DE2615714A1

DE2615714A1 - Formsandmassen fuer den metallguss

Info

Publication number: DE2615714A1
Application number: DE19762615714
Authority: DE
Inventors: Atsuo Mori; Kiyohiko Nakae; Kozo Tsuji
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd; Hayashibara Biochemical Laboratories Co Ltd
Current assignee: Hayashibara Seibutsu Kagaku Kenkyujo KK; Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1976-04-09
Publication date: 1976-10-21
Also published as: FR2306764B1; JPS51119321A; GB1520052A; JPS5713382B2; FR2306764A1; US4080213A

Description

SUMITOMO CHEMICAL COMPANY, LIMITED
Osaka, Japan

und

HAYASHIBARA BIOCHEMICAL LABORATORIES, INC., Okayama, Japan

¹¹ Formsandraassen für den Metallguß "

Priorität: 11. April 1975, Japan, Nr. 44 479/75

Die bisher zur Herstellung von Sandformen und Kernformen ver~ v/endeten Binder lassen sich grob in organische und anorganische Materialien einteilen. Organische Binder sind z.B. Polysaccharide, wie Stärke, modifizierte Stärke, Getreidemehle, Rohrzucker und Cellulosederivate, trocknende Öle, wie Leinöl, Sojaöl, Holzöl, Sardinenöl oder Waltran,und Kunstharze, wie Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Phenolharze, Harnstoffharze, Furanharze, Polyisocyanate, Alkydharze und Polystyrol. Anorganische Binder sind z.B. Tone, wie Kaolin und Bentonit, Wasserglas, Zement, Gips und Äthylsilikat. Jedes dieser Bi-ndermaterialien hat gewisse Vor- und Nachteile, jedoch wird keines den Anforderungen beim Metallguß voll gerecht.

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ORIGINAL INSPECTED

So ergeben z.B. die seit langem bekannten Bindermaterialien Stärke, Getreidemehl und Rohrzucker keine ausreichende Naß* festigkeit der Grünsandform, wenn man sie allein in normalen Mengen verwendet. Diese Materialien werden daher neuerdings ähnlich wie Kohlestaub oder Holzmehl nur mehr als Zusätze oder Sekundärbinder eingesetzt. Als Primärbinder werden sie kaum mehr verwendet, da selbst bei einer Wärmebehandlung der Grünform eine Trockenform mit bröckliger Oberfläche und geringer Festigkeit entsteht.

Die für Kernformen viel verwendeten trocknenden Öle haben den Nachteil, daß sie einen äußerst widerwärtigen Geruch entwickeln, wenn der Ölkern bei hohen Temperaturen durch Oxidation gehärtet wird. Auch entwickeln sie beim Gießen schädliche und übelriechende Gase, die sowohl die Arbeitsbedingungen als auch die Umwelt belasten.

Phenolharze werden ebenfalls in großem Umfang als Gießereibindemittel eingesetzt, insbesondere im sogenannten Schalenformverfahren, das sich durch schnelle Aushärtung, hohe Festigkeit der Form und eine gute Gußoberfläche auszeichnet. Phenolharze werden daher oft zur Massenproduktion von Metallgießlingen mit kurzen Gußcyclen eingesetzt. Sie haben jedoch den Nachteil, daß sie bei der Verarbeitung des mit Harz versetzten Formsands, bei der Verarbeitung der Form und beim Gießen des geschmolzenen Metalls schädliche Gase mit widerwärtigem Geruch entwickeln, z.B. Ammoniak, Formaldehyd, Kohlenmonoxid und Phenol, wodurch die Arbeitsbedingungen und die Umwelt be-

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lastet werden. Da zahlreiche andere organische Binder ähnliche Nachteile aufweisen, besteht in der Gießereitechnik großer Bedarf für verbesserte Bindersysteme.

