DE10226817C1

DE10226817C1 - Giessform und Verfahren zu deren Herstellung

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Publication number: DE10226817C1
Application number: DE10226817A
Authority: DE
Inventors: Helge Haensel
Original assignee: Johann Grohmann & Co KG GmbH; Maucher Formenbau und Kun GmbH; Fritz Eichenauer GmbH and Co KG
Current assignee: Johann Grohmann & Co KG GmbH; Maucher Formenbau und Kun GmbH; Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 2002-06-15
Filing date: 2002-06-15
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2022-06-16
Also published as: EP1417060A1; WO2003106071A1; DE50300900D1; US20040238156A1; MXPA04001282A; AU2003276882A1; AU2003276882A8; ATE301013T1; EP1417060B1

Abstract

Es wird eine wasserdispergierbare Gießform, insbesondere ein Gießkern, zur Herstellung von Gussstücken vorgeschlagen. Die Gießform enthält ein wasserunlösliches, partikelförmiges Material, wie Formsand, einen Binder, welcher eine erste Binderkomponente auf der Basis eines kondensierten Phosphates aufweist, und gegebenenfalls einen Zuschlagstoff. Um für eine erhöhte Biege- und Abriebfestigkeit zu sorgen, ist eine zweite Binderkomponente auf der Basis von Polyaminen vorgesehen. Ferner kann ein Zuschlagstoff auf der Basis eines Alkalimetallcarbonates vorgesehen sein, welcher der Gießform eine erhöhte Temperaturbeständigkeit verleiht. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gießform, indem die vorgenannten Komponenten unter Zugabe von Wasser gemischt, die Mischung geformt und zumindest ein Teil des zugesetzten freien Wassers entfernt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine wasserdispergierbare Gießform nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gießform nach dem Oberbegriff des Anspruchs 22.

Gießkerne der vorgenannten Zusammensetzung sind bekannt. Sie werden in der Regel in Kernkästen mittels Kernschießma schinen für die Serienfertigung hergestellt. Die Kernkästen sind mit entsprechenden Formhohlräumen versehen, in welche Einführöffnungen münden, über die aus einem sogenannten Schießkopf ein mit einem Binder versehenes wasserunlösli ches, partikelförmiges Material unter Einsatz von Druckluft in die Formhohlräume eingeschossen wird. Bei dem partikel förmigen Material handelt es sich im allgemeinen um Form sande, wie Silica-, Zirkon-, Chromitsande oder dergleichen, welche durch den Binder verfestigbar sind. Zur Herstellung von Kernen mit komplexer Geometrie sollte der Formsand eine gute Fließfähigkeit aufweisen.

Als Binder für den Formsand wurden herkömmlich flüssige Kunstharze sowie zusätzliche Additive eingesetzt. Um die Nachteile von Kunstharzbindern - Entstehung gesundheits schädlicher Dämpfe bei der Herstellung, teilweises Verbren nen des Binders beim Gießen, aufwendiges Entkernen, Entsor gung des Kernaltsandes - zu vermeiden, wurde schon die Ver wendung von zumindest in gewissem Umfang wasserlöslichen anorganischen Bindern vorgeschlagen.

So beschreibt die DE 195 49 469 A1 einen Gießkern auf der Basis von mittels eines wasserlöslichen Binders verfestig tem Formsand, wobei als Binder Phosphorsäure oder konden sierte Phosphate, wie Natriumpolyphosphat und Natriumhexa metaphosphat, vorgesehen sind.

Der WO 92/06806 A1 ist ein Gießkern entnehmbar, welcher zur Verfestigung des Formsandes einen Binder aus einem Poly phosphatketten aufweisenden, wasserlöslichen Phosphatglas oder aus einem wasserlöslichen Boratglas aufweist. Zur Her stellung des Gießkerns wird der Formsand mit dem Binder un ter Zugabe von Wasser gemischt, die Mischung in den Kern kasten eingeschossen und das überschüssige Wasser durch Er hitzen aus der Gießform ausgetrieben.

