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Dokumentenidentifikation DE10203380A1 07.08.2003
Titel Verfahren zur Herstellung von sandhaltigen Gießformteilen unter Verwendung von einseitig klebendem Band oder Folie
Anmelder ASHLAND-SÜDCHEMIE-KERNFEST GMBH, 40721 Hilden, DE
Erfinder Röckel, Erwin, 40723 Hilden, DE;
Werner, Hans-Jürgen, 45149 Essen, DE
Vertreter Vossius & Partner, 81675 München
DE-Anmeldedatum 29.01.2002
DE-Aktenzeichen 10203380
Offenlegungstag 07.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.08.2003
IPC-Hauptklasse B22C 7/06
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von sandhaltigen Gießformteilen, bei dem die Oberfläche des Kernkastens mit einseitig klebendem Band oder Folie ausgekleidet wird. Die Verwendung des Bandes oder der Folie verringert den Verschleiß der Kernkastenoberfläche und vermindert die Bildung von Harzablagerungen und Sandanhaftungen.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von sandhaltigen Gießformteilen, sowie die Verwendung von einseitig klebendem Band oder Folie zur Verringerung von Harzablagerungen und/oder Sandanhaftungen bei diesem Herstellungsverfahren.

In der Gießereitechnik werden sandhaltige Gießformteile verwendet, um Gußstücke zu erzeugen. Wenn diese Gußstücke Hohlräume aufweisen sollen, wird die Form des Hohlraumes durch einen Kern vorgebildet und dieser an entsprechender Stelle in der Form plaziert. So werden bei der Kernherstellung Quarzsand oder Sandgemische mit den entsprechenden Bindemitteln gemischt, mit hohen Einschießdrücken mittels einer Kernschießmaschine in Kernkästen oder Kernbüchsen (nachstehend "Kernkasten") geschossen und anschließend ausgehärtet. Bei der Aushärtung werden zum Teil gashärtende Verfahren, wie das Ashland Coldbox-Verfahren, das Epoxy-SO2-Verfahren und das Phenol-Resol-CO2-Verfahren verwendet.

Die Kernkästen oder Kernbüchsen können, je nach Losgröße oder Einsatz, aus Metallen, Kunststoffen, Holz oder Verbundstoffen bestehen, deren Oberflächen zum Teil lackiert oder beschichtet sind.

Beim Schuß in den Kernkasten wird durch die teilweise hohen Drücke ein Strahleffekt erzielt, der zu einer Separation des Bindemittels von den Sandkörnern und damit zu Sandanhaftungen oder Harzablagerungen auf der Kernkastenoberfläche führt. Bei den Sandanhaftungen handelt es sich um Aggregate einzelner Sandkörner, die an der Kernkastenoberfläche haften und die mit jedem Schuß anwachsen. Die Harzablagerungen bestehen aus Bindemittel, das wegen des Strahleffektes vom Sand getrennt wird und ebenfalls an der Kernkastenoberfläche haftet. Diese Rückstände müssen aufwendig entfernt werden.

Bei der heutigen Großserienproduktion von Kernen ist jedoch eine hohe Einsatzzeit der Kernkästen mit geringem Reinigungsaufwand wünschenswert, um effektiv und in gleichmäßiger Qualität produzieren zu können. Kurze Reinigungsintervalle und der dadurch erforderliche Personalaufwand führen zu erhöhten Produktionskosten. Zudem wird die Produktivität durch jeden Stillstand der Kernschießmaschine während beispielsweise der Reinigung oder während eines reinigungsbedingten Werkzeugwechsels verringert. Außerdem werden die Kernkästen durch eine häufige Reinigung stark belastet, wodurch ihr Verschleiß zunimmt. Trennmittelbeschichtungen auf der Oberfläche der Kernkästen und die Entwicklung neuer Bindemittelsysteme, z. B. die Verwendung von Fettsäureestern in Cold-Box-Bindern können zwar Harzablagerungen und die Anhaftung von Sandresten verringern, die Kernkästen müssen dennoch relativ häufig gereinigt werden.

Es war daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Dauer der Reinigungsintervalle bei der Herstellung von sandhaltigen Gießformteilen im Gießereiwesen verlängert wird.

Diese Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von sandhaltigen Gießformteilen, bei dem der verwendete Kernkasten ganz oder teilweise mit einseitig klebendem Band oder Folie ausgekleidet wird. Im einzelnen umfaßt das Verfahren die Schritte:

  • a) Bereitstellen eines Kernkastens;
  • b) vollständiges oder teilweises Auskleiden des Kernkastens mit einseitig klebendem Band oder Folie;
  • c) Einfüllen eines Bindemittel/Sand-Gemisches in den Kernkasten; und
  • d) Härten des Bindemittel/Sand-Gemisches, um das gewünschte Gießformteil zu erhalten.

Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung von einseitig klebendem Band oder Folie zur Verringerung von Harzablagerungen und/oder Sandanhaftungen in Kernkästen bei der Herstellung von sandhaltigen Gießformteilen. Zusätzlich wird die Verwendung von einseitig klebendem Band oder Folie zur Verringerung von Verschleiß bei der Herstellung von sandhaltigen Gießformteilen beschrieben.

Durch die Verwendung des Klebebandes bzw. der Klebefolie (nachstehend der Kürze wegen einfach als "Band" bezeichnet) werden mehrere Vorteile erreicht. Zum einen schützt das auf der Kernkastenoberfläche vorhandene Band diese vor den mechanischen Einwirkungen des mit hohem Druck einfließenden Bindemittel/Sand- Gemisches. Zudem wird die Reinigung des Kernkastens wesentlich vereinfacht. Wenn das Band Verschleißerscheinungen aufweist oder Harzablagerungen bzw. Sandhaftungen sich auf ihm gebildet haben, so kann das Band leicht durch einfaches Abziehen entfernt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei allen in der Gießereitechnik bekannten Verfahren zur Herstellung von sandhaltigen Gießformteilen und insbesondere von sandhaltigen Gießereikernen verwendet werden. Es ist weder auf ein besonderes Bindemittelsystem noch auf ein besonderes Härtungsverfahren beschränkt, sofern das Verfahren die Verwendung einer Kernschießmachine beinhaltet.

Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren bei gashärtenden bzw. kalthärtenden Verfahren, wie dem Ashland Coldbox-Verfahren, dem Epoxy-SO2- Verfahren und dem Phenol-Resol-CO2-Verfahren verwendet werden. Diese Verfahren sind beispielsweise in E. Fleming und W. Tilch, Formstoffe und Formverfahren, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, Stuttgart, 1993 beschrieben.

Ganz allgemein wird bei dem Herstellungsverfahren ein Bindemittelsystem in Kombination mit sandartigen Aggregaten eingesetzt. Das Bindemittelsystem enthält bestimmte Harze, wie beispielsweise Cold-box (Benzylether)-Harze, Resolharze oder Epoxyharze und kann je nach Anwendung weitere konventionelle Zusätze enthalten. Bevorzugte Bindemittelsysteme werden beispielsweise in E. Fleming und W. Tilch, a. a. O., beschrieben. Besonders bevorzugt sind die Cold-box-Harze.

Unter dem Begriff "Sand" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle Aggregate verstanden, die in der Gießereitechnik verwendet werden. Hierzu zählen neben Quarzsand auch ähnliche Aggregate. Für Standard-Gießformteile wird bevorzugt Quarzsand als Aggregatmaterial verwendet, wobei zumindest 90 Gew.-% und bevorzugt mehr als 99 Gew.-% des Sandes Siliciumdioxid sind. Zirkon-, Olivin- und Chromitsand eignen sich ebenfalls als Aggregatmaterialien. Die mittlere Korngröße des Aggregates reicht im allgemeinen von 0,20 bis 0,40 mm.

Die zur Herstellung der Gießformteile eingesetzten Verfahrensschritte sind konventionell und beispielsweise in S. Hasse, Gießereilexikon, 17. Auflage, 1997, Fachverlag Schiele und Schön, Berlin beschrieben. Im folgenden wird eine Ausführungsform des Verfahrens allgemein beschrieben.

Ein Bindemittel bzw. Bindemittelsystem wird mit Sand oder einem ähnlichen Aggregat gemischt, um einen Formstoff herzustellen. Der Formstoff enthält eine wirksam bindende Menge von bis zu 5 Gew.-% des Bindemittels, bezogen auf das Gewicht der Aggregate. Hierbei sollte die Größe der Aggregate dem Gießformteil eine ausreichende Porosität bzw. Gasdurchlässigkeit verleihen, so daß flüchtige Verbindungen während des Gießvorgangs entweichen können. Die Mischung kann zusätzlich gegebenenfalls andere konventionelle Additive, wie Eisenoxid, gemahlene Flachs- oder Holzfasern, Pech und mineralische Additive, enthalten.