Die anorganischen Tonbinder entwickeln zwar nur geringe Mengen übelriechender Gase, haben jedoch andere Nachteile. So sind z.B. die aus Tonen hergestellten Formen zwar von relativ guter Qualität, neigen jedoch beim Trocknen zur Rißbildung und auch die trockene Form ist schwer zerlegbar, so daß am Metallgießling Sprungs auftreten. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, werden zusammen mit den Tonen Zusätze verwendet, z.B. Kohlestaub und Kornmehl. Derartige Zusätze entwickeln jedoch widerwärtige beizende Gase und Staub, die die Arbeitsbedingungen beeinträchtigen. Ferner stellen die Vibration und der Lärm, die mit dem Einstampfen und Pressen verbunden sind, oft eine Umweltbelastung dar.

Wasserglas wird insbesondere zur Herstellung von Formen nach dem sogenannten Kohlendioxidverfahren eingesetzt. Derartige Formen sind billig, zeigen kaum die bei organischen Bindern oft beobachteten Gasfehlstellen, z.B. Gasblaseneinschlüsse, und sind sehr gut zerlegbar. Wasserglas hat jedoch den Nachteil, daß es erodiert und damit eine Sinterung des Sands bei hohen Temperaturen verursacht, wodurch das Abstreifen und Wiedergewinnen des Formsands erschwert werden. Außerdem ist der verbrauchte Sand etwas alkalisch, so daß er nicht einfach verworfen werden kann.

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Zementgebundene Formen zeichnen sich durch geringe Kosten und hohe Festigkeit aus. Nachteilig ist jedoch die mit ihnen verbundene lange Härtungszeit, kurze Verarbeitungszeit, schlechte Zerlegbarkeit und die Unmöglichkeit einer Sandwiedergewinnung.

Organische Binder haben somit im allgemeinen den Vorteil, daß sie ein leichtes Abstreifen und Wiedergewinnen des Formsands ermöglichen, während sie andererseits auf Grund der thermischen Zersetzung schädliche und widerwärtige Gase entwickeln und Gasdefekte verursachen. Im Falle der Verwendung von anorganischen Bindern ist zwar die Gefahr einer Gasentwicklung gering, jedoch sind mit dem Abstreifen, Wiedergewinnen und Wiederverwenden des Formsands Schwierigkeiten verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, neuartige, umweltfreundliche Forrjsandmassen bereitzustellen, die keine schädlichen und übel_riechenden Gase entwickeln, keine Staub-, Lärm- und Vibrationsbelästigung der Umwelt mit sich bringen und ein
leichtes Entformen des Gießlings sowie eine leichte Wiedergewinnung und Wiederverwendung des Formsands ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt nach der Erfindung mit Hilfe des in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstands.

Die Formmassen der Erfindung haben gegenüber bekannten Formmassen die folgenden Vorteile:
Das Formen erfolgt ohne Gas-, Staub- und Lärmentwicklung und

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erschütterungsfrei; beim Gießen des geschmolzenen Metalls und beim Abstreifen des Sands werden keine schädlichen und übelriechenden Gase entwickelt} die Form hat einerseits genügend hohe Festigkeit zur Handhabung bei Raumtemperatur, andererseits läßt sie sich nach dem Gießen leicht zerlegen und ermöglicht so ein leichtes Entformen und Abstreifen des Sands; der zurückgewonnene Sand kann nach nur geringer Aufbereitung wiederverwendet werden. Die Formcyclen sind in etwa vergleich bar mit denen herkömmlicher Ölsand- oder Kohlendioxid-gebunde ner Formen.

Als Formsand werden erfindungsgemäß die in der Gießereitechnik üblichen Qualitäten verwendet, vorzugsweise ein nahezu rein gewaschener Sand mit runden oder stumpfen Ecken und insbesondere Sand, der der Norm JIS G 5901-1954 genügt. Im Hinblick auf die Gasdurchlässigkeit ist im allgemeinen ein Quarzsand mit gleichmäßiger Teilchengröße bevorzugt, während im Hinblick auf die Formfestigkeit unterschiedliche Teilchengrößen mit einem Anteil an Feinteilchen bevorzugt sind. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Pullulan ergeben jedoch beliebige Formsandarten eine Sandform von hoher Festigkeit. Auswahlkriterien für den Formsand sind daher die Art und die Temperatur des zu gießenden Metalls und die erforderliche Oberflächenglätte des Gießlings. Im allgemeinen wird zur Erzielung einer glatten Gußoberfläche ein möglichst feinteiliger Sand verwendet, wobei jedoch auf die notwendige Gasdurchlässigkeit der Form zu achten ist. Für spezielle Zwecke kann der Formsand auch mit gebranntem Ton und anderen Tonen, wie

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Bentonit, kombiniert werden.

