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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Herstellung
von Speisern, Formen, Eingusssystemen oder Kernen, ein Cold-Box-Verfahren
zur Herstellung von Speisern, Formen, Eingusssystemen oder Kernen
sowie Speiser, Formen, Eingusssysteme oder Kerne, die nach einem
solchen Verfahren erhältlich sind. Darüber hinaus
betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Speisers,
einer Form eines Eingusssystems oder eines Kerns in einem Verfahren
zum Gießen eines Metallteils. Weiterhin betrifft die vorliegende
Erfindung die Verwendung eines Bindersystems zur Herstellung von
Speisern, Formen, Eingusssystemen oder Kernen oder deren Formmassen
sowie zur Verbesserung der Feuchtigkeitsstabilität und/oder
Wärmestabilität der Formmasse.
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Die
unter der Bezeichnung "Cold-Box-Verfahren" bekannt gewordene Methode
zur Herstellung von Formkörpern hat in der Gießereiindustrie
zunehmend an Bedeutung gewonnen. Formkörper werden in zwei
Ausführungen benötigt: als sogenannte Kerne oder
Formen zur Herstellung von Gussstücken und als Hohlkörper
(sogenannte Speiser) zur Aufnahme von flüssigem Metall
als Ausgleichsreservoir zur Verhinderung von schrumpfbedingten Gussfehlern
während der Metallerstarrung. Das Prinzip der Cold-Box-Verfahren
beruht auf der Verfestigung der Formmasse im kalten Formwerkzeug
mit Hilfe eines Härtungskatalysators, der vorzugsweise
durch das Formteil geblasen wird. Das Verfahren dient bevorzugt
zur Herstellung von Kernen. Es kann aber auch für die Fertigung
von Formblöcken, Formschalen und Stapelgussformen verwendet
werden. Die Bindemittelsysteme auf Polyurethanbasis für
das Cold-Box-Verfahren umfassen typischer Weise zwei wesentliche
Bindemittelkomponenten, nämlich: a) eine Polyolkomponente,
die mindestens zwei OH-Gruppen pro Molekül aufweist sowie
b) eine Polyisocyanatkomponente, die mindestens zwei Isocyanatgruppen
pro Molekül aufweist. Üblicherweise umfasst die
Polyolkomponente ein Phenolharz mit mindestens zwei OH-Gruppen pro
Molekül. Von diesen haben Phenolharze des Benzyletherharz-Typs
eine besondere Bedeutung erlangt. Zur Verwendung in einem Zweikomponenten-Bindemittelsystem
werden Phenolharze, insbesondere auch Benzyletherharze, üblicherweise
als Lösung in einem organischen Lösungsmittel
eingesetzt. Das Lösungsmittel ist erforderlich, um die
Viskosität des Phenolharzes für die Vermischung
mit einem Formstoff und die Umsetzung mit der Polyisocya natkomponente
herabzusetzen. Die Isocyanatkomponente der Zweikomponenten-Bindemittelsysteme
für das Cold-Box-Verfahren umfassen üblicherweise
aromatische Polyisocyanate, die auch als Mischung eingesetzt werden
können. Flüssige Polyisocyanate können
dabei in unverdünnter Form eingesetzt werden und feste
oder viskose Polyisocyanate werden in Form einer Lösung
in einem organischen Lösungsmittel eingesetzt, wobei das
Lösungsmittel bis zu 80 Gew.-% der Polyisocyanat-Lösung
ausmachen kann.
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Üblicherweise
werden in der Praxis Gemische von polaren und unpolaren Aromaten-haltigen Lösungsmitteln
eingesetzt, die auf das jeweilige Bindemittelsystem (Phenolharz
und Polyisocyanat) abgestimmt sind.
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Der
hohe Einsatz aromatischer Lösungsmittel für das
Bindersystem hat jedoch den Nachteil, dass es beim Abgießen
eines Gussstücks in einer Form, die ein Bindemittel auf
Basis eines Polyurethans umfasst, zu starken Emissionen der aromatischen
Lösungsmittel kommen kann. Die Lösungsmittelemission
beim Abguss, aber auch Ausdunstung und Ausgasung vor dem Abguss
stellen eine erhebliche Arbeitsplatzbelastung dar, die zumeist nicht durch
Schutzmaßnahmen, wie Abzugshauben und dergleichen abgefangen
werden kann.
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Zudem
führt das Bindemittelsystem auf Basis der Polyphenolharze
unabhängig davon, ob Lösungsmittel eingesetzt
werden, zu einer Emission von freiem Phenol und freiem Formaldehyd
beim Mischen, Lagern und Verarbeiten des Bindemittelsystems, wie
auch der Formmasse. Darüber hinaus werden nicht unerhebliche
Mengen an freiem Phenol und freiem Formaldehyd bei Transport und
Anwendung der hergestellten Formteile freigesetzt. Weitere Belastungen
durch Geruch und Dämpfe treten in den Gießerein
auf, wenn während des Abgusses die gehärteten
Formteile Crackprodukte freisetzen.
