DE1301873B

DE1301873B - Verfahren zum Herstellen von Giessformen fuer den Metallguss und Formstoffmasse zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1301873B
Application number: DEB72585A
Authority: DE
Inventors: Alexander James Gerard; Bean Xarifa Louise; Wagner Paul William
Original assignee: Bean Morris and Co
Current assignee: Bean Morris and Co
Priority date: 1959-05-11
Filing date: 1963-07-06
Publication date: 1969-08-28
Also published as: FR92701E; CH509171A; US3255024A; FR1514911A; GB1044204A; SE314781B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum einer Verteilung von etwa gleichen Mengen von je Herstellen von Gießformen für den Metallguß gemäß etwa 0,25 °/₀ Harnstoff und Natriumnitrat, von denen Patentanmeldung P 1291860.4-24, bei dem die Einzel- die eine Substanz im Bindemittelüberzug der Formkörner einer körnigen Masse mit einem einen durch Stoffmasse enthalten und die andere in praktisch ein aktivierendes Gas freisetzbaren gebundenen Wasser- 5 trockener kristalliner Form darin gleichmäßig verteilt gehalt aufweisenden Bindemittel umhüllt und vor dem ist, wobei das Natriumnitrat im Bindemittelüberzug Aufbringen auf das Modell so weit getrocknet werden, enthalten sein kann.

daß der Gehalt an angebundener Feuchtigkeit weniger Die Erfindung ist darüber hinaus auch in einem

als 0,3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamt- Verfahren zum Herstellen der Formstoffmasse dadurch

gewicht, beträgt. Aufgabe der Erfindung ist die io gekennzeichnet, daß man der körnigen Masse einen

Weiterentwicklung der genannten Hauptpatentan- Silikatsirup mit einem im Vergleich zum endgültigen

meldung, insbesondere in Hinsicht verbesserter Wirt- wesentlich SiO₂-reicheren Na₂O: SiO₂-Verhältnis bei-

schaftlichkeit des Verfahrens und vor allem der mengt, diesem nach bei praktisch Raumtemperatur

Qualität der herzustellenden Gießformen. gleichmäßiger Verteilung auf den Kornoberflächen

Die Erfindung geht von der im Grundsatz bekannten 15 unter Umsetzung konzentrierte, wäßrige Natronlauge

Verwendung von hydratisierten Alkalisilikaten als zugibt, wobei der Bindemittelüberzug auf den Körnern

Formsandbindemittel aus, das durch Kohlensäuregas sein endgültiges Na₂O: SiO₂-Verhältnis enthält, und

abgebunden wird. das Mischen so lange fortsetzt, bis die Reaktion voll-

Demgegenüber ist die Erfindung, insbesondere bei ständig abgelaufen und der hydratisierte Bindemittel-

dem Verfahren der eingangs definierten Art dadurch ao Überzug auf den Körnern unter Bildung einer praktisch

gekennzeichnet, daß die körnige Formstoffmasse auf trockenen und leichtfließenden Formstoffmasse abge-

dem Modell in einer Kohlendioxyd enthaltenden akti- bunden hat.

vierenden Gasatmosphäre unter einem Druck von Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn der körnigen etwa 0,03 bis 0,16 kg/cm² gehalten wird, wobei vor Masse ein wäßrig gelöster Silikatsirup mit einem den allem die Einwirkung der aktivierenden CO₂-GaS- 35 Fertigverhältnissen entsprechenden Na₂O: SiO₂-Veratmosphäre nach etwa 0,5 bis 3,0 Minuten, in denen hältnis von mehr als 0,8:1,0 bis 1,4:1,0 unter, Bedie Formstoffmasse einen zwar selbsttragenden, jedoch grenzung der Gesamtmenge des mit dem Wasser noch weichen Zusammenhalt erfährt, abgebrochen gelösten Silikatsirups und der Natronlauge zugege- und die Formstoffmasse dann vor ihrer endgültigen benen Wassers auf praktisch nicht mehr als die GeErhärtung vom Modell getrennt werden kann. 30 samtmenge hydratisch gebundenen Wassers in dem

Zur weiteren Verbesserung kann auch der umhüllten fertigen hydratisierten Bindemittelüberzug beigemischt Formstoffmasse vor dem Aufbringen auf das Modell wird, wobei die Gesamtmenge des während der Beieine gleichmäßig vermischte Komponente zugemischt mischungs- und Verteilungsvorgänge eingebrachten werden, die bei der Erwärmung der Gießform durch Wassers auf wesentlich weniger als die Gesamtmenge den Guß thermische Ausdehnungsspannungen inner- 35 gebundenen Hydratwassers begrenzt wird. Auch kann halb der Formstoffmasse ausgleicht, wozu ein ther- der Gesamtwassergehalt auf 10 bis 20% unter dem misch leicht und zumindest teilweise in gasförmige maximalen Wassergehalt begrenzt werden, der maximal Bestandteile zersetzbarer Stoff zugemischt wird. als gebundenes Hydratwasser vom fertigen und trocke-

Vor allem ist die Erfindung auch in einer Formstoff- nen hydratisierten Bindemittelüberzug aufgenommen masse zur Durchführung insbesondere des vorge- 40 werden kann. Jedenfalls soll das endgültige Na₂O : SiO₂-nannten Verfahrens zu sehen, die dadurch gekenn- Verhältnis im trockenen, hydartisierten Bindemittelzeichnet ist, daß ihr Bindemittel ein Zusammen- Überzug zwischen etwa 1,0:1,0 und 1,3 :1,0 liegen.
Setzungsverhältnis von Na₂O zu SiO₂ von etwa Der mit der Erfindung über die Aufgabenstellung 0,8 :1,0 bis 1,4:1,0 aufweist, wobei das Na₂O : SiO₂- noch hinaus erreichte technische Vorteil liegt insbe-Verhältnis ihres Bindemittels etwa 1,0:1,0 bis 1,3 :1,0 45 sondere darin, daß überraschenderweise Gießformen betragen kann. Dabei ist ein freier, also nicht als hergestellt werden können, die im Formkasten eine Hydratwasser gebundener Feuchtigkeitsgehalt von ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen, daebenfalls nur maximal etwa 0,3 Gewichtsprozent vom rüber hinaus aber während der Verfestigung durch Gesamtgewicht einzustellen. das Kohlensäuregas über eine ausreichend große und

Praktisch soll die erfindungsgemäße Formstoff- 50 wiederholbare Zeitspanne eine gewisse Plastizität bzw. masse kein ungebundenes Wasser enthalten und ihr Elastizität besitzen, die es erlaubt, das Modell leicht Gewichtsanteil an trockenem Bindemittel etwa 1 bis und ohne Gefahr eines Abbrechens hervorstehender 2% betragen. Dabei soll ihr Gesamtgehalt an im Formteile oder sonstigen Brüchen aus der Form zu Bindemittel gebundenem Hydratwasser den bei atmo- nehmen. Deshalb auch eignet sich das erfindungssphärischen Bedingungen erreichbaren stöchiome- 55 gemäße Verfahren bzw. die Formstoffmasse dafür trisch maximalen Gehalt um etwa 10 °/₀ unterschreiten. auch besonders für biegsame Modelle, mit denen ins-

Die der Formstoffmasse zugegebene, gleichmäßig besondere auch Gießformen herstellbar sind, deren verteilte Komponente zum Ausgleich thermischer steile Konturenwinkel dicht an 90° oder sogar darüber Ausdehnung innerhalb der verdichteten und beim liegen, die durch keine der bekannten Verfahren in Guß erwärmten Formstoffmasse kann auch als 60 wirtschaftlich sinnvoller Form erreichbar sind. Da-Komponente in dem Bindemittelüberzug der körnigen durch lassen sich vielfach auch gesonderte Formkerne Masse enthalten sein oder aus mehreren zusammen- vermeiden. Die generell verringerte Stoßbruchempfindwirkenden verschiedenen Bestandteilen bestehen, von lichkeit selbst nach dem vollständigen Abbinden verdenen einer in dem Bindemittelüberzug enthalten ist. ringert auch die Gefahr der Ausschußentstehung aus Derartige ausdehnungsausgleichende Komponenten 6g anderen Gründen, z. B. beim Transport der Gießkönnen Melamin, Dicyandiamid oder Harnstoff in formen.

verschiedenen Anteilen und unter Zumischung von Durch die mit der Erfindung zugleich erzielte

Natriumnitrat sein, und zwar beispielsweise auch in leichtere und regelmäßigere Durchgasung bzw. Ver-

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festigung der Gießform kann man auch auf eine Obwohl man mit alkalireicheren Materialien ins-Vakuumentgasung vor der CO₂-Zugabe verzichten. besondere bei höherem Binder-Sand-Verhältnis an-Auch braucht man keine wärmebeständigen Modelle fänglich größere Bindungsfestigkeiten erzielt, zeigen mehr. Die erfindungsgemäß hergestellte Gießform sich gleichzeitig Nachteile, wie übermäßige Korrosibesitzt zudem eine erhöhte Temperaturwechselbe- 5 vität infolge der höheren Alkalinität, weniger wünständigkeit und Lagerfähigkeit. Des weiteren sind die sehenswerte Arbeitsbedingungen, erhöhte Wasserauf-Gießformen weniger korrodierend, weniger hygrosko- nähme aus der Luftfeuchtigkeit während der Lagerung, pisch und für praktisch alle Gießtemperaturen an- eine das Modellmaterial nachteilig beeinflussende wendbar. Temperaturerhöhung während des Begasens und eine

Im übrigen weist die Erfindung auch alle Vorteile io Brüchigkeit der fertigen Gießform, die ihr Ablösen

der Hauptpatentanmeldung auf, insbesondere also vom Modell ohne Ausbrechen von Ecken aus dem

geringe Bindemittelmenge, hohe Abmessungsgenauig- Formhohlraum stark erschwert. In ähnlicher Weise

keit sowie Umgehung zusätzlicher Wärmevorgänge, mögen Einmischen und Überziehen zunächst unnötig

d. h. also hohe Wirtschaftlichkeit und Qualität. erschwert werden, wenn man Binder-Sand-Verhältnisse

