Programm Zeitlicher Ablauf

9.00 Uhr Eröffnung

 

Prof. Dr.-Ing. Heinz-Josef Wojtas

Ingenieurbüro Formstoffe-Formverfahren-Produktverbesserung, Xanten

 

Prof. Dr.-Ing. Paul Josef Mauk; Universität Duisburg-Essen, Duisburg

 Der duale Bachelor Studiengang “Steel Technology and Metal Forming” an der Universität Duisburg-Essen

 

09.15 Uhr

Dr. Marta M. Sipos, Mag. Günter Eder; Furtenbach GmbH, Wiener-Neustadt

Cold-Box-Harze mit verbrennungsfördernden Additiven zur Reduktion von Emissionen und Kondensaten.

 

10.00 Uhr

Dipl.-Geol. Sandra Böhnke; S & B Industrial Minerals GmbH, Marl

Funktionalität und Auswahl anorganischer Additive, Funktionsweise und Unterschiede.

 

10.45 – 11.15 Uhr Pause

 

11.15 Uhr

Prof. Dr.-Ing. Dirk Söffker, M.Sc. Marcel Langer; Universität Duisburg-Essen, Duisburg; Dr.-Ing. Horst Wolff, Dipl.-Ing. Ulrich Quack; IfG gGmbH, Düsseldorf

Herstellung von Formen aus harzgebundenem Formstoff in einer teilautomatisierten Fertigungszelle.

 

 

12.00 Uhr

Dipl.-Ing. Antoni Gieniec; ASK Chemicals GmbH, Hilden,

Neue Kennzeichnung der Furanharze -- Perspektiven, Alternativen und Praxiserfahrungen mit Furanharzen der neuen Generation.

 

 

12.45 – 13.45 Uhr Mittagspause

 

 

13.45 Uhr

Dr. Oleg Podobed, Dipl.-Geol. Sandra Böhnke; S&B Industrial Minerals GmbH, Marl; Dipl.-Ing. Wilfried Wanski, Dipl.-Ing. Eckhardt Winter; Eisengießerei Baumgarte, Bielefeld; Prof. Dr.-Ing. H.-J. Wojtas; Ingenieurbüro, Xanten

Altsandvorbefeuchtung als wirksamer Beitrag zum qualitativen Formstoff.

 

 

14.30 Uhr

Dipl.-Ing.  Michael Colditz; Disa Industrie A/S, Herlev Hovedgate               

Matchplate – neue Perspektiven eines altbekannten Verfahrens.

 

 

15.15 – 15.45 Uhr Pause

 

 

15.45 Uhr

Dr. Reinhard Stötzel, Dipl.-Ing. Christian Koch, Dipl.-Ing. Jörg Brotzki; Dipl.-Ing. Jaime Prat; ASK Chemicals GmbH, Hilden

Neues Addtiv-Konzept als ganzheitliche Lösung für einen fehler- und schlichtefreien Giessprozess.

 

 

16.30 Uhr

Dipl.-Ing. Ekaterina Potaturina, Dipl.-Ing. Jörg Brotzki; ASK Chemicals GmbH, Hilden; Prof. Dr.-Ing. H.-J. Wojtas; Ingenieurbüro, Xanten

Neue Erkenntnisse zu Reaktionen zwischen Formstoff und Metall.

 

 

17.15 Uhr

Dipl.-Ing. Norbert Benz; Hüttenes Albertus Chem. Werke GmbH, Düsseldorf

Neue Furan-Kaltharze mit einem freien FA-Gehalt <25 %.

 

 

18.30 Uhr Abendessen

 

 

 

29. Februar 2012                                 08.30

 

 

08.30 Uhr

Dr. Klaus Seeger, Dipl.-Ing. Amine Serghini, Dipl.-Ing. Peter Gröning; Hüttenes Albertus Chem. Werke GmbH, Düsseldorf

COLD-BOX Neue Binder und Schlichtekonzepte - Reduzierung der Emissionen bei der Herstellung von hochklomplexen Gussteilen -

 

 

09.15 Uhr

Dr.-Ing. Polzin; TU Bergakademie Freiberg, Freiberg

Das Hochtemperatur-Verhalten von bentonitgebundenen Formstoffen.

 

 

10.00 – 10.30 Uhr Pause

 

 

10.30 Uhr

Dr. Barbara Milow, Prof. Dr. Dr. Lorenz Ratke;  Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Materialphysik im Weltraum

Aerogele – ein faszinierender Werkstoff mit einer einzigartigen Kombination von herausragenden Eigenschaften.

Qualitätsverbesserung durch Aerogele in der Gießerei.

 

 

11.15 Uhr

Dr. Alexander Schrey; Vesuvius GmbH, Borken

Möglichkeiten und Grenzen der Anwendung neuer Furanharzbinder mit weniger als 25 % Furfurylalkohol ("frei").

 

 

12.00 – 13.00 Uhr Mittagspause

 

 

13.00 Uhr

Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Bast, Dr.-Ing. Wolfgang Simon, Dipl.-Ing. Eva Abdullah, Dipl.-Ing. Sven Bauer, Dipl.-Ing. Thomas Bauer; TU Bergakademie Freiberg, Freiberg

Untersuchungen zum Fließverhalten tongebundener Formstoffe zur Charakterisierung der Ausformeigenschaften von Formballen.

 

 

13.45 Uhr

Dipl.-Ing. Erhard Wiese; Vesuvius GmbH, Borken

Optimierung von Gussoberflächen durch Reduzierung von strömungsbedingten Reoxidationsprodukten.

 

 

14.30 Uhr

Dipl.-Ing. Peter-Michael Gröning; Hüttenes Albertus Chem. Werke GmbH, Düsseldorf

Anorganische Kernsand-Additive zur CO 2 - und Emissionsreduzierung.

 

 

15.15 Uhr

 

 

 

Abschlussdiskussion

 

 

 

 

 

 

Kurzfassungen der Vorträge

in der Reihenfolge des Programms

 

 

28. Februar 2012                                  9.00 Uhr

 

  Eröffnung  

 

Prof. Dr.-Ing. Heinz-Josef Wojtas

Ingenieurbüro Formstoffe-Formverfahren-Produktverbesserung, Xanten

 

Meine sehr geehrten Damen und Herren, Liebe Gießerinnen und Gießer, ich möchte Sie recht herzlich zu den 9. Formstoff-Tagen in Duisburg begrüßen. Im Februar 1996 wurden die ersten Formstoff-Tage in Duisburg durchgeführt und zwar damals noch auf der Bismarckstraße, in den Räumlichkeiten des alten Fachbereiches 8, mit der Ausbildung zum Gießereiingenieur und dem Abschluss Dipl.-Ing. (FH). Dem folgten in Laufe der folgenden Formstoff-Tage mehrere Umbenennungen der Hochschule in Duisburg und dann der Zusammenschluss der Hochschulen in Duisburg und Essen zur heutigen Universität Duisburg-Essen mit dem Campus Duisburg. Der Fachbereich 8 zog von der Bismarckstraße zur Friedrich-Ebert-Straße und wurde aufgelöst. Die Gießereiausbildung erfolgt heute in einem Gießerei-Institut der Universität Duisburg-Essen. Die Ausbildung entwickelte sich über mehrere, unterschiedliche Abschlüsse zum heutigen universitären Bachelor-Master-Studiengang im Maschinenbau, mit der Vertiefungsrichtung Gießerei.

Über alle diese Veränderungen hinweg, sowohl im hochschulpolitischen als auch personellem und persönlichem Bereich, wurden und werden alle zwei Jahre die Formstoff-Tage durchgeführt und die jeweils aktuellen Themen aus diesem Zeitraum angesprochen. Immer noch ausgehend von den damaligen Wurzeln einer praktisch orientierten Ausbildung, liegt der Schwerpunkt der Vorträge auch heute noch auf praktisch orientierten Themen und daran wird sich auch in Zukunft nichts ändern. Dies ist unabhängig davon, wie die weitere Entwicklung des Gießerei-Institutes bzw. die des Studienganges Gießereitechnik in der Zukunft sein wird.