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Zur
Bindung des Sandes werden bei diesen Cold-Box-Verfahren die Zwei-Komponenten-Polyurethan-Systeme
eingesetzt. Die Formstoffmischung wird anschließend in
verschiedenen Mischertypen durch Vermengen des Sandes mit dem flüssigen
Bindersystem aufbereitet. Die aufbereiteten Formstoffmassen sind
längere Zeit lagerfähig. Auch bei der Lagerung
der aufbereiteten Formstoffmassen ist bereits eine hohe Lösungsmittelemission
zu beobachten, deren Beseitigung oder Entsorgung die Lagerkosten erheblich
erhöht sowie Probleme des Arbeitsschutzes nach sich zieht.
Das Einfüllen der aufbereiteten Formstoffmasse wird anschließend
durch Schießen, Schütten, Vibrieren oder von Hand
in das Formwerkzeug durchgeführt. Die Formstoffmischung
wird nachfolgend durch Begasen mit gasförmigen tertiären
Aminen gehärtet. Bei der Aushärtereaktion von Polyurethanbindern
handelt es sich um eine Polyaddition, d. h. eine Reaktion ohne Abspaltung
von Nebenprodukten, wie beispielsweise Wasser. Zu den weiteren Vorteilen
dieses Cold-Box-Verfahrens gehören gute Produktivität,
Maßgenauigkeit der Formkörper sowie gute technische
Eigenschaften, wie beispielsweise Festigkeiten, Verarbeitungszeit
des Formstoffgemisches, usw. Nachteile des Polyurethan-Cold-Box-Verfahrens
bestehen jedoch in der Emission durch das als Katalysator verwendete Amin,
das aufwendig abgesaugt und in einem Säurewäscher
abgeschieden werden muss.
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DE 102 56 953 A1 versucht
das Problem der Emission toxischer Katalysator- oder Lösungsmittelreste
am Arbeitsplatz zu vermeiden, indem es die Heißhärtung
mindestens eines Phenolharzes in fester Form mit einem flüssigen
oder festen Polyisocyanat vorschlägt. Der Nachteil dieses
Verfahrens ist jedoch, dass die feste Phenolharzkomponente aufwendig
durch Erwärmen verflüssigt werden muss, um überhaupt
eine hinreichende Vermischung des Bindersystems mit dem Formstoff
zu erreichen.
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WO-A1-2000/025957 schlägt
ein aromatenarmes Bindemittelsystem vor, das beim Abgießen eine
geringe Qualmbildung aufweist. Das Bindemittelsystem umfasst dabei
eine Phenolharzkomponente und eine Polyisocyanatkomponente, wobei
die Phenolharzkomponente und/oder die Polyisocyanatkomponente einen
Fettsäureester umfasst und die Polyphenolharzkomponente
ein Alkoxymodifiziertes Phenolharz ist. Der Zusatz von Fettsäureestern
zu dem Lösungsmittel der Phenolkomponente soll zu verbesserten
Trenneigenschaften führen. Bei den Fettsäureestern
handelt es sich um Fettsäuren mit 8 bis 22 Kohlenstoffen,
die mit aliphatischen Monoalkoholen verestert sind. Der Nachteil
dieses Bindemittelsystems liegt jedoch darin, dass nicht vollständig
auf Lösungsmittel, insbesondere für die Phenolkomponente
verzichtet werden kann.
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US-4,268,425 offenbart Bindemittelmischungen,
die Polyphenolharze, Polyisocyanate und Trockenöle einsetzt.
Das Trockenöl liegt in einer Menge von 2 bis 15 Gew.-%
bezogen auf das Bindemittelsystem vor und soll der Verbesserung
der Lagerbeständigkeit der Formkörperzusammensetzung
dienen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es, eine Zusammensetzung zur Herstellung
von Speisern, Formen, Eingusssystemen oder Kernen bereitzustellen,
bei der die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Insbesondere war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein alternatives Cold-Box-Verfahren
zur Verfügung zu stellen, das wesentlich kostengünstiger
als auch mit einer erheblich geringeren toxischen Belastung durchgeführt werden
kann.
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Die
Aufgabe konnte überraschend durch eine Zusammensetzung
zur Herstellung von Speisern, Formen, Eingusssystemen oder Kernen
umfassend
- a) ein Formstoffgemisch und
- b) ein Bindersystem umfassend
i) ein Rohöl pflanzlichen
oder tierischen Ursprungs und/oder Pressrückstände,
die bei der Herstellung von Pflanzenölen anfallen können oder
Rückstände, die bei der Extraktion tierischer Öle
anfällt, und
ii) ein Polyisocyanat, das mindestens
2 Isocyanatgruppen aufweist,
gelöst werden.