Das erfindungsgemäß als Binder verwendete Pullulan ist ein hochmolekulares, lineares Polymeres, in dem Struktureinheiten von Maltotriose, einem Trimeren von Glucose, über ct-1,6-Bindungen miteinander verknüpft sind. Diese Verknüpfungsart unterscheidet sich von der Verknüpfung der Glucoseeinheiten in der Maltotriose-Struktureinheit. Daraus ergibt sich folgende Strukturformel für Pullulan!

H OH Η!j OH.- .H OH

CH₂OH . CH₂OH Hi-A \ HJ-O H ; HJ-OH

H DH-" "H OH- ■ H OH,

in der η der Polymerisationsgrad ist und eine ganze Zahl von 8 bis 10 000 bedeutet.

Pullulan kann auch chemischem oder biochemischem Wege hergestellt werden. Das Herstellungsverfahren ist im Rahmen der Erfindung nicht kritisch. So ist nachstehend ein beispielhaf-

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tes Verfahren angegeben, bei dem Pullulan als extracellulare klebrige Substanz durch Züchtung eines Stamms des Genus Pullularia isoliert und gewonnen wird, der einen unvollständigen Mikroorganismus darstellt; vgl. H. Bender, J. Lehmann et al., Biochem. Biophys. Acta, Bd. 36, S. 309 (1954); Seinosuke Ueda, Journal of the Chemical Society of Japan, Industrial Section, Bd. 67, S. 757 (1964).

Ein Kulturmedium aus 10 % Stärkesirup oder Glucose, 0,5 % K₂HPO₄, 0,1 % NaCl, 0,02 % MgSO₄ . 7H₂O, 0,06 % (NH₄J₂SO₄ und 0,04 % Hefeextrakt wird mit einem Stamm von Pullularia pullulans beimpft und 5 Tage bei 24°C in einer Schüttelkultur kultiviert. Nach dem Abzentrifugieren der Zellen wird das als extracelluläre klebrige Substanz'erhaltene Pullulan durch Zugabe von Methanol ausgefällt. Der Niederschlag wird mehrmals in Wasser gelöst und mit Methanol wieder ausgefällt. Hierbei wird weißes Pullulan erhalten, das man mit Methanol weiter auswäscht und trocknet, wobei trockenes Pullulan in einer Ausbeute von 60 bis 70 %, bezogen auf die Saccharide, erhalten wird.

Die physikalischen Eigenschaften von Pullulan wurden bisher nicht untersucht und sind daher praktisch unbekannt. Es stellt eine klebrige, wasserlösliche Substanz dar.

Bei der Verwendung von Pullulan als Binder für Formsandmassen hat sich gezeigt, daß Pullulan bei der thermischen Zersetzung bei höheren Temperaturen weder übelriechende noch schädliche

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Gase entwickelt.· Ferner besitzt es hohe Affinität gegenüber anorganischen Substanzen und bindet anorganische Purverteilchen in vorteilhafter Weise.

Unter den bekannten Bindern und Zusätzen für Formsandmassen befinden sich auch Glucosederivate, v/ie Stärke, oxidierte Stärke, enzymatisch behandelte Stärke, verätherte Stärke, kationisierte Stärke, aminierte Stärke, Dextrin, Methylcellulo.se, Carboxymethylcellulose, Hydroxyätttylcellulose, Natriumalginat, Gummi arabicum bzw. deren Derivate. Diese Substanzen unterscheiden sich jedoch in ihrer chemischen Struktur und daher in ihren Eigenschaften völlig von Pullulan. So ist z.B. Pullulan in kaltem ¥asser leicht löslich und die erhaltene wäßrige Lösung ist über lange Zeit stabil, ohne daß es zu einer Gelierung oder zu Alterungserscheinungen kommt. Diese Eigenschaften unterscheiden sich von denen der Stärkederivate. Außerdem hat sich gezeigt, daß die Fähigkeit von Pullulan zum Binden pulverförmiger anorganischer Substanzen in eine Sandform wesentlich ausgeprägter ist als die der Stärkederivate .

