Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers unter Ver- wenrIun; trockener, rieselfähnger Formmasse, wc,lehe aus einer Mischung eines gekörnten Füllstoffes und eines in Anwesenheit von Wassermolekülen zur Wirkung kommenden Bindemittels besteht. Die Erfindung ist da- dureli gekennzeichnet,
dass Wasser minde stens zu einem Teil in dampfförmigem Zu stand der Formmasse zugeführt wird.
Es ist bekannt, bei einem. Verfahren zur Heisstellung einer Präzisionsgiessform ein @Vaebsinodell des herzustellenden Gussstüekes in einen wasserdurchlässigen Formkasten zu setzen und in diesen Formkasten ein vor bereitetes Gemisch aus Sand und Zement in Forin eines trockenen Pulvers auf dem. Rütt:el- tiseh eiiizufül:
len. Bei diesem Verfahren wird anschliessend der gefüllte Formkasten in eilten Behälter gestellt und hierauf Wasser in den Behälter gegossen, welches die Form- iriasse duu-ehtränkt. Der Behälter wird dann entleert und die Form bis zur vollständigen Erhärtung stehengelassen, worauf der gebil dete Formkörper unter Ausschmelzen des @Vaelisinodelles get-roeknet und anschliessend gf@brannt wird.
Die Nachteile dieses Verfah rens bestehen darin, dass bei der Durchträn- Icun;- der Formmasse diese sehr viel mehr Wasser aufnimmt als zur Abbindung des Ze mentes nötig ist. Das Verfahren bedingt des halb einen umständlichen und zeitraubenden Troeknungsprozess, um das überschüssige Wasser aus der Formmasse zu entfernen. Zum Trocknen werden Trocknungsöfen benötigt, die schon bei kleinen 'Tagesproduktionen in folge des zeitraubenden 'Trocknungsprozesses beträchtliche Dimensionen aufweisen müssen.
Ferner erhöht das 'Trocknen derart mit Wasser durchtränkter Formmassen die Rissgefahr.
Zur Erzeugung von Gussstücken mit glatter Oberfläche nach dem Präzisionsgiessverfahren ist es in der Regel üblich, dass das Modell des herzustellenden Gussatückes mit. einem durch Tauchen oder Aufspritzen auf seine Oberfläche aufgebrachten Überzug versehen wird, welcher aus einem flüssigen Brei eines sehr feinkörnigen feuerfesten Stoffes und einem geeigneten Bindemittel - zum Beispiel Äthylsnlikat oder Wasserglas - besteht..
Wird nach dem geschilderten, bekannten Verfahren ein mit einem solchen, nicht wasserfesten Über zug versehenes N@Taclismodell in die vorbe reitete trockene Formmasse eingebettet und diese hierauf mit Wasser durchtränkt, kann die mit dem Überzug in Berührung kommende Flüssigkeit letzteren zum Quellen und Wer fen bringen, was die Herstellung formgetreuer CTussstücke mit fehlerfreier Oberfläche verun- möglicht.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermög licht, diese Nachteile auszuschalten. Bei der Zuführung des Wassers in Dampfform er hält die Formmasse gerade nur so viel Flüs sigkeit., als nötig ist, um die Bindewirkung des Bindemittels herbeizuführen. Nach Ver festigung der Formmasse braucht der erhal tene Formkörper keinem besonderen Trock- nungsprozess unterworfen zu werden und kann unmittelbar anschliessend gebrannt werden.
Durch den Wegfall der Trocknungsbehand- lung gestaltet sich das Herstellungsverfahren nach vorliegender Erfindung deshalb ungleich wirtschaftlicher, wobei gleichzeitig die Riss- gefahr erheblich vermindert ist..
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann vorteil haft einen zur Aufnahme eines formgebenden Körpers und der mit letzterem in Berührung gebrachten, trockenen, rieselfähigen Form masse dienenden Behälter aufweisen und fer ner Mittel besitzen, mit. deren Hilfe der Form masse Wasser mindestens zu einem Teil in dampfförmigem Zustand zugeführt werden kann.