Das erfindungsgemäße eigenständige Verfahren 15 mit nur etwa 10% Bindemittel zu verwenden sucht,

zum Herstellen der vorstehend definierten Formstoff- Bei alkalireicheren Materialien mögen infolge der

masse besitzt einerseits eigene Vorteile, nämlich z. B. Brüchigkeit der gebildeten Bindung auch etwas höhere

eine bessere Verteilung des Bindemittels ohne zusatz- Binder-Sand-Verhältnisse vorteilhaft erscheinen, damit

liehe Wasserzugaben und eine niedrigere Mischungs- die entstehende Bindung wegen ihrer Brüchigkeit

bzw. Umsetzungstemperatur, d. h. also eine Ver- ao fester wird, als es für eine weniger brüchige Fertigform

ringerung des Wärmeaufwands. Andererseits wirkt es ausreichen würde. Obwohl der Binderüberzug auf den

sich direkt auf das Verfahren zum Herstellen der Gieß- Sandkörnern nach dem Überziehen aus einer trockenen

formen aus, beispielsweise dadurch, daß es einen noch Festsubstanz bestehen soll, muß er zunächst doch in

geringeren Bindemittelanteil ermöglicht. flüssiger Form vorliegen, um die Körner möglichst

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Bei- 25 vollständig zu überziehen. Hierbei in der Uberzugs-

spielen im einzelnen erläutert. stufe verwendete höhere Binder-Sand-Verhältnisse

Dafür wird der Formsand in einem Mischer so lange erfordern jedoch ein Erhitzen des Bindermaterials,

mit einem Silikatbinder vermischt, bis dessen einzelne um ihm seine zum Überziehen jedes Einzelkorns

Körner damit überzogen sind, wobei der Silikatbinder erforderliche freie Fließfähigkeit vor allem dann zu

dann in dieser Schicht hydratisiert und getrocknet 30 erhalten, wenn es während des Uberzugsvorganges

wird, bis eine praktisch trockene und frei fließende alles auf einmal zugegeben wird. Verwendet man eine

Formstoffmasse vorliegt. Diese Formstoffmasse kann derartige Misch- oder Uberzugsweise bei alkali-

man auch etwa 1 Tag bis zum Gebrauch lagern, ohne ärmeren Materialien und insbesondere bei solchen

daß sie zusammenbackt. Infolge ihrer freien Fließ- mit niedrigerem Binder-Sand-Verhältnis, so verliert

barkeit ohne jegliche Grünfestigkeit braucht sie auf 35 man während des Überzugsvorgangs etwas von dem

dem Modell gegebenenfalls nur noch durch Vibrieren erwünschten, als Hydrat gebundenen Wasser. Etwa

oder Schütteln verdichtet zu werden, so daß ein das gleiche gilt, wenn man die Anfangsviskosität des

Stampfen entfällt. Silikatmaterials durch Verdünnen einzustellen sucht

Nach dem Aufbringen auf das Modell wird sie dann und anschließend das freie Wasser durch Wärmeeiner aktivierenden Kohlensäuregasatmosphäre aus- 40 trocknung entfernt.

gesetzt. Hierbei wird das hydratisch gebundene Wasser Darüber hinaus besteht ein wesentlicher Unterschied

frei bzw. das Silikat klebrig. Bei weiterer Begasung bezüglich der Vielfältigkeit oder des Charakters der

verfestigt der Binder dann die Gießform zu einer zu- nach Begasung erzielten Bindung zwischen Silikat-

sammenhängenden Masse. materialien mit niedrigem und solchen mit höherem

Wesentlich ist vor allem, daß für den Silikatbinder 45 Alkaligehalt. Bei niedrigerem Alkaligehalt entsteht

ein alkaliarmes Metalloxyd-SiO₂-Verhältnis gewählt eine Bindung von zwar schwach, aber ausgeprägt

wird. plastischem Charakter, der beim Ablösen der Fertig-

Es wurde bereits erwähnt, daß Silikatbinder im form vom Modell von Vorteil ist, da man hierbei die höheren Alkalinitätsbereich in bezug auf geschaffene geringste Sorgfalt und Genauigkeit aufwenden muß, Bindungsfestigkeit, dimensionsgenaue Abformung und 50 um die Form genau geradlinig aus dem Formkasten dergleichen bestimmte Vorteile ergeben, während herauszuholen, ohne Ecken oder Kanten aus dem Stoffe im niedrigeren Alkalinitätsbereich zwar im Formhohlraum auszubrechen. Trotzdem muß eine Bezug hierauf weniger günstig sind, dafür aber gewisse derartige plastische Eigenschaft gleichzeitig von geandere Vorteile, wie die Bequemlichkeit der für den nügender Bindefestigkeit der Fertigform begleitet sein, Uberzugsvorgang benutzten Lösungen, geringere Hy- 55 um ein gut bearbeitbares Produkt zu liefern. Man kann groskopizität bei der Lagerung und im Gebrauch usw., diese plastische Eigenschaft auch nicht einfach durch bieten. Bei der Handhabung dieser verschiedenen allgemeine Verringerung der endgültigen Bindungs-Stoffe und insbesondere dann, falls man nur auf festigkeit erreichen, obwohl gewisse Kompromisse Faktoren wie Bindungsfestigkeit und Dimensions- möglich sind. Bei höherem Alkaligehalt liefert das Stabilität Wert legt, gibt es derart viele verschieden- 60 begaste und aktivierte Silikat eine ziemlich schwache artige, untereinander abhängige und unabhängige Bindung, falls diese gleichzeitig merklich plastische Abwandlungsmöglichkeiten in bezug auf Überziehen, Eigenschaften aufweist. Dies ist insbesondere dann Formen und Begasen dieser verschiedenen Massen, der Fall, wenn die Bindungsplastizität auf übermäßig daß sie weder als bloße Alternativen betrachtet werden viel Aktivierungsfeuchtigkeit zurückzuführen ist. Hierkönnen, noch die bevorzugte Arbeitsweise bei der Ver- 65 bei kann es notwendig sein, die Bindung z. B. durch formung und Verwendung der alkalireichen Silikate verlängertes Begasen derart vorzutreiben, daß sie im Vergleich zu solchen mit kleinerem Alkalifaktor stark, aber brüchig wird, um das Abziehen der Fertigdarstellen, form vom Modoll erfolgreich durchführen zu können.

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Vermutlich erfolgt die Bildung der Bindung durch schaftlichkeit als erforderlich aufstellen: Einfachheit das aktivierte Silikat bei allen Alkaliverhältnissen im des Begasens unter atmosphärischen Bedingungen Verlauf des Begasens stufenweise, indem der über- und bei möglichst geringem Zeitaufwand, etwas zogene Sand zuerst infolge des Freiwerdens von Hy- Plastizität in der Bindung, um das Abnehmen vom dratwasser durch die Kohlendioxydreaktion feucht 5 Modell zu erleichtern, schwächere Temperaturerhöwird und die Bindung sich erst beim Fortschreiten hung während des Begasens um nicht mehr als etwa der Reaktion allmählich verfestigt. Bei höheren Alkali- 6° C, erhöhte zeitweilige Stabilität des überzogenen Verhältnissen und insbesondere bei höheren Binder- Sandes vor dem Gießen und während der Lagerung Sard-Verhältnissen kann zu Beginn der Begasangs- unter atmosphärischen Bedingungen, möglichst wenig stufe so viel Hydratwasser frei werden, daß die über- io unerwünschte Handhabungseinschränkungen für die zogene Sandmasse ziemlich feucht wird, wodurch eine Arbeiter, geringere Anforderungen an den Silikatzwar plastische, aber nicht sehr feste Bindung entsteht. binder, ausreichende Bindungsfestigkeit zum Hand-Mit fortschreitender Begasung und/oder Umsetzung haben der Fertigform, Dimensionsgenauigkeit und wird die Bindung immer fester, wobei eine Zwischen- -Stabilität sowohl beim Begasen als auch beim späteren stufe durchlaufen wird, bei der sowohl eine beträcht- 15 Befüllen der Form mit geschmolzenem Metall usw. liehe Bindungsfestigkeit als auch eine gewisse ge- Es stellte sich nun heraus, daß die obengenannten wünschte plastische Eigenschaft zu beobachten ist. ersten fünf Faktoren in erster Linie durch Verwendung In höheren Alkalibereichen kann diese Zwischenstufe, von Oxyd-Säure-Verhältnissen im niedrigeren Alkaliwährend der die Form am leichtesten vom Modell nitätsbereich begünstigt werden, während die sonstigen abgenommen werden kann, unbefriedigend kurz sein 20 Erfindungsmerkmale und -Vorschriften nicht nur zur oder zusätzliches Begasen zwecks endgültiger Verfesti- befriedigenden Verwendung der alkaliärmeren Bindegung erfordern, so daß es nicht zweckmäßig ist, die mittel, sondern auch zur Verbesserung der Materialien Form zu diesem Zeitpunkt aus der Begasungsstufe und hierdurch zu einem befriedigenden Ausgleich oder vom Modell zu entfernen. In ähnlicher Weise zwischen den ziemlich gegensätzlichen Forderungen ergeben womöglich die höheren Alkaliverhältnisse as nach einerseits hoher Bindungsfestigkeit und andererwährend der Begasungsstufe mehr Natriumcarbonat, seits völliger Dimensionsstabilität beitragen, wie dies das eine zusätzliche Brüchigkeit in der Fertigbindung im folgenden beschrieben ist.

verursacht. Als Beispiel für derartige niedrigere Alkalinitäts-

Bei den erfindungsgemäß gewählten niedrigeren bereiche seien Na₂O: SiO₂-Verhältnisse im hydrati-Alkaliverhältnissen erstreckt sich dagegen der Zwischen- 30 sierten Binder auf den feuerfesten Körnern zwischen bereich, in dem die Bindung plastisch, aber fest ist, bei etwa 0,8 :1,0 und 1,4:1 genannt, wobei insbesondere geeigneter Einregelung des verfügbaren Hydrat- für Gußmetalle, wie Aluminium und Kupfer, der für wassers über eine längere Zeitspanne der Begasungs- die Praxis bevorzugte Bereich zwischen etwa 1:1 und stufe hinweg. In ihr kann man mit dem Begasen auf- 1,3:1 liegt. Man erzielt mit erfindungsgemäß hergehören und die Form mit genügender Handhabungs- 35 stellten und sonstwie benutzten Silikatmaterialien mit festigkeit oder bei genügend fortgeschrittener, kein derartigen Alkalinitätsverhältnissen befriedigende Erweiteres Begasen erfordernder Umsetzung vom Mo- gebnisse, wenn der Binder dem Sand oder einem dell entfernen. Tatsächlich erzielt man erfindungsge- anderen feuerfesten, körnigen Material in Mengen maß die besten Ergebnisse dadurch, daß man mit dem zugesetzt wird, die—auf das Gewicht des überzogenen, Begasen aufhört, bevor der Binder endgültig brüchig 40 feuerfesten Materials bezogen — etwa 1,5 bis 2 Gewird. In ähnlicher Weise ist im Zusammenhang mit wichtsprozent Bindemittelfeststoffe betragen, wenn dem Vorstehenden die Einregelung der Hydratwasser- mit Formsand einer Teilchengröße etwa gemäß DIN menge von Bedeutung, da zuviel Wasser einen Verlust Sieb 0,13 mm Maschenweite gearbeitet wird. Dichtere der Bindungsfestigkeit während der Zwischen- oder Sandsorten, wie Zirkonsand, erfordern etwa l,7mal plastischen Stufe zur Folge hat, während zu wenig 45 mehr Binder als Quarzsand, während weniger dichter Wasser die gewünschte, plastische Eigenschaft nicht Kohlenstoffsand nur etwa zwei Drittel davon benötigt, hinreichend oder genügend lange hervortreten läßt, Eine endgültige Erhöhung der Bindungsfestigkeit

um maximale Ergebnisse oder möglichst leichte Hand- beruht ersichtlicherweise auf höheren Binder-Sandhabungsmöglichkeiten zu erzielen. Verhältnissen, und zwar zumindest bis zu einem ge-

