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Gießereikern aus einer gebundenen Masse von Kernsand Die Erfindung
betrifft Gießereikerne aus einer gebundenen Masse von Kernsand, einem aus einem
Cerealbinder und Zucker bestehenden Kohlenhydratbinder.
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Die Verwendung von Sacchariden als Binder bei der Kernherstellung
ist bekannt. Eine Emulsion in einem stärkemehlartigen Produkt ist auch bereits als
Bindemittel für Kernsand beschrieben worden. Auch Gummiemulsion in Wasser zusammen
mit Tungöl, einem wasserlöslichen Glycerin-Citronensäure-Harz, Melasse und Ammoniumsulfat
ist als Kernbindemittel bekannt.
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Der frisch gebildete feuchte Kern soll ausreichend Grünfestigkeit
(Bruchfestigkeit) besitzen, um seine Gestalt zu behalten, bis er in den Ofen gebracht
ist. Der getrocknete Kern muß eine hohe Trockenfestigkeit (Zugfestigkeit) besitzen.
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Die bekannten Binder bzw. Massen lassen hinsichtlich diesef Erfordernisse
zu wünschen übrig und weisen auch noch verschiedene Nachteile auf.
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Die zur Erzielung der Grün- und Trockenfestigkeit zugefügten Bestandteile
können einander entgegen wirken. So setzen Kernöle die Grünfestigkeit der Sandmischungen
herab.
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Für Gießereizwecke besteht weiterhin ein Bedarf an einem einzigen
trockenen frei fließenden Binder, welcher den Kernen sowohl Grün- wie Trockenfestigkeit
verleiht.
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Die Kerne entwickeln Gase, wenn geschmolzenes Metall um sie herumfließt.
Weil diese Gase in die Gußstücke eingeschlossen werden können, ist jedes Mittel
zur Verringerung des Volumens der entwickelten Gase von großer Bedeutung für den
Gießereifachmann, welcher feste Metallstücke völlig frei von Gießlunker herzustellen
wünscht.
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Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe bestand darin, die erwähnten
Nachteile zu überwinden und doch hinsichtlich ihrer Festigkeit voll befriedigende
Kerne zu liefern.
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Der die Aufgabe lösende erfindungsgemäße Gießereikern aus einer gebundenen
Masse von Kernsand, einem aus einem Cerealbinder und Zucker bestehenden Kohlenhydratbinder
ist dadurch gekennzeichnet, daß er den Zusatz eines der nachstehenden Stoffe enthält:
Schwefelsäure, Phosphorsäure, deren Salze und Salzgemische, welche diese Säuren
während des Backens des Kerns bei einer Temperatur von mindestens 175° C erzeugen.
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Dabei kann er auf 100 Teile des Kohlenhydratbinders 2 bis 15 Teile
(Trockenbasis) des anorganischen Zusatzes enthalten.
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Ferner kann der anorganische Zusatz Ammoniumsulfamat, Ammoniumsulfat,
Ammoniumpersulfat oder saures Ammoniumsulfat sein. Gegebenenfalls kann die Masse
auch ein Kernöl enthalten.
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Gemäß der Erfindung werden überraschenderweise Kerne mit befriedigender
Grün- und Trockenfestigkeit erhalten. Diese Kerne trocknen gerade so schnell oder
sogar erheblich schneller als solche, welche mit Cerealbinder und Kernöl gemacht
wurden. Ferner entwickeln sie erheblich weniger Gase als die letzteren.
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Es wurde auch überraschenderweise gefunden, daß unter Verwendung von
Kohlenhydratbinder zusammen mit den vorerwähnten Zusätzen und Kernöl hergestellte
Kerne weniger Gase als ohne Verwendung der Zusätze hergestellte Kerne entwickeln.
Jedoch ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung die Kombination aus Cerealbinder,
Zucker und Zusatz.
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Cerealbinder sind in der Technik wohlbekannt und umfassen vorgelatinierte
Stärken und stärkeartige Mehle, wobei die letzteren gewöhnlich kleine Mengen an
Protein oder Faser enthalten. Zusätzlich soll der Ausdruck »Cerealbinder« auch Dextrine
einschließen, welche für gewisse besondere Zwecke verwendbar sind.
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Unter dem Ausdruck »Zucker« werden solche Mono- und Disaccharide von
Aldose- oder Ketosecharakter oder solche nicht reduzierende Saccharide
verstanden,
welche unter den hier beschriebenen Verwendungsbedingungen unter Anfall von Aldose-oder
Ketosesacchariden hydrolysiert werden können. Beispielsweise ist Sucrose wirksam
als ein Bestandteil des beschriebenen Binders und wird von der Erfindung umfaßt,
während dies bei Sorbitol nicht der Fall ist.
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Die bevorzugten Zucker sind Dextrose, Sucrose, Saccharose und Fructose
oder deren Gemische, aber auch Maltose und . "#,actose sind zufriedenstellend, obwohl
weniger wirtschaftlich wegen ihres Preises. Rüben- oder Rohrmelassen (Mutterlauge
bei der Herstellung von Sucrose) und Hydrol (Mutterlauge bei der Herstellung von
Dextrose) können in gleicher Weise zufriedenstellend in Verbindung mit den im nachstehenden
angegebenen chemischen Zusätzen benutzt werden, obwohl zu bedenken ist, daß Melassen
und Hydrol nicht so leicht infolge ihrer viskosen Beschaffenheit gehandhabt werden
können wie die erwähnten Zuckerarten. Diese Abfallprodukte sind auch weniger wirksam
als Dextrose oder Sucrose. Sie liegen aber im Bereich der Erfindung wegen ihrer
wirtschaftlichen Vorzüge.
