Verfahren zur Herstellung eines Kern und/oder Formsandes für Giessereizwecke

Abstract

 Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kern- und/oder Formsandes für Gießereizwecke. Dabei wird ein granularer mineralischer Formgrundstoff mit einem Additiv sowie einem anorganischen Bindemittel gemischt. Erfindungsgemäß wird als Additiv ein anorganisches Blähadditiv mit einer Blähzahl von wenigstens 9 eingesetzt, also einer höheren Blähzahl als sie für Kohle erreicht wird. Alternativ kann auch mit einem anorganischen Additiv gearbeitet werden, beispielsweise mit makrokristallinen Graphit, wobei die Fertigmischung aus dem Formgrundstoff, dem Additiv und dem Bindemittel bis zu einer Dichtezunahme von wenigstens 20 g/dm³ kompaktiert wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kern- und/oder Formsandes für Gießereizwecke, wonach ein granularer mineralischer Formgrundstoff mit einem anorganischen Additiv sowie einem anorganischen Bindemittel gemischt wird.

[0002] Kemsande für Gießereizwecke werden im Allgemeinen dazu eingesetzt, Kerne in Gussstücken zu definieren. Dagegen bezeichnet Formsand allgemein einen Sand oder einen sandähnlichen Formgrundstoff, welcher die äußere Form des gewünschten Gussstückes vorgibt. Kernsand und Formsand fallen größtenteils unter den Oberbegriff Gießereisand bzw. Gießereiformgrundstoff. Das heißt, vorliegend handelt es sich nicht notwendigerweise um Sande sondern allgemein um granulare Gießereiformstoffe.

[0003] Bei der Herstellung von Kern- und/oder Formsanden für Gießereizwecke wird üblicherweise neben einem Bindemittel wie beispielsweise Bentonit ein Glanzkohlenstoffbildender oder allgemein Kohlenstaub/Kohlenwasserstoffharz zugesetzt, wie dies beispielsweise in der DE 30 17 119 A1 beschrieben wird. Die Gründe für den Einsatz von Kohlenstaub bei der Realisierung von Gießereisanden liegen im Wesentlichen darin, dass eine verbesserte Gussoberfläche erreicht wird und Sandanhaftungen größtenteils vermieden werden. Außerdem lässt sich die Gießform vorteilhaft vom Sand trennen und Gussfehler sind reduziert. Schließlich kann die Dosierung einfach vorgenommen werden und sind die Kosten relativ gering.

[0004] Diese Vorteile werden jedoch mit Nachteilen erkauft, die beispielsweise darin zu sehen sind, dass die Festigkeit der Gussform bzw. Gießform durch den Staubzusatz leidet und schädliche Emissionen aufgrund der organischen Bestandteile in dem Gießereiformsand bzw. Gießereiformgrundstoff beobachtet werden, beispielsweise Kohlenmonoxid oder Schwefeldioxid sowie Benzolemissionen. Des Weiteren kann nicht verhindert werden, dass der meistens im Kreislauf geführte und wieder aufbereitete Formgrundstoff bzw. Formsand kontaminiert wird, und zwar durch organische Kondensationsprodukte, Benzol und so weiter. Außerdem wird ein wachsender Feuchtegehalt beobachtet, welcher zu Gussfehlern führen kann.

[0005] Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gestaltung wird vom Ansatz her in der US 2 828 214 vorgestellt. Hier offenbart das Beispiel II eine Komposition für Gießkerne- und Formen, die aus Sand, Bindern und Additiven besteht, die gemischt werden. Als Additive kommen solche auf organischer Basis, beispielsweise Zellulose enthaltend, zum Einsatz. Dadurch sind nach wie vor insbesondere Emissionen zu befürchten und können letztendlich Gussfehler wie beschrieben nicht ausgeschlossen werden. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.

[0006] Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Verfahren so weiterzuentwickeln, dass insbesondere schädliche Emissionen vermieden werden und die Gussqualität verbessert ist.

[0007] Zur Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kern- und/oder Formsandes für Gießereizwecke vor, dass als Additiv ein anorganisches Blähadditiv mit einer Blähzahl von wenigstens 9 eingesetzt wird, also ein anorganisches Blähadditiv, welches auf jeden Fall eine höhere Blähzahl als Kohle aufweist.

[0008] Im Rahmen der Erfindung kommt also ausdrücklich ein anorganisches Additiv zum Einsatz, und zwar ein spezielles Additiv, nämlich ein Blähadditiv. Solche Blähadditive sind im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Blähzahl (free swelling index) von mindestens 5 aufweisen, wie dies in der DIN 51741 näher definiert ist. Vorzugsweise nimmt die Blähzahl sogar Werte von mehr als 10, insbesondere mehr als 20, ein. Im Allgemeinen liegt die Blähzahl sogar bei ca. 100.

