WO2009103098A2 - Pulverschlichten - Google Patents

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WO2009103098A2
WO2009103098A2 PCT/AT2009/000043 AT2009000043W WO2009103098A2 WO 2009103098 A2 WO2009103098 A2 WO 2009103098A2 AT 2009000043 W AT2009000043 W AT 2009000043W WO 2009103098 A2 WO2009103098 A2 WO 2009103098A2
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powder
coated
sizing
cores
mineral
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PCT/AT2009/000043
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WO2009103098A3 (de
WO2009103098A8 (de
Inventor
Angelos Psimenos
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Furtenbach Gmbh
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Priority to CA2715139A priority patent/CA2715139A1/en
Priority to EP09711876A priority patent/EP2244852A2/de
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Publication of WO2009103098A8 publication Critical patent/WO2009103098A8/de
Publication of WO2009103098A3 publication Critical patent/WO2009103098A3/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns

Definitions

  • the present invention relates to powdered sizing and its composition, production and application methods to lost molds as well as to other mineral and metallic articles (hereinafter referred to as "articles to be coated") in the foundry industry.
  • the manufacturing processes of casting are generally distinguished according to the patterning equipment, the molding materials, the mold making and the casting method. Casting is mainly divided into two groups, namely
  • Special processes include low pressure casting, composite casting, bell casting, art casting and casting.
  • Lost molds (which are also understood below as cast cores) are usually made of sand with suitable binders, so-called moldings.
  • a model is required, a sample of the casting to be produced.
  • permanent models are made of plastic, wood or metal depending on requirements. They contain not only the image of the casting to be cast, but also the gate, which are the channels through which the casting material is filled and distributed in the mold and removed by the air contained in the mold and the gases produced during casting. Continuous models are surrounded by the molding sand, which is then compacted by shaking and pressing so that it is stable. As a rule, castings are formed on both sides, so the mold is divided into lower and upper boxes so that the model can be removed again before casting. Then the top and bottom boxes are reassembled and the liquid cast material is poured into the resulting mold.
  • the binders of the foundry sand are selected to where possible be destroyed by the casting heat and the mold thereby disintegrating by itself, otherwise the mold must be mechanically destroyed in order to remove the casting.
  • Lost models are not removed from the mold before casting, so the mold can be one-piece.
  • the models are destroyed after pouring the casting material, either by evaporation, by melting or otherwise decomposing (eg polystyrene), or by being melted out before casting (wax, synthetic resins).
  • the molding material used to make lost molds (and cores) consists of a molding base, a binder and often other additives.
  • the molding material must be tailored in its composition to the molding and core-making process (e.g., densification, bedding), casting metal (e.g., casting temperature) and purpose (e.g., greater gas permeability in cores).
  • the usual wet coatings are sizing and varnishing, which can be applied by brushing, dipping, flooding or spraying. As sizing or blackening suspensions or dispersions of refractory materials are referred to, which are applied in the form of a thin coating on cores, molds or Lost Foam models, casting tools in the foundry industry and other mineral and metallic objects.
  • the present invention now relates to an application method of sizing to lost molds and cores, casting tools in the foundry industry as well as other mineral and metallic articles.
  • Alcohol sizing in which alcohol is used as the carrier liquid.
  • the most commonly used alcohol is isopropanol, whereby additions of other alcohols (for example ethanol and in some countries also methanol) are used to influence certain properties.
  • Water is used as the carrier liquid water.
  • the selection of the carrier liquid depends primarily on the binder system used, the production process at the user and the possibility of drying in the processing of the sizes.
  • the finished sizes are to be treated due to sedimentation due to storage time and transport. Since the main processing work has already been done by the manufacturer with special mixing units, the processing in the foundry is limited to mere homogenization, which can be done mainly directly in the delivery container. In this case, high shear forces are to be avoided in order to exclude any changes in the flow behavior of the sizing. Before the preparation of the size should never be skimmed off the liquid supernatant, since in this supernatant, the binders and additives are dissolved, which significantly influence the application properties of the size.
  • the powder component is a mixture of fillers and powdered additives
  • the paste component however, a mixture of suspending agent, fillers, binders and liquid additives.
  • the swelling process of the suspending agent or thickener in the size has already been completed, and only a homogeneous mixture of paste, fillers and carrier liquid has to be added.
  • a stationary mixing plant with a corresponding stirring unit (dissolver) is required.
  • Diving is today the fastest and most economical type of coating and can also be easily automated by dipping robots with a constant range of moldings.
  • the advantage of the automated dipping process is the regularity.
  • over-coating the core marks can be detrimental if the parts need to be assembled into larger systems.
  • Another disadvantage is the loss of material during the process (drops, dipping pool residues, etc.).
  • Spraying is one of the application processes with the highest losses in terms of material usage.
  • the spray mist furthermore requires additional measures to prevent work.
  • the layer thickness of the coating varies to varying degrees depending on the employed employee and can lead to casting defects.
  • Brushing is certainly the simplest but at the same time most time consuming form of coating.
  • a significant advantage of painting is that core marks and cooling iron do not have to be coated.
  • This form of sizing application is mainly found in large cores and molds which are allowed to take up little carrier liquid. The layer thickness depends both on the experience of the respective employee and on the processing setting of the sizing.
  • a mixture of refractory particles is completely coated with a polymer as a binder, after which these coated refractory particles are applied to molds by an electrostatic powder spray method.
  • DE 31 01 565 discloses an electrostatic coating of a plastic film, wherein the coating on the backfill facing side of the film is applied before the backfill is introduced, so that the sizing between plastic film and backfill (ie lost form or core) is.
  • EP 1 669 475 relates to a simple powder coating of a body part, wherein the surface of the body part has been pretreated, for example with a solution comprising zirconium and a silane.
  • the object of the present invention is therefore to avoid the disadvantages associated with conventional application processes for liquid sizes and to simultaneously exploit the advantages of using dry powder sizes in a process for applying a refractory coating to lost molds, cores and other mineral and metallic objects.
  • the lost forms, cores and other mineral and metallic objects coated with a solution, dispersion or suspension of a polymer are made conductive by applying an electrolyte solution and the refractory coating is applied in the form of a dry size by means of an electrostatic or tribostatic powder spraying process.
  • the powder sizings are not dispersed or suspended in water or alcohol before use but are applied dry to the article to be coated. Applying the Powder finishing is carried out in a stationary, closed, emission- and dust-free process with the appropriate equipment.
  • Powder coating or powder spraying is a coating process in which a generally electrically conductive material or article is coated with a suitable powder.
  • the powder is sprayed electrostatically or tribostatically on the substrate to be coated and then baked.
  • the object must be degreased well in advance.
  • the powder particles are electrically charged by friction, to then be applied by compressed air to the object to be coated. The particles then adhere to it due to their electrical charge. Whenever an electrostatic process is mentioned below, this also means a tribostatic process.
  • polymer means all organic and inorganic polymer substances, irrespective of their chemical composition, which can be dissolved, dispersed or suspended in water or organic solvents.
  • Thermoplasts and / or aminoplasts are preferably used.
  • Thermoplastics have no crosslinking points and are meltable on exposure to temperature, but are solidified on cooling, while aminoplasts, mainly urea and melamine resin, are thermosets, but have the property once more under the action of temperature
  • aminoplasts mainly urea and melamine resin
  • thermosets but have the property once more under the action of temperature
  • the surfaces of the objects to be coated are rendered conductive by application of an electrolyte solution prior to application of the size Trag can be done for example by dipping, flooding, spraying and / or brushing
  • the articles are dried after the application of the electrolyte solution and before the application of the size.
  • the articles may also be electrostatically coated with the size without prior drying.
  • Metallic objects do not require any pretreatment, since their surface is inherently conductive.