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Unter
Kerne und Formen versteht man dabei Körper, mit deren Hilfe
Innen- und Außenkonturen von Gussstücken ausgebildet
werden. Speiser stellen vom Prinzip her Hohlräume dar,
die mit dem Formenhohlraum des Gussstückes verbunden sind,
von der Gießströmung mit flüssigem Metall
gefüllt werden und so bemessen und ausgebildet sind, dass
das während der Abkühlung/Erstarrung eintretende
Volumendefizit im Gussteil durch das Metall im Speiser ausgeglichen
werden kann. Eingusssysteme sind in der Gießereitechnik
bekannte Hilfsmittel, die der Füllung der Gussform mit
Metall dienen. Das Eingusssystem umfasst dabei beispielsweise Brechkerne aber
auch das gesamte Einguss-Lauf-Anschnittsystem, das je nach Gießverfahren
unterschiedlich sein kann. Das Einguss-Lauf- Anschnittsystem ist
ein Sammelbegriff für alle Kanäle, also beispielsweise Einguss,
Gießtrichter, Gießlauf und Anschnitte, die das
flüssige Metall in den Formhohlraum leiten. Im Rahmen der
vorliegenden Erfindung erfasst der Begriff Eingusssystem somit sowohl
die Einzelbestandteile des Systems, wie etwa Einguss, Gießtrichter, Gießlauf
und Brechkerne als auch das gesamte System bestehend aus den Einzelbstandteilen.
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Die
erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten
ein Formstoffgemisch. Das Formstoffgemisch wird üblicherweise
separat vom Bindersystem hergestellt. Das Formstoffgemisch dient
zusammen mit dem Bindersystem der Herstellung der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung, die nachfolgend auch als Formmasse bezeichnet wird.
Der Formstoff umfasst im wesentlichen einen oder mehrere Gießereizuschlagstoff(e).
Vorzugsweise ist der Gießereizuschlagsstoff ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Chromitsand,
Aluminiumsilicat, Siliciumcarbid, Sand, Quarzsand, Olivin, Quarz,
Zirconsand, Magnesiumsilicatsande, Bimsstein und beliebige Mischungen
hiervon. Darüber hinaus kann das Formstoffgemisch auch
künstliche Gießereizuschlagsstoffe, wie beispielsweise
Cerabeads oder Aluminiumsilicathohlkugeln umfassen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen
Zusammensetzungen insbesondere zur Herstellung der Speiser ein wärmeisolierendes
und/oder wärmeabgebendes (exothermes) Formstoffgemisch.
Die isolierende Wirkung erhält man durch die Verwendung
von Gießereizuschlagsstoffen, die teilweise auch in Form
von Fasern vorliegen können und die sich durch eine sehr geringe
Wärmeleitfähigkeit auszeichnen. Bevorzugt sind
auch Mikrohohlkugeln auf Aluminiumsilikatbasis.
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Beispiele
solcher Mikrohohlkugeln sind Extendospheres SG (PQ Corporation)
und U-Spheres (Omega Minerals Germany GmbH) mit einem Aluminiumoxidgehalt
von ca. 28 bis 33% sowie Extendospheres SLG (PQ Corporation) und
E-Spheres (Omega Minerals Germany GmbH) mit einem Aluminiumoxidgehalt
von mehr als 40%. Ein exotherm wirkendes Formstoffgemisch umfasst
vorzugsweise zusätzlich eine oxidierbare Zusammensetzung,
vorzugsweise ein Metall und ein Oxidationsmittel, die exotherm reagieren
können. Das oxidierbare Metall ist bevorzugt Aluminium
und/oder Magnesium. Das Oxidationsmittel ist bevorzugt ausgewählt aus
der Gruppe der Oxide, Nitrate, Permanganate, Sulfate und Persulfate.
Das Oxidationsmittel ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Eisenoxid, Manganoxid, Mangannitrat, Natriumnitrat,
Kaliumpermanganat, Alkali- oder Erdalkalimetallsulfat, Alkali- oder
Erdalkalimetallpersulfat und beliebigen Mischungen hiervon. Weiterhin
kann das Formstoffgemisch Fluorträger, wie beispielsweise
Kryolith umfassen. Sowohl isolierende als auch exotherme Gießereizuschlagsstoffe
sind in den folgenden Anmeldungen
EP-0 934 785 A1 ,
EP-0 695 229 B1 und der
EP-0 888 199 B1 beschrieben.
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Das
Formstoffgemisch kann darüber hinaus weitere übliche
Bestandteile umfassen, wie beispielsweise Silane zur Haftvermittlung.
Darüber hinaus kann die Formstoffmischung auch Lösungsmittel, vorzugsweise
Glykole enthalten, die zusätzlich mit der Polyisocanatkomponente
des Bindersystems unter Ausbildung von Polyurethanen reagieren können. Unter
diesen Bedingungen wird der Gehalt an Polyisocyanaten bevorzugt
entsprechend der Menge des Lösungsmittels angepasst.