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Unter dem Ausdruck »Kohlenhydratbinder« werden Cerealbinder und verwandte
Produkte und Zuckerarten wie eben definiert, beliebige Mischungen daraus und ähnliche
Stoffe verstanden.
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Die chemischen Zusätze, welche für die Zwecke der Erfindung geeignet
sind, sind Schwefelsäure, Phosphorsäure und-jedes Chemikal oder Mischungen von Chemikalien,
welche Schwefelsäure oder Phosphorsäure unter den Anwendungsbedingungen, nämlich
dem Trocknen in Gegenwart von Wasser bei einer Temperatur von mindestens 175° C,
erzeugen. Unter den in diese letzte Kategorie fallenden Chemikalien sind Ammoniumsulfat,
saures Ammoniumsulfat, Ammoniumpersulfat und die Alkalipersulfate, Ammoniumsulfamat
und Pyrophosphorsäure. Die vorerwähnten Verbindungen sind entweder Entwässerungsmittel
oder zersetzen sich beim Erhitzen unter den bereits erwähnten Bedingungen unter
Lieferung von Entwässerungsmitteln. Die vorerwähnten Verbindungen können auch als
Katalysatoren zur Beförderung der Kondensation von Aldose- oder Ketosezuckern wirken
oder können sich unter den beschriebenen Bedingungen unter Erzeugung solcher Katalysatoren
zersetzen. Zusätzlich können die erwähnten Verbindungen als hydrolysierende Mittel
für Kohlenhydrate wirken, um reaktionsfähige Aldose- oder Ketosezucker zu liefern.
Eine Beschränkung des Umfangs des Schutzrechts soll jedoch mit der Theorie der Wirkungsweise
der erwähnten Verbindungen nicht verbunden sein.
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Ammoniumsulfat ist der bevorzugte Zusatz- wegen seiner Wirksamkeit,
Wohlfeilheit und Beständigkeit, seines nichtkorrodierenden Charakters und der Leichtigkeit,
mit welcher es mit den anderen Bestandteilen des Kerns vermischt werden kann.
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Selbstverständlich soll jeder der erwähnten, für die Zwecke der Erfindung
geeigneten Zusätze in Anteilen angewendet werden, welche die beste Wirkung für den
beabsichtigten Zweck ergeben. Diese Anteile können für jeden Zusatz verschieden
sein.
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Der Anteil an Zusatz in der Kernmischung beeinflußt erheblich die
Trockenfestigkeit von Kernen, die für die Kerne zur Erreichung der Spitze an Trockenfähigkeit
erforderliche Zeit und das von den getrockneten Kernen entwickelte Gasvolumen. Im
allgemeinen kann der Anteil an dem Cerealbinder oder Zucker oder deren Gemischen
zu dem des Zusatzes auf 100 Gewichtsteile eines solchen Kohlenhydrats von 2 bis
15 Gewichtsteilen des Zusatzes schwanken in Abhängigkeit von dem verfügbaren Mischgerät,
der Kerntrocknung, den gewünschten Eigenschaften der Kerne und dem gewünschten Prüfungsgrad
der Gasentwicklung. Auf 100 Teile Kernsand genügen 0,5 bis 5,0 Teile des Cereal-Zucker-Zusatzgemisches
mit den erwähnten Anteilen. Die Menge an verwendetem Wasser kann von 1,5 bis 6%
des Sandes schwanken. Beispiel 1 Sandmischungen wurden in üblicher Weise durch Vermischen
von Sand mit 1% eines bekannten Maisstärkebinders und 1% eines Zuckers zubereitet.
Daraus hergestellte Kerne wurden verglichen mit Kernen, hergestellt aus Mischungen,
in welchen das 1% Zucker durch 10/0 eines Materials ersetzt war, welches durch Vermischen
mit 100 Teilen eines Zuckers mit 1 bis 15 Teilen eines erfindungsgemäßen Zusatzes
erhalten war.
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An Zuckern wurden verwendet: Dextrosehydrat, Hydrol und Sucrose. An
Zusätzen wurden verwendet: Ammoniumsulfat, saures Ammoniumsulfat, Ammoniumpersulfat,
Ammoniumsulfamat, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Pyrophosphorsäure, Monoammoniumphosphat.
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Während ohne erfindungsgemäßen Zusatz nach dem Trocknen der Kerne
Zugfestigkeiten von höchstens 12,0 kg/cm2 erhalten wurden, stiegen diese bei erfindungsgemäßen
Zusätzen bis auf 18,1 kg/cm2.
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Beispiel 2 Vergleiche zwischen Kernen aus einer kernölhaltigen und
einer erfindungsgemäßen Sandmasse ergaben bei etwa gleichen Zugfestigkeiten nach
dem Trocknen von 19,3 bzw. 18,6 kg/cm2 Grünfestigkeiten von 29,5 bzw. 39,4 g/cm2.
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Beispiel 3 Versuche mit kernölhaltigen und erfindungsgemäßen Sandmischungen
bezüglich der Gasentwicklung zeigten, daß das von mit Cerealbindern und Kernöl hergestellten
Kernen entwickelte Gasvolumen um mehr als 40% verringert werden kann, wenn eine
Mischung aus Dextrosehydrat mit 9% Ammoniumsulfat an Stelle des Kernöls verwendet
wird. Ferner ist das Volumen an Gasen, welche von getrockneten Kernen entwickelt
werden, welche mit Cerealbinder mit einem Gehalt von 9 % Ammoniumsulfat und Kernöl
hergestellt sind, um mehr als 30% geringer als von Kernen, welche ohne Zusatz hergestellt
sind.