Die Erfindung betrifft schliesslich mit dem Verfahren nach vorliegender Erfindung her gestellte Formkörper.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand von näher beschriebenen Ausführungsbeispie len erläutert. Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. Es zeigen: Fig.1 im Schnitt eine Vorrichtung, bei welcher die Formmasse der Einwirkung einer von aussen in die Formmasse diffundierenden Dampfatmosphäre ausgesetzt, wird, Fig. \?, im Schnitt eine andere Vorrichtung, bei welcher der Dampf durch Kanäle in das Innere der Formmasse eingeführt wird,
Fig.3 eine Ansicht der in Fig.2 darge stellten Vorrichtung und Fig. 4 im Schnitt eine andere Vorrichtung zum Herstellen dünnwandiger Formkörper. Das nachstehend geschilderte Ausführungs beispiel betrifft die Herstellung einer Prä zisionsgiessform mit Hilfe ausschmelzbarer Modellkörper. Eine grössere Anzahl Wachs modelle wird mit einem ebenfalls aus Wachs gebildeten Einguss zu einem baumartigen Ge bilde zusammengefügt, das als Positivmodell zur Herstellung der Giessform dient.
Das derart fertig zusammengebaute Modell kann in einen flüssigen Formstoff eiugetaiieht wer den, welcher aus einem Gemisch aus feinem Quarzpulver und in Alkohol gelöstem, teil weise hydroliniertem Äthylsilikat besteht, wo bei ein Überzug in Form einer dünnen etwa 0,5 bis 1,0 mm starken Schicht an der Modell- oberfläehe haften bleibt. Nach dem Trocknen des Überzuges wird das Modell mit dem Einguss nach unten auf einer zum späteren Ausfliessen des Modellwaehses durehloehten Platte angebracht,
worauf ein nach oben sieh erweiternder Formkasten über das Ganze gestülpt und mit der Grundplatte abgedichtet wird. Die Wandung des Formkastens ist dampfdurchlässig ausgebildet; die Innen seite dieser Wandung wird mit einer dampf durchlässigen Papier- oder Stoffbahn ausge kleidet.
In dieses so gebildete Gefäss wird eine trockene, riese=lfähige Formmasse einge schüttet, welche aus einer Mischung von 92 Gewichtsteilen eines gekörnten feuerfesten Stoffes, zum Beispiel Quarzsand, Sillimanit, Zirkonsand, Zirkonoxyd oder Schamotte und 8 Gewichtsteilen pulverförmigen Zementes, zum Beispiel Tonerde-Zement, besteht.. Der ganze Formkasten wird hierauf auf einen R.ütteltiseh gestellt und die trockene Form masse eingerüttelt.
Fig. 1 zeigt die Modellkörper 1, den Ein guss 2, den Überzug 3 auf der Modellober fläche, die Platte 4, den Formkasten 5, Waehsabdiehtung 6, in der Wandung des Formkastens angeordnete Löcher 7 und die dampfdurchlässige Auskleidung 8 auf der Innenseite der Wand des Formkastens.
Nach dem Einrütteln der Formmasse auf dem Rütteltisch wird der ganze, das Wachsmodell und die Formmasse enthaltende Formkasten 5 in einen Behälter '9 gestellt, dessen Öffnung mit Hilfe des Deckels 10 dampfdicht abgeschlossen werden kann. In das Innere des Behälters 9 mündet eine Lei tung 11, welche an eine nicht gezeichnete Wasserdampfquelle angeschlossen ist..
Der Deckel 10 besitzt ein federbelastetes Ventil 12; nach Überschreiten eines bestimmten Dampfdruekes im Innern des Behälters 9 kann Dampf durch dieses Ventil nach aussen ent- we iehen.
Der als Bindemittel in der Formmasse verwendete Zement. benötigt zum Abbinden eine bestimmte Wassermenge. Dieses Wasser wird der Formmasse in dampfförmigem Zu stand zugeführt. Zu diesem Zweck wird durch die Leitung 11 Wasserdampf, vorzugsweise Massdampf oder gesättigter Dampf in das In nere des Behälters 9 eingeführt. Damit wird die trockene, rieselfähige Farmmasse der Ein wirkung einer von aussen durch die Wandung des Formkastens 5 in die Formmasse diffun dierenden Dampfatmosphäre ausgesetzt. Der in der Formmasse kondensierende Wasser dampf kommt mit dem Zement in Berührung und verursacht ein Abbinden desselben.
Die zur vollständigen Verfestigung der Formmasse benötigte Zeit ist abhängig von der Korngrösse des feuerfesten Bestandteils der Formmasse, vom Durchmesser des Formkastens und vom Dampfdruck im Innern des Gefässes 9. In der Regel genügt es, der Formmasse Wasserdampf während 1 bis ? Stunden zuzuführen, sofern der Drueh im Innern des Gefässes den Atmo- slrlräi-eirdruel@ nicht überschreitet. Bei höherem Druck reduziert sich die zum Abbinden nötige Zeit in entsprechendem Masse.
