbares Alkali- oder Ammoniumphosphat, Monoaluminiumphosphat, Borphosphat, Trinatriumphosphat, Tetrakalium- pyrophosphat oder Natriumpolyphosphat oder Mischungen dieser Binder / Bindemittel eingesetzt werden; > bei denen in dem Bindersystem als Binder / Bindemittel wasserlösliche Silikatverbindungen, vorzugsweise Wassergläser eingesetzt werden;
> bei denen in dem Bindersystem das Bindemittel ein Wasserglas mit einem Wasserglasmodul von 1 bis 5 und / oder eine Mischung von Wassergläsern mit verschiedenen Wasserglasmodulen ist; bei denen der Anteil an Binder / Bindemitteln zwischen 0,5 Gew.-%, und 15 Gew.-% bezogen auf das eingesetzte Salz liegt;
> bei denen der Anteil des Binders / Bindemittels in Abhängigkeit vom Benetzungsverhalten und Wasserglasmodul zwischen 0,5 Gew.-% und 15 Gew.-% bezogen auf das eingesetzte Salz liegt; > bei denen als Binder / Bindemittel Wasserglas mit einem Anteil von 0,5 Gew.-% bis 15 Gew.-% bezogen auf das eingesetzte Salz, in Abhängigkeit von der Korngrößenverteilung und abgestimmt auf den Wasserglasmodul, enthalten ist;
bei denen in dem Bindersystem das Bindemittel Tetrakaliumpyrophosphat ist; bei denen in dem Bindersystem das Bindemittel Tetrakaliumpyrophosphat in flüssiger Form eingesetzt wird; bei denen in dem Bindersystem das Bindemittel Tetrakaliumpyrophosphat in wässriger, 60 %iger Lösung eingesetzt wird; bei denen in dem Bindersystem das Bindemittel Tetrakaliumpyrophosphat in wässriger, 60 %iger Lösung und in Mengen von 1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von 2 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt in Mengen von 2,5 Gew.-%, bezogen auf die eingesetzte Menge an Salz, eingesetzt wird; bei denen in dem Bindersystem das Bindemittel Tetrakaliumpyrophosphat in wässriger, 60 %iger Lösung und in Mengen von 1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von 2 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt in Mengen von 2,5 Gew.-%, bezogen auf die eingesetzte Menge an Salz, und zusätzlich Tetrakaliumpyrophosphat in fester Form in gleicher oder auch größerer Menge eingesetzt wird; bei denen in dem Bindersystem das Bindemittel mit einem Anteil von 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die eingesetzte Menge an Salz, und das Trocknungsmittel 0,3 bis 4,5 Gew.-%, bezogen auf die eingesetzte Menge an Salz, enthalten ist; bei denen in dem Bindersystem als Trocknungsmittel hydrophile Stoffe eingesetzt werden, die in der Lage sind, Wasser reversibel zu binden;
> bei denen in dem Bindersystem als Trocknungsmittel hochdisperse Kieselsäuren wie Aerosil, Silicagel, Zeolithe, wasserfreies Natriumsulfat und / oder Magnesiumsulfat eingesetzt werden;
> bei denen als Hilfsstoff ein Katalysator zugegeben wird; > bei denen der Katalysator besonders feinkörniges Salz, vorzugsweise puderförmiges Salz mit einer Teilchengröße unter 100 nm ist;
> bei denen das Salz Natriumchlorid ist, das vorzugsweise in bi- oder trimodaler Korngrößenverteilung besonders bevorzugt in einer Korngrößenverteilung von 0,01 bis 0,29 mm, 0,3 bis 1 ,3 mm und / oder 1 ,31 bis 2,0 mm vorliegt, das Bindersystem aus der Kombination des
Bindemittels Wasserglas und des Trocknungsmittels Aerosil besteht, der Katalysator besonders feinkörniges Salz, vorzugsweise puderförmiges Salz mit einer Teilchengröße unter 100 nm ist, dass gegebenenfalls weitere Hilfsstoffe wie Additive, Füllstoffe, Benetzungsmittel und /oder weitere Katalysatoren enthalten sind und dass die Mischung der Kern Werkstoffe rieselfähig ist;
> bei denen die Kerne nach der Formgebung wärmebehandelt werden; bei denen die Kerne nach der Formgebung bei einer Temperatur von bis zu 600 °C, vorzugsweise bei Temperaturen von 500 bis 600 °C, bevorzugt bei einer Temperatur 580 °C wärmebehandelt werden;
> bei denen die geformten Kerne eine Dichte von 1 ,5 g/cm3 bis 2,1 g/cm3, vorzugsweise von 1 ,2 g/cm3 bis 1 ,8 g/cm3 aufweisen;
> bei denen die geformten Kerne eine Porosität von 10 % bis 40 %, vorzugsweise von 5 % bis 25 % aufweisen;
> bei denen die geformten Kerne eine Biegefestigkeit zwischen 400 N/cm2 und 1500 N/cm2 aufweisen. Die erfindungsgemäße Lehre betrifft weiterhin:
> Verfahren zur Herstellung von Kernen auf der Basis von Salz, wobei eine Kernwerkstoff-Mischung, deren Kernwerkstoffe ausgewählt sind aus mindestens einem Salz, mindestens einem Bindersystem aus einer Kombination von Binder / Bindemittel und Trocknungsmittel und gegebenenfalls aus Hilfsstoffen wie Additiven, Füllstoffen, Benetzungsmittel und oder Katalysatoren homogen gemischt, zum Kern geformt, im Trockenpressverfahren verdichtet und gegebenenfalls wärmebehandelt wird.