Die bekannten Gießkerne sind nach dem Abgießen wasser dispergierbar, d. h. sie lösen sich nach Eintauchen in Was ser wieder auf, wodurch das aufwändige Entkernen entfällt. Vorteilhaft bei Gießkernen dieser Art ist weiterhin, dass sowohl beim Herstellen der Gießkerne und beim Abgießen der Gussstücke als auch beim Entkernen der Gussstücke keine um weltschädlichen Stoffe freiwerden. Die eingesetzten Binder weisen ferner einen anorganischen Chemismus auf, so dass ein Verbrennen des Binders beim Gießvorgang zuverlässig vermieden wird.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass Binder der vorgenannten Art dem Gießkern eine für viele Anwendungen nur unzurei chende Biegefestigkeit verleihen. Folglich kann sich der Gießkern bei der Entnahme oder bei der Lagerung nach dem Formen, beim Einsetzen in die Gießform oder beim Gießvor gang verformen oder gar brechen, so dass die erhaltenen Gussstücke fehlerhaft sein können und als Ausschussteile anfallen. Darüber hinaus weisen Gießkerne dieser Art häufig eine ungenügende Abriebfestigkeit auf, wodurch sich beim Abgießen Sandkörner an der Oberfläche des Gießkerns ablösen und zu einer rauhen Oberfläche und/oder zu Sandverunreini gungen des Gussstücks führen. Beim Einsatz eines Binders auf der Basis von reinen kondensierten Phosphaten kommt hinzu, dass der Binder eine für Legierungen mit verhältnis mäßig hohem Schmelzpunkt nur unzureichende Temperaturbe ständigkeit aufweist, so dass die Herstellung von Gussstü cken aus solchen Legierungen nicht möglich ist. Dem Auftre ten der genannten Nachteile kann insbesondere auch durch Variation der Verfahrensparameter bei der Herstellung des Gießkerns, wie der Zusammensetzung des Gießkerns, der Trocknungstemperatur, dem Restwasseranteil etc., nicht wir kungsvoll begegnet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einer Gießform, insbesondere einem Gießkern, mit einer ersten Binderkompo nente auf der Basis von kondensierten Phosphaten eine er höhte Biege- und Abriebfestigkeit zu verleihen und die Tem peraturbeständigkeit zu erhöhen, dabei aber akzeptable Taktzeiten bei der Kernherstellung zu erhalten und keine oder nur geringe Mengen umweltschädlicher Stoffe freizuset zen. Sie ist ferner auf die Herstellung einer solchen Gieß form gerichtet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Gießform er eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Binder als eine zweite Binderkomponente wenigstens ein Polyamin auf weist.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich sowohl die Biege- als auch die Abriebfestigkeit einer Gießform oder eines Gießkerns aus einem wasserunlöslichen, partikelförmi gen Material und einem Binder auf der Basis von kondensier ten Phosphaten bereits durch den Zusatz nur geringer Mengen an Polyaminen signifikant erhöhen lassen, ohne die Wasser dispergierbarkeit des abgegossenen Gießkerns zu beeinträch tigen. Auf diese Weise lassen sich Biegefestigkeiten von mehr als 150 N/cm² erzielen, die ein Versagen des Gießkerns und hieraus resultierende fehlerhafte Gussstücke zuverläs sig vermeiden. Zugleich wird die Abriebfestigkeit der Gieß form bzw. des Gießkerns derart verbessert, dass Beeinträch tigungen des Gussstückes durch Sandpartikel praktisch aus geschlossen sind.

Es wird vermutet, dass die polaren Aminogruppen der erfin dungsgemäßen zweiten Binderkomponente auf der Basis von Po lyaminen mit den polaren Phosphatgruppen der ersten Binder komponente auf der Basis von kondensierten Phosphaten in Wechselwirkung treten und deren Bindereigenschaften dadurch verbessern. Mit "Polyaminen" sind in diesem Zusammenhang gesättigte oder ungesättigte, offenkettige oder cyclische organische Verbindungen mit mehreren primären, sekundären und/oder tertiären Aminogruppen, insbesondere in flüssiger Form, gemeint. Als wasserunlösliche, partikelförmige Mate rialien kommen insbesondere beliebige bekannte Formsande, z. B. Silica-, Zirkon-, Chromitsande oder dergleichen, oder auch andere temperaturbeständige Materialien, wie Alumini umoxid, Aluminiumsilikat, Quarzglas etc. in feinpartikulä rer Form, in Betracht. Selbstverständlich können auch wei tere Binderkomponenten vorgesehen sein.

Während grundsätzlich auch niedermolekulare Polyamine, wie Ethylen-, Propylen-, Butylendiamine etc. sowie deren Kon densationsprodukte, als zweite Binderkomponente vorgesehen sein können, sieht eine bevorzugte Ausführung vor, dass das Polyamin aus der Gruppe der polymeren Polyamine gewählt ist. Hierunter haben sich insbesondere die Polyethylenimi ne, also verzweigte Polymere mit primären, sekundären und tertiären Aminogruppen, Polyvinylamine (Vinylamin-Polymere) und/oder deren Copolymere als besonders vorteilhaft erwie sen. So lässt sich beispielsweise die Biegefestigkeit eines Gießkerns aus einem Formsand und einem Binder auf der Basis von Natriumpolyphosphat durch den Zusatz von 0,1 Mass.-% Polyvinylamin bezogen auf den Formsand nahezu verdoppeln. Die polymeren Polyamine können insbesondere mit einer Mol- masse zwischen etwa 400 g/mol und etwa 10⁷ g/mol vorgesehen sein. Nachstehend sind die chemischen Formeln für Poly vinylamin (I) und Polyethylenimin (II) beispielhaft wieder gegeben:

In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass das Polyamin einen Stickstoffanteil (N-Anteil) zwischen 1 und 35 Mass.-% N/Polymereinheit, vorzugsweise zwischen 10 und 33 Mass.-% N/Polymereinheit, insbesondere zwischen 20 und 33 Mass.-% N/Polymereinheit, aufweist. Besonders gute Biegefestigkei ten des Gießkern von über 200 N/cm² konnten insbesondere mit polymeren Polyaminen mit verhältnismäßig hoher Ami nogruppendichte im Bereich von 30 Mass.-% N/Polymereinheit, z. B. mit Polyvinylaminen, welche einen Stickstoffanteil von bis zu 33 Mass.-% N/Polymereinheit aufweisen und insbeson dere mit Polyvinylaminen mit einem hohen Anteil an freien Aminogruppen, erzielt werden.

Die Menge des als zweite Binderkomponente vorgesehenen Po lyamins beträgt bevorzugt zwischen 0,001 und 1 Mass.-%, insbesondere zwischen 0,005 und 0,5 Mass.-%, Polyamin bezo gen auf das partikelförmige Material. Sie richtet sich vor nehmlich nach der Art des Polyamins, wobei die Menge des Polyamins im allgemeinen um so geringer sein kann, je höher die freie Aminogruppendichte des Polyamins ist, um die Bin dereigenschaften hinsichtlich Biege- und Abriebfestigkeit zu verbessern.

Die erste Binderkomponente auf der Basis von kondensierten Phosphaten kann Polyphosphate, vorzugsweise Alkalimetallpo lyphosphate, insbesondere Natriumpolyphosphat, und/oder Me taphosphate, vorzugsweise Alkalimetallmetaphosphate, insbe sondere Natriummetaphosphate, z. B. Natriumhexametaphosphat, enthalten oder gänzlich hieraus bestehen. Des weiteren kann vorgesehen sein, dass die erste Binderkomponente ein Poly- und/oder Metaphosphatketten enthaltendes, wasserlösliches Phosphatglas enthält oder gänzlich hieraus besteht, wobei das Phosphatglas bevorzugt zwischen 58 und 75 Mass.-% Phosphorpentoxid (P₂O₅) und zwischen 25 und 42 Mass.-% Al kalimetalloxid, insbesondere Natriumoxid (Na₂O), aufweist. Die genannten Binder sind als solche bekannt und sorgen für ein schnelles und klumpenfreies Auflösen des Gießkerns, wenn dieser mit dem fertigen Gussstück in Wasser getaucht wird. Ein weiterer Vorteil dieser Binder liegt darin, dass sie schon bei verhältnismäßig geringem Feuchteanteil zu ei ner optimalen Vermischung mit dem Formsand führen und dabei eine hinreichende Anfangsfestigkeit des Gießkerns bzw. der Gießform gewährleisten, so dass nur sehr kurze Trocknungs zeiten erforderlich und somit sehr kurze Taktzeiten zur Herstellung möglich sind.

Die Menge der ersten Binderkomponente auf der Basis von kondensierten Phosphaten beträgt zweckmäßig zwischen 0,25 und 25 Mass.-%, vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 Mass.-%, bezogen auf das wasserunlösliche, partikelförmige Material.

In Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Zuschlagstoff aus der Gruppe der Alkalimetallcarbonate, insbesondere Natrium carbonat (Na₂CO₃), vorgesehen ist. Überraschenderweise wur de gefunden, dass ein solcher Zuschlagstoff zu einer we sentlichen Verbesserung der Temperaturbeständigkeit der Gießform bzw. des Gießkerns auf einen Wert über 800°C bei trägt, so dass das Gießen von Legierungen mit relativ hohem Schmelzpunkt, z. B. Aluminiumlegierungen, sowie von thermo plastischen Kunststoffen aus hochschmelzenden Polymeren möglich wird, ohne dass Deformationen der Gießform bzw. des Gießkerns beim Gießvorgang auftreten. Ferner wurde festge stellt, dass ein Anteil an Alkalimetallcarbonaten die Dispergierbarkeit des Gießkerns in Wasser erhöht und die Entkernung des fertigen Gussstücks somit erleichtert. Je nach der geforderten Temperaturbeständigkeit sind zweckmä ßig zwischen 20 und 90 Mass.-%, insbesondere zwischen 30 und 85 Mass.-%, Alkalimetallcarbonat bezogen auf die erste Binderkomponente auf der Basis von kondensierten Phosphaten vorgesehen.