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Das
Formstoffgemisch weist Gießereizuschlagstoffe bevorzugt
in einer Menge oberhalb von 45 Gew.-%, weiter bevorzugt zwischen
50 und 75 Gew.-%, jeweils bezogen auf das gesamte Formstoffgemisch,
auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das Formstoffgemisch
zusätzlich eine oder mehrere oxidierbare Zusammensetzung(en)
und ein oder mehrere Oxidationsmittel in einer Gesamtmenge oberhalb
von 15 Gew.-%, bevorzugt zwischen 25 und 50 Gew.-%, jeweils bezogen
auf die gesamte Formstoffmischung, auf.
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Ein
weiterer wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung ist das Bindersystem umfassend
- i)
ein Rohöl pflanzlichen oder tierischen Ursprungs und/oder
Pressrückstände, die bei der Herstellung von Pflanzenölen
anfallen können oder Rückstände, die
bei der Extraktion tierischer Öle anfällt, und
- ii) ein Polyisocyanat, das mindestens 2 Isocyanatgruppen aufweist.
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Überraschend
wurde gefunden, dass eine Mischung aus Rohöl pflanzlichen
oder tierischen Ursprungs und/oder Pressrückstände,
die bei der Herstellung von Pflanzenölen anfallen können
oder Rückständen, die bei der Extraktion tierischer
die anfallen, im Zusammenwirken mit Polyisocyanaten als Bindersystem
für Speiser, Formen, Eingusssysteme oder Kerne geeignet
ist. Besonders bevorzugt sind hierbei rohe Pflanzenöle
und/oder die bei der Herstellung von Pflanzenölen anfallenden
Pressrückstände. Rohe Pflanzenöle können
vorzugsweise durch Kaltpressung gewonnen werden. Hierzu werden die Ölträger
(Samen, Fruchtfleisch) teilweise zerkleinert und ausgepresst. Nach
dem Pressen befinden sich noch recht große Mengen Öl
in dem Pressrückstand.
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Unter
rohes Pflanzenöl im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Öle
pflanzlichen Ursprungs zu verstehen, deren Reinheitsgrad unterhalb
95 Gew.-% liegt. Das bedeutet, dass das rohe Pflanzenöl
unterhalb von 95 Gew.-% Triglyceride aufweist, die von der Ursprungspflanze
herrühren. Bevorzugt weisen die rohen Pflanzenöle
im Rahmen der vorliegenden Erfindung 5 bis 95 Gew.-%, weiter bevorzugt
6 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, jeweils bezogen
auf das Gesamtgewicht des rohen Pflanzenöls, an Ölbegleitstoffen
auf, die von der Ursprungspflanze herrühren.
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Unter
Rohöl tierischen Ursprungs im Rahmen der vorliegenden Erfindung
sind Öle tierischen Ursprungs zu verstehen, deren Reinheitsgrad
unter 95 Gew.-% liegt. Das bedeutet, dass das rohe tierische Öl
unterhalb von 95 Gew.-% Triglyceride aufweist, die von dem Ursprungstier
herrühren. Bevorzugt weisen die rohen tierischen Öle
im Rahmen der vorliegenden Erfindung 5 bis 95 Gew.-%, weiter bevorzugt
6 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, jeweils bezogen
auf das Gesamtgewicht des rohen tierischen Öls, an Ölbegleitstoffen
auf, die von dem Ursprungstier herrühren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
entstammt der Pressrückstand aus der Pressung für
Leinsamöl, Sonnenblumenöl, Rizinusöl
oder Maisoel.
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Es
wird vermutet, dass die Inhaltsstoffe der Rohöle für
den überraschend guten Einsatz und die Reaktionsfähigkeit
mit den Polyisocyanaten verantwortlich sind.
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Bevorzugt
ist das rohe Pflanzenöl ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Leinsamenöl, Maisöl, Sonnenblumenöl,
Jojobaöl, Avocadoöl, Tungöl, Rapsöl,
Baumwollsamenöl, Sojaöl, Distelöl, Mohnöl,
Traubenkernöl, Hanföl, Weizenkeimöl,
Borretschöl, Erdnussöl, Haselnussöl,
Olivenöl, Nachtkerzenöl, Lorbeeröl, Sanddornöl,
Mandelöl, Kürbiskernöl, Sesamöl,
Aprikosenkernöl, Walnussöl, Wildrosenöl,
Pistazienöl, Macadamiaöl, Oiticicaöl.
Ebenso bevorzugt einsetzbar sind die Pressrückstände, die
bei der Herstellung der vorgenannten Pflanzenöle anfallen
können. In einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung werden die Pressrückstände,
die bei der Herstellung der Pflanzenöle anfallen in Ölen,
vorzugsweise rohen Pflanzenölen, suspendiert eingesetzt.
