DE2049757A1 - Verfahren zum Herstellen beschichteter Gegenstände - Google Patents

Verfahren zum Herstellen beschichteter Gegenstände

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DE2049757A1 DE19702049757 DE2049757A DE2049757A1 DE 2049757 A1 DE2049757 A1 DE 2049757A1 DE 19702049757 DE19702049757 DE 19702049757 DE 2049757 A DE2049757 A DE 2049757A DE 2049757 A1 DE2049757 A1 DE 2049757A1
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Description

4690 Herne, «5PCS Mönchen 23,
Freflinrathstraße 19 Λ Eisenacher Straße 17
Pestfach 140 D > p K -" I Π CJ* *"»· · '■ B & Π !* Pal.-Anw. Betzier
Dipl.-Pbys. Eduard Betzier 51014 Dipl.-Inn. W. Herrmann-TrentepohJ
Telegrammanschrift: Telegrimmanschrift» Bahrpatente Herne PATENTANWÄLTE Babefpat München Telex 08229853 Telex 0524582
I ι Bankkonten:
Bayrische Vereinjfcank München 952 Dresdner Bank AG Herne 202 436 Postscheckkonto Oo (mund 558 68
L J
Ref.:MO 2512 HO/MÜ In der Antwort bitte angeben
Zuschrift bitte nach:
München
COMPAGNIE DES ATELIERS ET FORGES DE LA LOIRE (St-Chamond, Pirminy, St-Etienno, Jacob Holtzer)
Verfahren zum Herstellen beschichteter Gegenstände
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum Herstellen beschichteter Gegenstände aus Stählen, aus Legierungen oder aus reinen Metallen. Insbesondere richtete sie sich auf Verbindungen:
zwischen Baustählen, Werkzeugstählen etc. und rostfreien Stählen bzw. Stählen, die bei hohen bzw. niedrigen Temperaturen beständig sind;
zwischen Baustählen, Werkzeugstahlen eta. und reinen Metallen;
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zwischen Baustählen, Werkzeugstählen etc. und- Legierungen auf der Grundlage von Nickel, von Chrom, von Molybdän, von Wolfram etc. oder Legierungen, die verschiedene Anteile dieser Elemente aufweisen;
zwischen rostfreien Stählen, reinen Metallen und Legierungen entsprechend der obigen Beschreibung;
und iixsbesondere zwischen Stählen, Legierungen, reinen Metallen und sogar reinen Metallen untereinander.
Die Verwendung von beschichteten Gegenständen aus nicht rostenden Stählen, hoch- oder tieftemperaturbeständigen Stählen, Legierungen, reinen Metallen, und zwar in Verbindung mit Baustählen oder in Verbindung untereinander, hat sich in den letzten Jahren in sämtlichen Industriezweigen (Petrocnemie, Chemie, Elektrotechnik, Hauswirtschaft etc.) sehr stark entwickelt.
Z.Zt. verwendet man unterschiedliche Beschichtungstechniken in Abhängigkeit von den Gegenständen, die man erhalten will (Art, Größe, Form etc.).
Im folgenden seien kurz die beiden industriellen Verfahren erwähnt, die im wesentlichen Verwendung finden:
a) Herstellung eines zusammengesetzten Metalls, bestehend mindestens aus zwei getrennten Metallbändern, welche vorher mechanisch behandelt wurden, um Oxyde und Fremdstoffe zu entfernen.
Die Bänder laufen durch öfen bei Temperaturen, die so gewählt sind, daß sie dem fertigen zusammengesetzten Gegen-
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stand die erwünschten Eigenschaften geben. Das zusammengesetzte Metall wird erhalten durch einen Walzvorgang unter Schutzgas. Das Verfahren ist dementsprechend beschränkt in seinen Anwendungsmöglichkeiten.
b) Herstellung eines zusammengesetzten Metalls durch Warmwalzen. Die Herptellungselemente werden übereinander gelegt, wobei auf die vorher mechanisch vorbereiteten Beschichtungsflächen elektrolytisches Eisen oder Nickel aufgebracht ist, um die chemische Diffusion zu erleichtern und jegliche Oxydation während der Erwärmung zu vermeiden. Man kann zurückgreifen auf verschiedene Anordnungen, mit oder ohne Zwischenschaltung von Schutzgas. λ
Die Durchführung dieses Verfahrens ist sehr aufwendig, und sein Erfolg hängt von der Sorgfalt und Vorsicht während der gesamten Vorbereitung ab.