Zusätzlich zu dem wasserunlöslichen, partikelförmigen Mate rial, wie Formsand, dem sowohl kondensierte Phosphate als auch Polyamine enthaltenden Binder und gegebenenfalls dem Zuschlagstoff, insbesondere den Alkalimetallcarbonaten, enthält die Formstoffmischung für die Gießform bzw. den Gießkern in der Regel noch einen Feuchtigkeitsanteil zwi schen 0,01 und 35 Mass.-%, insbesondere zwischen 0,1 und 5 Mass.-%. Nach der Trocknung beträgt der Feuchtigkeitsan teil der Gießform bzw. des Gießkerns in der Regel etwa 0,01 Mass.-% oder weniger.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Binderkomponente auf der Basis wenigstens eines Polyamins zugesetzt wird. Dabei werden vorzugsweise die vorstehend beschriebenen Arten an erster und zweiter Binderkomponente und gegebenenfalls an Zuschlagstoffen in der vorstehend beschriebenen Menge eingesetzt.

Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass die zweite Bin derkomponente in flüssiger Form mit dem partikelförmigen Material in Kontakt gebracht und sodann die erste Binder komponente in trockener Form beigemischt wird, wobei der Mischung Wasser zugesetzt wird. Die zweite Binderkomponente kann dabei in der Flüssigphase oder auch als insbesondere wässrige Lösung vorliegen. Sofern ein Zuschlagstoff, wie Alkalimetallcarbonate, erwünscht ist, kann dieser in dem der Mischung zugesetzten Wasser gelöst und die Lösung der Mischung zugesetzt werden.

Eine andere bevorzugte Ausführung sieht vor, dass die erste Binderkomponente trocken mit dem partikelförmigen Material gemischt und sodann eine wässrige Lösung mit der zweiten Binderkomponente zugesetzt wird, wobei auch hier, falls er wünscht, der Zuschlagstoff vor dem Zusetzen der Lösung in dieser gelöst werden kann.

Alternativ ist es möglich, dass der Binder und gegebenen falls der Zuschlagstoff in Wasser gelöst und die Lösung mit dem partikelförmigen Material in Kontakt gebracht wird. In jedem Fall sollte eine möglichst homogene Verteilung des wasserlöslichen Binders und gegebenenfalls des Zuschlag stoffs mit dem partikelförmigen Material erzielt werden.

Zweckmäßig werden bis zu 35 Mass.-% Wasser bezogen auf das partikelförmige Material zugesetzt und wird die Gießform bzw. der Gießkern nach der Formgebung z. B. bis auf eine Restfeuchte von etwa 0,01 Mass.-% bezogen auf das partikel förmige Material getrocknet. Die eingesetzte Wassermenge wird vorzugsweise möglichst gering gehalten, um für kurze Taktzeiten bei der Herstellung zu sorgen, die wiederum maß geblich von der Trocknungszeit abhängen. Andererseits lässt sich die Biegefestigkeit der Gießform bzw. des Gießkerns durch den Wasseranteil in gewissen Grenzen beeinflussen und sorgt der Wasseranteil für die erforderliche Fließfähigkeit der Mischung beim Einschießen in den Formkasten. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, zwischen 0,1 und 5 Mass.-%, insbesondere zwischen etwa 0,1 und 3 Mass.-%, Wasser bezo gen auf das partikelförmige Material zuzusetzen, um für kurze Taktzeiten bei einer zufriedenstellenden Fließfähig keit der Formstoffmischung zu sorgen.

In Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Mischung zunächst bis auf eine vorgegebene Restfeuchte getrocknet, der Mi schung sodann wieder Wasser zugesetzt und die Mischung ge formt wird, wobei zumindest ein Teil des zugesetzten freien Wassers wieder entfernt wird. Die Mischung kann dabei vor zugsweise zunächst bis auf eine vorgegebene Restfeuchte von etwa 0,1 Mass.-% getrocknet werden. Auf diese Weise lassen sich die Taktzeiten zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gießform bzw. des Gießkerns weiter verringern, indem der Gesamtanteil des zugesetzten Wassers reduziert werden kann. Ferner ist die bis auf eine vorgegebene Restfeuchte ge trocknete Formstoffmischung gut lagerfähig und durch das erneute Zusetzen von Wasser leicht verarbeitbar. Auch in diesem Fall wird die Gießform bzw. der Gießkern nach der Formgebung zweckmäßig bis auf eine Restfeuchte von etwa 0,01 Mass.-% bezogen auf das partikelförmige Material ge trocknet.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläu tert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Biegefestig keit σ eines Gießkerns mit einem Natriumpolyphos phatbinder ohne Zusatz von Polyaminen (A) und mit Zusatz von 0,1 Mass.-% Polyvinylamin (B) zu ver schiedenen Standzeiten t;