  • the refractory coating applied in the form of a dry sizing by electrostatic powder spraying is heated in a continuous or batchwise charging furnace, preferably by a heating process selected from the group consisting of hot air heating, infrared heating and light pulse Heating method and electron beam heating, as well as combinations thereof.
  • a heating process selected from the group consisting of hot air heating, infrared heating and light pulse Heating method and electron beam heating, as well as combinations thereof.
  • thermoplastic or aminoplastic polymer refers to all polymers, regardless of the chemical composition, which change their state of aggregation from “solid” to “pasty” or “liquid” as a result of the action of temperature in general, the condensation products of aldehydes (eg formaldehyde) with amines (eg urea / thiourea, melamine, cyanamide) understood, for example urea, melamine, thiourea resins, inter alia
  • the dry sizing for use in this process comprises mineral fillers, avoiding rheological additives such as suspending agents, thickeners, fluxes or crosslinking agents.
  • the powder sizes consist - except for conventional auxiliaries, especially for an electrostatic powder spray process - practically only from the mineral fillers, without suspending agents, thickeners, flux or crosslinking agents, which are not necessary in the process according to the invention.
  • the preparation of the powder sizes according to the invention is carried out by a homogeneous mixing of the raw materials used. A digestion for several hours, as in conventional potholes necessary, is not required. This results in a cost savings in terms of personnel and energy costs.
  • the process according to the invention is a solvent-free or solvent-reduced process in which no or extremely reduced amount of organic emissions is produced.
  • the methods of applying the powder sizes of the present invention to cores, molds, lost foam models in the foundry industry, and other mineral and metallic articles include, for example, the following steps:
  • the objects to be coated are cleaned and their surface rendered conductive by means of an electrolyte solution.
  • Metallic objects do not require any pretreatment, since their surface is inherently conductive.
  • an aqueous solution of an alkali, alkaline earth or metal salt or a dilute, aqueous solution of an organic or inorganic acid or base is used as the electrolyte solution.
  • the order can be done, for example, by dipping, flooding, spraying and / or brushing, if desired, the articles are dried after the application of the electrolyte solution. Care must be taken to ensure that the objects to be coated do not form a Faraday cage if possible, otherwise a tribo-static method should be used rather than an electrostatic procedure.
  • polymer means all organic and inorganic polymer materials, irrespective of their chemical composition, which can be dissolved, dispersed or suspended in water or organic solvents, for example polyacrylates, polyvinyl alcohols and polyvinyl derivatives, phenol novolaks, urea and melamine resins , Polyamines, polyamides, thermosetting oils and natural polymers such as lignin derivatives, tannin derivatives, cellulose derivatives, starch derivatives, polysaccharides, water glasses and inorganic polymers such as polysilicates and polyphosphates.
  • polymer means all organic and inorganic polymer materials, irrespective of their chemical composition, which can be dissolved, dispersed or suspended in water or organic solvents, for example polyacrylates, polyvinyl alcohols and polyvinyl derivatives, phenol novolaks, urea and melamine resins , Polyamines, polyamides, thermosetting oils and natural polymers such as lignin derivatives, tannin derivatives, cellulose derivatives, starch
  • the size is in solid powder or granular form, in any case includes a mixture of mineral fillers, such as. Alkaline earth oxides, metal oxides, graphite, etc.
  • the size can be used directly without further preparation.
  • the powder spray process (EPS process) for the finish application is as follows:
  • the powder sizing is fluidized with air in a powder container, ie loosened with air surges.
  • the air used may have a maximum water vapor content of 1.3 g / m 3 .
  • the air pressure is 5 - 12 bar.
  • the fluidized powder from the container to the spray gun for example, an EPS hand spray gun from the trade with ceramic nozzle, promoted and there by means of integrated high voltage generation (nominal input voltage 10 V eff., Frequency 15-20 kHz, nominal output voltage 100 kV, polarity negative) electrostatically charged and ejected in the direction of the core to be coated, shape, lost foam models, mineral or metallic object.
  • the electrostatic forces direct the powder particles to the objects to be coated.
  • the objects to be coated must be well grounded before spraying.
  • Especially suitable for small parts is also a variant that works in a fluidized bath.
  • the electrostatic charging of the powder particles can be carried out according to the present invention with the following types of spray guns:
  • the powder particles are negatively charged.
  • the corona electrodes have a high voltage of about 100 kV.
  • air ions are generated, which charge the powder particles electrostatically. Disturbances in the coating layer may possibly occur due to the "rejuvenating effect". This is caused by air ions, which charge the deposited powder layer.
  • Suitable nozzle systems are available for customization. In the method of the present invention are particularly suitable nozzle systems made of ceramic or stainless steel.
  • the polymers which are present in the polymer layer applied before application of the size melt.
  • the molten polymer anchors to the surface of the article to be coated and forms a closed, very well-adherent polymer film, which acts as a binder and binds the powdery fillers of the size.
  • the baking takes place, depending on the chemical composition of the polymer contained at temperatures between 100 - 400 ° C.
  • the aim is a rapid and effective warming and thus a burn-in of the applied sizing powder.
  • This can e.g. be achieved by hot air drying or jet drying.
  • the following heating methods are available for "stoving" the powder sizings:
  • Hot air drying An effective but slow heating and drying can also be achieved with conventional hot air drying
  • Infrared Usually carried out with infrared radiators emitting heat from 200 ° C to 400 ° C. According to the nature and surface of the coated articles, the infrared rays are absorbed or reflected by them. The non-reflected radiation fraction leads to a rapid increase in temperature of the powder size and the objects to be coated. The rapid heating of the powder size and the melting or flow of the thermoplastic or aminoplastic polymer requires a precise adherence to the heating time. The infrared heating is only to be used in continuous processes in which the transport speed can be precisely matched to the dry material, so that there is no overheating of the coating at individual points of the object to be coated.
  • Light pulse warm-up process In principle, a kind of UV radiation heating method.
  • UV rays are collimated by reflectors and directed as parallel bundles on the surface of the coated articles. This makes it possible to change the distance between the surface of the coated article and reflectors within a range of about 1000 mm.
  • This type of heating is particularly suitable for polyester polyurethane or urea or melamine resins as a binder. The heating time is between 15 and 35 seconds.
  • Electron beam heating This process is used to cure powder layers that are more than 400 ⁇ m thick. They harden completely in fractions of a second, which is why the process enables correspondingly high belt speeds.
  • electrons are emitted from a tungsten wire and bundled in an electric field.
  • the bundled electrons (electron beam) spread over the entire width of the conveyor belt.
  • the curing of the polymer contained takes place without heat development in an about 100 mm long irradiation zone.
  • This process is economical only at high throughput rates. In addition, special safety precautions are necessary because the radiation is very dangerous for humans.
  • the following wavebands may be selected as needed:
  • Infrared Wavelength range 1 mm to 800 nm; Frequency range 3.1011 to 3.75.1014 Hz.
  • the experiments were performed with cold box, hot box and furan (no-bake) cores and lost foam models.
  • the objects to be coated were made conductive by dipping or spraying with different electrolyte solutions. Eight pieces of cold box, hot box, furan (no-bake) sand cores and lost foam models were pretreated with each solution. Of these, four were dipped and four sprayed.
  • the electrolyte solutions used were: a) 5.0% MgSO4 solution (pH 6.5). b) 5.0% Na 2 HPO 4 solution (pH 9.1). c) 5.0% Na 2 SO 4 solution (pH 5.5). d) 5.0% Ni (CH 3 COO) 2 solution (pH 5.5). e) 5.0% FeSO4 solution. f) 10.0% citric acid (pH 1, 8). g) 2.0% H2SO4 (pH 1.5). h) 1, 5% H3PO4 (pH 1, 8). i) 2% KOH (pH 12).
  • the cores and Lost Foam models were dried for 5 minutes at 120 0 C by hot air drying.