In der Vergangenheit wurde während der Eröffnung immer wieder über die Veränderungen in der Hochschule und deren Auswirkung auf die Ausbildung in der Fachrichtung Gießereitechnik berichtet. Heute soll von Herr Prof. Dr.-Ing. Paul Josef Mauk über die Entwicklung der ehemaligen Fachrichtung Hüttentechnik berichtete werden, die einen völlig anderen Weg gegangen ist. In einer Kombination aus betrieblicher und universitärer Ausbildung kann man den Bachelor-Abschluss bekommen.  

 

 

Prof. Dr.-Ing. Paul Josef Mauk; Universität Duisburg-Essen, Duisburg;

Der duale Bachelor Studiengang “Steel Technology and Metal Forming” an der Universität Duisburg-Essen.

 

Die Kombination aus Studium und praktischer Ausbildung im Betrieb hat sich als „Duales Studium“ in Deutschland fest etabliert und erfreut sich bei Studien-interessierten sehr großer Beliebtheit. Aktuell nehmen über 60.000 junge Menschen z. Zt. die Chance einer kombinierten wissenschaftlichen und praktischen Ausbildung wahr, und viele Unternehmen engagieren sich in diesem Ausbildungsmodell.

Das rasante Wachstum dieser Ausbildungsform und das ungebrochene Interesse von Hochschulunternehmen zeigt, dass duale Studiengänge noch viel Potential haben und weiter an Bedeutung zunehmen werden.  

Der duale BA Studiengang „Steel Technology and Metal Forming“ ist ein BA Studiengang, der speziell auf die Eisen- und Stahlindustrie ausgerichtet ist. Die Studierenden erhalten im Rahmen einer verkürzten zweijährigen Ausbildung mit einem Abschluss vor der zuständigen Industrie- und Handelskammer eine qualifizierte Berufsausbildung in typischen Berufen der Eisen- und Stahlindustrie. Nach einem weiteren Studienjahr an der Universität Duisburg-Essen beenden sie die Ausbildung mit dem Bachelor-Abschluss.

Der Verlauf dieses Studiengangs gestaltet sich derart, dass die Studierenden in den ersten beiden Jahren drei Tage in der Woche für die betriebliche Ausbildung im Unternehmen tätig sind, und zwei Tage pro Woche an der Universität Duisburg-Essen studieren.

Die Studienpläne sind dabei so gestaltet, dass die beiden Präsenztage über einen Zeitraum von zwei Jahren (= 4 Semester) innerhalb einer Arbeitswoche sich so verschieben, dass das gesamte Studienprogramm eines Studienjahres (= 2 Semester) in zwei Jahren (= 4 Semester) absolviert werden kann.

Zu dieser Zeit werden die Studierenden von den Unternehmen für die Prüfungen freigestellt, die im Allgemeinen außerhalb der Vorlesungszeiten stattfinden, und sind in den vorlesungsfreien Zeiten in einer gesamten Arbeitswoche im Unternehmen tätig.

Die Voraussetzung für diesen Studiengang ist eine allgemeine oder fachgebundene Hochschulreife sowie ein gültiger Ausbildungsvertrag mit einem einschlägigen Unternehmen, das diesem Studiengang zugeordnet werden kann. Hierbei sind auch Unternehmen und Ausbildungsgänge möglich, die in nah verwandten Industriebereichen angesiedelt sind.

Die Idee eines solchen BA Studiengangs ist von den Hüttenwerken Krupp Mannesmann, HKM, in Duisburg zusammen mit der Fakultät für Ingenieurwissenschaften an der Universität Duisburg-Essen entwickelt worden,  ist inzwischen seit vier Jahren  etabliert und von der ASIIN als Bachelor Studiengang akkreditiert.

Diese Art der Studiengänge bietet für alle Beteiligten eine Reihe von Vorteilen.

Für die Studieninteressierten wird eine Ausbildung geboten, die parallel zur betrieblichen Ausbildung eine wissenschaftliche Ausbildung  in Richtung einer Ingenieurqualifikation bietet, zudem wird der Studierende während seines Studiums vom entsendenden Unternehmen bezahlt und gefördert. Er hat damit eine soziale Sicherung. Ein weiterer Vorteil für die Studierenden und Absolventen besteht in der von vornherein engen Bindung an ein Unternehmen mit entsprechender Berufsperspektive nach Abschluss des Studiums.

Die entsendenden Unternehmen haben mit einem solchen Studiengang die Chance, qualifiziertes Personal sowohl für die betriebliche Praxis als auch für die Leitungsfunktionen im technischen Bereich auszubilden, die eine hohe Bindung an den entsendenden Betrieb mit entsprechender fachlich qualifizierter Ausbildung auf betrieblicher Ebene und der wissenschaftlichen Vertiefung verbinden.

Somit sind die Absolventen am Ende ihres Studienganges unmittelbar betrieblich einsetzbar, da sie Abläufe, Betriebe und ihr Umfeld bestens kennen. Für die Universitäten ist ein solches Studienprogramm von Interesse, da die Akquisition der Bewerber von den Unternehmen durchgeführt wird und entsprechend ausgesuchte Studieninteressierte in den Studiengang gelangen.

Hierbei ist zu beachten, dass die Studiengänge in alleiniger rechtlicher Verantwortung der Universität durchgeführt werden, die betriebliche Ausbildung in alleiniger rechtlicher Verantwortung des entsendenden Unternehmens durchgeführt wird, und der entsprechende Abschluss vor einer Industrie- und Handelskammer in einem qualifizierten Ausbildungsberuf für den Studierenden unabhängig vom Erfolg im Studium möglich ist.

Nach anfänglichem Zögern hat sich dieses Konzept in der Region aber durchgesetzt, und inzwischen sind mehr als zehn Unternehmen des Umlandes an diesem Programm beteiligt, wobei zwischen entsendendem Unternehmen und der Hochschule Universität Duisburg-Essen eine vertragliche Vereinbarung zur Sicherstellung der Ausbildung getroffen wird, um den Unternehmen die Gewähr für die Kontinuität dieser Ausbildung zu geben.

Die bisherigen Erfolge und die Entwicklung lassen erwarten, dass dieses Modell weiterhin erfolgreich sein wird.  

 

 

Dr. Marta M. Sipos, Mag. Günter Eder; Furtenbach GmbH, Wiener-Neustadt

Cold-Box-Harze mit verbrennungsfördernden Additiven zur Reduktion von Emissionen und Kondensaten.

 

Seit der Einführung des Cold-Box Verfahrens sind, aufgrund der immer steigenden Anforderungen,  die Cold-Box Bindemittel am meisten weiterentwickelt worden. Die Bedeutung und die Aktualität der Cold-Box Systeme spiegelt sich in den intensiven Entwicklungsarbeiten aller Harzhersteller wider und die zahlreichen Veröffentlichungen und Vorträge zu diesem Thema sind der beste Beweis dafür.

Anfangs hatten überwiegend die technischen Eigenschaften Bedeutung, in den letzten Jahren aber sind die umweltrelevanten Eigenschaften zumindest genauso wichtig geworden. Mit den Cold-Box Bindemitteln von der Fa. Furtenbach, gänzlich frei von aromatischen Lösemitteln, wurde ein enormer Schritt in Richtung Emissionsreduzierung gemacht.

Die Bindemittel mit den Pflanzenölestern zeigten nur einen Nebeneffekt: die Qualmbildung beim Gießen. Die Entwicklung von rauchabsorbierenden Cold-Box Bindemitteln hat sich als eine herausfordernde Aufgabe erwiesen. In dem aktuellen Beitrag werden die neuen Harze, sowie das Cold-Box Verfahren aus einem bisher noch nicht durchleuchteten Blickwinkel, präsentiert.