Bevorzugt ist das rohe Pflanzenöl ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Rizinusöl, Leinöl, Sonnenblumenöl,
Olivenöl, Maisöl, Sojaöl, Rapsöl
und Tungöl.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist das Rohöl tierischen Ursprungs. Tierische Rohöle
werden üblicherweise durch dem Fachmann bekannte Extraktionsverfahren
erhalten. Bevorzugte Rohöle tierischen Ursprungs sind Fischöl
oder Tallöl.
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Besonders
vorteilhaft sind die erfindungsgemäß einzusetzenden
Rohöle pflanzlichen oder tierischen Ursprungs bei Raumtemperatur
(20°C) flüssig. Dies macht den Einsatz von organischen
Lösungsmitteln überflüssig.
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Der
Glycerinester liegt üblicherweise in einer Menge oberhalb
von 0,05 Gew.-%, insbesondere oberhalb von 5 Gew.-%, bevorzugt von
8 bis 70 Gew.-%, weiter bevorzugt von 12 bis 50 Gew.-%, insbesondere
von 15 bis 35 Gew.-% und im Speziellen von 16 bis 29 Gew.-% jeweils
bezogen auf das gesamte Bindersystem vor.
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Ein
weiterer wesentlicher Bestandteil des Bindersystems ist ein Polyisocyanat,
das mindestens zwei Isocyanatgruppen aufweist. Das Polyisocyanat kann
dabei ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen,
alicyclischen und/oder aromatischen Diisocyanaten. Die Umsetzung
der Diisocyanate mit den Rohölen und/oder Press- oder Extraktionsrückständen
kann zur Ausbildung eines Polyurethans führen. Bevorzugt
ist das Polyisocyanat ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Hexamethylendiisocyanat, 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat, 2,4-Toluylendiisocyanat,
2,6-Toluylendiisocyanat, Diphenylmethyldiisocyanat, 1,5-Naphthalindiisocyanat,
Triphenylmethantriisocyanat, Xylylendiisocyanat, Polymethylenylenpolyphenylisocyanate,
Chlorphenylen-2,4-diisocyanat sowie beliebige Mischungen hiervon.
Besonders bevorzugt ist das Diisocyanat Diphenylmethandiisocyanat.
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Die
Reaktion zwischen Polyisocyanat und Rohöl und/oder Press-
und/oder Extraktionsrückstand wird vorzugsweise durch Aminkatalysatoren beschleunigt.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
(Formmasse) besteht darin, dass die Aushärtung auch alleine
durch Wärmezufuhr herbeigeführt werden kann, wobei
gegebenenfalls durch Einsatz von Katalysatoren eine Beschleunigung
erzielt werden kann. Der Vorteil liegt darin, dass in Gießereien
und Gießereizulieferbetrieben bereits bestehende Wärmehärtungsanlagen
verwendet werden können. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung
in einer auf eine 100°C vorgewärmte Metallform
eingebracht werden, wo die Zusammensetzung für einen bestimmten
Zeitraum in der Form zur Härtung belassen wird und anschließend
die gehärteten Formen entnommen werden. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, dass hierbei gänzlich auf den Einsatz geruchsintensiver
Aminkatalysatoren verzichtet werden kann.
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Das
Bindersystem liegt üblicherweise in einer Menge von 0,2
bis 28 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise von
2 bis 10 Gew.-%, weiter bevorzugt von 3 bis 7 Gew.-%, jeweils bezogen
auf die gesamte Zusammensetzung vor.
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Das
erfindungsgemäß einzusetzende Bindersystem kann
auch in Mischung mit anderen Bindersystemen eingesetzt werden. Sonstige
Bindersysteme sind beispielsweise die aus dem Stand der Technik
bekannten Phenolharze, die im Zusammenwirken mit Diisocyanaten Polyurethane
ausbilden. Bevorzugt liegt der Anteil des erfindungsgemäß einzusetzenden
Bindersystems bezogen auf das Gesamtgewicht des ganzen Bindersystems
oberhalb von 50 Gew.-%.
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Überraschenderweise
hat der Einsatz des erfindungsgemäß einzusetzenden
Bindersystems zu einer verbesserten Feuchtigkeits- und Wärmebeständigkeit
der erfindungsgemäßen Zusammensetzung (Formmasse)
geführt. So kann die erfindungsgemäße
Zusammensetzung wesentlich länger bei feuchter Luft oder
Temperaturen bis zu 40°C, wie sie im Sommer in Lagerhallen
oder Produktionsstätten auftreten können, gelagert
werden ohne dass Trockenmittel oder Wärmestabilisatoren
eingesetzt werden müssen und ohne dass sich die an die
Lagerung anschließende Verarbeitung der Zusammensetzung (Formmasse)
zu Speisern, Formen, Eingusssystemen oder Kernen, beispielsweise
in einem Cold-Box-Verfahren, beeinträchtigt wird. Das heißt die
Selbsthärtung der Formmasse durch Umwelteinflüsse
wie Wärme, Feuchtigkeit und Aminkonzentration in der Arbeitsatmosphäre
wird deutlich verzögert.