Vom metallurgischen Standpunkt aus gesehen birgt dieses Verfahren die ständige Gefahr lokaler Loslösungen. Darüber hinaus können Kohlenstoffdiffusionen·insbesondere bei Beschichtungen nicht rostender Metalle die Verwendung dieses Verfahrens in bestimmten Fällen untersagen, insbesondere wenn es um Korrosionsbeständigkeit geht.
Beschichtete Gegenstände, die korrosionsfest, tieftemperaturbeständig oder hochtemperaturbeständig sind, bestehen sehr häufig aus einem Stahl mit hohem Gehalt an nicht rostenden Elementen. Insbesondere ihre Oberfläche überzieht sich während einer Erwärmung mit einem kontinuierlichen, haftenden und undurchlässigen Film aus Oxyden, welche eine Diffusion verhindern und die Klebewirkung der Beschichtung aufheben.
Die Erfindung ist darauf gerichtet, beschichtete Gegenstände zu schaffen, und zwar durch Gießen zusammengesetzter
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Barren, wahlweise im Zusammenhang mit oder ohne Warmwalzbehandlung, oder durch Gießen von Formstücken. Dabei soll die erzielte Beschichtung sämtlichen Temperaturen widerstehen können.
Die Ex'findung betrifft ein Verfahren zum Herstellen beschichteter Gegenstände aus Stählen; Legierungen oder reinen Metallen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Beschichtungsmetall um die Fläche oder auf die Fläche von Grundmetall gießt, welche vorher mit einem Überzug aus Polyfluorethen (polyfluorethöne) versehen worden ist.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung wird der Überzug aus Polyfluorethen dadurch aufgebracht, daß man eine wässrige oder alkoholische Dispersion eines Polyfluorethen aufspritzt oder mit einem Pinsel aufstreicht oder in jeder anderen Weise aufbringt.
Auch stellt ein erfindungswesentliches Merkmal dar, daß man von einer metallischen Seele ausgeht, deren Fläche vorher vorbereitet und mit einem Polyfluorethen bestrichen ist, daß man die Seele in eine Kokille oder Gießform einsetzt und daß man in den verbleibenden Bereich der Kokille ein Beschichtungsmetall eingießt.
Der Überzug aus Polyfluorethen stellt aus folgenden Gründen einen wesentlichen Bestandteil der Erfindung dar. Fehlt es, so wird die metallische Seele während des Gießvorgangs auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, bei der sie fortschreitend an der Luft oxydiert. Das auf der Oberfläche gebildete Oxyd verhindert die Diffusion und hebt die Haftung der Beschichtung auf.
Andererseits zersetzt sich das Polyfluorethen in der Hitze
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(se pyrolise) während des Gießvorgangs fort?chreitend vor dem flüssigen Metall und scheidet Gase ab, welche die Oberfläche der Seele gegen eine Oxydation abschirmen. In dieser Weise wird die Haftung der Beschichtung an der Seele unter hervorragenden Bedingungen sichergestellt.
Die Polyfluorethene (beispielsweise die Polytetrafluoräthylene oder die Polychlortrifluorathylene etc. bzw. deren Derivate) ermöglichen derartig zufriedenstellende Ergebnisse, da sie gleichzeitig folgende Eigenschaften aufweisen: hohe chemische Stabilität; keine Plastifizierbarkeit bei hohen Temperaturen; keine Wärmeaushärtbarkeit und keine thermoplastischen Eigenschaften (gelartig bei höheren Tem- " peraturen mit erhöhter Viskosität des Gels); keimpunktfreier Fusion; Zersetzung durch Pyrolyse und Entstehen zusammengesetzter Fluor- oder Chlorfluorbestandteile.
Diese Eigenschaften sind folglich dafür wichtig, daß sich das Mittel im richtigen Augenblick (und nicht früher) zersetzt, in unmittelbarer Nähe der Flüssigkeitsoberfläche. Dabei werden die zusammengesetzten organischen flüchtigen Stoffe frei-, welche die feste Seele gegen eine Oxydation an der Atmosphäre schützen und für einen guten Kontakt des flüssigen Metalls tadellos vorbereitet gehaltenen Fläche der Seele sorgen. ™
Allgemein gesprochen, besitzen die Derivate der Äthylene, bei welchen die Wasserstoffatome teilweise oder vollständig durch Fluor- und/oder Chloratome ersetzt sind, in erhöhtem oder mindestens großem Maße die oben aufgeführten Eigenschaften. Sie können dementsprechend in wirkungsvoller Weise eine Oxydation der metallischen Oberfläche verhindern.