Für die Ausarbeitung einer Lösung war eine theoretische Charakterisierung des Rauches als System sowie der Prozesse, die während der Rauchbildung ablaufen, notwendig. Rauch ist ein Aerosol, ein Gemisch aus sehr kleine, kolloidale Teilchen verteilt in einem Gas. Aerosolpartikel beginnen ab einer bestimmten Luftfeuchtigkeit Tröpfchen zu bilden, indem dass Wasser auf den Partikeln kondensiert.

In den Gießereien können Aerosole beim Trocknen im Ofen der geschlichteten Kerne oder beim Gießen durch Verdampfen der Lösemittel oder Verbrennen der Bindemittel, entstehen. Der erste Prozess ist ein physikalischer Prozess und folgt den Gesetzen der Thermodynamik. Der zweite ist ein chemischer Prozess und kann mit Hilfe der Reaktionskinetik beschrieben werden. Welche Parameter sind für den Verlauf dieser Vorgänge maßgebend? Eine wichtige Frage, denn diese Parameter sind gleichzeitig der Schlüssel zur Problemlösung. Diese Prozesse werden sowohl von stoffabhängigen als auch durch thermodynamische Größen beeinflusst.

Ein aus der Thermodynamik der Polymerlösungen bekanntes Phänomen, dass die Lösemittelkombinationen andere Löslichkeitsparameter aufweisen, als die summierten Eigenschaften der Komponenten, wurde bei der Optimierung der Zusammensetzung der neuen Harzsysteme berücksichtigt. Bei der Pyrolyse wird das Polymer abgebaut. Es entstehen Gase, Flüssigkeiten und kohlenförmige Rückstände. Maßgebend für die Zusammensetzung der Pyrolyseprodukte sind die Art und Struktur der Reaktionspartner sowie auch der Reaktionsmechanismus.

Bei kompletter Verbrennung der Kohlenwasserstoffe - was die Cold-Box Bindemittel auch sind - entstehen Kohlendioxid und Wasser. Es kommt aber oft vor, dass besonders aus langkettigen Molekülen, kleine Moleküle abgespalten werden, die optisch in der Form von „weißem Rauch“ das System verlassen. Dieses Verhalten kann mithilfe der Reaktionskinetik erklärt werden. Damit eine chemische Reaktion ablaufen kann, ist eine Mindestenergie - so genannte Aktivierungsenergie - notwendig um die chemischen Bindungen in den Molekülen aufzulösen. Bei zu hoher Aktivierungsenergie ist die Reaktionsgeschwindigkeit praktisch null. Es findet keine quantitative Umsetzung der Ausgangsstoffe in Reaktionsprodukte statt. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann mit Katalysatoren erhöht werden.

Diese Erkenntnisse wurden bei der Entwicklung mit Erfolg umgesetzt. Die entwickelten Bindemittel haben ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und zeigen zusätzlich ein besonderes Verhalten bei hohen Temperaturen. Beim Verdampfen werden die rauchbildenden Moleküle im System zurückgehalten, absorbiert und somit wurde eine Reduzierung der Rauchbildung erreicht. Bei Pyrolysetemperatur wurde eine katalytische Wirkung erzielt, welche eine verbesserte Verbrennung zur Folge hat.

Die bisherigen Versuche in den Gießereien brachten sehr gute Ergebnisse und haben gezeigt dass die neuen Bindemittel viel mehr Potential aufweisen als im Labor nachweisbar war. Bei den Versuchen mit dem System für Leichmetallguss wurde neben reduzierter Rauchentwicklung ein ausgezeichneter Zerfall nach dem Gießen in der Kokille festgestellt. „Eine Nachbearbeitung war nicht mehr notwendig“, berichteten mehrere Kunden unisono.  

 

 

Dipl.-Geol. Sandra Böhnke; S & B Industrial Minerals GmbH, Marl

Funktionalität und Auswahl anorganischer Additive, Funktionsweise und Unterschiede.

 

Betrachtet man die Masse der Erde, so stehen, abgesehen vom Erdkern, anorganische bzw. mineralische Rohstoffe in mehr als ausreichender Menge zur Verfügung. Diese Menge an Gestein umfasst ca. 1700 verschiedene Minerale. Das von diesen Mineralen nur ein geringer Bruchteil für die Gussherstellung genutzt werden kann, liegt an den hohen Ansprüchen, die für diese Anwendung an die Rohstoffe gestellt werden.

Zunächst kann man zwei, schon vielfach beschriebene Aufgabenbereiche unterscheiden. Einerseits die Betrachtung der wirtschaftlichen Seite, also den Weg des Rohstoffes bis in die Gießerei. Hier besteht die Zielstellung darin, einen qualitativ guten und gebrauchsfähigen Natur-Rohstoff in entsprechender Quantität, stabil über Jahre anbieten zu können. Andererseits die technische Seite, also den Anforderungen des Rohstoffes innerhalb des Gießereikreislaufes. Hier muss das Einsatzmaterial sowohl hohen mechanischen, chemischen als auch thermischen Einflüssen standhalten. Dabei sollte das Material die gewünschte Aufgabe erfüllen und keine negativen Auswirkungen auf den Guss, den Prozess, die anderen Einsatzstoffe und unter gar keinen Umständen auf die damit arbeitenden Personen haben.

Wie erfolgt nun die Auswahl eines solchen anorganischen Stoffes? Zunächst kann man verschiedene Einsatzmöglichkeiten unterscheiden:

1.     Spezifische Eigenschaften, d.h. der Stoff besitzt eine Eigenschaft, die dem Verfahren dient, z.B. Bentonit als Binder (Wasserbindung, Quellvermögen)

2.     Inertes Verhalten, d.h. der Stoff reduziert aufgrund seiner hohen thermischen und chemischen Stabilität, das im Gussprozess negative Verhalten eines anderen Materials

3.     Beeinflussung eines schon eingesetzten Rohstoffes unter Temperatureinwirkung, Veränderung des thermischen Verhaltens durch Reaktion verschiedener Phasen

4.     Ersatz für organische Stoffe

5.     Kombinationen aus allen oben genannten Punkten

Bei Punkt 4 handelt es sich sicherlich um die wichtigste, zugleich auch anspruchsvollste Aufgabe. Aufgrund der üblicherweise multipel wirkenden, organischen Stoffe kann hier meist kein 1:1 Ersatz erfolgen. Nur eine Kombination unterschiedlicher Einsatzstoffe, die wiederum alle weiter oben genannten Voraussetzungen erfüllen müssen, kann hier zum Einsatz kommen.

Der Beitrag soll eine Übersicht über die Aufgabenstellungen, Probleme und Ergebnisse geben, die bei der Prüfung anorganischer Additive anfallen und letztendlich zur Auswahl eines mineralischen Rohstoffes führen.  

 

 

Prof. Dr.-Ing. Dirk Söffker, M.Sc. Marcel Langer; Universität Duisburg-Essen, Duisburg; Dr.-Ing. Horst Wolff, Dipl.-Ing. Ulrich Quack; IfG gGmbH, Düsseldorf

Herstellung von Formen aus harzgebundenem Formstoff in einer teilautomatisierten Fertigungszelle.