Wie sich aus dem Vorangegangenen ergibt, werden 50 wissen Punkt, über den hinaus ein weiterer Binderaußerdem die wirksamen Begasungszeiten tatsächlich Überzug die Bindungsfestigkeit nicht mehr verbessert, sogar unerwünscht länger, wenn man Silikatbinder Andererseits können unerwünschte Dimensionsvermit höherer Alkalinität verwendet. Andererseits er- änderungen an der Fertigform sowohl während der zielt man erfindungsgemäß mit alkaliärmeren Massen Begasungsstufe als auch später infolge ihrer starken wünschenswert kurze Begasungszeiten selbst dann, 55 Erhitzung während des Eingießens des geschmolzenen wenn der Begasungsvorgang nicht in einer geschlosse- Metalls mit wachsendem Gehalt der Formmasse an nen oder evakuierten Kammer oder bei hohen Be- Silikatbinder merklich zunehmen. Somit können also gasungsdrücken durchgeführt wird. Bei Stoffen mit im Silikatbinderüberzug auf den Einzelkörnern, aber größerem Alkaligehalt ist fernerhin eine größere auch im feuerfesten Sand selbst sowohl thermisch Kohlendioxydmenge erforderlich. Außerdem benötigt 60 bedingte Formänderungen als auch solche auftreten, man zur Erzielung der gewünschten höheren Bindungs- die auf chemischen Reaktionen innerhalb des Binders festigkeit eine größere Bindermenge, da höhere Alkali- und/oder auf Änderungen im Hydrat- oder Wassergehalte immer von größerer Brüchigkeit begleitet sind. gehalt beruhen.

Insbesondere unter den Massenproduktionsbedingun- Somit ergibt eine Erhöhung des Binder-Sand-Ver-

gen in einer Gießerei bedeutet eine Verkürzung der 65 hältnisses im allgemeinen festere Bindungen, verstärkt Begasungszeit je Form um 50°/₀ oder mehr äußerst aber gleichzeitig auch die unerwünschte Neigung der wichtige fabrikatorische und wirtschaftliche Vorteile. Form zu Dimensionsveränderungen während der Man kann folgende Faktoren für die erhöhte Wirt- Lagerung, beim Begasen oder beim Gießen. Bei den

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verschiedenen erfindungsgemäß offenbarten Verhält- reichend auf den einzelnen Sandkörnern verteilen nissen erreicht man ein Optimum oder einen brauch- und danach miteinander umsetzen können. Wenn baren Kompromiß zwischen diesen beiden gegensätz- man also beispielsweise dem im Kollergang befindlichen Bedingungen, zumindest in dem Maße, daß liehen Sand zunächst ein Silikat mit einem zur Bildung die — etwa auftretende und — auf die übermäßige 5 einer Flüssigkeit oder eines Sirups bei Zimmertempe-Erhöhung des Bindergehalts zurückzuführende Er- ratur ausreichenden Kieselsäuregehalt (z. B. mit einem höhung der Festigkeit vermutlich keine praktischen Oxyd-Säure-Verhältnis von etwa 1:1,6) zusetzt, dann Verbesserungen oder Vorteile im Verhältnis ziir gleich- kann man nach genügender Verteilung eine wäßrige zeitig verursachten, entsprechenden und unerwünschten Natriumhydroxydlösung zugeben, die so viel NaOH, Abnahme der Dimensionsgenauigkeit und -beständig- io wie zur Bildung des im fertigen Binder gewünschten keit ergibt; in manchen Fällen kann jedoch ein über Oxyd-Säureverhältnisses erforderlich ist, und nicht die vorstehend angegebenen Bereiche hinaus erhöhter mehr Wasser enthält, als Hydratwasser gebunden Bindergehalt (bei Verwendung von alkaliarmen SiIi- werden kann, damit sie sich mit dem ursprünglich katen) tatsächlich eine nachteilige Wirkung auf die zugegebenen syrupösen Silikat umsetzen kann. Welcher Festigkeitseigenschaften der Fertigform ausüben. 15 der beiden Bestandteile bei der Überzugsbildung dem

Bei der Herstellung und Verwendung von erfindungs- Sand zuerst zugegeben wird, ist nicht ausschlaggemäß mit so wenig alkaliarmen Binder überzogenen gebend, obwohl man erfindungsgemäß vorzugsweise Sandformmaterialien kommt es zur Erzielung be- zuerst das Silikat zugibt, da für das Überziehen der friedigender Ergebnisse und zur richtigen gegen- Einzelkörner in einem herkömmlichen Kollergang seitigen Abstimmung der voneinander teils abhängigen 20 selbst nach Zugabe des zweiten Reagens und bevor und teils unabhängigen Variablen auf das gewünschte sich das feste, hydratisierte Bindemittel auf den einEndergebnis auf vielerlei Faktoren an. Insbesondere zelnen Sandkörnern niederschlägt, mehrere Minuten sei auf den wichtigen Umstand verwiesen, der Misch- zur Verfügung stehen.

stufe nicht mehr Wasser zuzugeben, als vom Silikat- In ähnlicher Weise erzielt man, wenn überhaupt,

binder als hydratisch gebundenes Wasser aufge- 25 nur einen geringen Vorteil durch Erhöhen der Drehnommen werden kann. Insbesondere macht bei den zahl oder der Stromaufnahme des Mischers, z. B. eines niedrigeren Alkalinitätsverhältnissen die Anwesenheit üblichen Schnell-Kollergangs, da beide Maßnahmen von freiem Wasser während der Misch- und Hydrata- auch in ähnlicher Weise die Neigung zur Abspaltung tionsstufe es schwierig, dieses überschüssige Wasser von hydratisch gebundenem Wasser fördern. Tatsächso weit zu entfernen, daß der überzogene Sand tat- 30 lieh empfiehlt es sich, den Sand und die Binderstoffe sächlich trocken und frei fließend wird, ohne dabei während des Vermischens im Kollergang etwa durch gleichzeitig einen Teil des erwünschten Hydratwassers eine Wasserkühlung an seiner Bodenplatte zu kühlen, zu entfernen. da die Sandtemperatur durch das Vermischen oder

Das als Überzug auf den feuerfesten Körnern ge- die beim Misch- und Überziehvorgang erfolgende Umwünschte, hydratisierte Material bei Zimmertempe- 35 Setzung tatsächlich etwas und durch die Bildungsratur muß natürlich fest sein, während jedoch der wärme des kristallinen Hydrats womöglich um weitere Binder in der Mischstuie zwecks gleichmäßiger Ver- 4 bis 6° C erhöht wird. Durch Anwendung einer Kühlteilung und einheitlicher Überzugsbildung auf den wassertemperatur von annähernd 13⁰C im Wasser-Körnern in flüssiger Form vorliegen sollte. Versucht kühler erreicht man eine befriedigende Ableitung der man einen derartigen flüssigen Zustand durch Wasser- 4° Überschußwärme und hält im allgemeinen stärker zugabe zu erreichen, so wird weit mehr Wasser ge- kontinuierliche einheitliche Bedingungen in der Mischbraucht, als endgültig als Hydratwasser gebunden Stute aufrecht. Hierdurch vermeidet man Schwanwird. Versucht man andererseits den Silikatbinder kungen in der Festigkeit oder sonstigen Eigenschaften durch Temperaturerhöhung während der Zugabe zum der Formstoffmasse von Ansatz zu Ansatz infolge Sand zu verflüssigen, dann treten wieder andere 45 geringer Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen Schwierigkeiten auf. So kann z. B. im Bereich der im Mischer oder gar im Mischraum bei diesen Alkalibevorzugten Alkalinitätsverhältnisse das Silikat etwa nitätsverhältnissen.