  • Powder sizing 1 consisting of:
  • the comparative product is an alcohol sizing (ie same composition but suspended in alcohol).
  • Powder sizing 2 consisting of:
  • the comparative product is a water-based (i.e., same composition but suspended in water).
  • the specific composition of the sizes was chosen because such sizes are often used in the foundry industry and the sizes are very high or low density, eg zircon 3.9-4.8 g / cm 3 , mica 2.7-2 , 8 g / cm 3 and graphite 2.1 - containing 2,3.g / cm 3.
  • the powder sizing was fluidized with air in the powder container of the coating test plant, ie loosened with air surges.
  • the air used had a water vapor content of 0.9 g / m 3 , the air pressure was 8 bar.
  • the fluidized powder sizes were transferred from the container to the spray gun, e.g. a corona hand spray gun with ceramic nozzle, where it is electrostatically charged by means of integrated high voltage generation (nominal input voltage 10 V rms, frequency 15 - 20 kHz, nominal output voltage 100 kV, polarity negative) and in the direction of the pretreated and grounded sand cores or Lost Foam models pushed out.
  • the spray gun e.g. a corona hand spray gun with ceramic nozzle
  • integrated high voltage generation nominal input voltage 10 V rms, frequency 15 - 20 kHz, nominal output voltage 100 kV, polarity negative
  • the coated cores and Lost Foam models were treated by hot air drying for 15 minutes at 250 0 C and IR-drying for 5 minutes at 300 0 C.
  • the applied powder layer had a thickness of 200-250 ⁇ m.
  • Example 1 The sand cores and Lost Foam models coated in Example 1 were cast in iron foundry in the foundry.
  • Sand cores and Lost Foam models which are coated with the respective reference product alcohol or water-based size, served as comparison.
  • the castings produced using powder-coated sand cores and lost foam models are of the same quality as those below Use of the respective wet sizes produced castings.
  • FIG. 1 shows a cross-section of a powder-coated article
  • FIG. 2 shows a large-scale and automatically operating plant for the processing of powder sizes according to the EPS process designed according to the present invention.
  • a powdered article according to the invention is constructed in cross-section from the powder layer (1), a conductive layer and polymer layer (2) and the article itself (3).
  • a plant for processing powder sizes according to the EPS process consists of the following components:

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines feuerfesten Überzuges auf verlorene Formen, Kerne sowie auf andere mineralische und metallische Gegenstände, wobei vor Aufbringen des feuerfesten Überzugs die verlorenen Formen, Kerne sowie andere mineralische und metallische Gegenstände mittels Aufbringen einer Elektrolytlösung leitfähig gestaltet und mit einer Lösung, Dispersion oder Suspension eines Polymers beschichtet werden, und der feuerfeste Überzug dann in Form einer trockenen Schlichte mittels eines elektrostatischen oder tribostatischen Pulversprühverfahrens aufgebracht wird, sowie eine trockene Schlichte zur Verwendung in diesem Verfahren.

Description

Pulverschlichten
Die vorliegende Erfindung betrifft Pulverschlichten sowie ihre Zusammensetzung, Herstellung und Auftragsverfahren auf verlorene Formen sowie auf andere mineralische und metallische Gegenstände (in weiter Folge als „zu beschichtenden Gegenstände" bezeichnet) in der Gießereiindustrie.
Die Fertigungsverfahren des Gießens werden im Allgemeinen nach der Modelleinrichtung, den Formstoffen, der Formherstellung und der Gießmethode unterschieden. Das Gießen wird hauptsächlich in zwei Gruppen unterteilt, nämlich
- Guss in verlorener Form und
- Gießen in Dauerformen.
Sonderverfahren sind dabei noch der Niederdruckguss, der Verbundguss, das Glockengussverfahren, der Kunstguss und der Abguss.
Verlorene Formen (darunter werden im Folgenden auch Gusskerne verstanden) werden zumeist aus Sand mit geeigneten Bindemitteln, so genannten Formstoffen, hergestellt.
Zur Formgebung ist ein Modell erforderlich, ein Muster des herzustellenden Gussstücks. Man unterscheidet hierbei Dauermodelle und verlorene Modelle, wobei Dauermodelle je nach Anforderung aus Kunststoff, Holz oder Metall hergestellt werden. Sie enthalten nicht nur das Abbild des Gussstücks, das gegossen werden soll, sondern auch den Anschnitt, das sind die Kanäle, durch die der Gusswerkstoff in die Form gefüllt und verteilt sowie durch die in der Form enthaltene Luft und beim Abguss entstehenden Gase abgeführt werden. Dauermodelle werden vom Formsand umgeben, der dann durch Rütteln und Pressen so verdichtet wird, dass er stabil ist. In der Regel werden Gussstücke beidseitig geformt, deshalb ist die Form in Unter- und Oberkasten geteilt, damit das Modell vor dem Abguss wieder entnommen werden kann. Danach werden Ober- und Unterkasten wieder passgenau zusammengefügt und der flüssige Gusswerkstoff wird in die so entstandene Form gegossen.
Die Bindemittel des Formsandes sind so ausgewählt, dass sie nach Möglichkeit durch die Gießhitze zerstört werden und die Form dadurch von selbst zerfällt, anderenfalls muss die Form mechanisch zerstört werden, um das Gussstück entnehmen zu können.
Verlorene Modelle dagegen werden vor dem Abguss der Form nicht entnommen, die Form kann deshalb einteilig sein. Die Modelle werden nach dem Eingießen des Gusswerkstoffs zerstört, indem sie entweder verdampfen, ausschmelzen oder sich anderweitig zersetzen (z. B. Polystyrol), oder sie werden vor dem Guss ausgeschmolzen (Wachs, Kunstharze).
Der zur Anfertigung von verlorenen Formen (und Kernen) verwendete Formstoff besteht wie bereits weiter oben gesagt aus einem Formgrundstoff, einem Bindemittel und oft aus weiteren Zusatzstoffen. Der Formstoff muss in seiner Zusammensetzung auf das Form- und Kernherstellverfahren (z.B. Verdichtung, Schüttung), Gießmetall (z.B. Gießtemperatur) und auf den Zweck (z.B. größere Gasdurchlässigkeit bei Kernen) abgestimmt sein.
Ein großer Teil von Formen und Kerne erhält nach seiner Herstellung noch zusätzlich einen feuerfesten Überzug. Diese Überzüge führen zu einer sauberen Trennung zwischen dem Formstoff und dem Gießmetall und zu einer Verringerung der Oberflächenrautiefe der Gussstücke. Sie verhindern das Eindringen des Gießmetalls in den Formstoff und sorgen für ausreichende Erosionsbeständigkeit der Formoberfläche. Die üblichen nassen Überzüge sind Schlichten (Schwärzen) und Formlacke, die sich durch Streichen, Tauchen, Fluten oder Sprühen aufbringen lassen. Als Schlichten oder Schwärzen werden dabei Suspensionen bzw. Dispersionen von feuerfesten Stoffen bezeichnet, die in Form eines dünnen Überzuges auf Kerne, Formen oder Lost Foam- Modellen, Gießwerkzeuge in der Gießereiindustrie sowie auch andere mineralische und metallische Gegenstände aufgetragen werden.
Durch Aufbringen der Überzugsstoffe lässt sich folgendes erreichen:
- Eine Glättung der Oberfläche,
- eine Trennung von Kern und Gusswerkstoff,
- eine Wärmeisolierung des Kerns / der Form als Schutz vor schockartiger Wärmebelastung des Sandes und - Die Verhinderung von unerwünschten chemischen und thermischen Reaktionen zwischen Kernstoff und Gusswerkstoff.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Auftragsverfahren von Schlichten auf verlorene Formen und Kerne, Gießwerkzeuge in der Gießereiindustrie sowie auch andere mineralische und metallische Gegenstände.