 

Traditionelle Fertigungsverfahren mit großen Anteilen an manuellen und geringen Anteilen an automatisierten Tätigkeiten finden überall dort Anwendung, wo Produktvielfalt kombiniert mit geringen Losgrößen zu den charakteristischen Merkmalen des Prozesses zählen. Die Erzielung geringer Ausschussquoten und hoher Produktqualität basiert auf dem Einsatz hochqualifizierter Fachkräfte als wesentlicher Bestandteil des Fertigungsprozesses. Zentral sind hierbei die prozessspezifische Expertise und das Fertigungswissen der Fachkräfte, um die Wettwerbsfähigkeit des Unternehmens zu erhalten.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Entwicklung eines flexiblen Mensch-Maschine-Systems für ein teilautomatisiertes Einfüllen, Verteilen und Verdichten von kaltharzgebundenen Formstoffen zur Herstellung großer Sandformen in Gießereien“ (ZUTECH-Vorhaben Nr. 327 ZN, Bewilligungszeitraum August 2009 – Dezember 2011) wurden zentrale Forschungsfragestellungen bei den vorliegenden, komplexen Fertigungsprozessen in der Herstellung von Grossgussformen untersucht. Zentrales Ziel des Projektes waren die Reduktion der Gefahrstoffexposition der Fachkräfte sowie die Realisierung des Prozesses mit einer fachkraftunabhängigen Formqualität durch eine automatisierte Verdichtung des Formstoffes. In Kooperation mit den am Forschungsprojekt beiteiligten KMU entstand im Technikum des Instituts für Gießereitechnik am Standort Duisburg und in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl Steuerung, Regelung und Systemdynamik der Universität Duisburg-Essen ein skalierter Demonstrator, der die teilautomatisierte, fachkraftgeführte Herstellung von Großgussformen durch den Einsatz von industrietauglicher Aktorik und Sensorik unter Berücksichtigung der räumlichen Entkopplung von Formprozess und Fachkraft sowie einer reproduzierbaren, fachkraftunabhängigen Verdichtung ermöglicht.

In diesem Beitrag werden die gewonnenen Erkenntnisse, die zugrundeliegenden Methoden sowie die technische Umsetzung in der teilautomatischen Fertigungszelle dargestellt und die Übertragbarkeit in die Industrie diskutiert.  

 

 

Dipl.-Ing. Antoni Gieniec; ASK Chemicals GmbH, Hilden,

Neue Kennzeichnung der Furanharze - Perspektiven, Alternativen und Praxiserfahrungen mit Furanharzen der neuen Generation.

 

Nach der Einführung der neuen Kennzeichnung für Furanharze  - Giftig - bei einer Konzentration von  Furfurylalkohol (als Monomer) von über 25%, sahen sich die europäischen Gießereien mit einer neuen Aufgabe konfrontiert.

Die vom Gesetzgeber geforderten Voraussetzungen mussten erfüllt werden. Den Gießereien blieben die Alternativen;

1.            Weiterarbeiten mit Standard Furanharzen,

2.            Einsatz von Alternativsystemen oder

3.            Umstellung der Formproduktion auf die Furanharze der neuen Generation.

Der Großteil der Gießereien setzt bis heute Standard-Furanharze ein. Hierbei gilt es natürlich besonders, die Vorschriften hinsichtlich des Umgangs mit giftigen Stoffen zu berücksichtigen. Eine andere Möglichkeit wäre der Einsatz folgender Alternativsysteme:

-           Phenolharze für die Säurehärtung

-           Polyurethansystem

-           Phenolharze für die Esterhärtung

Leider ist die Umstellung des Formherstellverfahrens oft mit hohen Kosten  und auch Risiken verbunden. Inzwischen brachten die Harzlieferanten jedoch Furanharze auf den Markt, die nicht als "Giftig" gekennzeichnet werden müssen. 

Das Besondere dieser Harze ist, dass das Furfurylalkohol in Form eines Polymers vorliegt, wodurch sich die Eigenschaften dieser Harzqualitäten von den herkömmlichen Harzen mit hohem Monomer-Anteil unterscheiden. In der Regel lässt sich jedoch die konventionelle Technologie nicht ohne weiteres, eins zu eins quasi, ersetzen, ohne gewisse Änderungen der Verarbeitungsparameter.

Bei einem reinen Furanharz der neuen Generation ist die Viskosität etwas höher als die vom qualitativ vergleichbaren Standard Harz, und auch die sandtechnischen Parameter, wie Verarbeitungszeit und Entformungszeit wirken sich im Vergleich zu den Harzen mit hohem Monomer immer noch relativ ungünstig aus.

Die gießtechnischen Eigenschaften der beiden Systeme sind durchaus vergleichbar. Die Schadstoffemissionen können dagegen mit den neuen Harzqualitäten abgesenkt werden, was das Einhalten der Grenzwerte der Schadstoffkonzentrationen am Arbeitsplatz somit deutlich vereinfacht.  

 

Dr. Oleg Podobed, Dipl.-Geol. Sandra Böhnke; S&B Industrial Minerals GmbH, Marl; Dipl.-Ing. Wilfried Wanski, Dipl.-Ing. Eckhardt Winter; Eisengießerei Baumgarte, Bielefeld; Prof. Dr.-Ing. H.-J. Wojtas; Ingenieurbüro, Xanten

Altsandvorbefeuchtung als wirksamer Beitrag zum qualitativen Formstoff.

 

Die Hochkonjunkturzeiten gemischt mit den krisenbedingten Flauten der Gießereiindustrie in den letzten 4 Jahren haben viele Gießer weltweit zum Nachdenken bewegt. Dies führte letztlich zur Umsetzung zahlreicher innovativer, technischer und umweltrelevanter Optimierungsmaßnahmen.

Auch im Bereich Kern- und Formstofftechnologien, speziell bentonitgebundene Formstoffe betreffend, konnte man ein stark gestiegenes Interesse und hochmotivierte Experimentierfreudigkeit verzeichnen.  Die Zielwerte der Formstoffzusammensetzung und der Formstoffbeschaffenheit wurden zusammen mit dem Aufbau existierender Formstoffaufbereitungssysteme und Formstoffsteuerung auf den Prüfstand gestellt, analysiert und gegebenenfalls modernisiert. Es wurde viel investiert und installiert.  Das Wassermanagement hat sich dabei als eine der wichtigsten und anspruchsvollsten Aufgaben für die Bereitstellung eines qualitativen Formstoffes herauskristallisiert. Denn genau in solchen „Grünsandsystemen“ ist das Wasser mit seinen ganzen Aufgaben lebenswichtig.

Die zunehmende Komplexität der Zusammenhänge und der Wechselwirkungen in einem Formstoffsystem kann jedoch alleine durch die Automatisierung und Visualisierung der Prozesse und Messsysteme  nicht gelöst werden. Vor allem lassen sich die Gesetze der Physik, Chemie, Mathematik und Thermodynamik nicht umgehen und nur bedingt „überbrücken“.

Das Ziel dieses Fachbeitrages ist die Darstellung einfacher Methoden zur Verbesserung der Formstoffqualität, der Kontinuität und Stabilität, am Beispiel der Altsandvorbefeuchtung und dies abgekoppelt von mythologischen Begriffen wie „Montagssand“ oder „Mauken“.

Altsandvorbefeuchtung wird bereits in sehr vielen Gießereien bewusst, oder „nebenbei“, mit teilweise unterschiedlichen Aufgabestellungen (nicht nur als „Kühlung“) und einer Vielfalt von anlagetechnischen Lösungen praktiziert.  Wir möchten über die Feststellungen, Vorteile aber auch über die Anwendungsgrenzen berichten.  Die Auswirkungen auf die formstoffbedingten Gussfehler sind ebenso der Gegenstand des diesjährigen Vortrages.

Mit der Eisengießerei Baumgarte aus Bielefeld, die vor kurzen u.a. die Weiteroptimierung der Altsandvorbefeuchtung durchgeführt hat, haben wir einen kompetenten Partner gefunden, der sich freundlicherweise bereit erklärte über deren praktischen Erfahrungen zu berichten. An dieser Stelle möchten wir uns dafür bedanken.

 

 

Dipl.-Ing. Michael Colditz; Disa Industrie A/S, Herlev Hovedgate        

Matchplate – neue Perspektiven eines altbekannten Verfahrens.

 

Horizontal geteilte, kastenlose Formanlagen nach dem Matchplate – Verfahren sind seit vielen Jahren bekannt und zählen, außerhalb Mitteleuropas, zu den führenden Formverfahren.