Das Molekulargewicht des erfindungsgemäß verwendeten Pullulans unterliegt keiner bestimmten Beschränkung, jedoch beträgt es vorzugsweise 5 000 bis 2 000 000 und insbesondere 5 000 bis 1 000 000. Falls das Molekulargewicht weniger als 5 000 beträgt, ist die Bindungsfestigkeit gering und es muß eine größere Pullulanmenge dem Formsand zugesetzt werden. Andererseits wird bei einem Molekulargewicht oberhalb

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2 000 000 die wäßrige Pullulanlösung zu viskos für die Handhabung beim Mischen und Formen.

Das Mengenverhältnis von Pullulan und Formsand kann in einem breiten Bereich variiert werden. Das Verhältnis wird je nach dem Verwendungszweck der Form und der Teilchengröße des Formsands so gewählt, daß die gewünschte Formfestigkeit erzielt wird. So kann z.B. eine Pullulanmsnge von nur 0,1 Gewichtsteil, bezogen auf den trockenen Formsand, für bestimmte Zv/ekke zur Herstellung einer zufriedenstellenden Sandform ausreichen, während für andere Zwecke bis zu 5 Gewichtsteile oder mehr erforderlich sind. Pullulanmengen von weniger als 0,1 Gewichtsteil pro 100 Gewichtsteil des Formsands sind nicht bevorzugt, da bei derart geringen Mengen die Funktion als Primärbinder nicht erfüllt wird und die erhaltene Sandform für gewöhnliche Zwecke keine ausreichende Festigkeit besitzt. Andererseits sind Pullulanmengen oberhalb 15 Gewichtsteilen unvorteilhaft, da sie auf Grund der Gasentwicklung beim Gießen des geschmolzenen Metalls Gußfehler verursachen und außerdem vom wirtschaftlichen Standpunkt unnötig sind. Die notwendige Festigkeit läßt'sioh"nämlich bereits· bei Verwendung von 0,1 bis 15, vorzugsweise 0,5 bis 8 und insbesondere 0,5 bis 3 Gewichtsteilen Pullulan pro 100 Gewichtsteile des trockenen Formsands erzielen.

Neben Formsand und Pullulan als Binder ist Wasser ein notwendiger Bestandteil der Formsandmasse. Wasser ist im allgemeinen notwendig, um der Formsandmasse sowohl Plastizität als

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auch Grünfestigkeit zu verleihen, die zur Herstellung einer Sandform erforderlich sind. Eine zufriedenstellende Grünfestigkeit und Plastizität lassen sich erzielen, wenn der Wassergehalt der Masse im Bereich von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Trockengemisch aus Formsand und Bindern, liegt. Im Falle der Verwendung der Sandform als Grünsandforra ist ebenfalls ein Wassergehalt im genannten Bereich geeignet. Da der beim Gießen entwickelte Viasserdampf das Gußergebnis beeinträchtigen kann, wird vorzugsweise möglichst wenig Wasser verwendet. Im allgemeinen wird jedoch eine Sandform vorzugsweise als Trockenform verwendet. In diesem Fall bedingt ein zu großer Wassergehalt eine unerwünscht lange Trocknungszeit, während ein zu geringer Wassergehalt eine ungenügende Grünfestigkeit und damit Schwierigkeiten beim Formen zur Folge hat. Der Wassergehalt von Massen für Trockenformen liegt daher vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 10 %, insbesondere 1 bis 6 %.

Um die Plastizität und die Verarbeitbarkeit zu verbessern, kann man zusammen mit dem Pullulan z.B. Weichmacher für Pullulan, wie Äthylenglykol,· Propylenglykol; Glycerin und andere mehrwertige Alkohole, sowie übliche Zusätze, wie Tone, Stärke, Stärkederivate, Natriumalginat, Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxyäthylcellulose, Gummi arabicum bzw. deren Derivate, verwenden, solange kein störender Geruch erzeugt wird und die physikalischen Eigenschaften der Form nicht beeinträchtigt werden. Es ist auch möglich, für denselben Zweck teilweise modifiziertes Pullulan zu verwenden, z.B.