Fig. 2 ein Vergleichsdiagramm zur Veranschaulichung der Biegefestigkeit σ eines Gießkerns mit einem Binder ausschließlich aus Polyvinylamin zu verschiedenen Standzeiten t;

Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Biegefestig keit σ eines Gießkerns der Zusammensetzung (B) ge mäß Fig. 1, welcher zusätzlich einen Zuschlagstoff in Form von Natriumcarbonat enthält, zu verschiede nen Standzeiten t;

Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Biegefestig keit σ eines Gießkerns der Zusammensetzung gemäß Fig. 3 nach verschiedenen Lagerzeiten t₁ der Form stoffmischung und nach verschiedenen Standzeiten t₂;

Fig. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Biegefestig keit σ je eines Gießkerns mit einem Binder aus Nat riumpolyphosphat und verschiedenen Polyaminen mit unterschiedlicher Aminogruppendichte (A, B, C, D, E) zu verschiedenen Standzeiten t und

Fig. 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Biegefestig keit σ je eines Gießkerns mit den Zusammensetzungen (A, B, C, D, E) gemäß Fig. 5 nach verschiedenen La gerzeiten t₁ der Formstoffmischung und nach ver schiedenen Standzeiten t₂.

Beispiel 1

Es wurden jeweils Gießkerne mit den folgenden Zusammenset zungen hergestellt.

Zusammensetzung A

Formsand,
2 Mass.-% Natriumpolyphosphat bezogen auf den Formsand (Binder),
1,4 Mass.-% Feuchtigkeit bezogen auf den Formsand;

Zusammensetzung B

Formsand,
2 Mass.-% Natriumpolyphosphat (Binderkomponente 1) be zogen auf den Formsand
0,1 Mass.-% flüssiges Polyvinylamin (Binderkomponente 2) bezogen auf den Formsand,
1,4 Mass.-% Feuchtigkeit bezogen auf den Formsand.

Zur Herstellung des Gießkerns gemäß Zusammensetzung A wurde dem Formsand der Binder trocken beigemischt. Zur Herstel lung des Gießkerns gemäß Zusammensetzung B wurde die zweite Binderkomponente in gelöster Form homogen mit dem Formsand vermischt und der Mischung sodann die erste Binderkomponen te trocken beigemischt. Anschließend wurden jeweils ca. 1,4 Mass.-% Wasser bezogen auf den Formsand zugesetzt. Die Formstoffmischung wurde jeweils in einen Kernkasten einge schossen und bis auf eine Restfeuchte von etwa 0,01 Mass.-% getrocknet. Die derart erzeugten Gießkerne wurden nach un terschiedlichen Standzeiten t auf ihre Biegefestigkeit σ untersucht.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, betrug die Biegefestigkeit σ der Zusammensetzung A ausschließlich mit einem herkömmli chen Natriumpolyphosphatbinder unmittelbar nach der Trock nung (t = 0) etwa 80 N/cm². Nach etwa zwei Stunden (t = 120 min) stellte sich eine im wesentlichen konstante Biegefestigkeit a von etwa 100 N/cm² ein. Demgegenüber be trug die Biegefestigkeit der Zusammensetzung B, welche zu sätzlich zu der ersten Binderkomponente in Form von Natri umpolyphosphat geringe Mengen einer zweiten Binderkomponen te in Form von Polyvinylamin enthielt, unmittelbar nach der Trocknung (t = 0) bereits mehr als 150 N/cm², wobei sich nach etwa vier Stunden (t = 240 min) eine im wesentlichen konstante Biegefestigkeit von mehr als 200 N/cm² einge stellt hat.

Folglich kann die Biegefestigkeit des Gießkerns durch den Zusatz nur geringer Mengen (0,1 Mass.-% bezogen auf den Formsand) an Polyvinylamin praktisch verdoppelt werden.

Beispiel 2

Als Vergleichsversuch wurden auf die vorbeschriebene Weise Gießkerne hergestellt, wobei als Binder ausschließlich Po lyvinylamin eingesetzt wurde. Die erhaltenen Gießkerne wur den sodann nach unterschiedlichen Standzeiten t auf ihre Biegefestigkeit σ untersucht.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ergab sich unmittelbar nach der Trocknung (t = 0) eine hohe Biegefestigkeit von mehr als 250 N/cm², welche nach etwa zwei Stunden (t = 120 min) auf einen Wert im Bereich von 100 N/cm² abgefallen ist. Ferner wurde festgestellt, dass die Kerne mit zunehmender Lager zeit der Formstoffmischung vor Einschießen in den Kernkas ten und Trocknen ein elastisches Verhalten aufweisen, was zu Deformationen der Kerne beim Gießvorgang führen kann. Folglich erweist sich reines Polyvinylamin als Binder für den Formsand als wenig geeignet.