46° C warm sein und wird dann bei Berührung mit Als spezielles Beispiel erhielten 3000 Gewichtsteile dem Sand beinahe sofort abgekühlt und dabei in einen feiner Gießereiquarzsand (DIN Sieb 0,13 mm Maschen-Zustand zurückverwandelt, in dem eine einheitliche 5° weite) einen Silikatüberzug aus folgenden Bestand- und wirksame Verteilung auf den einzelnen Sand- teilen:

körnern schwierig ist. Da jedoch die erwünschten 81,3 Gewichtsteile sirupöses und hochkieselsäure-

Sihkatbmderuberzuge innerhalb der bevorzugten Be- _{halti silikatmaterial mit einem} Oxyd-Säure-

reiche erfahrungsgemäß bei Temperaturen über etwa Verhältnis von etwa 1:1,6, mit einem Gehalt an

53 C beinahe augenblicklich und auch bei Tempera- 55 15,9 Teilen Natriumoxyd, 25,3 Teilen Siliziumturen über etwa 43 C bereits m beträcht icher Menge _{ώ d} _{md mi} _{Teilen Wasser;}

Hydratwasser verlieren, liegen offensichtlich einander 33 _{6 Tei]e 51%i Na}triumhydroxydlösung;

widersprechende Bedingungen vor, wenn auf den weitere 16,2 Teile Wasser und

Sandkörnern em erwünscht hydratisierter Überzug _{etwa 2 Teile brauner Zuck der als Schutzmitte}i

unter Verwendung von Ausgangsmaterialien herge- 60 _{dag Zusammenbacken des} überzogenen

stellt werden soll die eme zur einheitlichen Verteilung _{Sandes während der Lagerung zugegeben wurde}.

und Überzugsbildung ausreichende Fließfähigkeit
besitzen. Das Vermengen dieses Ansatzes erfolgte beispiels-

Ein befriedigendes Verfahren zur Erfüllung dieser weise folgendermaßen: Zunächst wurde etwa ein scheinbar widersprechenden Bedingungen besteht er- 65 Drittel des Sandes in einen Simpson-Kollergang einfindungsgemäß darin, Silikat und Alkali dem Sand geschüttet und das zusätzliche Wasser nebst darin gewährend des Mischvorganges getrennt zuzusetzen, löstem braunem Zucker zugegeben. Etwa 2 Minuten damit sie sich im ursprünglich flüssigen Zustand aus- später wurde das sirupöse Silikat zugesetzt und bei

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weiterlaufendem Kollergang nach und nach auf die abgestellt werden kann, um ein leichtes Abnehmen Sandkörner verteilt und aufgebracht. Nach etwa der Form zu ermöglichen. Trotzdem erhöht sich die 7 Minuten wurde der restliche Sand zwecks weiterer Zugfestigkeit der Bindung nach dem Aufhören der Vermengung und Überzugsbildung und wiederum Begasung noch weiter, wodurch beim Einsatz der Gießetwa 9 Minuten später die Natriumhydroxydlösung 5 form eine höhere Formfestigkeit vorliegt. Derartige zugegeben. Bei weiterlaufendem Kollergang bildete Festigkeitszunahmen nach dem Begasen schwanken sich im Laufe von weiteren 12 bis 13 Minuten der jedoch etwas mit der Begasungsdauer. Zum Beispiel Überzug aus hydratisiertem Silikat auf den einzelnen kann eine 30 Sekunden lang begaste Form innerhalb Sandkörnern, und das Silikat setzte sich mit dem von etwa 2,5 Minuten nach Begasung eine Zugfestig-Natriumhydroxyd unter Bildung der letztlich er- io keit von etwa 0,35 bis 0,42 kg/cm² aufweisen, die sich wünschten hydratisierten Silikatschicht auf den ein- in den folgenden 8,5 Minuten allmählich auf etwa zelnen Sandkörnern um. Vom Start des Kollergangs 1,62 kg/cm² erhöht. In ähnlicher Weise zeigte eine aus gerechnet, nach insgesamt etwa 20 bis 23 Minuten vergleichbare Form aus gleichem Material, jedoch wurde der entstandene, überzogene Sand hinausge- mit 60 Sekunden langer Begasung in den ersten schüttet und als trockene und frei fließende Form- 15 2,5 Minuten nach Begasung eine Zugfestigkeit von masse bis zu etwa 1 Tag gelagert. Die Sandtemperatur etwa 1,27 kg/cm², die in den folgenden 5 Minuten bis lag beispielsweise beim Einschütten in den Kollergang auf etwa 2,25 kg/cm² anstieg. Bei einem dritten verbei etwa Zimmertemperatur, also bei 21 bis 24° C, und gleichbaren Versuch mit etwa 120 Sekunden langer beim Herausschütten nur um etwa 11° C höher. Begasung wurde in den ersten 2,5 Minuten nach dem

Der Hauptgrund dafür, daß man zu Beginn nur ein 20 Bagasen eine anfängliche Zugfestigkeit von etwa Drittel des Sandes eingibt, liegt in der besseren Ver- 1,48 kg/cm² festgestellt, die sich in den folgenden teilung des sirupösen und im vorliegenden Beispiel 8,5 Minuten kaum erhöhte. Selbstverständlich sind reichlich viskosen Silikats auf den Sandkörnern. Der alle vorgenannten, endgültigen Zugfestigkeiten mehr fertige, überzogene Sand war ausreichend trocken als ausreichend für die normalen Anforderungen, die und frei fließend, um nach seinem Aufschütten auf 25 man an eine selbsttragende Gießform bei der Handdas Modell und seiner Verfestigung durch Vibration habung und beim Eingießen von geschmolzenem Me- und Schwerkraft das gewünschte Ergebnis zu erzielen. tall stellen muß. Zusätzlich zur Zugfestigkeit wurde Sein Bindergehalt betrug — auf den überzogenen Sand bei solchen Formen eine Druckfestigkeit von etwa bezogen — etwa 1,81 Gewichtsprozent Silikatfest- 2,81 bis 10,5 kg/cm² erzielt, was für das Gießen von stoffe. Das Gesamtgewicht des durch den Binder 30 Aluminium oder Eisen in der Form vollständig aushydratisch gebundenen Wassers betrug etwa 2,56 Ge- reicht.

wichtsprozent des überzogenen Sandes, und das Wie bereits erwähnt, ist es vor allem zweckmäßig,

Na₂O: SiO₂-Verhältnis im Binder lag bei etwa 1,13 :1. dem beim Überzugsvorgang vermischten Bestandteil

Trotz seiner niedrigen Alkalinität und seines von Anfang an oder durch Zugabe nicht mehr Wasser niedrigen Binder-Sand-Verhältnisses läßt sich ein der- 35 einzuverleiben, als schließlich im fertigen und kristalliartiges Formmaterial in hinreichend kurzer Zeit, nen hydratisierten Binder als Hydratwasser gebunden nämlich je nach Formgröße in etwa 30 Sekunden bis werden kann, damit in der Mischstufe im wesentlichen 3 Minuten, mit Kohlendioxyd begasen. In den im kein freies oder ungebundenes Wasser vorhanden ist, Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugten das dann durch Trocknung oder anderweitig entfernt niedrigeren Alkalinitätsbereichen erzielt man be- 4° werden müßte, um das gewünschte trockene und frei friedigende Begasungs- und Binderergebnisse bei einem fließende Material zu erhalten. Gleichzeitig ist es aber beträchtlich unter einer vollen Atmosphäre liegenden zweckmäßig, den Silikatbestandteil in flüssiger Form Kohlendioxyddruck in der Begasungsstufe, so daß zuzugeben, damit er ordentlich mit den Sandkörnern weder ein Absaugen der Umgebungsluft aus der Masse vermischt und über sie verteilt werden kann. Vorzugsdes überzogenen Sandes vor der Begasung noch ein 45 weise gibt man das Silikat in bei Zimmertemperatur Einschließen der zu begasenden Formmasse in eine flüssigem Zustand zu, um jeglichen Zwang zum Er-Begasungskammer oder in eine andere Vorrichtung hitzen zu vermeiden, das auch hydratisch gebundenes als die bereits beschriebene, bevorzugte Anordnung Wasser aus dem fertigen Überzug austreiben könnte, mit einer Begasungsplatte über dem Formkastendeckel Silikatstoffe mit kieselsäurereichem Oxyd-Säure-Vererforderlich ist. Man erhielt mit Mischungen aus 50 hältnis, wie z. B. das bereits erwähnte Material mit Kohlendioxyd und Luft im ziemlich breiten Bereich einem anfänglichen Oxyd-Säure-Verhältnis von etwa zwischen etwa 25 und etwa 100% Kohlendioxydgehalt 1:1,6, sind im Handel als bei Zimmertemperatur bei annähernd Atmosphärendruck in der Form be- sirupöse Flüssigkeiten erhältlich. Für die Erfindungsfriedigende Begasungsergebnisse, insbesondere, wenn zwecke lassen sich auch andere Na₂O: SiO₂-Verman in dem Modell oder der Modellplatte einen konti- 55 hältnisse verwenden, sofern diese Materialien genügend nuierlichen Gasdurchfluß durch den überzogenen Sand Kieselsäure enthalten, um bei Zimmertemperatur im aufrechterhält. So wurden befriedigende Ergebnisse wesentlichen amorph oder sirupös zu sein,
schon bei einem Kohlendioxyddruck in der Zufüh- Zum Beispiel sind Metalloxyd-Säure-Verhältnisse,

rungsleitung von nicht mehr als etwa 0,32 kg/cm² er- die an den 1:1-Wert des Metasilikats herankommen, zielt, wodurch der Druck unter der oberen Begasungs- 60 im wesentlichen kristallin (da hydratisierte Silikate platte 20 und über der feuerfesten, zu begasenden kristallin sind) und lassen sich nur schwer ohne uner-Masse etwa 0,04 bis 0,14 kg/cm² betrug. wünschtes Erhitzen oder Verdünnen mit Wasser in den

Die mit den eben beschriebenen Verfahren und flüssigen Zustand überführen, so daß sie für eine Ver-Formstoffmassen erhaltenen Zugfestigkeiten pflegen Wendung ausscheiden. Dagegen lassen sich Silikatbesich in den ersten 5 oder 10 Minuten nach erfolgter 65 standteile mit noch höherem Kieselsäuregehalt als Begasung noch etwas zu erhöhen, so daß der tatsäch- beschrieben erfindungsgemäß anwenden, sofern in der liehe direkte Kohlendioxydfluß zu passender Zeit Mischstufe die zur Erzielung des endgültigen Oxydwährend des erwähnten plastischen Zwischenzustandes Säure-Verhältnisses erforderliche NaOH-Menge ohne

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gleichzeitige Einführung von überschüssigem Wasser Reaktion zwischen dem im wesentlichen trockenen, möglich ist. Das Natriumhydroxyd wurde als 50°/pige hydratisierten Silikatüberzug auf den Sandkörnern Lösung zugegeben und sollte ebenfalls zwecks gleich- und dem gasförmigen Reagens ein gewisses Setzen mäßiger Verteilung auf den Sandkörnern in der Misch- der Formstoffmasse gefördert wird,
stufe in flüssiger Form vorliegen. Es wäre unzweck- S Beispielsweise fällt eine überzogene Formstoffmasse mäßig, Natriumhydroxyd in flüssiger Lösung von mehr der im früheren Beispiel beschriebenen Art, die sich in als 50°/₀ Konzentration zuzugeben. Falls der Silikat- 25,4 cm hoher Schicht in einem Kasten befindet und in bestandteil in zu kieselsäurereichem Zustand züge- ihm durch Schwerkraft und Vibratoreinwirkung vergeben wird, dann kann die Zugabe von genügend dichtet worden ist, in der ersten oder befeuchtenden Natriumhydroxyd (als 50%ige Lösung) dazu führen, io Stufe der Begasung um etwa 0,25 bis 0,13 cm zusamdaß mit dieser Lösung mehr Wasser hinzukommt, men. Aus etwa dem gleichen Grund neigt die Masse als am Ende als hydratisch gebundenes Wasser aufge- auch dazu, sich in der Querrichtung zusammenzunommen werden kann. ziehen, falls kein Druck ausgeübt wird. Beispielsweise