Die Gießereiindustrie versucht kontinuierlich ihre Herstellungskosten, bei gleichzeitig steigenden Qualitätsanforderungen, zu senken. Können die Neuentwicklungen im Maschinenbau der Matchplate - Anlage einen Beitrag zur Kostenoptimierung leisten?

Offensichtliche Vorteile dieser Technologie liegen in der Reduktion des kostenintensiven Formkastenparks und der daraus resultierenden Energieeinsparung beim Transport innerhalb der Anlage, aber auch im geringeren Platzbedarf.

Das Verfahren der DISAMATCH wird in einer Animation vorgestellt. Darauf aufbauend werden anhand von Darstellungen die variablen Formhöhen, sowie maximale Modell- und Kernabmessungen vorgestellt. Bezüglich der kastenlosen Formtechnologie werden immer wieder Fragen zur Modellplattenbelegung und des Randabstandes im Unterschied zur kastengebundenen Formtechnologie gestellt. Erfahrungen aus nordamerikanischen Gießereien und Berechnungen werden dazu vorgestellt.

Der erfolgreiche Betrieb hängt nicht zuletzt von der Qualität des Formstoffes ab. Dazu werden Formstoffzusammensetzungen genannt. Es werden Bespiele zur Härteverteilung an der Formoberfläche aus dem Produktionsprozess einer Gießerei im Formrahmen und aus Versuchsreihen des Herstellers vorgestellt.

Abschließend wird die Ermittlung des maschinenbedingten Versatzes über definierte Modellplatten an kastenlosen Formanlagen beschrieben. Damit soll die erwartete Genauigkeit  an den Gussstücken erklärt werden.  

 

 

Dr. Reinhard Stötzel, Dipl.-Ing. Christian Koch, Dipl.-Ing. Jörg Brotzki; Dipl.-Ing. Jaime Prat; ASK Chemicals GmbH, Hilden

Neues Addtiv-Konzept als ganzheitliche Lösung für einen fehler- und schlichtefreien Giessprozess.

 

Produktivität und Gussqualität stehen aufgrund eines stetig wachsenden Bedarfes an guter und fehlerfreier Gussqualität im Mittelpunkt des Interesses der Gießereiindustrie.

Neue Konzepte für die zeitnahe Bereitstellung nachhaltiger Lösungen für den Gießprozess sind dringend erforderlich, deren Optimierungspotenzial insbesondere durch neuartige Kern- und Formschlichten und/oder Additive gegeben ist.

Nur eine möglichst umfassende Kenntnis aller Prozesse in der Gießerei und deren vielseitigen Wertschöpfungsmöglichkeiten, d.h. Kostenminimierung bei gleichzeitiger Maximierung von Produktivität, Flexibilität und Qualität, vermag, das Überleben einer Gießerei sicher zu stellen.

Erfolgreiche Gießereien bedienen sich der sogenannten „Hebelarmtaktik“: Man erforscht also die Möglichkeit kleinster Veränderungen mit der größtmöglichen Wirkung.

Eine dieser sogenannten “Hebelarm”-Lösungen besteht z.B. in der geeigneten Auswahl und richtigen Anwendung von Additiven und Schlichten.

Der Einsatz von Additiven und Schlichten bei der Kern- und Formherstellung verursacht in der Regel einen geringen Anteil (ca. 1%) der Gesamtkosten eines Gussstückes. Andererseits führt oftmals die falsche Auswahl bzw. unsachgemäße Handhabung einer Schlichte zu enormem Putzaufwand, der die Gussstückkosten durchaus bis zu 5-10% anheben kann.  

ADDITIV GEGEN BLATTRIPPEN UND PENETRATIONEN FÜR DAS UNGESCHLICHTETE ABGIESSEN VON KERNEN

Während der letzten Jahre hat es wiederholt Versuche in Gießereien gegeben, mit dem Ziel, gänzlich auf das Schlichten verzichten zu können. In einigen Fällen, z.B. bei weniger anspruchsvollen Sphärogussteilen, ist diese Zielsetzung bereits erfolgreich umgesetzt worden.

ASK Chemicals hat inzwischen neue Additive entwickelt, die den Gießereien nun ermöglicht, sowohl die Gussfehlerquote drastisch zu reduzieren als auch in zunehmendem Maße schlichtefrei zu gießen.

Veino Ultra ist das Produkt dieser neuen Entwicklungsstrategie und zeichnet sich durch eine hervorragende Antiblattrippenwirkung aus. Mit Isoseal ist es den Gießeren gelungen, ungeschlichtete Kerne einzusetzen.  

 

 

Dipl.-Ing. Ekaterina Potaturina, Dipl.-Ing. Jörg Brotzki; ASK Chemicals GmbH, Hilden; Prof. Dr.-Ing. H.-J. Wojtas; Ingenieurbüro, Xanten

Neue Erkenntnisse zu Reaktionen zwischen Formstoff und Metall.

 

Die vorliegende Arbeit basiert auf den Ergebnissen, die von Herrn Dr. Schrod auf den 7. Formstoff-tagen 2008 vorgetragen wurden und stellt die Fortsetzung dieser Arbeit dar. Der damalige Bericht zeigte chemische Reaktionsprodukte im Formstoff auf, die mit dem Gusseisen zu Reaktionsschichten und weiteren Reaktionsprodukten im Gusseisen führten. Die Analysen der unterschiedlichen Phasen und Reaktionsprodukte ergaben reines Eisen, reiner Kohlenstoff und SiOx-Phasen, wobei das x für abweichende Gehalte an Sauerstoff gegenüber dem stöchiometrischen Gehalt des SiO 2 steht. Daneben wurden auch Si-O-C-Phasen unterschiedlichster Zusammensetzung festgestellt. Diese Phasen hatten keine Festigkeit im Sinne der metallischen Festigkeit und waren spröde, so dass sie durch das Strahlen und Putzen abgetragen wurden und in der Regel eine narbige oder porige Oberfläche entstand.

Ausgehend von dieser Arbeit wurden Versuche durchgeführt, um die Reaktionen zwischen Formstoff, Schlichte und Eisen genauer zu untersuchen. Das Ziel der Arbeit ist, die Fehlererscheinungen und Reaktionsprodukte, die in der Arbeit Schrod am Metall an lagen und dort reagierten, in den Formstoff zu verlagern. Mit insgesamt 7 unterschiedlichen Gemischvariationen in den Formstoffüberzügen wurden im Formstoff Reaktionsprodukte erzeugt, die dann weiter untersucht wurden.

Die Gemischvariationen waren nach vorhergehenden Grundüberlegungen zu thermodynamisch möglichen Reaktionen und Zustandsbereichen der in der Arbeit Schrod festgestellten Phasen zusammen-gestellt worden. Der Literatur kann entnommen werden, dass das SiO bei 1327 °C einen Dampfdruck von 118 Pa und bei 1527 °C einen von 1650 Pa hat. Das bedeutet, dass unter bestimmten thermodynamischen Zustandsbedingungen mit einem deutlichen SiO Dampf im Formstoff zu rechnen ist, der, wie beim Boudouard-Gleichgewicht, bei sinkenden Temperaturen rekombiniert zu SiOx. Nicht abzuschätzen ist eine kinetische Betrachtung d.h. ein Massefluss, der durch Kondensation des SiO in kälteren Formstoffbereichen eintreten kann. Bei den meisten der durchgeführten Versuche konnten die Phasen der Untersuchung Schrod im Formstoff wieder gefunden werden, ohne dass eine Auswirkung auf die Gussoberfläche zu beobachten gewesen wäre.

In der vorliegenden Arbeit wird an einer Gemischvariante über Aufnahmen mit dem Stereo- und Ras-terelektronenmikroskop dargelegt, dass bestimmte Reaktionsprodukte in den Formstoff verlagert werden können.  

 

 

Dipl.-Ing. Norbert Benz; Hüttenes Albertus Chem. Werke GmbH, Düsseldorf

Neue Furan-Kaltharze mit einem freien FA-Gehalt <25 %.