Beispiel 3

Der Zusammensetzung B gemäß Beispiel 1 (Formsand, 2 Mass.-% Natriumpolyphosphat (Binderkomponente 1), 0,1 Mass.-% flüs siges Polyvinylamin (Binderkomponente 2) und 1,4 Mass.-% Feuchtigkeit jeweils bezogen auf den Formsand) wurde zur Erhöhung der Temperaturbeständigkeit zusätzlich Natriumcar bonat (Na₂CO₃) als Zuschlagstoff zugesetzt. Aus der erhal tenen Formstoffmischung wurden auf die vorbeschriebene Wei se Gießkerne hergestellt und diese nach verschiedenen Standzeiten t auf ihre Biegefestigkeit σ untersucht.

Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, ergab sich unmittelbar nach der Trocknung (t = 0) eine Biegefestigkeit von mehr als 200 N/cm², die kurzzeitig (t = 10 min) etwas absank und sich nach etwa zwei Stunden (t = 120 min) auf einen im we sentlichen konstanten Wert oberhalb 200 N/cm² einstellte, welcher der Biegefestigkeit eines Gießkerns ohne den Zusatz von Na₂CO₃, aber mit ansonsten entsprechender Zusammenset zung (vgl. Zusammensetzung B der Fig. 1), entspricht.

Das Beispiel zeigt, dass die Biegefestigkeit des Gießkerns durch den Zusatz von Na₂CO₃ nicht beeinträchtigt wird. Der Zusatz von Na₂CO₃ verleiht dem Gießkern jedoch eine erheb lich bessere Temperaturbeständigkeit, so dass dieser bei spielsweise zur Herstellung von Aluminiumgussteilen mit ei ner Gießtemperatur von über 800°C geeignet ist, wobei Ver formungen des Gießkerns während des Gießvorgangs sicher und zuverlässig vermieden werden. Überdies erhöht der Zusatz von Na₂CO₃ die Wasserlöslichkeit des Gießkerns, so dass die Entkernung des fertigen Gussteils erleichtert wird.

Beispiel 4

Zur Untersuchung der Lagerfähigkeit der Formstoffmischung für einen Gießkern gemäß Beispiel 3 wurden Formsand, 2 Mass.-% Natriumpolyphosphat (Binderkomponente 1) und 0,1 Mass.-% flüssiges Polyvinylamin (Binderkomponente 2), jeweils bezogen auf den Formsand, sowie Natriumcarbonat (Na₂CO₃) mit ca. 1,4 Mass.-% Wasser bezogen auf den Form sand homogen gemischt. Die derart gebildete Formstoffmi schung wurde nach verschiedenen Lagerzeiten t₁ von 0, 1, 2 und 3 h in einen Kernkasten eingeschossen und bis auf eine Restfeuchte von etwa 0,01 Mass.-% bezogen auf den Formsand getrocknet. Es wurde die Biegefestigkeit σ nach verschiede nen Standzeiten t₂, nämlich einerseits unmittelbar nach dem Trocknen (t₂ = 0), andererseits nach einem Tag (t₂ = 24 h) bestimmt.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ergaben sich für Lagerzeiten t₁ der Formstoffmischung zwischen einer Stunde und drei Stun den nur geringfügig schlechtere Biegefestigkeiten im Be reich knapp unterhalb 200 N/cm² als bei sofortigem Ein schießen (t₁ = 0) der Mischung in den Kernkasten, was eine Biegefestigkeit von etwa 220 N/cm² ergab. Die Biegefestig keit des Gießkerns unmittelbar nach dem Trocknen (t₂ = 0) entsprach in allen Fällen etwa der Biegefestigkeit nach ei ner Standzeit von einem Tag (t₂ = 24 h), was mit dem in Fig. 3 gezeigten Verlauf der Biegefestigkeit korrespon diert.

Das Beispiel macht deutlich, dass die Formstoffmischung ei ne gute Lagerfähigkeit ausweist und noch mehrere Stunden nach dem Mischvorgang unter Bildung des Gießkerns getrock net werden kann.

Beispiel 5

Es wurden jeweils Gießkerne mit den folgenden Zusammenset zungen hergestellt:
Formsand,
2 Mass.-% Natriumpolyphosphat bezogen auf den Formsand,
0,1 Mass.-% eines Polyamins bezogen auf den Formsand,
1,4 Mass.-% Feuchtigkeit.