Um also endgültige Oxyd-Säure-Verhältnisse inner- lastet auf dem Sand am Boden eines solchen 25,4 cm halb des obengenannten Bereichs von etwa 1:1 bis 15 tiefen Kastens der Druck der darüberliegenden Sand-1,4:1 zu erhalten, reichen erfahrungsgemäß die auf schicht, während der im Kasten obenauf liegende dem Sand gebildeten Hydrate aus, um praktisch alles Sand keinem solchen Druck unterworfen ist. Infolge-Wasser, das einerseits im Silikatsirup von bei Zimmer- dessen kann man nach dem Begasen in den oberen temperatur leicht überzugsfähiger Konsistenz (z. B. 8 bis 10 cm der abgesetzten und verdichteten Form-1:1,6) und andererseits in der entsprechend erforder- ao stoffmasse eine Querschrumpfung oder einen Querlichen 50%igen Natronlauge, die in dieser Konzen- schwund von etwa 0,0005 bis 0,0050 cm/cm messen, tration ebenfalls bei Zimmertemperatur zum ent- Trotzdem lassen sich solche Dimensionsänderungen, sprechenden Mischen und Überziehen flüssig genug ist, die der Bindungsreaktion des Silikatbinders mit dem enthalten ist, als Hydratwasser zu binden. Auch noch Kohlendioxyd innewohnen oder von ihr verursacht im Endverhältnisbereich von etwa 1,05:1 bis 1,30:1 25 wurden, in der Praxis mit Hilfe der Erfindung leicht kann etwas zusätzliches, freies Wasser aufgenommen kompensieren. Zum Beispiel besitzt ein erfindungs- und von dem sich auf den Sandteilchen bildenden gemäß mit Silikat überzogener Sand ein gewisses VerHydrat als Hydratwasser gebunden werden. Somit mögen, unter Druckeinfluß zu fließen, wobei sich das scheint außer dem in dem Silikatsirup und der Natron- Modell 30 natürlich noch unter der Sandmasse belauge enthaltenen Wasser — auf die Silikatfeststoffe 30 findet. Daher kann ein bestimmter Druck, der sich in den Ausgangssubstanzen bezogen — höchstens sowohl nach unten als auch quer auswirkt, auf die etwa 30 Gewichtsprozent zusätzliches Wasser vom Formmassendeckschicht ausgeübt werden, in diesem endgültig trockenen, hydratisierten Silikatüberzug auf ersten plastischen Stadium der Bindungsreaktion und den Sandkörnern als Hydratwasser gebunden werden dadurch anfängliche, senkrechte Schrumpfungen durch zu können. Vorzugsweise gibt man aber kein solches 35 Herandrängen der Formstoffmasse an die Modellzusätzliches Wasser zu, falls die endgültig gewünschten oberfläche ohne weiteres kompensiert werden.
Oxyd-Säure-Verhältnisse außerhalb des Bereichs von In ähnlicher Weise können auch Querschrumpf ungen etwa 1:1 bis 1,25:1 liegen. in den oberen paar Zentimetern der Formstoffmasse

Die Feinheit des Sandes und die Gesamtmenge des — beispielsweise mit Hilfe des im Inneren des Formaufzubringenden Binders beeinflußen die vorstehenden 40 kastens und unterhalb einer Begasungsplatte ange-Überlegungen nur wenig. Die vorstehenden Verhältnis- ordneten Druckpolsters aus Schwammgummi oder zahlen gelten insbesondere für feine Sandsorten (bei- anderem Material — kontrolliert werden, um hierdurch spielsweise gemäß DIN Sieb 0,15 mm lichte Maschen- einen gewissen Druck auf die zu begasende Sandmasse weite) mit einem endgültigen Bindergehalt von — auf auszuüben und dadurch sowohl lotrechte als auch Sandgewicht bezogen — annähernd 1,8 % Silikatfest- 45 seitliche Schrumpfungen in den oberen Masseschichten stoff. zu kompensieren. So erzielt man beispielsweise bei dem

Änderungen der genannten Eigenschaften können erwähnten 25,4 cm tiefen Kasten mit einem Schwamm-

sowohl auf chemischen als auch auf sonstigen Ein- gummipolster von etwa 2 cm Dicke unter einer oberen

flüssen während der Begasung beruhen. So wird bei- Begasungsplatte befriedigende Ergebnisse hinsichtlich

spielsweise der überzogene Sand im Anfang der Koh- 50 der Ausübung eines richtigen Abwärts- und Seiten-

lendioxydbehandlung durch die anfängliche Freigabe drucks auf die zu begasende Formmasse. Zweck-

des Hydratwassers zunächst feucht. Dieses Ursprung- mäßigerweise bringt man in dem Druckpolster nicht

liehe Naßwerden mag zwar im Vergleich zur Ursprung- nur Durchlässe für das Kohlendioxyd, sondern auch

lieh trockenen und frei fließenden Beschaffenheit des Querkanäle an, um die gewünschte gleichmäßige Ver-

Sandes eine beträchtliche Bindung schaffen, die Festig- 55 teilung des aktivierenden Gases auf der Deckschicht

keit hat jedoch noch nicht entfernt den Grad der der Masse aus überzogenen, feuerfesten Körnern zu

Zwischenplastizität erreicht, die zum Abnehmen der unterstützen.

Form vom Modell als kohäsives und selbsttragendes Dimensionsänderungen oder Schrumpfungen der Gebilde erwünscht ist. Trotzdem ruft diese Anfangs- Formstoffmasse, insbesondere während der Begasung, reaktion, bei der etwas gebundenes Hydratwasser frei 60 beruhen auch auf Faktoren, wie der anfänglichen wird, und die hierbei erfolgende Aktivierung des vorher Dichte, zu der die Masse über dem Modell im Formtrockenen Silikatüberzugs auf den Sandkörnern eine kasten verdichtet wurde, und der Menge des Hydrat-Dimensionsänderung oder Schrumpfung hervor, ob- wassers, das in den ersten Begasungsstufen und noch wohl dem Silikatüberzug primäres Haftvermögen er- vor Erreichen eines plastischen Übergangs in die geteilt wird. Außerdem scheint das auf den einzelnen 65 wünschte kohäsive Bindung freigesetzt wird. Beide Sandkörnern freigesetzte, vorher gebundene Hydrat- Ursachen für die Dimensionsstabilität während einer wasser schmierend zu wirken, wodurch im Vergleich Begasung oder Bindung, in der sich die Formmasse zur Beschaffenheit der Masse vor Beginn irgendeiner noch auf dem Modell befindet, lassen sich ohne weiteres

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ausgleichen. Beispielsweise können alle diese Ursachen rung können auch zur erfindungsgemäßen Kontrolle für Schrumpfung oder Dimensionsschwankungen oder von vielerlei Dimensionsschwankungen zahlreiche Veränderlichkeit zu Beginn der Begasung, trotzdem sonstige Zusätze, wie Stärke, Harnstoff, Gelatine man sie erfindungsgemäß zu korrigieren oder abzuglei- sowie verschiedene Faserprodukte, wie sie in der chen sucht, in Extremfällen um 0,003 bis 0,0035 cm/cm 5 Stammanmeldung aufgeführt sind, verwendet werden, Querausdehnung variieren. Aber selbst eine derartige obwohl mit den hier beschriebenen Massen und VerSchwankung ist ohne weiteres vorhersehbar und repro- fahren selbst ohne Verdünnungsmittel oder neutrale duzierbar und eine Dimensionseigenschaft, die ohne oder sonstige reaktionsfähige Zusätze zur überzoweiteres ausgeglichen werden kann. genen, feuerfesten, körnigen Formmasse gute Ergeb-

Allgemein erzielt man ein Geringstmaß an vorer- io nisse erzielt wurden.

wähnten Schrumpfungen nach dem Begasen mit über- Eine andere Grundquelle für unerwünschte Dimen-

zogenem Sand, bei dem der hydratisierte Silikatbinder sionsänderungen in der Fertigform besteht in der un-

eine der maximalen Hydratisierung möglichst nahe- gleichmäßigen oder lokalen thermischen Ausdehnung

kommende Wassermenge enthält; wie jedoch nach- infolge der plötzlichen Wärmeeinwirkung, die sie

stehend noch näher erörtert werden wird, erzielt man 15 während des Eingießens des flüssigen Metalls beim

eine Reihe von Vorteilen auch dann, wenn man die Gießvorgang erleidet. Die Wirkung eines solchen

gebundene Wassermenge so bemißt, daß sie beträcht- schroffen Temperaturunterschieds bei Berührung mit

Hch unter der maximalen Hydratisierung liegt. Der- dem in die Form eingegossenen, geschmolzenen

artige Schrumpfungen können eine praktisch kon- Metall wirkt sich bei den einzelnen feuerfesten Körnern

sistente Dimensionsschwankung von etwa 0,001 cm/cm ao einerseits und bei der zwischen ihnen befindlichen

überzogener Formstoffmasse hervorrufen, und die begasten und umgesetzten Silikatbindeschicht anderer-

meisten von ihnen, nämlich etwa 60 bis 75°/₀, treten seits unterschiedlich aus.

in den ersten paar Stunden nach Formfertigstellung Zum Beispiel können bei bestimmten geometrischen

und 85 bis 90% davon in den ersten 24 Stunden oder Gestaltungsformen des Formhohlraums, ins-

danach auf, und späterhin gibt es kaum noch welche, as besondere an konvexen Flächen während des Ein-

Bei Massenproduktion sind diese zusätzlichen Schrump- gießens des Metalls, Formverziehungen eintreten. Ins-

ungen nur theoretischer Natur, da die Fertigformen besondere bei konvexen Flächen wurde ein Einwärts-

unmittelbar nach Begasung gebraucht werden. beulen und sogar ein Ablösen der Oberflächenschicht

Wichtig ist auch, daß ein stärkeres, anfängliches des gebundenen Sands beobachtet. Derartige Ver-

Verdichten im Formkasten (z. B. durch intensives 30 Ziehungen können insbesondere beim Gießen von

Vibrieren) eine Formmasse von solcher Dichte liefert, Eisenmetallen und in kleinerem Ausmaß auch beim

daß einige oder alle vorerwähnten Schrumpfungen Gießen von niedrigerschmelzenden Metallen wie

nicht oder nur im oberen Teil der Masse über dem Aluminium auftreten. Sie sind vermutlich auf eine

Formhohlraum und selbst nur dann auftreten, wenn thermische Ausdehnung der feuerfesten Körner, ins-

kein Druckpolster vorhanden ist. Wie später erläutert 35 besondere bei dichter Packung in der Formstoffmasse,

wird, neigen jedoch manche Formen mit bestimmt ge- und etwas auch auf den Hydratwassergehalt in der

staltetem Gießhohlraum dazu, sich beim Metalleinguß fertigen und begasten Form zurückzurufen, von dem

zu verwerfen, wobei diese Neigung bei höherer Ver- einiges an der Gußkontaktfläche durch die hohe Tem-

dichtung zuzunehmen scheint. So läßt sich in jedem peratur des flüssigen Metalls in Freiheit gesetzt wird.