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Zudem
führt der Einsatz des erfindungsgemäß einzusetzenden
Bindersystems zu einer Vermeidung von Schadstoffemissionen und Geruchsbelastung
bei der Mischung der Formmassen sowie bei der Lagerung und dem Einsatz
der Formteile im Gießereiprozess.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung
des erfindungsgemäß einzusetzenden Bindersystems
zur Herstellung von Speisere, Formen, Eingusssystemen oder Kernen.
Darüber hinaus ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung
die Verwendung des Bindersystems zur Verbesserung der Feuchtigkeitsstabilität und/oder
Wärmestabilität der Formmasse.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Cold-Box-Verfahren
zur Herstellung von Speisern, Formen oder Kernen umfassend:
- a) Einbringen der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung in ein Werkzeug zur Ausbildung eines Speisers, einer
Form, eines Eingusssystems oder eines Kerns,
- b) Inkontaktbringen des ungehärteten Speisers, der
ungehärteten Form oder des ungehärteten Kerns,
der/die nach a) hergestellt wurde, mit einem Härtungskatalysator,
- c) Härtenlassen des durch b) erhaltenen Speisers, der
Form, des Eingusssystems oder des Kerns,
- d) Entfernen des Speisers, der Form oder des Kerns aus dem Werkzeug.
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Als
Härtungskatalysator wird vorzugsweise ein dampfförmiger
Härtungskatalysator, der vorzugsweise ausgewählt
ist aus der Gruppe der Trialkylamine, insbesondere ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Trimethylamin, Triethylamin, Dimethylethylamin,
Diethyl-monomethylamin, Dimethylisopropylamin und Dimethylpropylamin
und beliebige Mischungen hiervon. Die bis auf Trimethylamin bei
Raumtemperatur flüssigen Katalysatoren werden üblicherweise
in einer Begasungsanlage erwärmt und als Dampf – Luft
Gemisch der Formmasse zugeführt.
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Es
hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass besonders
feste Formen, Speiser, Eingusssysteme oder Kerne hergestellt werden
können, wenn der dampfförmige Härtungskatalysator
in einer Mischung mit Wasser eingesetzt wird, wobei das Mischungsverhältnis
bezogen auf das Gewicht des Härtungskatalysators mit dem
Gewicht des Wassers 20:1 bis 1:20, insbesondere 9:1 bis 1:9, bevorzugt
3:1 bis 1:3, weiter bevorzugt 3:2 bis 2:3 beträgt. Insbesondere
bevorzugt ist, dass als Härtungskatalysator eine Mischung
aus Triethylamin mit Wasser eingesetzt wird.
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Es
können für die Begasung mit den Wasser-Amin-Gemischen
die üblicherweise im Stand der Technik bekannten Begasungsanlagen
verwendet werden, wobei bevorzugt die Zuführung von Wasser und
Amin über getrennte Kanäle in den Dampfspülluftkanal
eingeführt wird. Die Begasung erfolgt bevorzugt bei Temperaturen
zwischen 75°C und 100°C, insbesondere bei Luft
-Dampf-Temperaturen zwischen 90°C und 100°C.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Speiser,
eine Form, ein Eingusssystem oder ein Kern, der nach dem erfindungsgemäßen
Cold-Box-Verfahren erhältlich ist.
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Ein
darüber hinausgehender Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Speisers,
einer erfindungsgemäßen Form, eines erfindungsgemäßen
Eingusssystems oder eines erfindungsgemäßen Kerns
in einem Verfahren zum Gießen eines Metallteils umfassend die
Schritte:
- a) Einbringen des Speisers, der Form,
des Eingusssystems oder des Kerns in eine Gießanordnung,
- b) Gießen des Metalls, während es in flüssigem Zustand
ist, in die Gießanordnung;
- c) Abkühlenlassen des Metalls bis zum Erstarren;
- d) Abtrennen des Metallgussteils aus der Gießanordung.
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Beispiele
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Beispiel 1: Herstellung einer Form
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In
einem 200 l Batch Mixer werden 100 kg Quarzsand (Fa. Samquarz, D
33) vorgelegt. Zu dem Sand werden 150 g eines Ölgemisches,
bestehend aus 91 Gew.-% rohem Rizinusöl und 9 Gew.-% rohes Fischöl,
und 600 g Diphenylmethandiisocyanat (MDI, Fa. BASF) gegeben. Die
hergestellte Zusammensetzung wird in einem hochscherenden Mischer
für 20 min. bei 400 rpm gemischt und nachfolgend in ein Werkzeug
zur Ausbildung der Form gegeben. Die Form ist ein zylindrischer
Probekörper (Höhe: 5 cm; Durchmesser: 5 cm). Die
Zusammensetzung wird in dem Werkzeug mit 0,05–0,1 Gew.-%
Triethylamin/Wasser/-Mix (Gewichtsverhältnis: 1:1) bezogen auf
die gesamte Zusammensetzung bei einem Spuelluftdruck von 2,5 bar
und einer Spuellufttemperatur des Triethylamin/Wasser-Gemisches
von ca. 90–100°C begast. Die Aushärtung
des Probekörpers erfolgte in bis 9 Sekunden.