[0009] Die Blähzahl drückt aus, dass das fragliche Additiv bzw. anorganische Blähadditiv bei einer bestimmten (hohen) Temperatur (Blähtemperatur) sein Volumen vervielfacht, beispielsweise verzehnfacht. Aus der Volumenzunahme kann dann auf die Blähzahl rückgeschlossen werden, wobei die Vervielfachung des Volumens als Faktor in etwa der Blähzahl entspricht. Dieser Umstand lässt sich im Kern darauf zurückführen, dass das anorganische Blähadditiv wie beispielsweise Perlit, Vermiculit oder auch (Bläh-)Graphit über einen relativ hohen Feuchtegehalt in Gestalt von inertkristallinem Wasser verfügt. Auch eine Chemikalie im Innern ist denkbar, welche bei Hitzeeinwirkung für eine Expansion des Blähadditives sorgt. Tatsächlich kommt es nun durch diese Hitzeeinwirkung zu der beschriebenen Volumenzunahme, welche sich größtenteils darauf zurückführen lässt, dass das in der jeweiligen Struktur zuvor gebundene Wasser oder auch die Chemikalie schlagartig verdampft und für die gewünschte Expansion sorgt. Dieser Effekt ist grundsätzlich bekannt, wozu auf die DE 24 53 552 C3 verwiesen sei.

[0010] Die angegebenen Blähzahlen werden allgemein so bestimmt, dass das fragliche anorganische Blähadditiv ggf. gemahlen und dann in einem Schmelztiegel erhitzt wird. Aus einem Vergleich des Volumens vor und nach dem Erhitzen kann dann auf die Blähzahl rückgeschlossen werden. Meistens wird an dieser Stelle mit (Bläh-)Temperaturen von mehr als 300° C gearbeitet.

[0011] Dabei muss selbstverständlich dafür gesorgt werden, dass das anorganische Blähadditiv vor der Zugabe zu dem Formsand und insbesondere vor dem eientlichen Gießvorgang die vorerwähnten Blähtemperaturen von ca. 300° C oder noch mehr nicht erreicht hat. Denn im Rahmen der Erfindung ordnen sich die jeweiligen Blähadditive vorteilhaft im Bereich von Binderbrücken an, die von dem anorganischen Bindemittel zwischen den einzelnen granularen Körnern des Formgrundstoffes aufgebaut werden, um die Gussform in der gewünschten Gestalt darstellen zu können.

[0012] Das im Bereich dieser Binderbrücken vorhandene anorganische Blähadditiv sorgt nun dafür, dass bei den erreichten Gießtemperaturen, die üblicherweise oberhalb der angegebenen Blähtemperaturen von ca. 300° C und mehr liegen, die fraglichen Blähadditive expandieren. Hierdurch werden die Binderbrücken aufgebrochen, so dass der granulare mineralische Formgrundstoff unmittelbar nach Fertigstellung der Gussform zerfällt, weil das Bindemittel seiner originären Bindungsfunktion zur Herstellung der Binderbrücken nicht mehr nachkommt. Das heißt, der Verbund zwischen den einzelnen Körnern des Formgrundstoffes bzw. des Formsandes wird physikalisch respektive mechanisch gelöst, und zwar durch das anorganische Blähadditiv, welches zielgenau und durch den Gießvorgang initiiert expandiert. Dabei lässt sich der vorgenannte Zerfallsprozess über die Temperatur und/oder Auswahl respektive Modifikation der jeweiligen Blähadditive kontrollieren respektive regeln.

[0013] Denn die verschiedenen angesprochenen anorganischen Blähadditive zeigen ein unterschiedliches Temperaturausdehnungsverhalten und folglich auch verschiedene Blähtemperaturen, bei denen der Expansionsvorgang einsetzt bzw. sein Maximum erreicht. Außerdem ist es denkbar, mit Mischungen als anorganisches Blähadditiv zu arbeiten, beispielsweise Vermiculit mit Perlit in einem bestimmten Mengenverhältnis zu mischen. Dadurch lässt sich das Blähverhalten des anorganischen Blähadditivs sowohl hinsichtlich des Temperaturverhaltens der Ausdehnung als solcher als auch im Hinblick auf die erreichten Expansionen zielgenau einstellen und steuern.

[0014] In jedem Fall wird erfindungsgemäß durchgängig auf organische Zusätze verzichtet, sei es zur Darstellung des Bindemittels oder sei es als Additiv bzw. Blähadditiv. Dadurch werden die beim Stand der Technik unvermeidlichen Emissionen von beispielsweise Kohlenmonoxid oder auch Benzol ebenso wie darauf basierende Kontaminierungen zuverlässig und schon vom Ansatz her verhindert. Hinzu kommt, dass der expandierende Charakter des Blähadditivs etwaige in der Gießform verbleibende Poren schließt, und zwar während des Abgießens, was in besonderem Maße die Gussoberfläche und deren Rauigkeit verringert. Denn das flüssige Metall findet in der Gießform keine Poren, in welche es eindringen kann.