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Allgemein gesprochen, besitzen die Derivate der Ethylene, bei welchen die Wasserstoffatome teilweise oder vollständig durch Fluor- und/oder Chloratome ersetzt sind, ind erhöhtem oder mindestens großem Maße die oben aufgeführten Eigenschaften. Sie können dementsprechend in wirkungsvoller Weise eine Oxydation der metallischen Oberfläche verhindern. Handelt essich um einen Barren, und nicht um ein Formstück, so wird der auf diese Weise hergestellte zusammengesetzte Barren anschließend in gebräuchlicher Weise gewalzt. Zu be-. rücksichtigen sind die Verarbeitungseigenschaften jeder Legierung und jeder Beschichtungspaarung.
Nach der Erfindung erfolgt das Vergießen des Beschichtungs metalls vorzugsweise steigend. Jedoch kann das Vergießen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch direkt erfolgen, und zwar gegebenenfalls unter Verwendung einer Zwischengießpfanne mit einer Düse oder mehreren Düsen.
Die Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß tine Beschichtung der Seele auf zwei Flächen erfolgt.
Weiterhin entspricht es der. Erfindung, eine Beschichtung der Seele lediglich auf einer Fläche durchzuführen.
Die Erfindung umfaßt weiterhin gleichzeitige Herstellung von zwei einfachen Beschichtungen, d.h., jeweils einseitigen Beschichtungen zweier Seelen in der gleichen Kokille oder Gießform. Die beiden Seelen berühren sich mit denjenigen Flächen, die nicht beschichtet werden sollen. Diese Flächen werden von einer Antihaftschicht bedeckt, welche beispielsweise aus Chromoxyd besteht. Auch können sie über eine umlaufende Verbindungsnaht zusammengesetzt sein, wobei jegliches Eindringen des flüssigen Metalls und jedes Aufeinanderhaften der Flächen verhindert wird. Schließlich besteht die
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Möglichkeit, daß sie zugleich mit eher Antihaftschicht bedeckt und am Umfang miteinander verbunden sind.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann man das Vergießen der Beschichtung unter dem Schutz eines inerten Gases, beispielsweise von Argon, vornehmen. Hierzu umgibt man den Strahl des Beschichtungsstahls vom Austritt aus der Gießpfanne an mit einer derartigen inerten Atmosphäre, und/oder man setzt die Kokille unter eine derartige Atmosphäre.
Die wesentlichen Vorteile des Verfahrens sind:
leichte Durchführbarkeit;
wesentlich erhöhte Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu bisher verwendeten Verfahren;
perfekte Beschichtung;
Ausweitung der Verwendungs- und Herstellungsmöglichkeiten beschichteter Gegenstände unter absoluter Berücksichtigung ihrer wesentlichen Eigenschaften, die sich daraus ergeben, daß jeglicher schädlicher Kontakt und jegliche Verschmutzung-vermieden werden.
Die Überzüge aus Polyfluorethen - aufgrund dessen besonderer sowohl phylikalischer, als auch chemischer Eigenschaften - gestatten es, die Kontaktflächen im Augenblick des Gießens ganz besonders sauber zu halten und erleichtern das Herbeiführen der normalen Diffusion, welche es ermöglicht, eine Beschichtung mit sehr guten Verbindungseigenschaften zu erzielen.
Ultraschallversuche zeigen eine perfekte Verbindung zwi-
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sehen dem Grundmetall und dem Beschichtungsmetall.
Querschnitte, die mit dem Schneidbrenner unter Eisenpulver (au chalumeau ä poudre de fer) hergestellt wurden, haben die Ergebnisse der Ultraschallversuche vollständig bestätigt und gezeigt, daß überhaupt keine Entfestigung, auch keine partielle oder lokale, vorhanden ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung v/erden auf der bej liegenden Zeichnung, als Beispiel und nicht als Einschränkung, vier Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform, bei der ein Querschnitt durch eine Kokille vor dem Guß dargestellt ist, wobei eine Seele in die Kokille hineinhängt;
Fig. 2 eine Ansicht entsprechend Fig. 1, wobei der Kern auf den Boden der Kokille gestellt ist;
Fig.- 5 eine zweite Ausführungsform im Schnitt gemäß Fig. 1;
Fig. 4 in einer Schnittdarstellung analog der nach Fig. eine dritte Ausführungsform;
Fig. 5 wiederum im Vertikalschnitt eine AusfUhrungsform mit einem beschichteten Formstück.
Bei den verschiedenen Ausführungsformen handelt es sich um eine Seele aus gekohltem Baustahl, die eine Beschichtung aus rostfreiem, steigend vergossenem Stahl erhält, oder es wird umgekehrt eine rostfreie Beschichtung mit einer Baustahlbeschichtung versehen.