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veräthertes, verestertes, oxidiertes oder aminiertes Pullulan entweder allein oder in Kombination mit Pullulan.

Um die Entformungseigenschaften zu verbessern, können auch Öle, wie Kerosin, Gasöl und Siliconöl, verwendet werden, solange keine übel riechenden Gase entwickelt und die physikalischen Eigenschaften der Form nicht beeinträchtigt werden.

Der trockene Formsand und das Pullulan können auf übliche Weise miteinander vermischt werden. Üblicherveise stellt man aus pulverförmigem Pullulan und trockenem Formsand ein Vorratsgemisch her, das vor der Verwendung mit einer geeigneten Wassermenge zu einer Formmasse vermengt wird. Da Pullulan eine äußerst stabile Verbindung ist, kann das trockene Vorratsgemisch lange Zeit ohne Beeinträchtigung gelagert v/erden. Andererseits ist es auf Grund der leichten Löslichkeit von Pullulan in kaltem Wasser möglich, vorher eine wäßrige Pullulanlösung herzustellen und diese dann mit trockenem Sand zu einer Formmasse zu vermischen. Die letztgenannte Methode ist bevorzugt, da Pullulan in Form einer 5 bis 20proζentigen wäßrigen Lösung hergestellt wird. Zweckmäßig verwendet man eine · durch Verdünnen oder Konzentrieren der ursprünglichen Pullulanlösung hergestellte wäßrige Lösung, so daß die erhaltene Formsandmasse geeignete Mengen an Wasser und Pullulan enthält.

Ferner kann man eine Zellen enthaltende Kulturbrühe verwenden, die vorher nicht z.B. durch Abtrennen der Zellen und Aus-

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fällen mit Methanol gereinigt worden ist. Schließlich kann auch trockenes Pullulan mit feuchtem Formsand vermischt werden.

Das Mischen des Formsands mit dem Pullulan kann von Hand erfolgen; leichter geschieht dies jedoch mit einer Sandmühle, z.B. einer Simpson-Mühle, einem Möller oder einem Rühr ini scher. Beispielsweise kann man den in einem Rührmischer gerührten Formsand mit der wäßrigen Lösung versetzen, wobei sich innerhalb 1 bis 5 Minuten eine gleichmäßige Grünformmasse bildet. Diese kann bis zum Formen gelagert werden. Falls während der Lagerung Wasser verloren geht, kann dieses unmittelbar vor der Verwendung ergänzt werden.

Die Herstellung der Sandform unter Verwendung der erfindungsgemäßen Formsandmassen erfolgt auf übliche Weise. Beispiele für geeignete Methoden sind die Bankformerei (engl. bench molding) und die Maschinenformerei. Es können beliebige Modelle verwendet werden, z.B. solche aus Metall, Holz oder Kunststoff.

Bei der Lagerung einer auf die vorstehende Weise hergestellten Grünsandform erhöht sich deren Festigkeit durch das Verdampfen des Wassers an der Luft von selbst. Eine derartige Lufttrocknung erfordert jedoch lange Zeit. Die Trocknungszeit kann daher z.B. durch Heißlufttrocknung, dielektrisches Aufheizen oder Vakuumtrocknung verkürzt werden. Geeignete Trocknungstemperaturen betragen z.B. 70 bis 300⁰C, vorzugsweise

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200°C. Die Trocknungszeit beträgt 5 bis 60 Minuten, jedoch sind meist 5 bis 30 Minuten ausreichend. Gegenüber dem herkömmlichen Ölsand-Forraverfahren, das eine Trocknungszeit von 2 Stunden bei einer Temperatur von 200⁰C oder höher erfordert, können die Formmassen der Erfindung bei niedrigerer Temperatur in kürzerer Zeit geformt werden, so daß Energiekosten gespart und ein schnellerer Formcyclus erzielt werden.

Die Trockensandform der Erfindung besitzt ausgezeichnete Festigkeit und Härte und läßt sich leicht handhaben. Da das Pullulan darüber hinaus die charakteristische Eigenschaft hat, nach dem Trocknen bei 100⁰C oder höheren Temperaturen eine wesentlich geringere Wasserabsorption zu besitzen, wird die bei einer Temperatur von 100⁰C oder höher getrocknete Sandform kaum durch Feuchtigkeitsabsorption bei der Lagerung angegriffen.