[0015] Hinzu kommt, dass beispielsweise expandierender Graphit als anorganisches Blähadditiv über ergänzende positive Eigenschaften dahingehend verfügt, dass etwaige Trennöle, Kondensate und auch eventuell entstehendes Benzol gebunden werden. Dass lässt sich auf die hohe Porosität von Graphit und seinen nicht polaren Charakter zurückführen. Hinzu kommt, dass Graphit mit zusätzlichen Materialien beladen bzw. kombiniert werden kann, welche in die obligatorischen Zwischenräume eingelagert werden. Vorteilhafterweise lässt sich an dieser Stelle Schwefel einsetzen. Beispielsweise kennt man sogenanntes Graphit-Bisulfat, welches durch die Behandlung von hoch kristallinem natürlichen Graphit mit einer Mischung von Schwefelsäure und unter Zusatz verschiedener Oxidanzien hergestellt wird.

[0016] Jedenfalls wird deutlich, dass das anorganische Blähadditiv nicht nur die Funktion übernimmt oder übernehmen kann, die Bindemittelbrücken zwischen den einzelnen Körnern des granularen mineralischen Formgrundstoffes zu sprengen, sondern zusätzlich einzelne ggf. schädliche Emissionen zu binden in der Lage ist, wie beispielsweise Öl, Benzol oder andere meist kohlenstoffwasserhaltige Kondensationsprodukte. Hinzu kommt, dass sich das anorganische Blähadditiv gezielt durch Zusätze oder eingelagerte Materialien wie beispielsweise Schwefel verändern lässt. Dabei werden die eingelagerten Materialien automatisch beim während des Gießvorganges einsetzenden Blähprozesses frei und können die gewünschte Wirkung entfalten.

[0017] Alternativ zu dem beschriebenen Blähadditiv kann auch auf ein herkömmliches anorganisches Additiv zurückgegriffen werden, insbesondere makrokristallinen Graphit. Für dieses Additiv gilt, dass die Fertigmischung aus dem Formgrundstoff, dem Additiv und dem Bindemittel vorteilhaft kompaktiert wird, und zwar unter Berücksichtigung einer Dichtezunahme von wenigstens 20g/dm³. Durch diese Dichtezunahme lässt sich der Kern- und/oder Formsand bzw. der Gießereisand oder auch Gießereiformgrundstoff im Allgemeinen in der Weise ertüchtigen, dass Gussfehler praktisch auf ein Minimum reduziert werden. Denn in Folge der gesteigerten Formverdichtung lassen sich Penetrationen des flüssigen Gießwerkstoffes bzw. Metalls in die Gießform auf ein Minimum reduzieren. Dabei kann als Additiv selbstverständlich auch das zuvor angesprochene Blähadditiv zum Einsatz kommen. In jedem Fall handelt es sich um einen anorganischen Zusatz, so dass bisher beim Stand der Technik beobachtete schädliche Emissionen praktisch nicht (mehr) auftreten.

[0018] Bei dem makrokristallinem Graphit als Additiv handelt es sich bevorzugt um ein in Wasser nicht quellendes Schichtmaterial mit ausgeprägter ebener Spaltbarkeit, welches vorteilhaft in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte anorganische Bindemittel, zugeschlagen wird. Das mag beispielsweise beim Vermahlen des an dieser Stelle vorteilhaft eingesetzten Bentonits geschehen. Bevorzugt wird dem Bindemittel respektive dem Bentonit 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% des makrokristallinem Graphits zugeschlagen, wiederum bezogen auf den eingesetzten Bentonit bzw. das Bindemittel.

[0019] Dabei hat sich besonders durch Natrium-lonen aktivierter Bentonit als Bindemittel als günstig erwiesen, was auch im Übrigen gilt. Durch das Einarbeiten des makrokristallinen Graphit in das Bindemittel wird dieses besser und schneller in Wasser absorbiert und entwickelt in wesentlich kürzerer Zeit als bisher seine Bindeeigenschaften. Selbstverständlich kann das beschriebene anorganische Additiv mit dem anorganischen Blähadditiv bei der Herstellung des Kern- und/oder Formsandes für Gießereizwecke kombiniert werden.

[0020] Dabei bestehen im Detail verschiedene Möglichkeiten zur weiteren Ausgestaltung. So lässt sich das Bindemittel mit dem anorganischen Additiv bzw. Blähadditiv vor seinem Zusatz zu dem granularen mineralischen Formgrundstoff selbst mischen. Folgerichtig formen das anorganische Bindemittel und das anorganische Blähadditiv bzw. Additiv eine anorganische Vormischung, die auch als Mischungsteilchen bzw. Vormischungsteilchen selbst (Pellet) vorliegen mag.