Nach a.usreiehender Verfestigung der Form- masse wird der Formkasten aus dem Behälter 6) entfernt. Die Formmasse ist vollständig trocken und bedarf keiner anschliessender T'roeknungsbehandlring. Hierauf wird der Formkasten mit unten liegender Platte 1 in eine Heizkammer verbracht und so weit erhitzt., bis das den Eingtiss 2 und den verti kalen Trichterlauf bildende -Wachs ausge schmolzen ist;
dieser Wachs kann 7iirückge- wonnen und wieder gebraucht. werden. Sofern auf die Rüekgewinnung des Wachses kein Wert gelegt wird, kann nach Herausnehmen des Formkastens aus dem Behälter 9 die Platte -1 voni Kasten entfernt und letzterer unmittel bar in den Brennofen verbracht. werden, in welehem die Formmasse bei einer Temperatur von vorzugsweise 6001 bis 800 C gebrannt wird.
Hierbei verbrennt das im Formhohlraum und den Eingtisskanälen noch befindliche Wachs vollständig. Nach dem Herausunehmen aus dem Brennofen ist die so erhaltene Giessform zum Giessen des Metalles bereit. Der Kasten 5 kann bereits nach Herausnehmen aus dem Be hälter 9 vom gebildeten Formkörper gebrannt werden und der Formkörper ohne Kasten ge brannt und abgegossen werden.
Eine vorteilhafte Abwandlung des ge schilderten Verfahrens besteht darin, die Formmasse vor dem Zuführen des Dampfes zu evakuieren. Zu diesem Zweck kann der in Fig. 1 dargestellte Behälter 9 über die Leitung 13 an eine Vakuumpumpe angeschlossen wer den und mit aufgesetztem Deckel 10 und ge schlossenem Ventil 11a in der Leitung 11 evakuiert werden. Nach Erreichen des ge wünschten Vakuums wird hierauf Ventil 13a in der Leitung 13 geschlossen und das Ventil 11a geöffnet, womit Dampf in das Innere des Behälters strömen kann.
Auf diese Weise kann das Eindringen in die Formmasse des letzteren in Dampfform zugeführten Wassers beschleu nigt werden.
Fig. 2 veranschaulicht eine andere Vorrich tung zur Durchführung des erfindungsge mässen Verfahrens, bei welchem das der Form masse zuzuführende Wasser in dampfförmi- gem Zustand durch Kanäle in das Innere der Formmasse eingeführt wird. Die Anordnung des Modellkörpers im Formkasten erfolgt in diesem Fall auf gleiche Weise, wie nach dem im Zusammenhang mit Fig.l geschilderten Verfahren.
Zusammen mit dem Modellkörper werden hier Rohrstücke 15 in die trockene, rie- selfähige Formmasse eingebettet und die Rohr stücke nach Einrütteln der Formmasse an ein Verteilstück 16 angeschlossen, welches über eine Leitung 17 mit einer nicht gezeichneten Dampfquelle in Verbindung steht. Die Rohr stücke 15 sind aus einem hitzebeständigen Werkstoff hergestellt; ihre von der Formmasse umschlossene Wandung weist öffnungen <B>18</B> zur Einführung des Dampfes in die Form masse auf.
Nach ausreichender Verfestigung der Formmasse unter dem Einfluss des zuge führten Dampfes wird das Verteilstück 16 von den Rohrstücken 1'5 abgehoben, worauf das Wachs des Modellkörpers ausgeschmolzen und die Form gebrannt werden kann. Fig. 3 zeigt die gegenseitige Anordnung der 'Modellkörper 1 und d'er Rohrstücke 15. Die Rohrstücke 1 sind durch die zwischen einzelnen Modellkör pern befindlichen Partien der Formmasse ge führt; die sich ergebende Anordnung ermög- lieht, der Formmasse den Dampf in unmittel barer Nähe der Modellkörper zuzuführen.
Auf diese Weise gelingt es, die den Formhohlraum begrenzenden Teile der Formmasse erheblieli rascher zu verfestigen, als dies nach dem im Zusammenhang mit. der Vorrichtung nach Fig.1 geschildertem Verfahren möglich ist. Es wäre aber auch möglich, den in Fig. ? ge zeichneten und die in der Formmasse einge betteten R.ohrstüeke aufweisenden Formkasten in einen Behälter nach Fig. 1 zu stellen, um so gleichzeitig der Formmasse Dampf von innen und aussen zuzuführen.