Grossteils bestehen die derzeit verwendeten, konventionellen Schlichten nach ihrer Zubereitung aus etwa 30 - 50 % Lösungsmittel (Alkohol oder Wasser) bzw. werden die konventionellen „Trockenschlichten" vor der Anwendung in Lösungsmitteln (Alkohol oder Wasser) gelöst, genauer gesagt suspendiert oder dispergiert.
Nachteile der konventionellen Schlichten sind die energieintensive Herstellung und Aufbereitung, die ungleichmäßige Schichtdicke nach dem Auftragen, die großen Materialverluste, die Emissionsproblematik, die Gefahrenklasse betreffend Lagerung und Transport (Alkoholschlichten) und die hohen Transportkosten.
Aus technischer Sicht ist die Funktionalität einer Schlichte von der chemischen Zusammensetzung ihrer Bestandteile abhängig. Somit ist die Verwendung bestimmter Bestandteile, hauptsächlich mineralischer „Füllstoffe", durch die Anforderungen des Anwenders vorgegeben.
Bezogen auf die Trägerflüssigkeit gibt es grundsätzlich zwei Gruppen von Schlichten: a) Alkoholschlichten, bei denen als Trägerflüssigkeit Alkohol verwendet wird. Der am häufigsten eingesetzte Alkohol ist dabei Isopropanol, wobei zur Beeinflussung bestimmter Eigenschaften auch Zusätze von anderen Alkoholen (z.B. Ethanol und in etlichen Länder auch Methanol) Verwendung finden. b) Bei Wasserschlichten wird als Trägerflüssigkeit Wasser verwendet.
Die Auswahl der Trägerflüssigkeit richtet sich primär nach dem verwendeten Bindersystem, dem Produktionsablauf beim Anwender und der Trocknungsmöglichkeit bei der Verarbeitung der Schlichten.
Weiters können behördliche Auflagen den Einsatz von Alkoholschlichten unrentabel machen oder sogar verhindern. Aus Gründen der Arbeitssicherheit und des Umweltschutzes nimmt daher der Bedarf an Wasserschlichten ständig zu. Aufgrund ihrer Konsistenz bzw. Belieferungsform werden die Schlichten wie folgt zugeordnet: a) Fertigschlichten: bieten ein hohes Maß an Gleichmäßigkeit und geringe Aufbereitungsarbeit, sind praktisch sofort einsetzbar. b) Pastenförmige Schlichten: werden meistens verdünnt und erfordern mehr Aufbereitungsarbeit als die Fertigschlichten. Die Verdünnung erfolgt beim Anwender. c) Zwei-Komponenten-Systeme (Pulver / Paste): die Verdünnung erfolgt beim Anwender, für die Fertigstellung ist allerdings eine Mischanlage erforderlich. d) Pulverschlichten: sind trocken, ihre Aufbereitung (Suspendierung oder Dispergierung) erfolgt zur Gänze beim Anwender.
Grundsätzlich müssen alle Schlichten, auch Fertigschlichten, unabhängig von ihrer Lieferform aufbereitet werden, um sie gebrauchsfertig zu machen. Der Aufwand für die Aufbereitung und dadurch mögliche Fehlerquellen unterscheiden sich jedoch voneinander.
Die Fertigschlichten sind aufgrund der durch Lagerzeit und Transport stattfindenden Sedimentation aufzubereiten. Da die Hauptaufbereitungsarbeit bereits vom Hersteller mit speziellen Mischaggregaten geleistet wurde, beschränkt sich die Aufbereitung in der Gießerei auf bloßes Homogenisieren, das hauptsächlich direkt im Liefergebinde erfolgen kann. Dabei sind hohe Scherkräfte zu vermeiden um eventuelle Veränderungen des Fließverhaltens der Schlichte auszuschließen. Vor der Aufbereitung der Schlichte sollte man niemals den Flüssigkeitsüberstand abschöpfen, da in diesem Überstand die Bindemittel und Additive gelöst sind, welche die Anwendungstechnischen Eigenschaften der Schlichte maßgeblich beeinflussen.
- Vorteile: gebrauchsfertiger Zustand, Aufbereitung sehr einfach, konstante
Verarbeitungseinstellung durch den Hersteller garantiert;
- Nachteile: hohe Kosten für den Transport der Trägerflüssigkeit.
Für die Pastenschlichten gilt grundsätzlich dasselbe wie bei den Fertigschlichten, denn auch hier erfolgt die Hauptaufbereitungsarbeit bereits beim Hersteller. In diesem Fall gestaltet sich die Endaufbereitung beim Anwender aufgrund der Schlichtenkonsistenz schwieriger, da die erforderliche Zugabemenge an Trägerflüssigkeit von der Paste nur sehr schwer aufgenommen wird. Abhilfe schafft man hier durch mechanisches Zerteilen der Paste mittels geeigneter Mischaggregate. Diese Lieferform wird gewählt, um hauptsächlich Wasserschlichten wirtschaftlich transportieren zu können. Die Aufbereitung der Pastenschlichten sollte nur in Etappen erfolgen.
- Vorteile: Transportkostenersparnis, geringes Maß an Fehlerquellen.
- Nachteile: schwieriger zu homogenisieren als Fertigschlichten, Kontrolle der
Verarbeitungsviskosität nach jeder Aufbereitung empfehlenswert.
Zwei-Komponenten-Systeme werden geliefert um gegenüber Wasserschlichten eine Transportkostenersparnis zu erzielen. Die Pulverkomponente ist eine Mischung aus Füllstoffen und pulverförmigen Additiven, die Pastenkomponente hingegen eine Mischung aus Suspensionsmittel, Füllstoffen, Bindemittel und flüssigen Additiven. Durch die pastenförmige Komponente ist der Quellprozess der Suspensionsmittel bzw. Verdicker in der Schlichte bereits abgeschlossen, es muss nur noch eine homogene Mischung von Paste, Füllstoffen und Trägerflüssigkeit erfolgen. Für diese Aufbereitung wird eine stationäre Mischanlage mit entsprechendem Rühraggregat (Dissolver) benötigt. _
- Vorteile: Transportkostenersparnis,
- Nachteile: Mischanlage erforderlich, Aufbereitung arbeitsintensiv, entsprechende
Staubabsaugung erforderlich.
Bei Pulverschlichten erfolgt die Aufbereitung vollständig beim Anwender. Um den Quellprozess zu beschleunigen sind hierfür Rühraggregate zu empfehlen, welche hohe Scherkräfte aufbringen. Ohne Anwendung von Scherkräften verlangsamt sich der Quellprozess der Inhaltsstoffe enorm, beeinflusst aber nicht die Qualität der fertig aufbereiteten Schlichte. Sollte der Quellprozess noch nicht abgeschlossen sein, können allerdings Probleme bei der Verarbeitung auftreten (Tauch- oder Streichverhalten, Ungleichmäßigkeit der aufgetragenen Schichte etc.).
- Vorteile: größte Transportkostenersparnis, hohe Lagerbeständigkeit;
- Nachteile: Aufbereitung beim Verbraucher, hohes Maß an Fehlerquellen, qualitativ hochwertige Mischaggregate erforderlich, Aufbereitung arbeitsintensiv, Staubabsaugung erforderlich. Wie bereits erwähnt werden die Schlichten auf die Formen, Kerne und Gusswerkzeuge sowie auf mineralische und metallische Gegenstände herkömmlicherweise durch Tauchen, Fluten, Sprühen und Streichen aufgetragen.