[0021] Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Bindemittel und das Blähadditiv bzw. Additiv durch gemeinsames Extrudieren zu den Mischungsteilchen oder auch den Pellets verarbeitet werden. Selbstverständlich sind auch andere Herstellungsweisen denkbar, um das Bindemittel und das Blähadditiv bzw. Additiv zu den erwähnten Mischungsteilchen oder auch Pellets zu verarbeiten. Als Körnung für die Mischungsteilchen bzw. Vormischungsteilchen empfiehlt die Erfindung eine solche von ca. 5 µm bis 500 µm, insbesondere von 10 µm bis 200 µm. Der mittlere Korndurchmesser mag bei ca. 65 µm liegen, wobei die Mischungsteilchen insgesamt einem Mahlprozess unterzogen werden, um das angegebene Korngrößenspektrum einzustellen.

[0022] Das kann im Detail so geschehen, dass nach dem Extrudieren der beschriebene Mahlprozess durchgeführt wird und dann anschließend nach den Korngrößen separiert wird, und zwar beispielsweise über Zyklonen oder andere Ausschleuseinrichtungen.

[0023] Hinsichtlich des anorganischen Blähadditivs bzw. Additivs empfiehlt die Erfindung, an dieser Stelle einen separaten Siebvorgang/Mahlvorgang vorzusehen und mit einer Körnung im Bereich von 10 nm bis 3000 nm zu arbeiten. Der mittlere Korndurchmesser soll bei ca. 1000 nm bzw. 1 µm liegen. Auf diese Weise lässt sich eine besonders innige Verbindung zwischen dem Bindemittel und dem anorganischen Blähadditiv erreichen. Denn das Bindemittel liegt in der Regel in einer Körnung von originär ca. 10 µm bis ca. 200 µm vor. Die beim Einsatz von beispielsweise Bentonit für den Bindungsvorgang zwischen den einzelnen Körnern des Formgrundstoffes verantwortliche Hülle bzw. Bindungshülle verfügt über eine Schichtdicke von ca. 3,5 µm. Auf diese Weise lassen sich die maximal 3 µm (3000 nm) großen Teilchen bzw. Körner des Blähadditivs unschwer in die fragliche Bindungshülle (mit größerer Schichtdicke als der größte Korndurchmesser) des Bentonits respektive des Bindemittels einbringen oder einlagern. Dadurch ist das Blähadditiv exakt im Bereich der zuvor bereits angesprochenen Bindungsbrücken angeordnet und kann seine die Bindungsbrücke jeweils aufbrechende Wirkung zielgenau entfalten.

[0024] Als Formgrundstoff greift die Erfindung in der Regel auf einen granularen mineralischen Sand, insbesondere Quarzsand zurück, welcher meistens in einer mittleren Körnung kleiner als 0,5 mm vorliegt, wobei sich die Körnung üblicherweise im Bereich zwischen 0,10 mm bis 0,30 mm bewegt.

[0025] Damit das anorganische Additiv unmittelbar in die Hülle bzw. Bindungshülle des Bindemittels respektive des Bentonits eingearbeitet wird bzw. eingearbeitet werden kann, empfiehlt es sich, beide vorerwähnten Bestandteile (Bindemittel und Blähadditiv) miteinander zu verarbeiten. Das kann durch den bereits angesprochenen Extrusionsvorgang geschehen, welcher unmittelbar dafür sorgt, dass das Blähadditiv in die fragliche Bindungshülle eindringt. Denn hierfür sorgt der in der obligatorischen Formpresse für den Extrusionsvorgang herrschende Druck. Nachdem auch auf diese Weise die Mischungsteilchen aus dem Bindemittel und dem Blähadditiv geformt worden sind, werden die fraglichen Mischungsteilchen bzw. Pellets wie bereits erwähnt gesiebt, wobei anschließend Korngrößen vorzugsweise im Bereich von 10 µm bis 200 µm mit einem mittleren Korndurchmesser im Bereich von ca. 65 µm beobachtet werden.

[0026] Die vorerwähnten Mischungsteilchen bzw. Vormischungsteilchen aus dem Bindemittel mit eingelagertem Blähadditiv und/oder eine lockere Vormischung aus dem Bindemittel und dem Blähadditiv wird anschließend mit dem Formgrundstoff zur Fertigmischung gemischt. Dabei beträgt in der Fertigmischung der Anteil des Formgrundstoffes in der Regel ca. 80 Gew.-% oder mehr, wohingegen die restlichen 20 Gew.-% im Maximum von dem Bindemittel, dem organischen Additiv respektive dem Blähadditiv und möglicherweise einem oder mehreren weiteren Zusätzen ausgefüllt werden. Bei diesen Zusätzen kann es sich um poröse mineralische Materialien oder Teilchen wie Klinoptilolith, einen Katalysator, wie beispielweise Manganoxid, (mit Silber behandeltes) Zeolith oder dergleichen handeln, welcher etwaige schädliche Kohlenwasserstoffemissionen aufspaltet. Außerdem hat es sich bewährt, wenn alternativ oder zusätzlich ein Oxidationsmittel zugesetzt wird, um gegebenenfalls absorbierte organische Komponenten zu verbrennen bzw. aufzuspalten.