 

Die Kennzeichnung von Furfurylalkohol und den daraus hergestellten Furanharzen wurde auf Grund einer Neubewertung der bereits vorliegenden Ergebnisse der Tierversuche von „Gesundheitsschädlich“ (Xn) auf „Giftig beim Einatmen“ (T, R23) geändert.

Gemäß der neuen CLP / GHS Bestimmungen werden Furfurylalkohol und Furan-Kaltharze mit einem FA-Gehalt von > 25% ab dem 01.12.2010 mit einem Totenkopfsymbol gekennzeichnet.

CLP ist die neue EU-Verordnung zur Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von gefährlichen Substanzen. Diese neue Bestimmung sieht allerdings noch keine Arbeitsplatzgrenzwerte für FA vor. Es ist aber zu erwarten, dass hierüber zukünftig debattiert wird.

Um unseren Richtlinien zur Entwicklung umweltfreundlicher Produkte treu zu bleiben, haben wir es uns selbst zur Aufgabe gemacht, Furan-Kaltharze mit einem freien FA-Gehalt von < 25% zu entwickeln. Dies war angesichts der Tatsache, dass Kaltharze einen freien FA-Gehalt zwischen 70 – 90% enthalten, keine unbedeutende Herausforderung. Aufgabenstellung war es, diesen Anteil in unseren Formulierungen auf weniger als 25% zu reduzieren, ohne die technologischen und anwendungstechnischen Eigenschaften des Binders negativ zu beeinflussen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden verschiedene synthetische Alternativen getestet. Ein erstes Ergebnis hieraus ist das innovative Kaltharz 8616, das in der Kennzeichnung kein Totenkopfsymbol beinhaltet (Produkt und Transport).

Um für die unterschiedlichen Einsatzgebiete von Furanharzen, die einen niedrigen Stickstoffgehalt im Binder benötigen,  bzw. schwefelreduzierte Systeme für die Herstellung von Gussteilen aus hochwertigem Sphäroguss, adäquate neue Lösungen zu bieten, wurden neue Kaltharz-Typen entwickelt, die sich momentan in der Validierungsphase befinden.  

 

 

 

 

29. Februar 2012                           08.30

 

 

Dr. Klaus Seeger, Dipl.-Ing. Amine Serghini, Dipl.-Ing. Peter Gröning; Hüttenes Albertus Chem. Werke GmbH, Düsseldorf

COLD-BOX Neue Binder und Schlichtekonzepte - Reduzierung der Emissionen bei der Herstellung von hochklomplexen Gussteilen -

 

In der europäischen Automobilindustrie zeichnet sich ein unumkehrbarer Trend zu leistungsstarken, kleinvolumigen Verbrennungsmotoren ab. Um der Euro-Norm, ein europäisches Gesetz, das die Schadstoff- und CO 2 -Emissionen von Fahrzeugen reguliert, gerecht zu werden, bedient sich die Automobilindustrie neuer Antriebskonzepte.

Die Implementierung der Hybrid-Technologie gilt heute bereits als Stand der Technik. Ein weiterer Baustein zur Reduzierung der Abgasemissionen ist das sogenannte „Downsizing“, das bei Reduzierung der Volumina eine Erhöhung der spezifischen Leistung von Verbrennungsmotoren erlaubt. Die leichten, kompakten und kleinen Aggregate wachsen enorm in ihrer Komplexität und stellen den Gießer vor neue Herausforderungen. Heutige Motorenkomponenten, wie Zylinderkurbelgehäuse und Zylinderköpfe, vereinen mehrere Funktionen, die früher zusätzliche Aggregate notwendig machten.

Diese neuen Herausforderungen in der Fertigung der sehr kernintensiv gewordenen Gussteile, bedürfen, bei den eingesetzten Bindemitteln und Schlichten, neuer Konzepte.

Ein erstes Beispiel zeigt, dass moderne Zylinderkurbelgehäuse nur noch im Kernblockverfahren abgebildet werden können. Das Kernsand-Metall-Verhältnis hat sich zu Gunsten des Formstoffes verschoben. Gaspotential und Emissionen des chemisch gebundenen Sandes werden als Maßstab für die Auswahl der in der Kernmacherei eingesetzten Stoffe betrachtet.

Das konventionelle Polyurethan-Verfahren, das auf Grund seiner hohen Produktivität traditionell in solchen Fertigungsstraßen eingesetzt wird, erfüllt die neuen Anforderungen nur sehr unzureichend und bedarf daher einer grundlegend neuen Konzeption.

Das neue Sipurid stellt ein innovatives Binderkonzept dar, das in seiner molekularen Struktur mehr anorganische Bestandteile und daher weniger Kohlenstoff beinhaltet. Das Ergebnis dieser Modifikation führt einerseits zu einer Herabsetzung der Viskosität und somit zu einer Reduzierung der eingesetzten Lösungsmittel. Andererseits zeigt Sipurid, im Vergleich zu den bisherigen Formulierungen, ein höheres molekulares Gewicht, das dem Maskenformverfahren ähnelt. Die Folge ist eine hohe thermische Stabilität der Kerne. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig für die zukünftigen Anforderungen, immer filigraner werdende Kerne deformationsfrei abzugießen. Zusätzlich führt der neue Binder, auf Grund seiner Struktur, zu einer deutlichen Verkleinerung des Carbon foot prints.

Die Fertigung der dünnwandigen, komplexen Gußstücke im Kernblock-Verfahren verlangt nach dem Einsatz spezieller Überzugstoffe, die neben einer guten Gasdurchlässigkeit einen verbesserten Schutz gegenüber der Entstehung von Sandausdehnungsfehlern bei reduzierter Schichtstärke darstellen. Die neuen Arkopal-Typen beinhalten neue, hoch feuerfeste Stoffe, die eine Steuerung der Isolierwirkung und Verformung während des Gießens bieten.

Ein weiteres Beispiel für den Anstieg der Anforderung an Gussteilen, ist die Erhöhung der Abgastemperaturen und des Druckes im Brennraum. Dieser Belastung standzuhalten bedarf bei den eingesetzten Zylinderköpfen aus Aluminium einer besonderen metallurgischen Eigenschaft. Diese Eigenschaft (Reduzierung des Dendriten-Arm-Abstandes) wird erreicht, in dem die Kokillentemperatur partiell reduziert wird, um eine schnelle Abkühlung zu erzielen.

Die im Polyurethan-Binder enthaltenen Lösemittel führen zu einer Kondensatbildung, die sich stark einschränkend auf die Produktivität auswirken kann. Die Reduzierung von Lösungsmitteln im Sipurid führt im Kokillenguss beim Gießen nachhaltig zu einer Herabsetzung der Kondensate und zu deutlicher Steigerung der Produktivität.  

 

Dr.-Ing. Polzin; TU Bergakademie Freiberg, Freiberg

Das Hochtemperatur-Verhalten von bentonitgebundenen Formstoffen.

 

Die Formstoffprüfung wird zu großen Teilen bei Raumtemperatur durchgeführt, denkt man beispielsweise an die Grünfestigkeiten oder die Nasszugfestigkeit. Die daraus ableitbaren Informationen werden erfolgreich zur Steuerung des form- und teilweise auch des gießtechnologischen Verhaltens bentonitgebundener Formstoffe genutzt. Für die Prüfung der Hochtemperatureigenschaften wie z.B. Heissdruckfestigkeit oder Restfestigkeit hingegen stehen oft keine Prüfeinrichtungen oder Prüftechnologien zur Verfügung. Somit können keine Aussagen etwa zu spezifischen Fehlerneigungen während des Gießens oder zum Auspackverhalten getroffen werden.

Der Vortrag stellt Ergebnisse von Untersuchungen zum Hochtemperaturverhalten von bentonitgebundenen Formstoffsystemen vor. Betrachtet werden das Festigkeits- und Deformationsverhalten verschiedener Formstoffmischungen im Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und 1000°C. Nach der Bewertung verschiedener Aufheizmethoden für die zu prüfenden Probekörper fanden folgende Größen Berücksichtigung:

·         Bentonitart,

·         Bentonitgehalt,

·         Additivart und

·         Additivmenge.