Tauchen ist heute die schnellste und wirtschaftlichste Art der Beschichtung und kann bei konstantem Formteilprogramm auch gut durch Tauchroboter automatisiert werden. Der Vorteil vom automatisierten Tauchvorgang ist die Regelmäßigkeit. Bei dieser Beschichtungsart kann sich jedoch die Überziehung der Kernmarken nachteilig auswirken, wenn die Teile zu größeren Systemen zusammengebaut werden müssen. Ein weiter Nachteil ist der Materialverlust während des Vorganges (Tropfen, Tauchbeckenreste etc.).
Fluten gehört wie das Tauchen zu einer rationellen Beschichtungsmethode und beschränkt sich nicht nur auf Kernteile. Eine Automatisierung der Arbeit ist bei dieser Methode schwer möglich, und die Gleichmäßigkeit der aufgetragenen Schicht ist schlechter als beim Tauchvorgang. Auch die Beschichtung der Kernmarken lässt sich schwer vermeiden. Auch bei dieser Auftragsart treten Materialverluste auf.
Sprühen gehört zu jenen Auftragsverfahren mit den höchsten Verlusten bezogen auf den Materialeinsatz, durch die Sprühnebel sind weiters zusätzliche arbeitssichemde Maßnahmen notwendig. Die Schichtdicke des Überzuges schwankt je nach eingesetztem Mitarbeiter unterschiedlich stark und kann zu Gussfehlern führen.
Das Streichen ist sicher die einfachste aber zugleich zeitaufwendigste Form der Beschichtung. Ein wesentlicher Vorteil des Streichens besteht darin, dass Kernmarken und Kühleisen nicht überzogen werden müssen. Diese Form des Schlichtenauftragens ist hauptsächlich bei großen Kernen und Formen die wenig Trägerflüssigkeit aufnehmen dürfen, anzutreffen. Die Schichtdicke hängt sowohl von der Erfahrung des jeweiligen Mitarbeiters als auch von der Verarbeitungseinstellung der Schlichte ab.
Gemäß der WO 1980/01654 A1 wird eine Mischung aus Feuerfestpartikeln mit einem Polymer als Bindemittel vollständig beschichtet, wonach diese beschichteten Feuerfestteilchen durch ein elektrostatisches Pulversprühverfahren auf Formen aufgebracht werden.
Die DE 31 01 565 offenbart ein elektrostatisches Beschichten einer Kunststofffolie, wobei die Beschichtung auf die der Hinterfüllmasse zugewandte Seite der Folie aufgebracht wird, bevor die Hinterfüllmasse eingebracht wird, sodass sich die Schlichte zwischen Kunststofffolie und Hinterfüllmasse (also verlorene Form bzw. Kern) befindet.
In der US 5,033,532 wird ein Verfahren beschrieben, wobei ein trockenes, pulverisiertes Isoliermittel auf die Oberfläche einer Form geschichtet wird, um eine poröse Isolierschicht auf der Formoberfläche vorzusehen. Es ist ein Aufbringen der Isolierschicht mittels elektrostatischen Beschichtungsverfahrens vorgesehen, andererseits geht aus dem Dokument klar hervor, dass die elektrostatisch aufgebrachte Isolierschicht auf dem Gussstück verbleibt, wobei das geschmolzene Metall in die poröse Isolierschicht eindringt und sich mit dieser unter dem hohen angewandten Druck verbindet.
Die EP 1 669 475 betrifft ein einfaches Pulverbeschichten eines Karosserieteils, wobei die Oberfläche des Karosserieteils vorbehandelt wurde, beispielsweise mit einer Lösung umfassend Zirkonium und einem Silan.
Der allgemeine Hintergrund zu Theorie und Praxis von elektrostatischen Sprühverfahren wird in Bailey:"The Science and Technology of Electrostatic Powder Spraying, Transport and Coating", Journal of Electrostatics, Elsevier Science Publishers B.V. Amsterdam, NL, vol 45, pages 85-120, 10.12.1998, XP004143550, ISSN 0304- 3886 zusammengefasst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die mit herkömmlichen Auftragsverfahren für flüssige Schlichten verbundenen Nachteile zu vermeiden und bei einem Verfahren zum Auftragen eines feuerfesten Überzuges auf verlorene Formen, Kerne sowie auf andere mineralische und metallische Gegenstände gleichzeitig die Vorteile der Verwendung von trockenen Pulverschlichten auszunutzen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der oben genannten Art vor Aufbringen des feuerfesten Überzugs die verlorenen Formen, Kerne sowie andere mineralische und metallische Gegenstände mit einer Lösung, Dispersion oder Suspension eines Polymers beschichtet, mittels Aufbringen einer Elektrolytlösung leitfähig gestaltet werden und der feuerfeste Überzug in Form einer trockenen Schlichte mittels eines elektrostatischen oder tribostatischen Pulversprühverfahrens aufgebracht wird. Im Unterschied zu den Verfahren des Standes der Technik werden im erfindungsgemäßen Verfahren die Pulverschlichten vor ihrer Verwendung nicht in Wasser oder Alkohol dispergiert oder suspendiert, sondern trocken auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgebracht. Das Auftragen der Pulverschlichten erfolgt in einem stationären, geschlossenen, emissions- und staubfreien Prozess mit den entsprechenden Anlageeinrichtungen. Der Anteil der Pulverschlichte, der während des Auftragens nicht auf den zu beschichtenden Gegenständen haftet wird abgesaugt und in den Prozesskreislauf zurückgeführt. Pulverbeschichten oder Pulversprühen ist ein Beschichtungsverfahren, bei dem ein in der Regel elektrisch leitfähiger Werkstoff oder Gegenstand mit einem geeigneten Pulver beschichtet wird. Dabei wird das Pulver elektrostatisch oder tribostatisch auf den zu beschichtenden Untergrund aufgesprüht und anschließend eingebrannt. Im Vorfeld ist der Gegenstand jedenfalls gut zu entfetten. Beim tribostatischen Verfahren werden die Pulverpartikel durch Reibung elektrisch aufgeladen, um dann durch Druckluft auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgetragen zu werden. An diesem bleiben die Partikel dann aufgrund ihrer elektrischen Ladung haften. Wenn im Folgenden von einem elektrostatischen Verfahren die Rede ist wird darunter auch ein tribostatisches Verfahren verstanden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden vor Aufbringen des feuerfesten Überzugs auf die verlorenen Formen, Kerne sowie auf andere mineralische und metallische Gegenstände diese mit einer Lösung, Dispersion oder Suspension eines Polymers beschichtet. Unter „Polymer" im Sinne der Erfindung sind alle organischen und anorganischen Polymerstoffe, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung gemeint, die in Wasser oder organischen Lösungsmittel gelöst, dispergiert oder suspendiert werden können. Die mit Polymerlösung besprühten Gegenstände werden ohne Trocknung dem Auftrag der Pulverschlichte zugeführt. Vorzugsweise kommen Thermoplaste und/oder Aminoplaste zum Einsatz. Thermoplaste weisen keine Vernetzungsstellen auf und sind bei Temperatureinwirkung schmelzbar, werden jedoch beim Abkühlen wieder fest, Aminoplaste, hauptsächlich Harnstoff- und Melaminharz, sind zwar Duroplaste, besitzen jedoch die Eigenschaft bei Temperatureinwirkung nochmals und nur einmal zu schmelzen (Flusspunkt der Aminoplaste), und werden bei einer weiteren Temperatureinwirkung fest. Weiters werden die Oberflächen der zu beschichtenden Gegenstände vor dem Auftrag der Schlichte mittels Aufbringen einer Elektrolytlösung leitfähig gestaltet. Der Auftrag kann dabei beispielsweise durch Tauchen, Fluten, Sprühen und/oder Streichen erfolgen
Vorzugsweise werden die Gegenstände nach dem Aufbringen der Elektrolytlösung und vor dem Auftrag der Schlichte getrocknet. Alternativ können die Gegenstände auch ohne vorheriger Trocknung elektrostatisch mit der Schlichte beschichtet werden. Metallische Gegenstände bedürfen an sich keiner Vorbehandlung, da deren Oberfläche von Haus aus leitend ist.