Fall ein praktischer Ausgleich schaffen, indem man 40 Selbst bei Eisenguß kann man derartige, auf ther-

entweder stärker verdichtet und unter Verwendung mischer Ausdehnung der feuerfesten Körner be-

von mehr überzogenem Sand eine weniger durch- ruhende Verziehungen leicht durch Verwendung von

lässige, sich beim Gießen leichter verwerfende Form feuerfesten Stoffen mit besonders niedrigen thermischen

schafft oder andererseits weniger verdichtet und da- Ausdehnungskoeffizienten, wie Zirkonsand, Olivin-

durch eine durchlässige Form erzielt, die aber während 45 sand, Silimanit, Kohlesand od. dgl., an Stelle von

oder nach dem Begasen eine höhere Schrumpfneigung Quarzsand kontrollieren oder ausschließen. Diese

aufweist. Auf jeden Fall kann man diese verschiedenen Stoffe sind jedoch wesentlich teurer als Quarzsand und

Neigungen jedoch erfindungsgemäß etwa durch me- verdienen daher keine Bevorzugung für allgemeine

chanischen Druck während der Begasung, Verwendung fabrikatorische Verwendung.

bestimmter Arten von Zusatzstoffen u. dgl. auf ein- 50 Diese Ausdehnungseffekte werden erfindungsgemäß

ander abstimmen. ebenfalls dadurch kontrolliert oder ausgeschaltet, daß

In den Fällen jedoch, in denen solche nach Begasung man die im überzogenen Sand vorhandene Hydratauftretenden Schrumpfungen merklich oder von wassermenge von Anfang an niedriger hält, als von praktischer Wichtigkeit werden, erzielt man erfindungs- dem auf die einzelnen Sandkörner aufgebrachten gemäß befriedigende Ergebnisse dadurch, daß man 55 Silikatbinder als gebundenes Hydratwasser festgediese Schrumpfungen durch bestimmte Zusätze zur halten werden könnte. Auf ähnliche Weise werden ursprünglichen Formstoffmasse bis auf ein Minimum solche thermisch hervorgerufenen Dimensionsschwanbeschränkt oder ganz beseitigt. Beispielsweise kann kungen der Formhohlraumfläche gleichzeitig oder man durch Zugabe von —auf Gewicht des überzo- wahlweise dadurch kontrolliert, daß man, wie bereits genen Sandes bezogen — etwa 0,1 Gewichtsprozent 60 erwähnt, in das ursprüngliche Formmaterial entweder Natriumcarbonat zur Ausgangsmenge (und zwar zum reaktionsfähige oder inerte Zusätze einmengt, die vorzugsweise zusammen mit dem in den Kollergang solche Dimensions- oder Ausdehnungsschwankungen eingegebenen freien Wasser) im wesentlichen solche ohne Ausbeulen oder Verziehen der Formflächen aufSchrumpfungen nach Begasung beseitigen; ein Zuviel, zunehmen vermögen.

also z. B. mehr als 0,3 % an solchem Material kann 65 Es wird daher angenommen, daß die hauptsächliche

aber in der Fertigmasse einen übermäßigen Aus- Kraft, die diese Dimensionsschwankungen hervorruft,

dehnungseffekt hervorrufen, der Risse nach dem von der thermischen Ausdehnung der Sandkörner in

Begasen entstehen läßt. Gemäß späterer Erläute- ihrem dichten Packungszustand in der Gießform

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stammt, wobei gleichzeitig bei der Berührung mit der Zustand hydratisiert ist, was beispielsweise nach einer Schmelze an der Formoberfläche etwas gebundenes Gesamtmischzeit von etwa 22 bis 23 Minuten der Fall Hydratwasser abgegeben wird. Wenn diese frei- ist. Hierdurch wird eine Masse — auf das Gewicht des gesetzte Feuchtigkeit von der heißen Hohlraumfläche beschichteten Sands bezogen — mit etwa 1,81 °/o fest in die Formstoffmasse eindringt und an etwas hohl- 5 Binderfeststoff und etwa 2,24% gebundenem Hydratraumferneren, kühleren Sandkörnern wieder konden- wasser gewonnen.

siert, kann das Kondensat die Silikatbindung so weit Hierbei tritt ein zufriedenstellend schnelles Verschwächen, daß sich eine Oberflächenschicht in den mischen und eine gleichmäßige Verteilung des Binders Formhohlraum hinein zu wölben und dessen uner- auf den einzelnen Sandkörnern auf, die eine von Anwünschtes Verziehen hervorzubringen vermag. Wenn io satz zu Ansatz gleichbleibende gewünschte Bindungsdie begaste Gießform beispielsweise vor dem Einguß festigkeit erzielen läßt und wahrscheinlich dadurch des flüssigen Metalls bei verhältnismäßig hoher gefördert wird, daß anfänglich nur die Hälfte Lauge Temperatur, z. B. bei etwa 121⁰C, gründlich getrocknet zugegeben und dadurch der Fall vermieden wird, bei wird, dann treten solche Verwerfungsneigungen an dem die Zugabe des Silikats in die Gesamtlaugenkonvexen Formflächen kaum in merklichem oder 15 menge bei Mischungsbeginn und vor seiner erwünschbedeutendem Ausmaß auf. Da jedoch in der Praxis ein ten Verteilung auf den einzelnen Sandkörnern eine solcher Trocknungsschritt unwirtschaftlich ist, kann gewisse kristalline Ausfällung von Silikathydrat zur man diese Verwerfungsneigung gewisser konvexer Folge haben könnte.

Formflächen, die sich im allgemeinen stets durch Be- Als weiteres Beispiel für verschiedene Ansätze, mit trachtung der Modellgestalt voraussehen läßt, bei 20 denen sich erfindungsgemäß bei unterschiedlichen vielen solchen Gestaltungen dadurch vermindern, Oxyd-Säure-Verhältnissen zufriedenstellende Ergebkontrollieren oder beseitigen, daß man in erster Linie nisse erzielen ließen, sei eine überzogene Formmasse erdie beim Uberzugsvorgang ursprünglich zugegebene wähnt, die folgendermaßen gewonnen wurde: Man Wassermenge etwas verringert. brachte etwa 1000 Gewichtsteile Sand nebst etwa

Als Beispiel für eine solche wasserärmere Masse sei a$ 21,5 Teilen einer 50%igen Natriumhydroxydlösung in ein dem früheren Beispiel entsprechender Ansatz ge- einen Kollergang ein, begann mit dem Mischen, fügte nannt, dem jedoch während des Mischvorganges an nach etwa 2 Minuten Mischzeit etwa 74,0 Gewichts-Stelle der erwähnten 16,2 Teile nur etwa 8,06 Teile teile eines sirupösen Silikats (1:1,6) hinzu, ließ die Zusatzwasser zugegeben werden. Ersichtlicherweise Maschine weitere 5 Minuten lang laufen, schüttete kann jedoch die gebundene Hydratwassermenge nicht 30 weitere 2000 Teile Sand ein, mischte etwa 2 Minuten ohne Opfer an erwünschter Bindungsfestigkeit zu weiter und gab schließlich noch weitere 21,5 Teile weit herabgesetzt werden. Erfahrungsgemäß schafft 50°/₀ige Lauge hinzu. Das Mischen wurde insgesamt jedoch eine Herabsetzung der Gesamtwassermenge etwa 25 bis 30 Minuten lang durchgeführt, und um 10°/o unter die maximale, bei noch trockenem währenddessen setzten sich die Materialien zu dem Sand als Hydratwasser festhaltbare Wassermenge und 35 gewünschten hydratisierten Überzug auf dem Sand eine wesentliche Herabsetzung der Dimensionsschwan- um. Anschließend wurde die überzogene Formmasse kungen oder Ausdehnungsfehler der Form ohne in gewünschter trockener und frei fließender Form nennenswerte Beeinträchtigung von Festigkeit oder ausgetragen. Ihr Überzug aus hydratisiertem Silikat-Anfangsgenauigkeit, während eine entsprechende Her- binder wies ein Oxyd-Säure-Verhältnis von etwa absetzung um etwa 20 % von einem unerwünschten 40 1,35:1,0 auf, das somit im oberen Abschnitt des oder übermäßigen Absinken der Bindungsfestigkeit erfindungsgemäß bevorzugten Alkalinitätsverhältnisbegleitet ist. bereiches lag.