[0027] Das vorgenannte Oxidationsmittel kann als Zusatz von Calciumcarbonat beispielsweise dem Bindemittel in einem Gewichtsanteil von ca. 10 Gew.-% zugesetzt werden. Darüber hinaus lässt sich das Oxidationsmittel dergestalt erfindungsgemäß realisieren, dass das Bindemittel bzw. der Bentonit mit Natriumoxalat oder vergleichbaren Zusätzen aktiviert wird. Als Bentonit kommt üblicherweise ein solcher zum Einsatz, welcher wenigstens 85 Gew.-% Montmorrilonit als Hauptkomponente enthält.

[0028] Die Fertigmischung aus dem granularen mineralischen Formstoff, dem Bindemittel und dem Blähadditiv sowie gegebenenfalls den Zusätzen wird nun abschließend kompaktiert. Das kann mittels einer Stampfvorrichtung geschehen, bei welcher es sich beispielsweise um eine Formpresse oder auch eine Rammvorrichtung mit mehreren Rammen handeln kann. Meistens setzt man heute jedoch Verdichtungsverfahren bzw. entsprechende Vorrichtungen ein, welche durch Schießen, durch Erzeugung von Luftimpulsen, mittels Pressen für eine entsprechende Kompaktierung sorgen. Als Ergebnis dieses Verdichtungsvorganges wird ein Kern- und/oder Formsand bzw. eine Fertigmischung beobachtet, deren Dichte eine Dichtzunahme im Bereich von mehr als 20 g/dm³, insbesondere mehr als 30 g/dm³ aufweist.

[0029] Durch diese Dichtezunahme lässt sich der Formsand mit hoher Verdichtung verarbeiten und liegt folglich auch die hieraus hergestellte Gießform in der gesteigerten Dichte vor. Infolge dieser hohen Formverdichtung werden Penetrationen des flüssigen Gießwerkstoffes (Metall) in die Gießform auf ein Minimum reduziert. Das hat zur Folge, dass besonders glatte Gussoberflächen beobachtet werden. Hinzu kommt, dass durch den Zusatz des Katalysators und/oder eines Oxidationsmittels etwaige schädliche Emissionen beim Abguss gebunden respektive aufgespalten werden. Als Oxidationsmittel kann beispielsweise Bentonit mit einem Zusatz von mehr als 9 Gew.-% Carbonat, bezogen auf den Bentonit bzw. das Bindemittel, eingesetzt werden.

[0030] Insgesamt sorgt der erfindungsgemäße Zusatz des anorganischen Additivs respektive Blähadditivs mit einer Blähzahl von wenigstens 9 und des anorganischen Bindemittels bzw. deren Verwendung zur Herstellung eines Kern- und/oder Formsandes für Gießereizwecke dafür, dass die Fließfähigkeit des Gießereiformsandes erhöht wird und dessen Zerfall nach Herstellen des Gusswerkstückes beschleunigt wird und im Übrigen nahezu rückstandsfrei erfolgt. Das zusätzliche Einbringen von Zusätzen, wie beispielsweise Zeolith als Katalysator respektive von Oxidationsmitteln optimiert die Absorption von möglicherweise doch noch entstehenden organischen Emissionen, deren Ausbringung ohnehin durch den Verzicht auf organische Bindemittel und organische Additive und auch durch den Rückgriff auf lediglich anorganische Zusätze per se auf ein Minimum reduziert ist. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.

Ausführungsbeispiel 1

[0031] Natriumaktivierter Calciumbentonit als Bindemittel wird gemischt mit einem anorganischen Blähadditiv, bei dem es sich um Blähgraphit oder Vermiculit handelt. Die einzelnen Zusammensetzungen sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben. Hierbei wird einerseits zwischen einer losen Vormischung des Additivs mit dem anorganischen Bindemittel unterschieden und andererseits zwischen Pellets, die durch vorherige kombinierte Extrusion des Additivs mit dem Blähadditiv hergestellt worden sind. Die vorgenannten Pellets respektive die Vormischung wurde getrocknet und gemahlen, so dass ausgangsseitig ein Wassergehalt von ca. 10 Gew.-% beobachtet wird und ein mittlerer Korndurchmesser von ca. 0,063 mm.