Weiters ist vorteilhaft, wenn im erfindungsgemäßen Verfahren der mittels des elektrostatischen Pulversprühverfahrens in Form einer trockenen Schlichte aufgebrachte feuerfeste Überzug in einem Ofen mit kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Beschickung erhitzt wird, vorzugsweise mittels eines Heizverfahrens ausgewählt aus der Gruppe umfassend Heißluft-Heizverfahren, Infrarot-Heizverfahren, Lichtimpuls-Aufwärmverfahren und Elektronenstrahl-Aufheizung, sowie Kombinationen hiervon. Beim Einbrennen der beschichteten Gegenstände verankert sich das enthaltene Polymer mit der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes und bildet einen geschlossenen, sehr gut haftenden Polymerfilm, der als Bindemittel fungiert und die pulverförmigen Füllstoffe der Schlichte bindet. Das Einbrennen erfolgt je nach der chemischen Zusammensetzung des enthaltenen Polymers bei Temperaturen zwischen 100 - 400 0C. Nach dem Erhitzen oder „Einbrennen" des feuerfesten Überzuges können die derart geschlichteten bzw. beschichteten Gegenstände entweder direkt oder nach erfolgter Abkühlung dem Gießprozess zugeführt bzw. gelagert werden.
Wenn im folgenden von einem thermoplastischen oder aminoplastischen Polymer die Rede ist, so sind damit alle Polymere gemeint, unbeachtet der chemischen Zusammensetzung, die durch Temperatureinwirkung ihren Aggregatzustand von „fest" zu „pastös" oder „flüssig" ändern. Unter „aminoplastische Polymere" werden allgemein die Kondensationsprodukte von Aldehyden (z.B. Formaldehyd) mit Aminen (z.B. Harnstoff/Thioharnstoff, Melamin, Cyanamid) verstanden, beispielsweise Harnstoff-, Melamin-, Thioharnstoffharze u.a.
Weiters wird erfindungsgemäß bevorzugt, dass die trockene Schlichte zur Verwendung in diesem Verfahren mineralische Füllstoffe umfaßt, unter Vermeidung von rheologischen Additiven, wie Suspensionsmittel, Verdicker, Flussmittel oder Vernetzungsmittel. Die Pulverschlichten bestehend dabei - bis auf übliche Hilfsstoffe, speziell für ein elektrostatisches Pulversprühverfahren - praktisch nur aus den mineralischen Füllstoffen, ohne Suspensionsmittel, Verdicker, Flußmittel oder Vernetzungsmittel, welche beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht nötig sind.
Das Haften der mineralischen Füllstoffe auf die zu beschichtenden Gegenstände sowie auf die anderen mineralischen und metallischen Gegenständen erfolgt durch die auf die Oberfläche der zu beschichtenden Gegenstände aufgesprühte Polymerlösung, -dispersion oder -Suspension.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind:
■ Eine gleichmäßige Verteilung der Schlichte auf die in der Gießereiindustrie verwendeten Formen, Kerne und Lost Foam-Modelle bzw. auf mineralische und metallische Gegenstände.
Einsparung von Rohstoffen, da bei den erfindungsgemäßen Pulverschlichten keine Suspensionsmittel, Verdickungsmittel, Netzmittel, Entschäumer etc. erforderlich sind.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Pulverschlichten erfolgt durch eine homogene Vermischung der eingesetzten Rohstoffe. Ein Aufschluss über mehreren Stunden, wie bei konventionellen Schlichen notwendig, ist nicht erforderlich. Somit ergibt sich eine Kosteneinsparung betreffend Personal- und Energiekosten.
Es handelt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren um einen lösungsmittelfreien bzw. lösungsmittelreduzierten Prozess, bei welchem keine oder extrem reduzierte Menge von organischen Emissionen anfallen.
Erhöhte Prozesssicherheit und ein gänzlicher Entfall der Schlichtenlagerung gemäß der VbF - Verordnung (Alkoholschlichten).
■ Sicherer Transport und Handling der erfindungsgemäßen Pulverschlichte sowie eine Vermeidung von Gefahrguttransporten.
Materialeinsparung durch die Vermeidung von Abfällen und Staubemissionen während des Auftragens der Pulverschlichten, da in einem geschlossenen System gearbeitet wird.
Einsparung von Transportkosten, da bei den konventionellen, lösungsmittelhältigen Schlichten etwa 50 % Lösungsmittel (Alkohol oder Wasser) transportiert werden.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nun durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden.
Die Verfahren zum Auftragen der Pulverschlichten gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Kerne, Formen, Lost Foam-Modelle in der Gießereiindustrie sowie auf andere mineralische und metallische Gegenstände umfasst beispielsweise die folgenden Schritte:
- Vorbehandlung:
Die zu beschichtenden Gegenstände werden gereinigt und ihre Oberfläche mittels einer Elektrolytlösung leitfähig gemacht. Metallische Gegenstände bedürfen an sich keiner Vorbehandlung, da deren Oberfläche von Haus aus leitend ist. Erfindungsgemäß wird als Elektrolytlösung eine wässrige Lösungen eines Alkali-, Erdalkali- oder Metallsalzes oder eine verdünnte, wässrige Lösungen einer organischen oder anorganischen Säure oder Base verwendet. Der Auftrag kann dabei beispielsweise durch Tauchen, Fluten, Sprühen und/oder Streichen erfolgen, gewünschtenfalls werden die Gegenstände nach dem Aufbringen der Elektrolytlösung getrocknet. Es ist darauf zu achten, dass die zu beschichtenden Gegenstände möglichst keinen Faraday'schen Käfig bilden, ansonsten sollte statt einem elektrostatischen Verfahren eher ein triboistatische Verfahren angewandt werden.
Die zu beschichtenden Gegenstände werden nochmals gereinigt und ihre Oberfläche mit einer thermoplastischen oder aminoplastischen Polymerlösung durch Tauchen, Fluten, Sprühen und/oder Streichen beschichtet. Unter „Polymer" im Sinne der Erfindung sind alle organischen und anorganischen Polymerstoffe, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung gemeint, die in Wasser oder organischen Lösungsmittel gelöst, dispergiert oder suspendiert werden können, wie z.B. Polyacrylate, Polyvinylalkohole und Polyvinylderivate, Phenolnovolacke, Harnstoff- und Melaminharze, Polyamine, Polyamide, thermisch härtende Öle und Naturpolymere wie Ligninderivate, Tanninderivate, Cellulosederivate, Stärkederivate, Polysacharide, Wassergläser und anorganische Polymere wie Polysilicate und Polyphosphate. Die Gegenstände können ohne Trocknung dem Auftrag der Pulverschlichte zugeführt werden. Auftrag:
Die Schlichte liegt dabei in fester Pulver- oder Granulatform vor, umfasst jedenfalls eine Mischung von mineralischen Füllstoffen, wie z.B. Erdalkalioxide, Metalloxide, Graphit, etc. Die Schlichte kann ohne weitere Vorbereitung direkt zum Einsatz gebracht werden. Das Pulversprühverfahrenen (EPS-Verfahren) für den Schlichtenauftrag gestaltet sich wie folgt:
Zuerst wird in einem Pulverbehälter die Pulverschlichte mit Luft fluidisiert, d.h. mit Luftstößen aufgelockert. Die verwendete Luft darf einen Wasserdampfgehalt von maximal 1 ,3 g/m3 aufweisen. Der Luftdruck beträgt 5 - 12 bar. Mit Hilfe von Injektoren wird das fluidisierte Pulver vom Behälter aus zur Sprühpistole z.B. eine EPS - Handsprühpistole vom Handel mit keramischer Düse, gefördert und dort mittels integrierter Hochspannungserzeugung (Nenneingangsspannung 10 V eff., Frequenz 15 - 20 kHz, Nennausgangsspannung 100 kV, Polarität negativ) elektrostatisch aufgeladen und in Richtung des zu beschichtenden Kerns, Form, Lost Foam-Modelle, mineralischen oder metallischen Gegenstandes ausgestoßen. Die Elektrostatischen Kräfte lenken die Pulverteilchen auf die zu beschichtenden Gegenstände.