Insbesondere bei Verwendung von Ansätzen mit Ein im Bereich niedrigerer Alkalinität oder höheren

verringertem Gehalt an freiem Wasser und/oder Kieselsäuregehaltes liegendes Beispiel wurde folgender-

solchen, die, wie später beschrieben, dem freien Wasser 45 maßen hergestellt:

zugegebene, sonstige Zusätze enthalten, arbeitet man Man gab etwa 1000 Teile Sand nebst 13,8 Teilen zweckmäßigerweise mit einer Mischmethode, bei der 5O°j_oiger Natriumhydroxydlösung in einen Kollergang in den Kollergang zunächst nur ein Teil des Sandes ein und begann mit dem Mischen. Nach einer Vor- und danach während einiger Minuten Mischdauer mischdauer von etwa 2 Minuten wurden 86,1 Teile etwa die Hälfte der Natriumhydroxydlösung einge- 50 sirupöses Silikat zugegeben, und das Mischen wurde bracht werden, bevor der Silikatsirup eingegeben und weitere 5 Minuten lang fortgesetzt. Danach wurden verteilt wird, woraufhin der restliche Sand und die weitere 2000 Teile Sand in den Mischer und nach restlichen Zusätze hinzugefügt werden. In bezug auf abermals 2 Minuten währendem Mischen weitere den vorerwähnten wasserarmen Ansatz erzielt man 13,8 Teile 50%ige Lauge hinzugefügt. Das Mischen also beispielsweise zufriedenstellende Ergebnisse, in- 55 wurde während der Hydratisierungsreaktion weitere dem man nur etwa ein Drittel des Sandes, d. h. 3000 Ge- 10 bis 13 Minuten lang fortgesetzt, bis der überzogene wichtsteile der Fertigmasse, zusammen mit etwa Sand trocken und frei fließend zu sein schien. Daraufhin 16,5 Teilen, d. h. ungefähr der Hälfte der 5O°/oigen wurde das Material, das ein endgültiges Oxyd-Säure-Natriumhydroxydlösung in den Kollergang einbringt, Verhältnis von etwa 1:1 aufwies, zwecks Lagerung einige Minuten lang mischt, dann die 81,3 Teile Silikat 60 oder Verwendung ausgetragen,
zugibt und im Laufe weiterer 5 Minuten auf dem Sand Wenn man noch näher an das alkalinitätsarme oder verteilt, daraufhin den restlichen Sand einbringt, kieselsäurereiche Ende des offenbarten Bereichs heranwiederum einige Minuten lang mischt, danach die kommen will, wird es schwieriger, eine schnelle 8,06 Teile Wasser nebst 2 Teilen darin gelösten braunen Hydratisierung des überzogenen Sandes im Koller-Zuckers und anschließend die restlichen 16,5 Teile 65 gang zu erzielen. Beispielsweise wurde eine überzogene 50°/₀ige!Natriumhydroxydlösungeingibtundschließlich Formmasse mit einem endgültigen Oxyd-Säure-Verdas Mischen so lange fortsetzt, bis der Sand überzogen hältnis von 0,93:1 in der Weise hergestellt, daß man und der Silikatbinder auf den gewünschten trockenen in den Mischer 1000 Teile Sand nebst 11,3 Teilen

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50%iger Lauge eingab, etwa 2 Minuten lang durch- Metall reagieren und dürfen in der Formmasse selbst mischte, danach 93,4 Teile Silikatsirup nebst weiteren keine auf Schrumpfung oder Ausdehnung beruhenden 2000 Teilen Sand einbrachte, weitere 5 Minuten lang Dimensionsschwankungen während oder nach der

durchmischte und nach 2 oder 3 Minuten weitere Begasung hervorrufen.

11,3 Teile Lauge zugab. Obgleich das Mischen wäh- 5 Als Beispiel kann Harnstoff genannt werden, der

rend des Verlaufs der Hydratisierungsreaktion ins- sich in einer Menge von — auf den beschichteten Sand

gesamt etwa 30 Minuten lang fortgeführt wurde, war bezogen — etwa 0,75 Gewichtsprozent im allgemeinen

der Sand beim Austragen aus dem Mischer zwar als wirksam erwiesen hat, um Sandausdehnungsfehler

gleichmäßig überzogen, aber noch klebrig und etwas während des Gießvorgangs zu beseitigen, wobei das

zähflüssig. Infolge des hohen Kieselsäuregehalts des io Ausmaß der Sandverdichtung bei der Gießformher-

bei diesem Beispiel erhaltenen Produkts ging auch stellung praktisch ohne Einfluß ist. Geht man wesent-

nach Unterbrechung des Mischvorgangs die Hydration lieh unter 0,75 % herunter, so erzielt man nicht die

im durchmischten Sand noch langsam weiter und war gewünschte volle Wirkung, während Mengen bis zu

nach etwa I¹J₂ Stunden so weit fortgeschritten, daß der etwa 2% herauf ohne übermäßige Verschlechterung

Sand ausreichend trocken und frei fließend war. 15 der Bindungsfestigkeit hinzugegeben werden können.

Aus den vorangehenden Ausführungen ist ersieht- Der Harnstoff wird vorzugsweise in dem freien Wasser lieh, daß Massen mit derart außergewöhnlich geringer gelöst, das dem im Kollergang befindlichen Ausgangs-Alkalinität zwar für die erfindungsgemäße Verwendung ansatz zugesetzt wird. Bei Verwendung von Harnstoff ausreichen, jedoch im Hinblick auf die längere Misch- oder einem anderen der genannten Zusatzstoffe wendet zeit sowie aus anderen Erwägungen heraus für in- ao man vorzugsweise die maximale Wassermenge an, dustrielle oder Massenfertigungszwecke keinen Vorzug die hydratisiert werden kann, und zwar einerseits, verdienen. Hinsichtlich der Fähigkeit von Silikatüber- um eine ausreichende Bindungsfestigkeit sicherzuzügen auf Sandkörnern, sich schnell bis zum gewünsch- stellen und andererseits deshalb, weil die Anwesenheit ten trockenen und frei fließenden Zustand zu hydrati- der Zusatzstoffe einen Ausgleich von Dimensionssieren, hat es sich gezeigt, daß in der Nähe eines Oxyd- 25 Schwankungen auch ohne Herabsetzung der Wasser-Säure-Verhältnisses von 1:1 eine ziemlich starke und menge in der Fertigform ermöglicht,
möglicherweise kritische Änderung dieser Fähigkeit Obgleich eine Zugabemenge von 0,75% Harnstoff eintritt, obgleich, wie erwähnt, erfindungsgemäß ziem- bezüglich der Kontrolle von thermischen Ausdehnungslich zufriedenstellende Ergebnisse auch mit Binder- fehlern zufriedenstellende Ergebnisse liefert, erzeugt ansätzen erzielt werden, deren Alkalinität sowohl 30 die Zersetzung von soviel Harnstoff während des unter als auch selbstverständlich über dem angegeben Metallgusses im Gießgebiet insbesondere dann ziem-Verhältnis liegen kann. lieh viel unerwünschte Dämpfe, wenn der Einguß

In jenen Spezialfällen, in denen auf Grund einer gleichzeitig in eine größere Anzahl von Gießformen

besonderen Formgestalt od. dgl. während des Gießens erfolgt. Daher kann die Verwendung eines derartigen

thermisch ausgelöste Dimensionsschwankungen nicht 35 Zusatzes in gewissen Fällen unvorteilhaft sein. Dann

mehr durch die vorgenannte Herabsetzung der Wasser- kann man auch andere Stoffe verwenden, die eine

menge ausreichend kontrolliert werden können, kann verhältnismäßig niedrige Zersetzungstemperatur be-

erfindungsgemäß eine Anzahl von Kunststoffen ver- sitzen, sich also unmittelbar beim Anheizen zersetzen

wendet werden, um in zufriedenstellender Weise der- und die anfängliche Ausdehnung des Sandes gestatten,

artige Dimensionsschwankungen zu kontrollieren, 4° und andererseits das im Binder befindliche Wasser in

abzugleichen oder auszuschalten, obgleich zu beachten gleicher Weise wie der Harnstoff zu modifizieren ver-

ist, daß die Zugabe beträchtlicher Mengen eines jeg- mögen. Beispiele für derartige andere Stoffe sind

liehen Zusatzstoffs zu einer Opferung oder Verringe- Dicyandiamid und Melamin, die allerdings zur Zeit

rung der Bindungsfestigkeit führen kann. Inerte Zu- noch teurer als Harnstoff sind und daher nicht be-

sätze, wie Holzmehl, Alphazellulose usw., die sozu- 45 vorzugt werden. Diese letztgenannten Stoffe sind

sagen in gewisser Weise als pufferndes Verdünnungs- übrigens ziemlich unlöslich und werden daher beim

mittel zwischen den einer thermischen Ausdehnung Mischvorgang als festes Pulver eingeführt,

unterworfenen Sandteilchen dienen, vermögen der- Man kann die Harnstoffmenge — auf Sandgewicht

artige Dimensionsschwankungen erfolgreich zu ver- bezogen — bis auf etwa 0,25 Gewichtsprozent und noch

mindern, obgleich sie eine ziemlich ausgeprägte Ver- 50 weniger herabsetzen und dennoch den gewünschten

schlechterung der Bindungsfestigkeit herbeiführen. Ausgleich der Dimensionsschwankungen in zufrieden-

Statt dessen bevorzugt man andere Zusätze, die stellender Weise erzielen, wenn man daneben noch durch die Hitze der Metallschmelze zersetzt bzw. zer- einen weiteren Zusatzstoff, beispielsweise 0,5 % Nastört werden und dadurch etwas Zusatzraum für die triumnitrat verwendet. Obgleich Natriumnitrat in sich thermisch ausdehnenden Sandkörner schaffen, 55 Kombination mit Harnstoff für die Dimensionsund unter ihnen solche, die in Wasser gelöst oder Schwankungskontrolle äußerst wirksam ist, neigt es sonstwie derart dem Ausgangsansatz zugegeben werden selbst dazu, das Reaktionsvermögen des hydratisierten können, daß sie einen Eigenbestandteil des auf den Silikatbinders gegenüber Kohlendioxyd zu verstärken, einzelnen Sandkörnern befindlichen Überzugs bilden. Diese Neigung kann bei Verwendung von Natrium-Ersichtlicherweise dürfen derartige Zusätze in erster 60 nitrat auch durch geringe Erhöhung des Alkalinitäts-Linie keine chemische Beeinträchtigung der Aus- Verhältnisses im Silikatbinder kontrolliert werden. Im bildung oder Aufrechterhaltung des auf den Sand- Hinblick auf die Behinderung der gewünschten Ankörnern befindlichen Silikathydrats zur Folge haben fangshydratisierung beim Mischvorgang sowie auf die und müssen sich mit den Silikatbindermaterialien erhöhte Empfindlichkeit des überzogenen Sandes derart vertragen, daß sie keine unerwünschte Reaktion 65 selbst gegenüber atmosphärischem Kohlendioxyd oder mit ihnen eingehen. Gleichermaßen dürfen die Zu- Feuchtigkeit vor seiner Verwendung zur Formhersätze nicht mit dem während des Gießvorgangs an die stellung und vor der Begasung ist es jedoch nicht vor-Formhohlwandungen heranfließenden geschmolzenen teilhaft, mehr als etwa 0,75 % Harnstoff zu verwenden.

Tatsächlich kann es bei Massenproduktion wünschenswert sein, den überzogenen Sand insbesondere dann, wenn in seinem Binder Natriumnitrat als Zusatz enthalten ist, an vom Formbegasungsort entfernter Stelle herzustellen und zu lagern, da bereits der höhere Kohlendioxydpegel der Umgebungsluft an diesem Begasungsort genügen können, im überzogenen Formsand noch vor seiner Verwendung etwas unerwünschte Wirkungen hervorzurufen.