Das der Formmasse durch die Rohrstücke 18 mindestens zum Teil in dampfförmigem Zustand zuzuführende Wasser kann zum Bei spiel in Form von 'Saatdampf zugeführt wer den. In diesem Aggregatzustand finden sieh kleinste Wassertröpfchen in einer Sattdampf- atmosphäre. Es ist aber auch möglich, der Formmasse Sattdampf oder überhitzter Dampf zuzuführen. Bei der Herstellung von Giessfor- men mit Hilfe aussehmelzbarer Modelle ist in allen Fällen darauf zu achten, dass als Mo dellwerkstoff ein Material, zum.
Beispiel ein thermoplastisches Kunstharz oder W achs, ver wendet wird, welches bei der Temperatur des verwendeten Dampfes nicht vorzeitig erweicht. Sofern dieser Bedingung Rechnung getragen wird, können Dampfdriiek und Dampftem peratur innerhalb weiter Grenzen variieren. Besitzen Formgiissteile eine unter der Dampf temperatur liegende Temperatur, schlägt sieh der mit ihnen in Berührung kommende Was serdampf in Form von Kondensat. nieder.
Eine weitere vorteilhafte Abwandlung des Verfahrens nach der Erfindung besteht. darin, die Formmasse vor dem Zuführen von Was serdampf auf eine über der Temperatur des Dampfes liegenden 'Temperatur zu erwärmen. In diesem Fall tritt der Wasserdampf durch die Formmasse, ohne zir kondensieren, wobei das Bindemittel direkt Wassermoleküle aus dem Dampf aufnehmen kann. Das so gestal tete Verfahren besitzt. den Vorteil, dass die Formmasse nach ihrer Verfestigung absolut trocken ist.
Es ist aber auch möglieli, da.ss das Wasser ausser in Dampfform zu einem Teil als Flüs sigkeitsnebel der Formmasse zugeführt wird, der von einem kompressiblen Trägermedium, zum Beisspiel Luft, mitgeführt wird. Zu diesem Zweck kann Wasser mit Hilfe von Druckluft zerstäubt. werden. Hierbei entsteht ein Ge- miscll von Wasserdampf und Luft, welches die beim Zerstäuben gebildeten feinen Wasser- tröpfelien mitführt.
Das Wasser kann aber auch vorteilhaft. mit einem- mit. dem Binde mittel eine ehemisehe Reaktion ein-ehenden Gas, zum Beispiel Kohlensä.tire, zerstäubt werden.
An Stelle des als Bindemittel grenannten Zementes können auch andere Bindemittel vorteilhaft Verwenclung finden. Besonders ge eignet zur Herstellung von Giessformen hat sieh eine aus 5 bis 1'Z Gewichtsteilen eines feuerfesten Materials und 88 bis 95 Gewiehts- teilen von pulverförmigem Wasserglas beste hende Formmasse erwiesen.
Wird einer sol chen Formmasse auf eine der -esehilderteti Weisen Wasserdampf zugeführt, wird das Wasserglas durch den kondensierenden Dampf zum Quellen gebracht Lind scheidet in An wesenheit. einer Säure Kieselsäure aus. Das zum Quellen gebrachte Wasserglas besitzt eine ausreichende Bindekraft, um die Formmasse zu verfestigen. Beim. a.nsehliessenden Brennen des erhaltenen Formkörpers führt die zwi schen die Körner des feuerfesten '--Materials eingebettete Kieselsäure eine keramische Bin dung des Formkörpers herbei.
Es kann auch ein Bindemittel, zum Bei spiel Wasserglas, verwendet werden, (las in Anwesenheit von Wassermolekülen Lind einem mit. dem Bindemittel eine eheinisehe Reaktion eingehenden Mittel zur Wirkurr, kommt. Be sonders erfolgreich gestaltet sieh (fiese weitere Ausbildung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung, wenn das betreffende Mittel dein der Formmasse .in dampfförmigem Zustand zuzuführenden Wasser beigemischt wird.
Das mit deni Bindemittel eine chemische Reak tion ein-ehende Mittel kann in gasförmigem oder dar.ipfföi-migem Zustand oder als Flüssig- keitsnebel verwendet werden. So wird in einer Ausführungsart. eine das bereits ge nannte Wasserglas als Bindemittel enthal tc,nde Formmasse zusätzlich mit einer Säure, rum Beispiel mit Kohlensäure oder Salzsäure, in Kontakt gebracht, welche in Anwesenheit von Wassermolekülen Kieselsäure ausfällt. Die Kohlensäure kann als Gas dem der Form masse zuzuführenden Wasserdampf beige mischt werden.