Die zu beschichtenden Gegenstände müssen vor Beginn des Aufsprühens gut geerdet werden.
Der Anteil der Pulverschlichte, der während des Auftragens nicht auf die zu beschichtenden Gegenstände haftet (Overspray), wird abgesaugt und in den Prozeßkreislauf zurückgeführt.
Speziell für Kleinteile geeignet ist auch eine Variante, die im Wirbelbad arbeitet.
Die elektrostatische Aufladung der Pulverteilchen kann gemäß der vorliegenden Erfindung mit folgenden Typen von Sprühpistolen erfolgen:
- Korona-Sprühpistolen (am weitesten verbreitet): Die Pulverteilchen werden negativ aufgeladen. An den Koronaelektroden liegt eine Hochspannung von ca. 100 kV an. Dadurch werden Luftionen erzeugt, welche die Pulverteilchen elektrostatisch aufladen. Zu Störungen in der Beschichtungsschicht kann es evtl. durch den "Rücksprüheffekt" kommen. Dieser wird durch Luftionen hervorgerufen, welche die abgeschiedene Pulverschicht aufladen.
- Tribo-Sprühpistolen: Die Pulverteilchen werden positiv aufgeladen. Durch reibungs-elektrische Vorgänge beim turbulenten Durchströmen der Pistole laden sich die Pulverteilchen elektrostatisch auf. Der Beschichtungserfolg hängt bei dieser Technik stark vom verwendeten Beschichtungsmaterial ab.
Zwischen dem geerdeten und vorher leitfähig gestalteten Gegenstand, z.B. einem Kern, und der Sprühpistole wird ein elektrisches Feld erzeugt, welchem die Pulverpartikel folgen. Je nach Anforderung entsteht dadurch eine Schlichtenschicht von 30 - 500 μm. Einen entscheidenden Einfluss auf das Beschichtungsergebnis hat die dabei Charakteristik der Sprühwolke. Geeignete Düsensysteme stehen für die Anpassung zur Verfügung. Im Verfahren der vorliegenden Erfindung eignen sich besonders Düsensysteme aus Keramik oder Edelstahl.
Einbrennen
Beim Einbrennen der beschichteten Gegenstände schmelzen die Polymere, welche in der vor Auftrag der Schlichte aufgebrachten Polymerschicht enthalten sind. Das geschmolzene Polymer verankert sich mit der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes und bildet einen geschlossenen, sehr gut haftenden Polymerfilm, der als Bindemittel fungiert und die pulverförmigen Füllstoffe der Schlichte bindet. Das Einbrennen erfolgt je nach der chemischen Zusammensetzung des enthaltenen Polymers bei Temperaturen zwischen 100 - 400 °C.
Angestrebt wird eine schnelle und effektive Aufwärmung und damit ein Einbrennen des aufgetragenen Schlichtepulvers. Dies kann z.B. mittels Heißlufttrocknung oder Strahlentrocknung erreicht werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bieten sich für das „Einbrennen" der Pulverschlichten folgende Heizverfahren an:
Heißlufttrocknung: Eine effektive jedoch langsame Aufwärmung und Trocknung kann auch mit einer konventionellen Heißlufttrocknung erreicht werden
Infrarot: Wird meist mit Infrarotstrahlern durchgeführt, die eine Wärme von 200 0C bis 400 0C abgeben. Nach der Beschaffenheit und Oberfläche der beschichteten Gegenstände werden die Infrarotstrahlen von diesen absorbiert oder reflektiert. Der nicht reflektierte Strahlungsanteil führt zu einer raschen Temperaturerhöhung der Pulverschlichte und der zu beschichteten Gegenstände. Die schnelle Erwärmung der Pulverschlichte und das Schmelzen bzw. Fließen des thermoplastischen oder aminoplastischen Polymers fordert ein genaues Einhalten der Aufheizzeit. Die Infrarotaufheizung ist nur bei Durchlaufverfahren anzuwenden, bei denen die Transportgeschwindigkeit auf das Trockengut genau abgestimmt werden kann, damit es an einzelnen Stellen des zu beschichteten Gegenstandes nicht zu Überhitzungen der Beschichtung kommt.
Lichtimpuls-Aufwärmverfahren: Ist dem Prinzip nach eine Art UV - Strahlungsaufwärmverfahren. Bei dem Lichtimpuls-Aufwärmverfahren werden UV- Strahlen durch Reflektoren gebündelt und als parallele Bündel auf die Oberfläche der beschichteten Gegenstände gelenkt. Dadurch ist es möglich, den Abstand zwischen Oberfläche des beschichteten Gegenstandes und Reflektoren innerhalb eines Bereiches von etwa 1000 mm zu verändern. Diese Art des Aufheizens eignet sich besonders für Polyester- Polyurethan- bzw. Harnstoff- oder Melaminharze als Bindemittel. Die Aufheizdauer liegt zwischen 15 und 35 Sekunden.
Elektronenstrahl-Aufheizung: Dieses Verfahren dient zum Aushärten von Pulverschichten, die mehr als 400 μm dick sind. Sie härten in Bruchteilen von Sekunden vollständig aus, weswegen das Verfahren entsprechend hohe Bandgeschwindigkeiten ermöglicht. Bei diesem Verfahren werden von einem Wolframdraht Elektronen ausgesendet und in einem elektrischen Feld gebündelt. Die gebündelten Elektronen (Elektronenstrahl) bestreichen die ganze Breite des Förderbandes. Die Härtung des enthaltenen Polymers erfolgt ohne Wärmeentwicklung in einer etwa 100 mm langen Bestrahlungszone. Dieses Verfahren ist nur bei hohen Durchsatzmengen wirtschaftlich. Außerdem sind besondere Sicherheitsvorkehrungen notwendig, da die Strahlung für den Menschen sehr gefährlich ist.
Nach der Behandlung der geschlichteten oder beschichteten Gegenstände im Ofen werden diese direkt oder nach erfolgter Abkühlung der Weiterverwendung zugeführt oder gelagert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können nach Bedarf folgende Wellenbereiche gewählt werden:
Infrarot (IR): Wellenbereich 1 mm bis 800 nm; Frequenzbereich 3.1011 bis 3,75.1014 Hz.
Mikrowelle (MW): Wellenbereich, 1 m bis 1 mm; Frequenz 300 MHz bis 300 GHz). Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nun durch die nachfolgenden konkreten Beispiele näher erläutert. Alle Angeben sind in %-Masse.
Beispiel 1 : Beschichtung von Sandkernen und Lost Foam-Modellen
1.a. Vorbehandlung der Kerne:
Die Versuche wurden mit Cold-Box-, Hot-Box- und Furan- (No-Bake) -Sandkernen und Lost Foam-Modellen durchgeführt. Die zu beschichtenden Gegenstände wurden durch Tauchen bzw. Sprühen mit verschiedenen Elektrolytlösungen leitfähig gemacht. Mit jeder Lösung wurden jeweils acht Stück Cold-Box-, Hot-Box-, Furan (No-Bake) - Sandkerne und Lost Foam Modelle vorbehandelt. Davon wurden vier Stück getaucht und vier besprüht. Als Elektrolytlösungen wurden verwendet: a) 5,0 % MgSO4 -Lösung (pH 6,5). b) 5,0 % Na2HPO4 - Lösung (pH 9,1 ). c) 5,0 % Na2SO4 - Lösung (pH 5,5). d) 5,0 % Ni(CH3COO)2- Lösung (pH 5,5). e) 5,0 % FeSO4-Lösung. f) 10,0 % Zitronensäure (pH 1 ,8). g) 2,0 % H2SO4 (pH 1 ,5). h) 1 ,5 % H3PO4 (pH 1 ,8). i) 2 % KOH (pH 12).