Beim Gießen mit Hilfe der vorstehend erhaltenen Trockensandform behält diese .während des gesamten Gußvorgangs genügende Festigkeit. Beim Abkühlen des Metalls auf den Festpunkt beginnt sich das Pullulan in der Form allmählich zu zersetzen und diese Zersetzung ist vollständig, sobald das verfestigte Metall weiter abgekühlt ist und aus der Sandform entnommen werden kann. Das Abstreifen des Sands kann daher leicht durchgeführt werden und der zurückgewonnene Sand kann praktisch ohne Nachbehandlung wieder_verwendet werden. In dieser Hin-

. sieht sind die erfindungsgemäßen Formmassen den herkömmlichen Kohlendioxid-Formmassen weit überlegen.

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Beim Gießen wird praktisch kein und vor allem kein störender Geruch entwiekelt. In dieser Hinsicht ist die erfindungsgemäße Sandform den herkömmlichen ÖlSandformen überlegen.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Eine,20prozentige·.wäßrige Lösung von Pullulan.mit einem-Molekulargewicht von 38 000, 150 000, 185 000 bzw. 370 000 wird mit Yayoi Nr. 6-Quarzsand (SiO₂ : 94 Gewichtsprozent, Al₂O, : 3,2 Gewichtsprozent, Fe₂O, : 1,4 Gewichtsprozent, CaO : 0,8 Gewichtsprozent, MgO : 0,2 Gewichtsprozent, Rest : 0,4 Gewichtsprozent) in einer Menge vermischt, daß der Pullulangehalt des erhaltenen Gemisch 1 %, bezogen auf den Sand, beträgt. Das Gemisch wird 3 Minuten in einer Sandmühle gemahlen, worauf man nach der Norm JIS Z 2604-1960 Prüfkörper von 10 χ 10 χ 60 mm herstellt. Die Prüfkörper werden 15 Minuten bei 150⁰C in einem explosionssicheren thermostatisierten Trockner getrocknet und dann bis zum Abkühlen auf Raumtemperatur stehengelassen und schließlich auf ihre Biegefestigkeit geprüft (Trockenbiegefestigkeit)'. Die Ergebnisse sind in Tabelle I wiedergegeben. Zum Vergleich sind in Tabelle I auch die Biegefestigkeiten von Prüfkörpern angegeben, die auf ähnliche Weise unter Verwendung von Weizenstärke, Kartoffelstärke, Maisstärke, vorgelatinierter Stärke, Dextrin, Carboxymethylcellulose, Natriumalginat, Hydroxyäthylcellulose, Methylhydroxyäthylcellulose, Polyvinylalkohol bzw. Polyacrylsäure hergestellt worden sind.

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In.Tabelle I sind auch Angaben über den Geruch der beim Erhitzen der einzelnen Binder auf 50O⁰C entwickelten Gase gemacht. Die Ergebnisse zeigen, daß Pullulan im Vergleich zu anderen wasserlöslichen Polymeren eine wesentlich erhöhte Festigkeit ergibt und außerdem bei der thermischen Zersetzung keinen unangenehmen oder störenden Geruch entwickelt.

Tabelle I

Polymer (Molekulargewicht)

Trocken-Biegefestigkeit, /2

Geruch

Pullulan ( 38 000)	30,2 ν	> kein störender Geruch
¹¹ (150 000) " (185 000)	33,1 40,3
» (370 000)	45,8 ■
Weizenstärke	20,0 J	beizender Geruch
Kartoffelstärke	9,0	> kein störender Geruch
Maisstärke. vorgelatinierte Stärke	8,7 Ί 12,2 J	äußerst widerwärtiger Geruch
Dextrin	6,3

Carboxymethylcellulose 9,6 Natriumalginat 1,5

Hydroxyäthylcellulose 21,0

Methylhydroxyäthylcellu- 21,0 lose

Polyvinylalkohol
Polyacrylsäure

25,1 11,7

stark beizender Geruch kein störender Geruch

stark beizender methanolischer Geruch

äußerst -widerwärtiger und beizender Geruch

Anmerkimg:

Yayoi Nr. 6-Quarzsand hat folgende Korngrößenverteilung:

u: 595 500 297 210 149 105 74 53 Si: 1,0 3,0 10,6 41,0 31,2 10,0 3,0 0,2

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Beispiel 2

Eine 15prozentige wäßrige Lösung von Pullulan mit einem Molekular ge v/1 cht von 185 000 wird mit Yayoi Nr. 6-Quarzsand vermischt, so daß der Pullulangehalt des erhaltenen Gemisch 1 %, bezogen auf den Sand, beträgt. Das Gemisch wird 3 Minuten in einer Sandmühle gemahlen, worauf man nach der Norm JIS JIS Z 2604-1960 Prüfkörper von 20 χ 20 χ 60 mm herstellt. Die Prüfkörper v/erden in einem explosionssicheren thermostatisierten Trockner bei bestimmten Temperaturen verschieden lange getrocknet und dann auf ihren Feuchtigkeitsgehalt und ihre Biegefestigkeit geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle II wieder gegeben.

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Tabelle II

cn ο co οο

co O CD

Trocknungs temperatur Trocknungszeit (min)	120⁰C	• 200⁰C i
Feuchtigkeitsgehalt (%) Biegefestigkeit (kg/cm ).	3 6 ' 10 20 30 40	•3 6 10 20
3,7 2,6 1,6 0,3 0,02 0,01 3,0 5,7 11,3 30,4 40,5 39,8	'^:'1,1 0,02 0,01 0,01 10,7 35,0 39,7 40,5

Anmerkung: 1. Der Anfangs-Feuchtigkeitsgehalt beträgt 5,6 %. }

2. Der Feuchtigkeitsgehalt wird nach folgender Gleichung berechnet:

Feuchtigkeitsgehalt (%) = (Feuchtigkeit/Trockenmdterial) χ 100

■ ·»

CO

2 61 R 7 I 4

Zum Vergleich werden 93 % Yayoi Nr. 6-Quarzsand, 2,2 % Bentonit, 1,5 "A Dextrin und 3,3 % Leinöl miteinander vermischt und in einem Rührmischer gemahlen. Der erhaltene ölsand wird auf die vorstehend beschriebene Weise geprüft, wobei die in Tabelle III genannten Ergebnisse erzielt werden.

Tabelle III

Härtungszeit (min)	30	0	60	5	90	3	120	0
Biegefestigkeit (kg/cm )	8,	15,	21,	28,

Anmerkung: Härtungszeit = 200⁰C.

Die Ergebnisse der Tabellen II und III zeigen, daß die erfindungsgemäße Form gegenüber der Ölsandform in wesentlich kürzerer Zeit getrocknet werden kann.

Beispiel 3

Yayoi Nr. 6-Quarzsand, Bentonit und Pullulan (Molekulargewicht 185 000) werden nach der in Tabelle IV angegebenen Formulierung miteinander vermischt und 2 Minuten in einem Rührmi scher gemahlen. Hierauf werden nach der Norm JIS Z 2604-1960 Prüfkörper von 50 χ 50 mm und 1Ox 1Ox 60 mm hergestellt und auf ihre Grün-Druckfestigkeit sowie die Trocken-Biegefestigkeit geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV wiedergegeben.

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Tabelle IV

Zusammensetzung,	Gew	5	i	98	0	97	0	96	0	94	0
Yayoi Nr. 6-Quarzsand	99	17	1	19	2	23	3	29	5	36
Bentonit	0	3	1	0	1	4	1	0	1	1
Pullulan	1		6,		6,		6,		6,
Wassergehalt {%)	4,	0,		o,		0,		0,
Grün-Druckfestigkeit (kg/cm²)	0,	38,	35,	30,	20,
Trocken-Biegefestigkeit ₀	40,
(kg/cnT)

Anmerkung: Zur Ermittlung der Trocken-Biegefestigkeit werden die Prüfkörper wie in Beispiel 1 getrocknet.