[0032] Die Pellets bzw. Vormischungsteilchen sind dann bis zu einer mittleren Körnung von ca. 65 µm gesiebt und gemahlen worden. Sofern eine lockere Vormischung aus dem Additiv und dem anorganischen Blähadditiv untersucht wurde, ist ebenfalls eine mittlere Körnung von ca. 65 µm eingestellt worden. Anschließend wurde der Gießereiformsand bzw. der Kern- und/oder Formsand für Gießereizwecke dadurch hergestellt, dass der granulare mineralische Formgrundstoff, im Ausführungsbeispiel Quarzsand, in einen Kollergang eingefüllt wurde.

[0033] Der Quarzsand wurde mit 2,5 Gew.-% (deionisiertem) Wasser für einen Zeitraum von einer Minute gemischt. Anschließend wurde der Bentonit zu ca. 7 Gew.-%, bezogen auf den Formgrundstoff, und das anorganische Blähadditiv zu ca. 5 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittel bzw. dem Bentonit zugegeben. Alternativ hierzu wurden die Pellets aus dem Bindemittel inklusive eingelagertem Blähadditiv in den Kollergang eingefüllt.

[0034] Im Anschluss hieran wurden die Fertigmischungen gesiebt, und zwar unter Berücksichtigung eines 3 mm-Siebes, so dass ausgangsseitig ein Gießereiformsand bzw. eine knollenfreie Fertigmischung der ursprünglichen Kornverteilung zur Verfügung stand. Danach wurde der fragliche Gießereiformsand verdichtet, und zwar im Beispiel in einem Zylinder der Länge der 100 mm mit einem Durchmesser von 50 mm bei einem Druck von 100 N/cm².

[0035] Auf diese Weise konnte eine Verdichtung bzw. eine prozentuale Volumenverringerung des Gießereiformsandes in dem Zylinder von ca. 40 % ± 2 % erreicht werden. Tatsächlich hat sich gezeigt, dass eine Verdichtung von wenigstens 30 %, d. h. eine Volumenreduktion um mindestens 30 % erforderlich ist, um die gewünschten Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Bindefähigkeit der Oberfläche des Gießereiformsandes und folglich der Gießform darstellen zu können. Dabei lassen sich etwaige Anpassungen durch mehr oder minder Wasserzugabe steuern.

[0036] Die anschließende Tabelle 1 zeigt in der Spalte 1 einen granularen Formgrundstoff mit einem Zusatz von lediglich 7 Gew.-% Bentonit als Bindemittel, bezogen auf den Formgrundstoff. Die Spalte 2 zeigt den fraglichen Formgrundstoff mit einem Zusatz von 7 Gew.-% Bentonit als Bindemittel und 2 Gew.-% Kohlenstoff als organisches Additiv, jeweils bezogen auf den Formgrundstoff, entsprechend dem Stand der Technik.

[0037] In der Spalte 3 ist ein granularer Formgrundstoff mit einem Zusatz von 7 Gew.-% Bentonit und 5 Gew.-% Blähgraphit wiedergegeben. Die Spalte 4 zeigt ebenso wie die Spalte 3 den granularen Formgrundstoff mit 7 Gew.-% Bentonit als Bindemittel und 5 Gew.-% Vermiculit als anorganisches Blähadditiv, jeweils als lockere Mischungskomponenten zugegeben und entsprechend dem beschriebenen Beispiel verdichtet.

[0038] In der Spalte 5 ist der Formgrundstoff zuzüglich 7 Gew.-% Bentonit und 5 Gew.-% Blähgraphit entsprechend dem Beispiel in der Spalte 3 dargestellt, allerdings in der Weise, dass der Bentonit zusammen mit dem Blähgraphit zu den Pellets bzw. Vormischungsteilchen extrudiert wurde. Die Spalte 6 zeigt schließlich den granularen Formgrundstoff mit einem Zusatz von 7 Gew.-% Bentonit und 5 Gew.-% Vermiculit wie im Beispiel der Spalte 4, allerdings wiederum in Gestalt von Mischungsbestandteilen bzw. Pellets, die durch gemeinsame Extrusion hergestellt worden sind. Sämtliche Fertigmischungen sind wie beschrieben verdichtet worden.

Tabelle 1

		1	2	3	4	5	6
Feuchtigkeitsgehalt in Gew.-%	%	2,45	2,65	2,14	2,25	2,24	2,3
Verdichtung bzw. Verdichtungsgrad	%	40,1	40,2	40,5	40,8	40,9	41,2
"grüne" Druckfestigkeit	N/cm2	15,6	15,0	15,7	15,2	12,8	12,8
Trockene Druckfestigkeit bei 150° C/3 Std.	N/cm2	23,3	32	28,4	31,2	26,8	24,4
Trockene Druckfestigkeit bei 350° C / 1,5 Std.	N/cm2	22,5	16,6	0	0	24,3	21,9
Trockene Druckfestigkeit bei 550° C / 45 Min.	N/cm2	26,8	14,5	0	0	17,0	13,8
Trockene Druckfestigkeit bei 750° C / 30 Min.	N/cm2	3,45	2,4	0	0	2,8	2,1
Heißscherfestigkeit bei 15 sec.	N/cm2	2,46	2,27	2,38	2,32	2,0	2,4
Heißscherfestigkeit bei 30 sec.	N/cm2	2,72	1,72	2,73	2,70	2,1	2,00
Heißscherfestigkeit bei 60 sec.	N/cm2	4,7	5,2	1,28	3,60	3,4	3,4
Heißdruckfestigkeit bei 980° C / 12 Min.	psi	23,4	9,62	0	0	10,9	11,2