Als Polyamine wurden einerseits verschiedene Polyethyleni mine (A, B) eingesetzt, nämlich mit Wasser modifizierte Po lyethylenimine mit einer Molmasse von etwa 2000 g/mol (A) bzw. 750.000 g/mol (B). Andererseits wurden Polyvinylamine (C, D, E) mit einer Molmasse von etwa 400.000 g/mol einge setzt, welche sich durch den Anteil an freien Aminogruppen unterscheiden, der wiederum mit dem Hydrolysegrad korres pondiert. Das Polyvinylamin (C) weist den höchsten Hydroly segrad, das Polyvinylamin (E) einen demgegenüber geringeren Hydrolysegrad und das Polyvinylamin (D) den niedrigsten Hydrolysegrad der Polyvinylamine (C, D, E) auf.

Die Herstellung der Gießkerne geschah nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren. Anschließend wurden die derart erzeugten Gießkerne nach unterschiedlichen Standzeiten t auf ihre Biegefestigkeit σ untersucht.

Fig. 5 zeigt, dass die besten Biegefestigkeiten mit dem Po lyvinylamin (C) mit hohem Anteil an freien Aminogruppen er zielt werden konnten. Es wird vermutet, dass die freien A minogruppen des Polyvinylamin mit den Phosphatgruppen des Natriumpolyphosphates in Wechselwirkung treten und dessen Bindereigenschaften verbessern. Aus Fig. 5 wird ferner deutlich, dass nach einer Standzeit von etwa zwei Stunden (t = 120 min) eine im wesentlichen konstante Biegefestig keit erreicht werden konnte, die im Falle des Polyvinyl amins (C) wenigstens 200 N/cm² betrug.

Beispiel 6

Zur Untersuchung der Lagerfähigkeit der Zusammensetzungen (A, B, C, D, E) für einen Gießkern gemäß Beispiel 5 wurden die Formstoffmischungen nach verschiedenen Lagerzeiten t₁ von 0, 1, 2 und 3 h in einen Kernkasten eingeschossen und getrocknet. Es wurde die Biegefestigkeit σ nach verschiede nen Standzeiten t₂, nämlich einerseits unmittelbar nach dem Trocknen (t₂ = 0), andererseits nach einem Tag (t₂ = 24 h) ermittelt.

Wie der Fig. 6 zu entnehmen ist, ergaben sich für die Bie gefestigkeit des Gießkerns die besten Werte nach einer La gerzeit t₁ der Formstoffmischung von einer Stunde, wobei die Mischung unter Erhalt einer demgegenüber nur geringfü gigen schlechteren Biegefestigkeit auch sofort oder mindes tens drei Stunden nach Mischen der Einzelkomponente verar beitbar war, so dass auch hier eine gute Lagerfähigkeit festgestellt werden konnte. Als am geeignetsten hat sich in allen Fällen das Polyvinylamin (C) mit einem hohen Anteil an freien Aminogruppen erwiesen. Nach einer Standzeit des Gießkerns von einem Tag (t₂ = 24 h) stellte sich jeweils eine gegenüber der Biegefestigkeit unmittelbar nach Trock nen der Mischung (t₂ = 0) verbessere Biegefestigkeit ein, was mit dem in Fig. 5 dargestellten Verlauf der Biegefes tigkeit korrespondiert.

Claims

1. Wasserdispergierbare Gießform, insbesondere Gießkern, zur Herstellung von Gussstücken, enthaltend
ein wasserunlösliches, partikelförmiges Material, insbesondere Formsand;
einen Binder, welcher als eine erste Binderkomponente wenigstens ein kondensiertes Phosphat aufweist, und
dadurch gekennzeichnet, dass der Binder als eine zweite Binderkomponente wenigstens ein Polyamin aufweist.

2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamin aus der Gruppe der polymeren Polyamine ge wählt ist.

3. Gießform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass das Polyamin aus der Gruppe der Polyethylen imine, Polyvinylamine und/oder deren Copolymere gewählt ist.

4. Gießform nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, dass das Polyamin einen Stickstoffanteil zwischen 1 und 35 Mass.-% N/Polymereinheit aufweist.

5. Gießform nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das Polyamin einen Stickstoffanteil zwischen 10 und 33 Mass.-% N/Polymereinheit aufweist.

6. Gießform nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass das Polyamin einen Stickstoffanteil zwischen 20 und 33 Mass.-% N/Polymereinheit aufweist.

7. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen 0,001 und 1 Mass.-% Poly amin bezogen auf das partikelförmige Material vorgese hen sind.

8. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen 0,005 und 0,5 Mass.-% Poly amin bezogen auf das partikelförmige Material vorgese hen sind.

9. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass die erste Binderkomponente ein Poly phosphat enthält oder gänzlich hieraus besteht.