Salzsäure kann zum Beispiel in flüssiger Form zerstäubt und der gebil dete Flüssigkeitsnebel dem Dampf beigemiseht werden. Es kann aber auch eine feste .Säure in Pulverform verwendet werden, indem Füll stoff, Bindemittel und 'Säure zu einem trocke nen Gemisch verarbeitet. und dieses mit der Coinig-ebeilden Fläche des Modellkörpers in Bcrührunc gebracht wird. Besonders geeignet sind Formmassen, welche neben dem Füllstoff anirnoniumchlorid oder Sulfaminsäure und Wasserglas enthalten.
Geeignet sind ferner bei Temperaturen zwiselien 60 bis 150 C in Anwesenheit der Flüssigkeit eine Klebewirkung erzeugende Bindemittel, welche beim Brennen der Form eine keramische Bindung herbeiführen. Ein solches Bindemittel ist. zum Beispiel ein kom plexes Aluminium-Pyrophosphat, das in einem Ueiigenanteil zwischen 6 und 1?, 1/o dem ge- hörnten Füllstoff der Formmasse beigefügt werden kann.
Ein weiteres Bindemittel dieser .\a ist Kieselsäuregel.
Vielfach bietet die Verwendung einer Formmasse Vorteile, welche aus einem ge körnten Füllstoff und einem als Überzug auf den Körnern des Füllstoffes haftenden Binde mittel besteht. Hierzu eignet. sich als Binde mittel beispielsweise ebenfalls Kieselsäuregel. Nach diesem Verfahren hergestellte Form körper zeichnen sich durch sehr kompakte, poröse Struktur aus.
Fig. 4 veranschaulicht eine zur Durch führung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung bestimmte Vorrichtung zur Her- stellung von dünnwandigen Formkörpern. Auf die auf der Grundplatte des Behälters ''1 angeordnete 'Modellplatte 22 wird eine trockene, rieselfähige Formmasse aufgebracht, welche wiederum aus einer Mischung aus gekörntem Füllstoff und eines mindestens in Anwesenheit von Wassermolekülen zur Wir kung kommenden Bindemittels besteht.
Be steht der Füllstoff der Formmasse aus einem feuerfesten Material, eignen sich solche dünn wandigen Formkörper in hervorragendem Masse als Formmasken zum Giessen von Me tall. Eine Formmasse geeigneter Zusammen setzung zur Herstellung solcher dünnwandi ger Formmasken besteht aus einem gekörnten feuerfesten Material, welches 6 bis 12 Ge wichtsteile pulverförmiges Wasserglas enthält.
Auf den Flansch des Behälters 21 wird anschliessend eine Haube 23 aufgesetzt. An die Haube 23 ist eine Leitung 24 angeschlos sen, durch welche Wasserdampf in den über der Formschicht 26 befindlichen Raum ge leitet werden kann. In die Leitung 24 mün det eine weitere Leitung 27, mit deren Hilfe dem zugeführten Dampf Kohlensäure beige mischt werden kann. Unter _ dem Einfluss des in die Formschicht 26 diffundierenden Ge misches aus Wasserdampf und Kohlensäure verfestigt sich die Formschicht und kann bereits nach kurzer Zeit als feste Schale mit Hilfe der Ausstossstifte 28 von der Mo dellplatte abgehoben werden.
Es ist aber auch möglich, mit Hilfe einer nicht ge7eicli- neten Vorrichtung flüssige Salzsäure zu zer stäuben und den so gebildeten Flüssilgkeits- nebel durch die Leitung 2!7 dem der Form masse zugeführten Dampf beizumischen. Die so gebildete Formmaske bedarf keiner Brenn- behandlung vor dem Giessen. Sie wird mit einer zweiten, die andere Formhälfte dar stellende Formmaske zumsammengeklebt und auf die beim Schalengiessverfahren übliche Weise zum Giessen benützt.
Im Unterschied zu üblichen Herstellungsverfahren für solche Formmasken muss die Modellplatte 22 nicht geheizt werden, da. die Formmasse kein unter Wärmeeinwirkung bindendes Kunstharz ent hält. Als Material für die Modellplatte kön- neu deshalb Gips, Holz oder niedrigsehmel- zende -Metalle zur Anwendung kommen, was die Gestehungskosten für die Modellplatte we sentlich vermindert.
Die Erfindung ist. nicht. auf die in den Ausführungsbeispielen geschilderten Ausfüh rungsbeispielen des Verfahrens und der zur Durchführung derselben benutzten Vorrich tungen beschränkt. Das Verfahren kann auch zur Herstellung von Formkörpern benutzt. werden, die nicht als Giessform zum Giessen von Metall bestimmt sind. In solchen Fällen braucht der in der Formmasse enthaltene Füllstoff kein feuerfester Stoff zu sein. Zu den nach dem Verfahren hergestellten Giess formen gehören auch 'Giessereikerne.