1.b. Trocknung der Kerne:
Die Kerne und Lost Foam-Modelle wurden 5 Minuten lang bei 120 0C mittels Heißlufttrocknung getrocknet.
1.c. Auftrag der Pulverschlichte:
Je vier bereits vorbehandelten Sandkerne und Lost Foam Modelle wurden mittels des EPS-Verfahren mit Pulverschlichten folgender Zusammensetzung beschichtet.
Pulverschlichte 1 bestehend aus:
Zirkonmehl, Aluminiumsilicat, Fe2O3 (ohne Bindemittel)
Das Vergleichsprodukt ist eine Alkoholschlichte (d.h. gleiche Zusammensetzung jedoch suspendiert in Alkohol). Pulverschlichte 2 bestehend aus:
Aluminiumsilikat, Graphit, Glimmer, Sintermagnesit, Bentonit, Fe2O3 (ohne Bindemittel).
Das Vergleichsprodukt ist eine Wasserschlichte (d.h. gleiche Zusammensetzung jedoch suspendiert in Wasser)..
.Die spezielle Zusammensetzung der Schlichten wurden ausgewählt, da solche Schlichten häufig in der Gießereiindustrie verwendet werden und die Schlichten Bestandteile mit sehr hoher bzw. niedriger Dichte, z.B. Zirkonmehl 3,9 - 4,8 g/cm3, Glimmer 2,7 - 2,8 g/cm3 und Graphit 2,1 - 2,3.g/cm3, enthalten.
Zuerst wurden im Pulverbehälter der Beschichtungsversuchsanlage die Pulverschlichten mit Luft fluidisiert, d.h. mit Luftstößen aufgelockert. Die verwendete Luft hatte einen Wasserdampfgehalt von 0,9 g/m3, der Luftdruck betrug 8 bar.
Mit Hilfe von Injektoren wurden die fluidisierten Pulverschlichten vom Behälter aus zur Sprühpistole z.B. eine Korona-Handsprühpistole mit keramischer Düse, gefördert und dort mittels integrierter Hochspannungserzeugung (Nenneingangsspannung 10 V eff., Frequenz 15 - 20 kHz, Nennausgangsspannung 100 kV, Polarität negativ) elektrostatisch aufgeladen und in Richtung der vorbehandelten und geerdeten Sandkerne bzw. der Lost Foam Modelle ausgestoßen.
Der Anteil der Pulverschlichte, der während des Auftragens nicht auf die zu beschichtenden Gegenstände haftet (Overspray), wurde abgesaugt und in den Prozeßkreislauf zurückgeführt.
1.d. Einbrennen der Pulverschlichten:
Die beschichteten Kerne und Lost Foam Modelle wurden mittels Heißlufttrocknung 15 Minuten bei 250 0C und IR-Trocknung 5 Minuten bei 300 0C behandelt.
Die aufgetragene Pulverschicht wies eine Dicke von 200 - 250 μm auf.
Gussergebnisse
Die in Beispiel 1 beschichteten Sandkerne und Lost Foam-Modelle wurden in der Gießerei in Eisengrauguss gegossen.
Als Vergleich dienten Sandkerne und Lost Foam-Modelle, die mit dem jeweiligen Vergleichsprodukt Alkohol- bzw. Wasserschlichte beschichtet sind.
Die unter Verwendung der pulverbeschichteten Sandkerne und Lost Foam- Modellen hergestellten Gussstücke weisen die gleiche Qualität auf wie die unter Verwendung der jeweiligen Nassschlichten hergestellten Gussstücke.
In den beiliegenden Zeichnungen zeigen Fig 1 einen Querschnitt eines pulvergeschlichteten Gegenstandes und Fig. 2 eine gemäß der vorliegenden Erfindung konzipierte, großtechnische und automatisch arbeitende Anlage zur Verarbeitung von Pulverschlichten nach dem EPS-Verfahren.
Gemäß Fig. 1 ist ein erfindungsgemäß pulvergeschlichteter Gegenstand im Querschnitt aus der Pulverschicht (1), einer leitfähigen Schicht und Polymerschicht (2) und dem Gegenstand selbst (3) aufgebaut.
Gemäß Fig. 2 besteht eine Anlage zur Verarbeitung von Pulverschlichten nach dem EPS-Verfahren aus folgenden Komponenten:
• Druckbehälter für die Lagerung der Pulverschlichten.
• Druckbehälter fürs Overspray (Recyclingmaterial).
• Druckluftleitung (> 6 bar).
• Fördersystem (Förderbahn).
• Kabine zum „leitfähig machen" der zu beschichteten Kerne, Formen, Gusswerkzeuge und mineralischen Gegenstände mit Sprüheinrichtung.
• Apparatur zur elektrostatischen Aufladung der Pulverschlichten und Sprühpistole.
• Beschichtungskabine.
• Gebläse für die Absaugung und Förderung des „Overspray's" (Restschlichte).
• Einbrennofen.
• Kühlanlage.
• erforderliche Rohrleitungen.
Der Aufbau der Anlage ist einem Fachmann bei Betrachtung von Fig. 2 geläufig, sodass darauf nicht näher eingegangen werden muss.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e:
1. Verfahren zum Auftragen eines feuerfesten Überzuges auf verlorene Formen, Kerne sowie auf andere mineralische und metallische Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass vor Aufbringen des feuerfesten Überzugs die verlorenen Formen, Kerne sowie andere mineralische und metallische Gegenstände mittels Aufbringen einer Elektrolytlösung leitfähig gestaltet und mit einer Lösung, Dispersion oder Suspension eines Polymers beschichtet werden, und der feuerfeste Überzug dann in Form einer trockenen Schlichte mittels eines elektrostatischen oder tribostatischen Pulversprühverfahrens aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstände nach dem Aufbringen der Elektrolytlösung und vor dem Auftrag der Schlichte getrocknet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mittels des elektrostatischen Pulversprühverfahrens in Form einer trockenen Schlichte aufgebrachte feuerfeste Überzug in einem Ofen mit kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Beschickung erhitzt wird, vorzugsweise mittels eines Heizverfahrens ausgewählt aus der Gruppe umfassend Heißluft-Heizverfahren, Infrarot-Heizverfahren, Lichtimpuls-Aufwärmverfahren und Elektronenstrahl-Aufheizung, sowie Kombinationen hiervon.
4. Trockene Schlichte zur Verwendung in einem Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlichte mineralische Füllstoffe umfaßt, unter Vermeidung von Theologischen Additiven, wie Suspensionsmittel, Verdicker, Flußmittel oder Vernetzungsmittel.
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ANGELOS CH. PSIMENOS, STEFAN WENDL, GÜNTER EDER: "Schlichtenentwicklung bei Furtenbach (Coating Development at Furtenbach Company)" GIESSEREI RUNDSCHAU, Bd. 52, Nr. 5/6, 2005, Seiten 140-146, XP002549431 Gefunden im Internet: URL:http://www.furtenbach.com/upload/Publikationen/Schlichten/Schlichten-Allgemein%20-%20Giesserei%20Rundschau.pdf> *
BAILEY A G: "The science and technology of electrostatic powder spraying, transport and coating" JOURNAL OF ELECTROSTATICS, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS B.V. AMSTERDAM, NL, Bd. 45, Nr. 2, 10. Dezember 1998 (1998-12-10), Seiten 85-120, XP004143550 ISSN: 0304-3886 in der Anmeldung erwähnt *

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