Aus Tabelle IV geht hervor, daß durch Zusatz von Bentonit die Grünfestigkeit verbessert werden kann.

Beispiel4

60 kg Yayoi Nr. 6-Quarzsand werden in einem mit 76 U/rain arbeitenden Rührmischer gerührt und mit 3,03 kg einer 20prozentigen wäßrigen Lösung von Pullulan mit einem Molekulargewicht von 185 000 versetzt. Das erhaltene Gemisch wird etwa 1,5 Minuten gemahlen, wobei kein Geruch feststellbar ist. In dieser Hinsicht ist die erfindungsgemäße Formmasse den Schalenformen und den selbsthärtenden Formen auf Furanbasis weit überlegen. Der erhaltene Formsand (Formsand A) hat einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 3,9 %- Er wird nach dem Bankformverfahren in einem Flanschbügelmodell geformt. Nach .der Entnahme aus dem Modell wird die Sandform in einem explosionssicheren thermostatisierten Trockner 30 Minuten bei 200⁰C ge-

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trocknet, wobei eine Trockenform mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 0,02 % erhalten wird.

In einem weiteren Versuch werden 60 kg Yayoi Nr. 6-Quarzsand und 1,875 kg Bentonit 15 Sekunden in einem Rührmischer· gemischt. Das Gemisch wird dann mit 3,125 kg einer 20prozentigen wäßrigen Lösung von Pullulan mit einem Molekulargewicht von 185 000 versetzt, worauf man das Gemisch etwa 1,5 Minuten mahlt. Der erhaltene Formsand (Formsand B) hat einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 4,0 %. Er wird ebenfalls auf die vorstehend beschriebene Weise in einem Flanschbügelmodell geformt .

Aus dem Formsand B werden unter Verwendung einer Standvorrichtung zv/ei Gußformen hergestellt. Die aus dem Formsand A bzw. B erhaltenen Flanschbügelkerne werden in jeweils eine der Gußformen eingebracht und zum Gießen verwendet. Die Gießtemperatur des schmiedbaren Gußeisens beträgt 14-50⁰C und die Gießzeit 15 Sekunden. Während dem Gießen ist fast keine Geruchsentwicklung feststellbar, mit Ausnahme eines leichten Geruchs • nach gerösteten Kartoffeln.'In dieser Hinsicht ist der erfindungsgeraäße Kern dem Schalenformkernen oder Ölsandkernen weit überlegen. Nachdem das Metall abgekühlt ist, wird das Entformungsverhalten des Kerns untersucht. Die aus dem Formsand A und B hergestellten Kerne brechen praktisch sofort zusammen und zeigen somit ausgezeichnetes Entformungsverhalten. Dies ist ein wesentlicher Fortschritt gegenüber Formen auf Basis von Wasserglas. Die erhaltenen Gießlinge sind von hoher Qualität und zeigen keine Gußfehler. ι ^L 609843/0907

Claims

P.a tentansprüche

1. Formsandrnass en für den Metallguß, dadurch g e kennzeichnet, daß sie einen Formsand und Pullulan als Binder enthalten.

2. Massen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formsand ein Quarzsand ist.

3. Massen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pullulan ein Molekulargewicht von 5000 bis 2 000 000 hat.

4. Massen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,1 Ms 15 Gewichtsteile Pullulan pro 100 Gewichtsteile Formsand enthalten.

5. Massen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,5 Ms 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die Trockenmasse, aufweisen.

6.· Massen.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich gebrannten Ton oder einen anderen Ton enthalten.

7. Massen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bentonit enthalten.

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8. Massen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Athylenglykol, Propylenglykol, Glycerin, Stärke, Stärkederivate, Natriuraalginat, Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxyäthylcellulose, Gummi arabicum und/ oder deren Derivate als 'Weichmacher für Pullulan enthalten.

9· Massen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie yeräthertes, verestertes oxidiertes^ .oder ,aminiertes Pullulan ·. anstelle oder zusammen mit Pullulan enthalten.

10. Massen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Kerosin, Gasöl oder ein Siliconöl enthalten.

11. Verwendung der Formmassen nach den Ansprüchen 1 bis 10 zur Herstellung von Formen und Kernen.

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