Das Aggregatmaterial stellt bei Gießformteilen den Hauptbestandteil dar. In Gießformteilen aus Sand für Standardanwendungen beträgt der Anteil des Bindemittels im allgemeinen bis zu 5 Gew.-%, häufig zwischen 0,5 und 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Aggregates. Bei Cold-box Bindern werden bevorzugt 0,8 bis 2,0 Gew.-% Bindemittel, bezogen auf das Gewicht des Aggregates verwendet.

Anschließend wird der Formstoff in einen Kernkasten geschossen, wobei ein Gießformteil entsteht. Das Gießformteil wird dann gehärtet, so daß es seine äußere Form nach der Entfernung des Kernkastens behält. Konventionelle flüssige oder gasförmige Härtungssysteme können zum Härten des Bindemittelsystems verwendet werden. So kann z. B. gasförmiges Amin oder CO2 durch das Gießformteil geleitet werden. Es ist aber gleichermaßen die Kalthärtung mit einem flüssigen Katalysator möglich. Beispiele sind die vom Wasserglas-Ester- und Resol-Ester-Verfahren her bekannten Essigsäure- und Kohlensäureester. Nach dem Entfernen aus dem Kernkasten wird in an sich bekannter Weise das Gießformteil durch weiteres Härten in den Endzustand überführt. Das Gießformteil kann anschließend beim Gießen von z. B. Metallen eingesetzt werden.

Wesentlich ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß der Kernkasten, in dem das Gießformteil geformt wird, mit einseitig klebendem Band ausgekleidet wird. Je nach den Anforderungen der Produktion kann die ganze Oberfläche des Kernkastens mit dem Band abgedeckt sein. Es ist jedoch auch möglich, nur die Stellen abzudecken, an denen Harzablagerungen und/oder Sandanhaftungen besonders häufig beobachtet werden oder an denen erhöhter Verschleiß auftritt. Hierbei wird das Band über seine Klebstoffschicht einfach vor dem Einbringen des Bindemittel-/Sand-Gemisches auf die Oberfläche des Kernkastens aufgeklebt. Im Rahmen der Erfindung wird unter "einseitig klebendes Band" ein Trägermaterial verstanden, das eine Klebstoffschicht auf einer Oberfläche aufweist. Die Form des Bandes ist nicht beschränkt, sondern sollte je nach der Form der Kernkastenoberfläche gewählt werden. Insbesondere können streifenförmige, runde, ovale oder beliebige sonstige Formen verwendet werden. Durch geeignete Einschnitte in das Band ist es auch möglich, dieses an gewölbte Oberflächen anzupassen. Weiterhin kann ein oder mehrere Bänder auf die Oberfläche aufgebracht werden.

Es sind eine Reihe von Klebebändern kommerziell erhältlich, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung finden können. Das Band sollte so ausgewählt werden, daß weder das Trägermaterial noch die Klebstoffschicht die Herstellung des Gießformteils beeinträchtigen. Des weiteren sollte das Trägermaterial und die Klebstoffschicht nicht von dem gewählten Bindemittelsystem oder dem verwendeten Härtungssystem so beeinträchtigt werden, daß das Band für den erfindungsgemäßen Zweck nicht mehr geeignet ist.

Als Trägermaterial eignen sich neben Papier auch Textil- bzw. Kunststoffgewebe sowie Kunststofffolien. Klebebänder mit Papierträger können zwar verwendet werden, sie sind aber meist nicht so widerstandsfähig wie Klebebänder mit Gewebeträger oder Kunststofffolien. Bänder mit Gewebeträger lassen sich zwar sehr gut von der Kernkastenoberfläche entfernen, jedoch kann es durch die Dicke des Gewebes zu Fehlstellen oder Dimensionsproblemen bei Gießformteilen kommen. Bei der Herstellung von Gießformteilen, die mit ihrer Maßhaltigkeit in bestimmten Toleranzen liegen, sind diese Bänder jedoch sehr gut geeignet. Neben Klebebändern mit Gewebeträger sind auch Klebebänder mit Kunststofffolien als Trägermaterial besonders bevorzugt. Die Wahl des Kunststoffes richtet sich dabei nach dem verwendeten Bindemittel/Sand-Gemisch und den Einfüllbedingungen (beispielsweise dem Druck, mit dem das Bindemittel/Sand- Gemisch in den Kernkasten eingefüllt wird). Als besonders geeignet haben sich Klebebänder mit Polytetrafluorethylen oder Polyolefinen als Trägermaterial herausgestellt. Besonders bevorzugt wird Polytetrafluorethylen oder Polyethylen verwendet, da auf diesen Materialien kaum Sandanhaftungen oder Harzablagerungen beobachtet werden.