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Die erste Ausführungsform betrifft die Herstellung einer rostfreien Stahlbeschichtung auf beiden Flächen 2 und 3 einer Bramme 4 aus gekohltem Stahl (Fig. 1 und 2). Dabei wird ausgegangen von einer Bramme 4 aus gekohltem Stahl mit den Maßen: 1,7 m x 0,85 m χ 0,16 m. Diese Maße stellen lediglich ein Zahlenbeispiel dar. Die Bramme ist sorgfältig abgebeizt. Falls sie nicht sofort verwendet wird, wird ihre Fläche gegen Oxydation und sämtliche von außen kommende Verschmutzungen durch einen Überzug aus einem gebräuchlichen Schutzmaterial abgedeckt. Im letzten Moment wird das Schutzmaterial mittels eines geeigneten Lösungsmittels entfernt. Durch Spritzen oder Aufpinseln überzieht man die Bramme auf ihren Flächen 2 und 3 mit einer Schicht aus 'Poiyfluorethen, welches beispielsweise aus einer wässrigen oder alkoholischen Dispersion stammt. Dieser Überzug wird daraufhin einer bestimmten Sinterung durch eiwi mäßige Erwärmung kurzer Dauer unterworfen. Die Bramme wird dann sorgfältig in die Kokille 5 eingebracht. Sie wird so eingehängt, daß unter ihr ein Raum frei bleibt, der den Zutritt des Beschichtungsmaterials gestattet (Flg. 1). Andererseits kann sie auch auf den Boden der Kokille gestellt werden, wenn der Zutritt des steigend vergossenen Beschichtungsma'/erials seitlich erfolgt (diese Variante geht aus Fig. 2 hervor) Der Strahl des nicht rostenden Stahls wird von seinem Austritt aus der Gießpfanne an mittels einer Argonatmosphäre geschützt.
Die Figuren 1 und 2 zeigen im. Vertikalschnitt die Kokille 5 und die Seele 4. Das Beschichtungsmetall tritt während des Vergießons in der Weise ein, wie es durch die Pfeile gezeigt ist. Dabei nimmt es den Raum 1 ein.
Die zweite Ausführungsform zeigt die Herstellung einer Beschichtung aus rostfreiem Stahl auf einer einzigen Fläche
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einer Bramme aus gekohltem Stahl. Hierzu ist gemäß Fig. J5 eine Bramme 6 aus gekohltem Stahl entsprechend der obigen Beschreibung vorbereitet worden, jedoch wurde das Polyfluorethen lediglich auf die Fläche 7 aufgebracht. Die Bramme ist anschließend in die Kokille.8 derart hineingestellt, daß ihre große Fläche 9, welche nicht beschichtet werden soll, sich an eine Wand der Kokille anlehnt. Anschließend vergießt man steigend den nicht rostenden Stahl, welcher die Höhlung Io ausfüllt.
Bei einer Abwandlung dieser Ausführungsform vertauscht man die beiden Stahlsorten, d.h., man bereitet eine Bramme aus rostfreiem Stahl vor, lehnt sie an eine Wand der Kokille an, nachdem man ihre zu verwendende Fläche mit Polyfluorethen versehen hat, und gießt steigend den gekohlten Stahl in den verbleibenden Zwischenraum.
Bei der dritten Ausführungsform werden gleichzeitig zwei einfache Beschichtungen vorgenommen (Fig. 4). Hierzu werden zwei Brammen 11 und 12 aus nicht rostendem Stahl aneinander gelegt, und zwar unter Zwischenlegung einer Schicht 15 aus einem Antihaftmittel. Gegebenenfalls können sie in dieser Lage Über eine umlaufende Verbindungsnaht 14 festgehalten werden. Die Anordnung aus den beiden Brammen wird entsprechend der obigen Beschreibung vorbereitet, wobei die Fläche 15 jeder Bramme, die für die Beschichtung vorgesehen ist, mit einem Überzug aus Polyfluorethen versehen wird. Die Anordnung wird dann in die Kokille 16 eingeführt, und zwar entweder hineingehängt, oder auf den Boden gestellt. Anschließend vergießt man steigend gekohlten Stahl in den freigelassenen Raum 17.
Eine Abwandlung dieser Ausführungsform besteht, wie oben, in einer Vertauschung der Stahlsorten.