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Beispiel 2: Herstellung eines exothermen
Speisers
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In
einem 200 l Batch Mixer werden 50 kg eines Formstoffgemisches umfassend
23 Gew.-% Quarzsand (Fa. Samquarz, D 33), 25 Gew.-% Aluminiumpulver,
17 Gew.-% einer Kaliumnitrat und Eisenoxidmischung und 35 Gew.-%
Aluminiumsilicathohlkugeln vorgelegt. Zu dem Formstoffgemisch werden 600
g eines Ölgemisches, bestehend aus 91 Gew.-% rohem Rizinusöl
(enthält 87 Gew.-% reines Rizinusöl, bezogen auf
das Gesamtgewicht des Riszinusöls) und 9 Gew.-% rohes Fischöl,
und 2450 g Diphenylmethandiisocyanat (MDI, Fa. BASF) gegeben. Die hergestellte
Zusammensetzung wird in einem hochscherenden Mischer für
1 min. bei 400 rpm gemischt und nachfolgend in ein Werkzeug zur
Ausbildung des Speisers gegeben. Die Form ist ein zylindrischer
Probekörper (Höhe: 5 cm; Durchmesser: 5 cm). Die
Zusammensetzung wird in dem Werkzeug mit 0,2–0,5 Gew.-%
Triethylamin/Wasser-Mix (Gewichtsverhältnis 1:1) bezogen
auf die gesamte Zusammensetzung bei einem Druck von 2,5 bar und
einer Spuellufttemperatur des Triethylamin/Wasser-Gemisches von 90–100°C
begast. Nach 15 Sekunden konnte der feste Speiser-Probekoerper dem
Werkzeug entnommen werden.
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Beispiel 3
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Entsprechend
Beispiel 1 wird eine Form hergestellt, die 100 Gewichtsteile Chromitsand,
0,3 Gewichtsteile MDI und 0,06 Gewichtsteile des in Beispiel 2 genannten
Bindersystems aufweist.
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Es
konnte eine annähernd geruchsfreie feste Form erhalten
werden.
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Beispiel 4
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Entsprechend
Beispiel 1 wird eine Form hergestellt, die 100 Gewichtsteile Aluminiumsilicat-Hohlkugeln,
15 Gewichtsteile MDI und 3 Gewichtsteile des in Beispiel 2 genannten
Bindersystems aufweist.
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Es
konnte eine extrem feste Form erhalten werden.
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Beispiel 5: Wärmehärtbare
Zusammensetzung
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Eine
Mischung aus 100 Gewichtsteilen Quarzsand (Firma Samquarz, D 35)
wird mit 0,2 Gewichtsteilen eines Ölgemisches, bestehend
aus 91 Gew.-% rohem Rizinusöl und 9 Gew.-% rohem Fischöl
(jeweils bezogen auf die gesamte Ölmenge) und 0,8 Gewichtsteilen
Diphenylmethandiisocyanat (MDI, Firma BASF) gemischt. Die so hergestellte
Formmasse wird in eine Metallform eingebracht, die auf 100°C
vorgewärmt wurde. Die Metallform ist ein Zylinder mit 130
mm Durchmesser und 12 mm Höhe. Die Formmasse wird in der
Metallform für 30 Sekunden in der Form zur Härtung
belassen und anschließend wird der Formkörper
entnommen.
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Es
konnte so eine extrem geruchsarme und feste Form erhalten werden.
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Beispiel 6:
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Eine
Mischung aus 100 Gew.-Teile Aluminiumsilicat-Hohlkugeln, 1,85 Gew.-Teilen
eines Ölgemisches, bestehend aus 90 Gew.-% rohem Rizinusöl (enthält
87 Gew.-% reines Rizinusöl, bezogen auf das Gesamtgewicht
des Rizinusrohöls) und 10 Gew.-% Leinsamenöl (jeweils
bezogen auf das Gesamtgewicht des Ölmgemisches) und 7,4
Gew.-Teile Diphenylmethandiisocyanat (MDI, Firma BASF) werden für
1 Minute in einem 2 kg Batch Mischer gemischt. Die so hergestellte
Formmasse wird nachfolgend in ein Werkzeug zur Ausbildung eines
Speisers gegeben. Die Form ist ein zylindrischer Probekörper (Höhe:
5 cm; Durchmesser: 5 cm). Die Zusammensetzung wird in dem Werkzeug
mit 0,5 Gew.-% Triethylamin/Wasser-Mix (Gewichtsverhältnis
1:1), bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung bei einem
Druck von 2,5 bar und einer Spüllufttemperatur des Triethylamin/Wasser-Gemisches
von 90°C begast. Nach 12 Sekunden konnte der feste Speiserprobekörper
dem Werkzeug entnommen werden. Die Probekörperdichte war
0,42 kg/l. Es konnte so ein harter und geruchsarmer Speiser hergestellt
werden.