Ein Ansatz, der als Zusatz für den Dimensions- ίο Schwankungsausgleich Natriumnitrat und Harnstoff enthält, kann beispielsweise wie folgt hergestellt werden: Der Ansatz besteht aus 1000 Gewichtsteilen Quarzsand, 10 Teilen 50°/₀iger Natriumhydroxydlösung, 26,13 Teilen sirupösem Silikat mit einem Oxyd-Säure-Verhältnis von etwa 1:1,6 und 5,38 Teilen Wasser, in denen 5 Teile Natriumnitrat und 2,5 Teile Harnstoff aufgelöst sind. Diese Lösung wird dem Sand mit etwa 66⁰C zugegeben. Zwecks Gewinnung von überzogenem Sand aus diesem Ansatz wird etwa ao ein Drittel des Sandes nebst etwa der Hälfte der Natriumhydroxydlösung in den Kollergang eingegeben und mit dem Mischen begonnen. Nach einigen Minuten wird der Silikatsirup und nach weiteren etwa 5 Minuten der restliche Sand eingebracht. Wiederum as einige Minuten später wird die wäßrige Lösung von . Natriumnitrat und Harnstoff sowie der Rest des Natriumhydroxyds in den Mischer eingegeben, beispielsweise über eine Gesamtmischzeit von etwa 28 bis 35 Minuten trocken gemischt.

In gewissen Fällen hat es sich gezeigt, daß eine innige Mischung aus Natriumnitrat und Harnstoff innerhalb der Formansatzmasse merklich schwierig ist, wodurch sich Nachteile für die überzogene Masse während ihrer Lagerung und/oder vor ihrer Verwendung ergeben. Diese Schwierigkeiten treten jedoch bei Zugabe von Natriumnitrat oder Harnstoff je für sich allein nicht merklich auf, weshalb es in solchen Fällen vorteilhaft ist, diese Zusätze einzeln und/oder in einem Zustand hinzuzufügen, in dem sie in der überzogenen Formmasse voneinander getrennt bleiben. Wenn beispielsweise dem Material — bezogen auf Sandgewicht — etwa 0,25 Gewichtsprozent Natriumnitrat während des Vermischens hinzugegeben und zwecks unmittelbarer Einbringung in den Sandkornüberzug im Zugabewasser gelöst werden, der Harnstoff gegen Ende des Mischvorgangs jedoch erst in trockener kristalliner Form zum trockenen, überzogenen Sand hinzugefügt wird, dann werden diese Nachteile ausgeschaltet. Ersichtlicherweise ist der Harnstoff bei dieser Arbeitsweise zwar innerhalb der Körnermasse gleichmäßig verteilt, behält aber seine trockene, kristalline Form und stellt somit keinen Bestandteil des Sandkornüberzuges dar. Selbstverständlich kann man auch umgekehrt vorgehen, d. h. den Harnstoff in gelöster Form in das Überzugsgemisch und die Natriumnitratkristalle später in das trockene Produkt einbringen. Dieses Verfahren ermöglicht der getrennten Zugabe von Zusätzen, bei dem also nur einer von ihnen während des Mischvorgangs in Lösung vorliegt, nicht nur mit etwas weniger Natriumnitrat zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, sondern auch die Anwendung solcher Zusatzstoffe in einem Ansatz mit weniger Wasser als dem maximalen gebundenen Wasser, ohne daß hierbei die früher erwähnte unerwünschte Verschlechterung der Bindungsfestigkeit eintritt und/ oder ohne Zusatzwasser lediglich als Lösungsmittel während des Mischens benötigt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Gießformen für den Metallguß gemäß Patentanmeldung P 1291860.4-24, bei dem die Einzelkörner einer körnigen Masse mit einem einen durch ein aktivierendes Gas freisetzbaren gebundenen Wassergehalt aufweisenden Bindemittel umhüllt und vor dem Aufbringen auf das Modell so weit getrocknet werden, daß der Gehalt an ungebundener Feuchtigkeit weniger als 0,3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht, beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die körnige Formstoffmasse auf dem Modell in einer Kohlendioxyd enthaltenden aktivierenden Gasatmosphäre unter einem Druck von etwa 0,03 bis 0,16 kg/cm* gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung der aktivierenden CO₈-Gasatmosphäre nach etwa 0,5 bis 3,0 Minuten, in denen die Formstoffmasse einen zwar selbsttragenden, jedoch noch weichen Zusammenhalt erfährt, abgebrochen und die Formstoffmasse dann vor ihrer endgültigen Erhärtung vom Modell getrennt wird.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der umhüllten Formstoffmasse vor dem Aufbringen auf das Modell eine gleichmäßig vermischte Komponente zugemischt wird, die bei der Erwärmung der Gießform durch den Guß thermische Ausdehnungsspannungen innerhalb der Formstoffmasse ausgleicht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente ein thermisch leicht und zumindest teilweise in gasförmige Bestandteile zersetzbarer Stoff zugemischt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente eine Mischung aus Harnstoff und Natriumnitrat zugemischt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Bestandteile der Mischung aus Harnstoff und Natriumnitrat während der Umhüllung mit dem Bindemittel in wäßriger Lösung und der andere Bestandteil der getrockneten Formstoffmasse zugemischt wird.

7. Formstoffmasse zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Bindemittel ein Zusammensetzungsverhältnis von Na₂O zu SiO₂ von etwa 0,8:1,0 bis 1,4:1,0 aufweist.

8. Formstoffmasse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Na₂O: SiO₂-Verhältnis ihres Bindemittels etwa 1,0:1,0 bis 1,3 :1,0 beträgt.

9. Formstoffmasse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie praktisch kein ungebundenes Wasser enthält und ihr Gewichtsanteil an trockenem Bindemittel etwa 1 bis 2% beträgt.

10. Formstoffmasse nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Gesamtgehalt an im Bindemittel gebundenem Hydratwasser den bei atmosphärischen Bedingungen erreichbaren stöchiometrisch maximalen Gehalt um etwa 10% unterschreitet.

11. Formstoffmasse nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch eine in ihr gleichmäßig verteilte Komponente zum Ausgleich thermischer Ausdehnung innerhalb

der verdichteten und beim Guß erwärmten Formstoffmasse.

12. Formstoffmasse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente in dem Bindemittelüberzug der körnigen Masse enthalten ist.

13. Formstoffmasse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente aus mehreren zusammenwirkenden verschiedenen Bestandteilen besteht, von denen einer in dem Bindemittelüberzug ίο enthalten ist.

14. Formstoffmasse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ausdehnungsausgleichende Komponente aus Melamin besteht.

15. Formstoffmasse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ausdehnungsausgleichende Komponente aus Dicyandiamid besteht.

16. Formstoffmasse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ausdehnungsausgleichende Komponente aus Harnstoff besteht.

17. Formstoffmasse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente, bezogen auf das Gewicht der umhüllten körnigen Masse, etwa 0,5 bis 2,0 Gewichtsprozent Harnstoff enthält.

18. Formstoffmasse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente etwa 0,25% Harnstoff und etwa 0,5% Natriumnitrat enthält.

19. Formstoffmasse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente etwa gleiche Mengen, und zwar je etwa 0,25% Harnstoff und Natriumnitrat enthält, von denen die eine Substanz im Bindemittelüberzug der Formstoffmasse enthalten und die andere in praktisch trockener kristalliner Form darin gleichmäßig verteilt ist.

20. Formstoffmasse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Natriumnitrat im Bindemittelüberzug enthalten ist.

21. Verfahren zum Herstellen der Formstoffmasse nach einem der Ansprüche 17 bis 19 gemäß Patentanmeldung B 57814 VI a/31 b¹ und der voranstehenden Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß man der körnigen Masse einen Silikatsirup mit einem im Vergleich zum endgültigen wesentlich SiO_a-reicheren Na₂O: SiO₂-Verhältnis beimengt, diesem nach bei praktisch Raumtemperatur gleichmäßiger Verteilung auf den Kornoberflächen unter Umsetzung konzentrierte, wäßrige Natronlauge zugibt, wobei der Bindemittelüberzug auf den Körnern sein endgültiges Na₂O: SiO₂-Verhältnis enthält, und das Mischen so lange fortsetzt, bis die Reaktion vollständig abgelaufen und der hydratisierte Bindemittelüberzug auf den Körnern unter Bildung einer praktisch trockenen und leichtfließenden Formstoffmasse abgebunden hat.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der körnigen Masse ein wäßrig gelöster Silikatsirup mit einem den Fertigverhältnissen entsprechenden Na₂O-SiO₂-Verhältnis von mehr als 0,8 :1,0 bis 1,4:1,0, unter Begrenzung der Gesamtmenge des mit dem wassergelösten Silikatsirups und der Natronlauge zugegebenen Wassers auf praktisch nicht mehr als die Gesamtmenge hydratisch gebundenen Wassers in dem fertigen hydratisierten Bindemittelüberzug beigemischt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge des während der Beimischungs- und Verteilungsvorgänge eingebrachten Wassers auf wesentlich weniger als die Gesamtmenge gebundenen Hydratwassers begrenzt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtwassergehalt auf 10 bis 20% unter dem maximalen Wassergehalt begrenzt wird, der maximal als gebundenes Hydratwasser vom fertigen und trockenen hydratisierten Bindemittelüberzug aufgenommen werden kann.

25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das endgültige Na₂O: SiO₂-Verhältnis im trockenen, hydratisierten Bindemittelüberzug zwischen etwa 1,0:1,0 und 1,3 :1,0 liegt.

26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die körnige Masse und die zwei Reaktionspartner in eine während des Mischens und der Umsetzungsvorgänge auf einer Temperatur unterhalb 44° C gehaltene Mischzone eingebracht werden.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei Quarzsand als körnige Masse die Menge des trockenen hydratisierten Bindemittelüberzuges etwa 1 bis 2 Gewichtsprozent der Formstoffmasse beträgt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Quarzsand einer Korngröße gemäß DIN Sieb 0,30 mm Maschenweite die Menge des trockenen hydratisierten Bindemittelüberzugs etwa 1,0 bis 1,5 Gewichtsprozent und bei einer Korngröße gemäß etwa DIN Sieb 0,13 mm Maschenweite 1,5 bis 2,0 Gewichtsprozent der Formstoffmasse beträgt.