[0039] Zur Messung der "grünen" Druckfestigkeit sind drei Proben entsprechend dem jeweiligen Beispiel hergestellt worden und in der Verdichtungsvorrichtung mit dem Zylinder auf einen Durchmesser von 50 mm verdichtet worden. Die "grüne" Druckfestigkeit ist dann mit einem Druckfestigkeitsmesser erfasst worden. Um die trockene Druckfestigkeit zu bestimmen, sind die einzelnen Proben wie bei der Ermittlung der "grünen" Druckfestigkeit hergestellt worden. Bevor die Proben gemessen wurden, sind sie jedoch auf verschiedene Temperaturen für bestimmte Zeiten entsprechend den Angaben gebracht worden.

[0040] Um die Heißscherfestigkeit zu ermitteln, ist ein schmaler Bereich am Kopf eines Probenkörpers sehr stark auf Temperaturen von ca. 1000° C erhitzt worden. Nach einer gewissen Zeit von 15, 30 oder 60 sec. wurde die Bindekraft des Gießereisandes gemessen. Die Heißdruckfestigkeit wurde mit einem Simpson&Gerosa Hochtemperaturdruckfestigkeitstester gemessen. Dazu wurde die Probe in den Tester eingebracht und auf Temperaturen bis zu 980° C für eine Dauer von 12 Min. erhitzt und danach die maximale Druckfestigkeit gemessen.

Ausführungsbeispiel 2

[0041] In diesem Fall wurde ein Gießereiformsand hergestellt, indem eine Mischung aus Bentonit, einem makrokristallinen Graphit, Blähgraphit und einer porösen Zusatzkomponente bzw. einem porösen Zusatz zu dem Formgrundstoff als Vormischung hinzugefügt wurde, wie im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben. Die dem Formgrundstoff zugesetzten Mischungsbestandteile beinhalten ca. 85 Gew.-% Bentonit, 8,5 Gew.-% von dem makrokristallinen Graphit, 3 Gew.-% von dem Blähgraphit und 3,5 Gew.-% natürlichen Zeolith (Klinoptilolith). Die vorerwähnten Vormischungsbestandteile als Ganzes werden zu ca. 8 Gew.-% bezogen auf die Fertigmischung dem Formgrundstoff hinzugefügt, so dass der Formgrundstoff in der Fertigmischung einen Anteil von ca. 92 Gew.-% einnimmt.

[0042] Diese erfindungsgemäße Gießereiformsandmischung wird verglichen mit einer herkömmlichen Mischung eines Formgrundstoffes mit 7 Gew.-% Bentonit und 2 Gew.-% Kohlenstaub, die in der anschließenden Tabelle 2 als "Stand der Technik" gekennzeichnet ist.

Tabelle 2

		Stand der Technik	Erfindung
Verdichtung bzw. Verdichtungsgrad	%	40	40
Dichte	g/dm3	1505	1545
Trockendruckfestigkeit bei 150° C /3 Std.	N/cm2	27	35
Trockendruckfestigkeit bei 350° C / 1,5 Std.	N/cm2	19	0
Trockendruckfestigkeit bei 550° C / 45 Min.	N/cm2	16	0

[0043] Anhand der Tabellen 1 und 2 wird deutlich, dass für den erfindungsgemäßen Gießereiformsand (trockene) Druckfestigkeiten von 0 N/cm² oftmals schon bei einer Behandlung bei 300° C und einer Dauer von 1,5 Stunden beobachtet werden. Das heißt, der fragliche erfindungsgemäße Gießereiformsand ist während der Behandlung überwiegend zerfallen. In dem Bereich unter 350° C werden vergleichbare Druckfestigkeiten wie bei herkömmlichen Gießereiformsanden beobachtet, so dass sich Gießformen mit herkömmlichen Eigenschaften herstellen lassen.

[0044] Auch die Bindungswirkung hat drastisch abgenommen, welches die zuvor bereits abgegebene Interpretation stützt, dass der erfindungsgemäße Gießereiformsand unmittelbar nach Herstellung des Gusswerkstoffes zuverlässig zerfällt. Dabei wird der Formgrundstoff insgesamt nicht zerstört und kann problemlos wieder aufbereitet werden, wobei Rückführungsraten bzw. Regenerationsraten für den Formgrundstoff von bis zu 98 % beobachtet werden. Das heißt, bei einem Gießvorgang gehen in der Regel maximal lediglich 2 Gew.-% an Formgrundstoff verloren.