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Beispiel 7: Herstellung eines Kerns
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Eine
Mischung aus 100 Gew.-Teilen Chromerzsand wird mit 0,25 Gew.-Teilen
Diphenylmethandiisocyanat (MDI, Firma BASF) und 0,0625 Gew.-Teilen
eines Ölgemisches, bestehend aus 90 Gew.-% rohem Rizinusöl
(enthält 87 Gew.-% reines Rizinusöl, bezogen auf
das Gesamtgewicht des Rizinusrohöls) und 10 Gew.-% rohes
Leinsamenöl (jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Ölgemisches)
für eine Minute in einem 2 kg Labormischer gemischt. Die
so hergestellte Formmasse wird nachfolgend in ein Werkzeug zur Ausbildung
eines Kerns gegeben. Die Form ist ein zylindrischer Probekörper
(Höhe: 5 cm; Durchmesser: 5 cm). Die Formmasse wird in
dem Werkzeug mit 0,5 Gew.-% Triethylamin/Wasser-Mix (Gew.-Verhältnis
1:1), bezogen auf die gesamte Formmasse bei einem Druck von 3,5
bar und einer Spüllufttemperatur des Triethylamin/Wasser-Gemisches
von 90°C begast. Nach 12 Sekunden konnte der feste Kernprobekörper
dem Werkzeug entnommen werden. Die Prüfkörperdichte
betrug 3,5 kg/l.
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Beispiel 8:
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Eine
Mischung aus 100 Gew.-Teilen Neusand AFS 60 wird mit 0,5 Gew.-Teilen
Diphenylmethandiisocyanat (MDI, Firma BASF) und 0,125 Gew.-Teilen
eines Ölgemisches, bestehend aus 90 Gew.-% rohem Rizinusöl
(enthält 87 Gew.-% reines Rizinusöl, bezogen auf
das Gesamtgewicht des Rizinusrohöls) und 10 Gew.-% rohem
Leinsamenöl (jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Ölgemisches)
für eine Minute in einem 2 kg Labormischer gemischt. Nachfolgend
wird die Formmasse in ein Werkzeug zur Ausbildung einer Form gegeben.
Die Form ist ein zylindrischer Probekörper (Höhe:
5 cm; Durchmesser: 5 cm). Die Zusammensetzung wird in dem Werkzeug
mit 0,5 Gew.-% Triethylamin/Wasser-Mix (Gew.-Verhältnis
1:1), bezogen auf die gesamte Formmasse bei einem Druck von 3 bar
und einer Spüllufttemperatur des Triethylamin/Wasser-Gemisches
von 90°C begast. Nach 9 Sekunden konnte die feste Form
dem Werkzeug entnommen werden. Die Prüfkörperdichte
des gehärteten Formkörpers betrug 1,5 kg/l.
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Beispiel 9: Herstellung eines exothermen
Speisers
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100
Gew.-Teile eines Formstoffgemisches umfassend 23 Gew.-% Quarzsand
(Firma Samquarz D33), 25 Gew.-% Aluminiumpulver, 17 Gew.-% einer Kaliumnitrat-
und Eisenoxidmischung und 35 Gew.-% Aluminiumsilicat-Hohlkugeln,
jeweils bezogen auf das gesamte Formstoffgemisch werden mit 5 Gew.-Teilen
Diphenylmethandiisocyanat (MDI, Firma BASF) und 1,2 Gew.-Teilen
rohem Leinsamenöl gemischt. Nachfolgend wird die so hergestellte
Formmasse in ein Werkzeug zur Ausbildung des Speisers gegeben. Die
Form ist ein zylindrischer Probekörper (Höhe:
5 cm; Durchmesser: 5 cm). Die Formmasse wird in dem Werkzeug mit
0,5 Gew.-% Triethylamin/Wasser-Mix (Gew.-Verhältnis 1:1),
bezogen auf die gesamte Formmasse bei einem Druck von 2 bar und
einer Spüllufttemperatur des Triethylamin/Wasser-Gemisches
von 100°C begast. Nach 45 Sekunden konnte ein extrem fester
Speiserprobekörper dem Werkzeug entnommen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10256953
A1 [0007]
- - WO 2000/025957 A1 [0008]
- - US 4268425 [0009]
- - EP 0934785 A1 [0015]
- - EP 0695229 B1 [0015]
- - EP 0888199 B1 [0015]