Mit der verwendeten Prüfapparatur wurden Verformungs-Zeit-Verläufe unter variierender Prüftemperatur aufgenommen. Die Ergebnisse belegen, dass es sowohl im Hinblick auf das Hochtemperaturverformungsverhalten als auch die Heiß- und damit die Restfestigkeiten signifikante Unterschiede zwischen den untersuchten Formstoffen gibt. 

 

 

Dr. Barbara Milow, Prof. Dr. Dr. Lorenz Ratke;  Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Materialphysik im Weltraum

Aerogele – ein faszinierender Werkstoff mit einer einzigartigen Kombination von herausragenden Eigenschaften.

Qualitätsverbesserung durch Aerogele in der Gießerei.

 

Aerogele sind hochporöse, extrem leichte, nanostrukturierte Feststoffe. Sie bestehen aus anorganischen Oxiden, Kohlenstoff oder aus organischen Polymeren. Neben einer geringen Dichte (5 – 200 kg/m²) besitzen Aerogele eine hohe Porosität (bis 99%) und extrem große innere Oberflächen (100 bis zu 2000 m²/g). Ihre Wärmeleitfähigkeit liegt im Beriech von 0,020 – 0,150 W/(Km) und sind inert gegenüber Metallschmelzen.

Bei der Entwicklung von Aerogelen im Institut für Materialphysik im Weltraum des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt stehen gießereitechnische Anwendungen im Vordergrund.

3 Schwerpunkte werden verfolgt, deren Entwicklung zur Marktreife gebracht wurde:

1.         Aerogele als Binder für Kernsande (AeroSande)

Ein besonderes Einsatzgebiet der AeroSande sind filigrane Kerne. Diese benötigen eine hohe Stabilität, exakte Maßhaltigkeit und thermische Resistenz bei gleichzeitig guter Entkernbarkeit. Ziel ist eine perfekte Gussteilqualität ohne Verwendung von Schlichten. Aufgrund der offenporigen Nanostruktur der aerogelen Binderbrücken können bei der thermischen Zersetzung entstehende Gießgase absorbiert werden. Der erzeugte Gasstoß ist geringer und setzt verzögert ein. Zudem sind die  entstehenden Gießgase, über TGA-FTIR nachgewiesen, BTX-frei. Die AeroSand-Kerne sind unbegrenzt lagerfähig.

2.         Granulare Aerogele als Additive für Form- und Kernsande (AeroAdditve)

Um den Nutzen der Aerogele für die Gießerei einem breiteren Anwenderbereich zugänglich zu machen, wurden Aerogelgranulate entwickelt. Aerogelgranulate können mit jedem beliebigen Sand-Binder-Gemisch kombiniert werden. Bereits geringfügige Mengen an aerogelem Zusatz bewirken erhebliche Verbesserungen der Gussteilqualität, ohne die Festigkeiten der Sandkerne zu beeinflussen. Neben einer um 30% erhöhten Gasdurchlässigkeit verzögert sich der Gasstoß um etwa 50%. Aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche der Aerogele werden Gießgase adsorbiert. Dadurch dringen die Gießgase verzögert nach außen und verhindern die Bildung von Gaseinschlüssen. Die Rauigkeit der Gussteile wird um bis zu 40% reduziert, da Penetrationen und Sandanhaftungen nicht auftreten. Die eingesetzten Aerogelgranulate werden für jede Gießerei individuell angepasst und damit ihre Leistungsfähigkeit optimiert.

3.         Feuerfestmaterialien, mit extrem niedrigen Wärmeleitfähigkeiten

Aerogelschamotte sind eine Kombination von anorganischen Aerogelen mit feuerfesten Schamotten. Die Festigkeit des außergewöhnlich leichten Verbundwerkstoffs wird von den eingesetzten Schamotten bestimmt. Durch die Aerogele erreicht man eine signifikante Gewichtsreduktion bei gleichzeitig enorm verringerter Wärmeleitfähigkeit  (0,08 – 0,12 W/(Km)). Ebenfalls wird die Schalldämmung um bis zu 60dB verbessert. Die Hitzebeständigkeit ist auch bei zyklischer Belastung gewährleistet.

4.         Röntgentomographieaufnahmen von Sandkernen

Im Institut für Materialphysik im Weltraum steht ein Nanotom® der Fa. Phoenix X-ray zur Analyse der inneren Strukturen von Sandkernen zur Verfügung.  Tomogramme werden aufgezeichnet, die  aus einer hohen Anzahl von Schnittbildern der Proben, sogenannten Slides, bestehen. Diese werden anschließend in dreidimensionale Volumendaten umgewandelt. Die 3D Visualisierung bietet Einblicke in das Innere der Sandkerne, Binderbrücken und Hohlräume zwischen den Sandkörnern werden sichtbar. Mit dieser Technik lassen sich viele für den Gießer interessante Informationen über die Qualität und Beschaffenheit der Sandkerne ermitteln. Mit diesen Kenntnissen werden Schwachstellen sichtbar und eine gezielte Optimierung von Sandkernen möglich.  Dies führt zwangsläufig zur Qualitätsverbesserung der Gussteile.  

 

 

Dr. Alexander Schrey; Vesuvius GmbH, Borken

Möglichkeiten und Grenzen der Anwendung neuer Furanharzbinder mit weniger als 25 % Furfurylalkohol ("frei").

 

Über die REACH-Verordnung hinaus, die eine weltweit einheitliche Registrierung und Einordnung von Stoffen regeln soll, erfährt insbesondere das Europäische Stoffrecht über die sogenannte CLP-Richtlinie Änderungen, die weitreichende Konsequenzen für die Gießereichemie und damit die gesamte Gießereibranche haben.

Diese am 20. Januar 2009 in Kraft getretene Verordnung löst die bislang gültigen Regelwerke für Stoffe, Zubereitungen und Sicherheitsdatenblätter ab und ist für alle Mitgliedsstaaten der Europäischen Union rechtsverbindlich und jeweiligem nationalen Recht übergeordnet. Zukünftig werden Stoffe und Gemische neu gekennzeichnet. Neue Regelungen zur Einstufung von Stoffen und Gemischen führen dazu, dass für die Gießereiindustrie relevante Substanzen in andere Gefährdungskategorien verschoben werden. Dies wiederum bedeutet für Furfurylalkohol, die Hauptkomponente in Furanharzen, eine neue Einstufung und Kennzeichnung.

Seit dem 1. Dezember 2010 sind daher Furanharzbinder mit einem monomerem Furfurylalkoholgehalt von 25% und mehr aufgrund einer Neubewertung der Gefährdungsrisiken, die in Tierversuchen ermittelt wurden, mit dem Gefahrensymbol „Totenkopf“ und der Kennzeichnung „Giftig“ zu versehen. Die tiefgreifenden Veränderungen hinsichtlich der Einstufung von Furfurylalkohol haben Foseco dazu veranlasst, neue Furanharzbinder mit weniger als 25% monomerem Furfurylalkoholgehalt zu entwickeln, die keine „Giftig“- Kennzeichnung tragen.

Diese neue Bindemittelgeneration basiert auf dem Grundbaustein Furfurylalkohol, der in einer verfahrenstechnischen Vorstufe im Herstellungsprozess vorvernetzt wird, um den kritischen Monomergehalt, der für die Neueinstufung maßgebend ist, abzusenken.

Der Beitrag geht auf die Entwicklung der neuen Bindemittel, ihre Erprobung in Labor und Technikum sowie ihrem Einsatz in Gießereien ein.

Die besonderen Eigenschaften der neuen Binder und die damit verbundenen Auswirkungen auf die Anwendung werden erläutert.

Abschließend wird der weitere Entwicklungsbedarf dargestellt und im Einzelnen beschrieben.  