[0045] Ein Vergleich der beiden Spalten gemäß Tabelle 2 zeigt, dass erfindungsgemäß die Dichte um ca. 40 g/dm³ gesteigert worden ist, also zu einer entsprechenden Dichtezunahme korrespondiert. Tatsächlich wurde bereits eine Dichtezunahme von ca. 35 g/dm³ in einem einzigen Verdichtungsvorgang erzielt. Trotz dieser Dichtezunahme und der insgesamt hohen Dichte des erfindungsgemäßen Gießereiformsandes wird ein ausgezeichneter Zerfall beobachtet, und zwar schon bei 350° C, wie die Trockendruckfestigkeit von 0 N/cm² deutlich macht.

[0046] Die folgenden beiden Elektronenmikroskopaufnahmen unterstützen diese Wertung. Man erkennt in der Fig. 1 einen Gießereiformsand entsprechend dem Ausführungsbeispiel 2. In der Fig. 1 ist der Beginn des Aufbrechens der jeweiligen Bindungsbrücke zu erkennen, während die Fig. 2 die aufgebrochene Bindungsbrücke darstellt.

[0047] Dabei wird deutlich, dass die Bindungsbrücke zwischen den einzelnen dargestellten Körnern des Formgrundstoffes aufgebrochen wird. Tatsächlich werden schamottartige Brücken aus dem Bindemittel mit Hilfe des anorganischen Blähadditivs auf- und abgesprengt. Hierdurch wird die Dicke einer etwaigen Schamotthülle, welche das einzelne Sandkorn umgibt, reduziert. Das erleichtert die Reinigung bei der Wiederverwendung und unterstützt den erwünschten Zerfallsprozess, so dass nach Abkühlung des Gießereiformsandes eine gute Trennung von Gussteil und Formstoff bzw. Gießform durch Sieben möglich wird. Das kann unmittelbar nach Herstellung des Gusswerkstückes erfolgen. - Das beschriebene Verfahren kann selbstverständlich auch mit anderen Zusätzen kombiniert werden, so beispielsweise mit herkömmlicher Kohle.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Kern- und/oder Formsandes für Gießereizwecke, wonach ein granularer mineralischer Formgrundstoff mit einem Additiv sowie einem anorganischen Bindemittel gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Additiv ein anorganisches Blähadditiv mit einer Blähzahl von wenigstens 9 eingesetzt wird.

2. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein anorganisches Additiv, insbesondere makrokristalliner Graphit, in einer Menge von ca. 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, insbesondere 5 Gew-% bis 30 Gew.-% bezogen auf das eingesetzte Bindemittel zugeschlagen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigmischung aus dem Formgrundstoff, dem Additiv und dem Bindemittel kompaktiert wird, und zwar bis zu einer Dichtezunahme von wenigstens 20 g/dm³.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel zunächst mit dem Additiv oder dem Blähadditiv gemischt und dann diese Formmischung dem Formgrundstoff zugegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis , dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel und das Additiv bzw. Blähadditiv durch gemeinsames Extrudieren zu Mischungsteilchen (Pellets) für die Zugabe zu dem Formgrundstoff vorbereitet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dass die Mischungsteilchen bis zu einer Körnung von 5 µm bis 500 µm, insbesondere von 10 µm bis 200 µm, gesiebt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormischung aus dem Bindemittel und dem Additiv bzw. Blähadditiv bis zu einem Wassergehalt von weniger als 20 Gew.-%, insbesondere weniger als 10 Gew.-%, getrocknet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormischung aus dem Bindemittel und dem Additiv bzw. Blähadditiv ca. 80 Gew.-% oder mehr Bindemittel und ca. 20 Gew.-% oder weniger Blähadditiv sowie ggf. weitere Zusätze beinhaltet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusätze zu dem Blähadditiv bzw. Additiv und dem Bindemittel beispielsweise ein Katalysator und/oder ein Oxidationsmittel, wie beispielsweise Bentonit mit mehr als 10 Gew.-% Carbonat, eingesetzt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigmischung aus dem Formgrundstoff, dem Additiv, dem anorganischen Bindemittel und ggf. dem Zusatz mittels Verdichtungsverfahren wie beispielsweise Schießen, durch Luftimpuls, Pressen etc. kompaktiert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Blähadditiv bzw. Additiv in einer Körnung im Bereich von 10 nm bis 3000 nm eingesetzt wird.

12. Kern- und/oder Formsand für Gießereizwecke, bestehend im Wesentlichen aus einem granularen mineralischen Formgrundstoff, einem anorganischen Additiv und/oder einem Blähadditiv mit einer Blähzahl von wenigstens 9 und einem anorganischen Bindemittel.

Zeichnung