Bei der Klebeschicht des Bandes handelt es sich in der Regel um einen Haftklebstoff, da dieser leicht auf die Kernkastenoberfläche aufzubringen ist und ebenfalls problemlos wieder entfernt werden kann. Da der Klebstoff in der Regel nicht mit dem Bindemittel/Sand-Gemisch in Kontakt kommt, wird er in Abhängigkeit von dem Kernkastenmaterial ausgewählt. Je nachdem, ob der Kernkasten aus Metall, Kunststoff, Holz oder Verbundstoffen besteht und ob die Oberfläche des Kernkastens beschichtet oder auf andere Weise vorbehandelt wurde, können unterschiedliche Haftklebstoffe erforderlich sein. Der Klebstoff sollte so ausgewählt werden, daß das Band während des Einfüllens des Bindemittel/Sand-Gemisches nicht verrutscht. Weiterhin sollte das Band nach der Verwendung ohne großen Kraftaufwand und rückstandsfrei durch einfaches Abziehen von der Kernkastenoberfläche entfernt werden können.

Je nach Wahl des Bandes und in Abhängigkeit von dem verwendeten Bindemittel/Sand- Gemisch wird das Band während mehrerer Einfüllzyklen auf der Kernkastenoberfläche verbleiben. Besonders bevorzugt wird das Band so ausgewählt, daß es erst nach mindestens 5, besonders bevorzugt nach mindestens 10, und noch stärker bevorzugt nach mindestens 20 Einfüllzyklen gewechselt werden muß.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Lebensdauer von Gießereikernkästen für die Herstellung von Gießformteilen erheblich verlängert, da der mechanische Verschleiß aufgrund des mit starkem Druck einschießenden Bindemittel/Sand- Gemisches verringert wird. Da die Kernkastenoberfläche durch einfaches Abziehen des aufgebrachten Bandes gereinigt werden kann, ist die für die Reinigung benötigte Zeit verkürzt, wodurch eine Produktivitätssteigerung erreicht werden kann. Bei bestimmten Bändern ist sogar die Bildung von Sandanhaftungen und Harzablagerungen auf ihnen verringert, so daß der damit ausgekleidete Kernkasten seltener gereinigt werden muß als ein Kernkasten, dessen Oberfläche kein Klebeband aufweist. Diese Verlängerung der Reinigungsintervalle ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb bei der Herstellung von Gießformteilen und führt zu einer Produktivitätssteigerung und einer Verringerung der Produktionskosten.

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele weiter erläutert.

BEISPIELE

Die Eignung einer Reihe von Klebebändern, Verschleiß zu verringern bzw. die Bildung von Sandanhaftungen bzw. Harzablagerungen zu vermindern, wurde untersucht. Als Vergleich wurde der Sandaufbau und die Klebeneigung eines Kernkastens ohne Klebedband bestimmt. Es wurden die in Tabelle 1 aufgeführten kommerziell erhältlichen Bänder untersucht.

Standard-Herstellungsverfahren

In einem Laborflügelmischer mit senkrechter Welle und 5 kg Nutzinhalt, Hersteller Fa. Vogel & Schemmann AG, werden jeweils 0,8 Gew.-% der beiden Komponenten eines Isocure oder Ecocure CB-Binders (Fa. Ashland) mit 5 kg Quarzsand H32 (Fa. Quarzwerke GmbH) vermischt. Die Mischzeit pro Komponente betrug 1 min. Das Bindemittel/Sand-Gemisch wurde anschließend mit 4 bar Schießdruck auf einer Rößer- Kernschießmachine mit 5 Liter Schießvolumen in einen Kernkasten geschossen.

Als Kernkasten wurde eine vierteilige Biegestabbüchse der Fa. GF/DISA verwendet. Die Geometrie des Kerns entsprach den im VDG-Merkblatt P 73 festgelegten Maßen für Biegeriegel. Auf dem Boden des Kernkastens befand sich wahlweise ein V2A-Blech oder ein Kunststoffstreifen, auf das (den) die zu testenden einseitig klebenden Bänder aufgebracht wurden.