 

 

Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Bast, Dr.-Ing. Wolfgang Simon, Dipl.-Ing. Eva Abdullah, Dipl.-Ing. Sven Bauer, Dipl.-Ing. Thomas Bauer; TU Bergakademie Freiberg, Freiberg

Untersuchungen zum Fließverhalten tongebundener Formstoffe zur Charakterisierung der Ausformeigenschaften von Formballen.

 

Ausgehend von den Beanspruchungen und den Beanspruchbarkeiten einer Grünsandform während des Zyklus ihres Gebrauchs (Erzeugen, Trennen, Wenden, Kerneinlegen, Gießen, Erstarren und Ausleeren) wird der theoretische Versuch unternommen, eine Gebrauchstauglichkeit zu definieren. Bei den Experimenten wurden dabei die Fertigungsstufen Herstellen, Trennen und Wenden detaillierter untersucht.

Mit Hilfe der standardisierten Formstoffprüfmethoden wurde eine Charakterisierung der Formstoffeigenschaften vorgenommen. Außerdem erfolgte unter Laborbedingungen eine Haftkraftmessung eines mit unterschiedlichem Pressdruck verdichteten Formballens, wobei die Aushebeschräge der Probehülse variiert wurde. Durch die Variation des Pressdrucks konnte auch die Formstoffdichte veränderlich eingestellt werden. In Abweichung von der Standardprüfung (3 Rammschläge) wurden von dem mit variiertem Pressdruck verdichteten Probekörper die mechanischen Eigenschaften und die Dichte bestimmt. Dabei stellte sich heraus, dass die Zugfestigkeit sehr stark mit der Dichte korreliert und bis fast zum Maximalwert des Zugfestigkeitsprüfgeräts, wo die Kurve etwas abflacht, ein linearer Zusammenhang existiert.

Zur Übertragung dieser Zusammenhänge auf reale Formen wurden auf der kleintechnischen Multi-Compact-Formmaschine des Instituts für Maschinenbau der TU Bergakademie Freiberg Formen aus dem labortechnisch geprüften Formstoff hergestellt, wobei auch hier wieder der Pressdruck variiert wurde. Als Formgeometrie wurde dabei ein hängender Ballen ausgewählt, der in einer Modellkontur mit unterschiedlichen Aushebeschrägen und Modellwerkstoffen ausgeformt wurde.

Beim Trennen der Modellplatte vom Formkasten (konstante Trenngeschwindigkeit) konnte mit einer speziellen Messvorrichtung die Haftkraft des Ballens ermittelt werden. Darüber hinaus ließ sich mit einem Verdichtungssensor die Dichte im Ballen ermitteln. Als Gebrauchstauglichkeitskriterium legte man das qualitätsgerechte Abheben des Formballens (kein Ballenabriss oder Ballenabriss) zugrunde. Dabei wurden die labormäßig ermittelten Zugfestigkeitswerte mit den Zugfestigkeitswerten der realen Form verglichen. Dabei zeigte sich, wenn die im verdichteten Ballen erreichten Formstoffdichtewerte eine Zugfestigkeit garantieren, die oberhalb der Standardzugfestigkeit liegen, dass dann ein fehlerfreies Abheben des Formballens gewährleistet werden kann.

Damit wird die Möglichkeit geschaffen, im Vorfeld der Produktionsaufnahme eines neuen Gussteilsortiments das qualitätsgerechte Abformen eines Grünsandballens zu prognostizieren. Damit kann durch Zugfestigkeitsmessung des Formstoffs im Labor unter Berücksichtigung der maschinentechnischen und modellgeometrischen Parameter die Ferti-gungsgrenzen für die ein qualitätsgerechten Formballen aufgezeigt werden.  

 

 

Dipl.-Ing. Erhard Wiese; Vesuvius GmbH, Borken

Optimierung von Gussoberflächen durch Reduzierung von strömungsbedingten Reoxidationsprodukten.

 

Keramische Filter im Gießsystem verhindern das Einschleppen von Schlacken und dadurch eine Reaktion zwischen dem Formstoff und diesen Schlacken. Neben der Hauptaufgabe Schlacken, Dross und andere nichtmetallische Einschlüsse aus flüssigen Metallen herauszufiltern, erfüllen keramische Filter einen hervorragenden Dienst beim Beruhigen der metallischen Strömung. Ein gleichmäßiger, turbulenzarmer Strom verhindert die Erosionen von Formsand in Umlenkungen und Kurven der Läufe.

Eine beruhigte, turbulenzarme Formfüllung verringert außerdem die Kontaktflächen zwischen dem Metall und dem Formstoff. Die Bildung von durch Re-Oxidation entstehenden krätzeartigen Oberflächenfehlern wird dadurch eingeschränkt. Speziell bei mit Mangan legiertem Stahlguss ist das sehr wichtig.

Dieser Vortrag befasst sich mit den strömungstechnischen Vorgängen, die im inneren eines keramischen Filters in Schaumstruktur ermittelt wurden. Außerdem werden Beispiele gezeigt, wie durch den Gebrauch von Filtern sowohl im Eisen-, als auch im Stahlguss eine verbesserte Qualität von Gussstücken erzielt wurde.  

 

 

Dipl.-Ing. Peter-Michael Gröning; Hüttenes Albertus Chem. Werke GmbH, Düsseldorf

Anorganische Kernsand-Additive zur CO 2 - und Emissionsreduzierung.

 

Immer weiter steigende Anforderungen an die Gussteilkomplexität und Gussteilqualität erfordern stetige Verbesserungen und Optimierungen der eingesetzten Bindemittel und Additive. Ein Aspekt, der immer stärker im Focus steht, ist die Gusserzeugung mit möglichst gas- und emissionsarmen Einsatzstoffen. Die fehlerfreie Herstellung von komplizierten und kernintensiven Gussstücken ist ohne die Verwendung von modernen Additiven nicht realisierbar. Die ebenfalls weiter gestiegene Sensibilität der Anwohner, verschärfte Verordnungen und Gesetze und nicht zuletzt auch der Schutz der Mitarbeiter in den Gießereien verlangen vielerorts den Einsatz verbesserter Produkte.

Die effizienteste Lösung vieler dieser Aufgaben und Probleme ist der Einsatz anorganischer Bindersysteme und Additive.

Additive sind sowohl zur Gussfehlerreduzierung als auch zur Erzielung spezieller Eigenschaften nötig. In der Anwendung unterscheidet man die Additive in organische und anorganische Additive. Anorganische Additive können einen großen Anteil an der Reduzierung von Emissionen (Schadstoffe, Geruch und Qualm) in den Gießereien leisten. Der Einsatz herkömmlicher organischer Additive ist mit deutlich höheren Emissionen verbunden.

Vor dem Hintergrund der Reduzierung der Treibhausgasemissionen und der Teilnahme am Handel mit CO 2 - Emissionszertifikaten ist auch die Gießerei-Industrie aufgefordert, den Gesamt CO 2 -Ausstoß zu verringern. In der Gießerei und Zulieferindustrie werden aus diesem Grund verstärkte Anstrengungen unternommen, um möglichst C–arme Produkte einzusetzen. Herkömmliche organische Additive enthalten ca. 40 – 60 % Kohlenstoff. Komplett anorganische Kernsandadditive enthalten keinen Kohlenstoff.

Hüttenes-Albertus präsentiert auf der GIFA 2011 die Ergebnisse intensiver Forschungen im Bereich der Kernsand-Additive. Das Resultat des nachfolgenden Praxistests verdeutlicht die bedeutende  Kohlenstoffreduktion der Kernsandmischung in Höhe von 48% bei einer Substitution des herkömmlichen organischen durch das neue anorganische Additiv:

 

 

Zusätzlich zu den beschriebenen Vorteilen ist es möglich,  in einigen Anwendungsfällen auf das Schlichten zu verzichten und dadurch die Emissions- und Energiebilanz weiter zu verbessern.  

Abschlussdiskussion