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Bei der vierten Ausführungsform wird ein beschichtetes Formstück hergestellt. Gemäß Fig. 5 wird hierzu erst ein Formstück 18 aus gekohltem Stahl gegossen, wobei man auf den für die Beschichtung bestimmten Flächen entsprechend der erwünschten Beschichtung Platz frei läßt. Dann bereitet man die zu beschichtende Fläche I9 in der Weise vor, wie es oben im Zusammenhang mit den beschichteten Brammen beschrieben wurde. Schließlich stellt man eine Form und/oder . einen Kern 2o her, in welcher bzw. um welchen man das Formstück 18 aus gekohltem Stahl anordnet. Man vergießt steigend den rostfreien Stahl, welcher den freigelassenen Raum 21 zwischen der Form und dem Formstück und/oder zwischen dem Formstück und dem Kern einnimmt.
Das Verfahren nach der Erfindung ist anwendbar auf die Herstellung vieler zusammengesetzter Gegenstände wie etwa: Draht, Bandmaterial, Blech, Rohr etc. Dabei kommt eine einfache Beschichtung, eine doppelte Beschichtung oder eine auf bestimmte Stellen des erwünschten Endprodukts beschränkte Beschichtung in Frage. Auch können Formteile bzw. Gußteile beschichtet werden.
Patentansprüche
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Claims (17)

20A9757 Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von beschichteten Gegenständen aus Stählen oder Legierungen oder reinen Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß man das Beschichtungsmetall um oder auf eine Fläche des Grundmetalls gießt, welche vorher mit einem Überzug aus einem Stoff versehen wurde, der sich im richtigen Moment in direkter Nähe der Flüssigkeitsfront zersetzt und dabei zusammengesetzte organische flüchtige Bestandteile frei werden läßt, die das Grundmetall gegen eine Oxydation in cfer Atmosphäre schützen und einen guten Kontakt des flüssigen Metalls mit der sauber gehaltenen Fläche des Grundmetalls sicherstellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall anfänglich mit einer Schicht aus einem Polyfluorethen überzogen- wird.
J5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall anfänglich mit einem Überzug eines chlorhaltigen Derivats des Äthylen überzogen wird, beispielsweise mit dem Chlorid des überchlorierten Polyvinyl (Ie chlorure de polyvinyle surchlore).
4. Verfahren nach einemr· der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffbeschichtung in Form einer wässrigen oder alkoholischen Dispersion aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffbeschichtung durch Aufspritzen
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oder durch Aufstreichen mittels eines Pinsels aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffbeschichtung in irgend einer bekannten Weise aufgebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergießen des Beschichtungsmetalls steigend erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergießen des Beschichtungsmetalls direkt erfolgt, gegebenenfalls mittels einer Zwischengießpfanne mit einer Düse oder mehreren Düsen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl des Beschichtungsstahls von seinem Austritt aus der Gießpfanne an mit einer inerten Atmosphäre, beispielsweise mit Argon, umhüllt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille unter eine inerte Atmosphäre, beispielsweise unter Argon, gesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl des Beschichtungsstahls von seinem Austritt aus der Gießpfanne an mit einer inerten Atmosphäre, beispielsweise mit Argon, umhüllt wird und daß die Kokille unter eine inerte Atmosphäre, beispielsweise unter Argon, gesetzt wird.
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/ν
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung auf zwei
Flächen einer Seele aufgebracht wird.
IjJ. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung auf einer einzigen Fläche einer Seele aufgebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man gleichzeitig eine einseitige Beschichtung zweier Seelen vornimmt, welche miteinander über diejenigen Flächen in Berührung stehen, die nicht beschichtet werden sollen und die mittels eines Antihaftmittels, wie etwa Chromoxyd, voneinander getrennt sind.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Seelen über umlaufende Nähte an
den Flächen, welche nicht beschichtet werden sollen, miteinander in Verbindung stehen und daß die umlaufenden Nähte für einen geringen Abstand sorgen, welcher einen direkten Kontakt zwischen den Flächen verhindert, wobei die Möglichkeit besteht, die Seelen schließlich nach ihrer Beschichtung voneinander zu trennen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Beschichtung eines Formstücks vornimmt, indem man erst eine Form herstellt, in
die man das zu beschichtende und die Seele bildende Formstück setzt, und daß man anschließend das Beschichtungsmetall eingießt, welches den freigelassenen Raum zwischen der Form
und dem Formstück einnimmt.
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20A9757
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Beschichtung eines Formstücks vornimmt, indem man zuerst einen Kern herstellt, um den man das zu beschichtende und die Seele bildende Formstück anordnet, und daß man anschließend das Beschichtungsmetall eingießt, welches den freigelassenen Raum zwischen
dem Formstück und dem Kern einnimmt.
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