Das Bindemittel/Sand-Gemisch wurde 10 s mit 0,5 ccm Katalysator begast. Der Begasungsdruck betrug 2 bar. Als Katalysatoren wurden Triethylamin, Dimethylisopropylamin und Dimethylamin verwendet. Nach dem Härten wurde der Gießereikern aus dem Kernkasten entfernt und der Sandaufbau, speziell unter dem Einschuß, und die Menge der Harzablagerungen beurteilt. Daneben spielen aber auch die Klebneigung, die Abnutzung, das Auftrageverhalten und die Wiederentfernbarkeit der einzelnen Bänder beim Einsatz bei der Herstellung der Gießformteile spielte eine wesentliche Rolle bei der Bewertung.

Erläuterung der einzelnen Bewertungskriterien Sandaufbau unter Einschuß

Anhaftungen einzelner Sandkörner unterhalb des Einschußes auf dem Blech. Diese Sandkörner können einen "Kranz" bilden, der kreisförmig auf dem Blech zu sehen ist. Auf dem Kern ist dies als Fehlstelle abgebildet.

Gering: einzelne Sandkörner, kein starker Aufbau.

Stark: viele Sandkörner, die einen "Kranz" bilden, mehrere Lagen übereinander, tiefe Fehlstelle im Kern.

Klebneigung

Haftung zwischen Kern und Kernkasten. In der Praxis läßt sich bei starker Klebneigung der Kern nur schwer vom Kernkasten trennen. Trennmittel muß zusätzlich aufgetragen werden.

Beim Test wird dies durch das Haften des Bleches bzw. des Kunststoffstreifens am Kern simuliert.

Die Ergebnisse werden mit den Noten 1 bis 6 bewertet.

Note 1: Kern klebt nicht am Blech bzw. Kunststoff. Es besteht eine sehr geringe Klebneigung.

Note 6: Kern klebt sehr stark am Blech bzw. Kunststoff. Er ist nur sehr schwierig abzulösen.

Abnutzung

Unter Abnutzung wird die Verringerung bzw. Zerstörung der Oberfläche des Bandes oder der Folie verstanden. Die Bewertung erfolgt mit den gleichen Noten wie bei der Klebneigung; z. B. Note 1:

fast keine Abnutzung nach 10 Schuß, hohe Schießzahlen sind bei Verwendung dieses Bandes möglich.

Auftragsverhalten, Haftfähigkeit

Durch diese Eigenschaft wird beschrieben, wie gut sich das Band oder die Folie aufbringen läßt und wie sicher es unter der Belastung des Schießens am Kernkasten kleben bleibt. Die Bewertung erfolgt mit den gleichen Noten wie bei der Klebneigung; z. B. Note 2:

Das Band läßt sich gut aufbringen. Es haftet, ohne daß es sich verschiebt oder ablöst, sicher am Kern.

Wiederentfernbarkeit vom Kernkasten

Bewertet wird, ob sich das Band vor der Reinigung des Kernkastens oder bei Abnutzung rückstandslos und ohne hohen Zeit- und Kraftaufwand vom Untergrund lösen läßt. Die Bewertung erfolgt mit den gleichen Noten wie bei der Klebneigung; z. B. Note 2:

Das Band läßt sich einfach abziehen.




Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung von sandhaltigen Gießformteilen, umfassend die Schritte
    1. a) Bereitstellen eines Kernkastens;
    2. b) ganz oder teilweise Auskleiden des Kernkastens mit einseitig klebendem Band oder Folie;
    3. c) Einfüllen eines Bindemittel/Sand-Gemisches in den Kernkasten; und
    4. d) Härten des Bindemittel/Sand-Gemisches, um das gewünschte Gießformteil zu erhalten.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Gießformteil um einen Gießereikern handelt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das einseitig klebende Band oder Folie ein Haftklebstoffband ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das einseitig klebende Band oder Folie einen Träger aufweist, der Gewebe, Polyolefin oder Tetrafluorethylen umfaßt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Träger Tetrafluorethylen oder Polyethylen umfaßt.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bindemittel ein cold-box-Benzyletherharz, ein Resolharz oder ein Epoxyharz umfaßt.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Härtung mit einem gasförmigen Härtungsmittel erfolgt.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Härtung mit einem gasförmigen Amin, CO2 oder SO2 erfolgt.
  9. 9. Verwendung von einseitig klebendem Band oder Folie zur Verringerung von Harzablagerungen und/oder Sandanhaftungen bei der Herstellung von sandhaltigen Gießformteilen.
  10. 10. Verwendung von einseitig klebendem Band oder Folie zur Verringerung von Verschleiß bei der Herstellung von sandhaltigen Gießformteilen.
  11. 11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der zur Herstellung des Gießformteils verwendete Kernkasten mit dem einseitig klebenden Band oder Folie ganz oder teilweise ausgekleidet wird.






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