10. Gießform nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyphosphat ein Alkalimetallpolyphosphat, insbe sondere Natriumpolyphosphat, ist.

11. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass die erste Binderkomponente ein Meta phosphat enthält oder gänzlich hieraus besteht.

12. Gießform nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Metaphosphat ein Alkalimetallmetaphosphat, insbe sondere Natriummetaphosphat, ist.

13. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass die erste Binderkomponente ein Poly- und/oder Metaphosphatketten enthaltendes, wasserlösli ches Phosphatglas enthält oder gänzlich hieraus be steht.

14. Gießform nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Phosphatglas zwischen 58 und 75 Mass.-% Phosphor pentoxid (P₂O₅) und zwischen 25 und 42 Mass.-% Alkali metalloxid, insbesondere Natriumoxid (Na₂O), aufweist.

15. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen 0,25 und 25 Mass.-% der ersten Binderkomponente bezogen auf das partikelförmige Material vorgesehen sind.

16. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen 0,5 und 10 Mass.-% der ersten Binderkomponente bezogen auf das partikelförmige Material vorgesehen sind.

17. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge kennzeichnet durch einen Zuschlagstoff, vorzugsweise aus der Gruppe der Alkalimetallcarbonate, insbesondere Natriumcarbonat (Na₂CO₃).

18. Gießform nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 20 und 90 Mass.-% Alkalimetallcarbonat bezogen auf die erste Binderkomponente vorgesehen sind.

19. Gießform nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeich net, dass zwischen 30 und 85 Mass.-% Alkalimetallcarbo nat bezogen auf die erste Binderkomponente vorgesehen sind.

20. Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekenn zeichnet durch einen Feuchtigkeitsanteil der Formstoff mischung zwischen 0,01 und 35 Mass.-% bezogen auf das partikelförmige Material.

21. Gießform nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitsanteil der Formstoffmischung zwischen 0,1 und 5 Mass.-% bezogen auf das partikelförmige Mate rial beträgt.

22. Verfahren zur Herstellung einer wasserdispergierbaren Gießform, insbesondere Gießkern, zur Herstellung von Gussstücken, indem ein wasserunlösliches, partikelför miges Material, insbesondere Formsand, mit einem Bin der, welcher als eine erste Binderkomponente wenigstens ein kondensiertes Phosphat aufweist, unter Zugabe von Wasser gemischt, die Mischung geformt und zumindest ein Teil des zugesetzten freien Wassers entfernt wird, da durch gekennzeichnet, dass eine zweite Binderkomponente auf der Basis wenigstens eines Polyamins zugesetzt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polyamin nach einem der Ansprüche 2 bis 6 ein gesetzt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekenn zeichnet, dass das Polyamin in einer Menge zwischen 0,001 und 1 Mass.-%, insbesondere zwischen 0,005 und 0,5 Mass.-%, bezogen auf das partikelförmige Material eingesetzt wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Binderkomponente nach einem der Ansprüche 9 bis 14 eingesetzt wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Binderkomponente in ei ner Menge zwischen 0,25 und 25 Mass.-%, insbesondere zwischen 0,5 und 10 Mass.-%, bezogen auf das partikel förmige Material eingesetzt wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuschlagstoff vorzugsweise aus der Gruppe der Alkalimetallcarbonate, insbesondere Nat riumcarbonat (Na₂CO₃), eingesetzt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkalimetallcarbonat in einer Menge zwischen 20 und 90 Mass.-%, insbesondere zwischen 30 und 85 Mass.-%, bezogen auf die erste Binderkomponente ein gesetzt wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Binderkomponente in flüssiger Form mit dem partikelförmigen Material in Kontakt gebracht und sodann die erste Binderkomponente in trockener Form beigemischt wird, wobei der Mischung Wasser zugesetzt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff in Wasser gelöst und die Lösung der Mischung zugesetzt wird.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Binderkomponente trocken mit dem partikelförmigen Material gemischt und sodann eine wässrige Lösung mit der zweiten Binderkomponente zugesetzt wird.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuschlagstoff vor dem Zusetzen der Lösung in dieser gelöst wird.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass alle Binderkomponenten und gegebe nenfalls ein Zuschlagstoff in Wasser gelöst werden und die Lösung mit dem partikelförmigen Material in Kontakt gebracht wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu 35 Mass.-% Wasser bezogen auf das partikelförmige Material zugesetzt werden.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung zunächst bis auf eine vorgegebene Restfeuchte getrocknet, der Mischung sodann wieder Wasser zugesetzt und die Mischung geformt wird, wobei zumindest ein Teil des zugesetzten freien Wassers wieder entfernt wird.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung zunächst bis auf eine vorgegebene Restfeuchte von etwa 0,1 Mass.-% getrocknet wird.