Bevorzugt sind Verfahren, bei denen > Salz mit Korngrößen unterschiedlicher Verteilungskurven, vorzugsweise in einer bi- oder trimodalen Kornverteilung eingesetzt und vermischt wird;
> als Salze Chloride der Alkali- und Erdalkalielemente, insbesondere Natriumchlorid, Kaliumchlorid und / oder Magnesiumchlorid, Sulfate und Nitrate der Alkali- und Erdalkalielemente, insbesondere Kaliumsulfat und / oder Magnesiumsulfat, sowie Ammoniumsalze, insbesondere
Ammoniumsulfat oder Mischungen dieser Salze gewählt werden;
> als Binder / Bindemittel in dem Bindersystem mit Wasser rückstandsfrei entfernbare, anorganische Phosphate, anorganische Borate,
Silikatverbindungen oder Mischungen dieser Binder / Bindemittel eingesetzt werden; als Binder / Bindemittel in dem Bindersystem mit Wasser rückstandsfrei entfernbares Alkali- oder Ammoniumphosphat, Monoaluminiumphosphat, Borphosphat, Trinatriumphosphat, Tetrakaliumpyrophosphat oder
Natriumpolyphosphat oder Mischungen dieser Binder / Bindemittel eingesetzt werden;
> als Binder / Bindemittel in dem Bindersystem wasserlösliche Silikatverbindungen, vorzugsweise Wassergläser eingesetzt werden; > das Bindemittel in dem Bindersystem ein Wasserglas mit einem Wasserglasmodul von 1 bis 5 und / oder eine Mischung von Wassergläsern mit verschiedenen Wasserglasmodulen ist;
> der Anteil an Binder / Bindemitteln zwischen 0,5 Gew.-%, und 15 Gew.-% bezogen auf das eingesetzte Salz liegt; > der Anteil des Binders / Bindemittels in Abhängigkeit vom Benetzungsverhalten und Wasserglasmodul zwischen 0,5 Gew.-% und 15 Gew.-% bezogen auf das eingesetzte Salz liegt; als Binder / Bindemittel Wasserglas mit einem Anteil von 0,5 Gew.-% bis 15 Gew.-% bezogen auf das eingesetzte Salz, in Abhängigkeit von der Korngrößenverteilung und abgestimmt auf den Wasserglasmodul, enthalten ist; als Trocknungsmittel in dem Bindersystem hydrophile Stoffe eingesetzt werden, die in der Lage sind, Wasser reversibel zu binden;
> als Trocknungsmittel in dem Bindersystem hochdisperse Kieselsäuren wie Aerosil, Silicagel, Zeolithe, wasserfreies Natriumsulfat und / oder Magnesiumsulfat eingesetzt werden;
> als Hilfsstoff ein Katalysator zugegeben wird;
> der Katalysator besonders feinkörniges Salz, vorzugsweise puderförmiges Salz mit einer Teilchengröße unter 100 nm ist;
> das Salz Natriumchlorid ist, das vorzugsweise in bi- oder trimodaler Korngrößenverteilung besonders bevorzugt in einer Korngrößenverteilung von 0,01 bis 0,29 mm, 0,3 bis 1 ,3 mm und / oder 1 ,31 bis 2,0 mm vorliegt, das Bindersystem aus der Kombination des Bindemittels Wasserglas und des Trocknungsmittels Aerosil besteht, der Katalysator besonders feinkörniges Salz, vorzugsweise puderförmiges Salz mit einer Teilchengröße unter 100 nm ist, dass gegebenenfalls weitere Hilfsstoffe wie Additive, Füllstoffe, Benetzungsmittel und /oder weitere Katalysatoren enthalten sind und dass die Mischung der Kernwerkstoffe rieselfähig ist;
> die Kern Werkstoffe homogen gemischt, zum Kern geformt und im Trockenpressverfahren verdichtet werden;
> die Kernwerkstoffe, je nach Werkstoff, gewünschter Oberflächengüte und Konturgenauigkeit des aus Metall zu gießenden Werkstücks, mit Korngrößen im Bereich von 0,01 mm bis 2 mm verwendet werden, zum Kern geformt und im Trockenpressverfahren verdichtet werden;
> die Kerne nach der Formgebung wärmebehandelt werden;
die Kerne nach der Formgebung bei einer Temperatur von bis zu 600 °C, vorzugsweise bei Temperaturen von 500 bis 600 °C, bevorzugt bei einer Temperatur 580 °C wärmebehandelt werden.
Verwendung finden können die erfindungsgemäßen Kerne beispielsweise als Hohlraumplatzhalter bei der Herstellung von metallischen Gussteilen, vorzugsweise in der Kokillengusstechnologie.