im Sandgussverfahren gefertigte Metallteile

Die verschiedenen Sandgussverfahren im Maschinenbau

Es gibt verschiedene Sandgussverfahren für Teile aus Stahl oder anderen Metallen: Grünsandguss, chemisch abbindender Kaltguss und chemisch abbindender Warmguss. Diese verschiedenen Sandgussverfahren haben jeweils ihre individuellen Vorteile und Einschränkungen, auf die wir in diesem Beitrag eingehen werden.

Grüner Quarz-Ton-Sandguss

Quarz-Ton-Sandguss ist eines der gängigsten Verfahren. Aufgrund der Einfachheit der Sandregenerierung bleibt sie die wirtschaftlichste. Heutzutage wird als Bindemittel für die Form ein Ton, meist Bentonit, verwendet. Dieser Ton, der dem Quarzsand mit Wasser zugesetzt wird, verleiht der Form ausreichend Plastizität, um den Abdruck des Teils nach der Entnahme des Modells (Entformungsvorgang) zu erhalten. Der Tongehalt eines Quarz-Ton-Sandes für mechanische Stahlteile ist recht variabel und hängt von deren Massivität ab. Als Anhaltspunkt können wir jedoch Raten in der Größenordnung von 5 bis 10 % des aktiven Tons beibehalten. Gießereisande werden durch einen AFS (American Foundry Society) Feinheitsindex charakterisiert. Diejenigen, die in der Stahlgießerei verwendet werden, haben einen Wert zwischen etwa 40 und 80 AFS.

Ein wenig Geschichte

Der Begriff „grün“ kommt daher, dass vor einigen Jahrzehnten Formen, die mit dieser Art von Sand hergestellt wurden, oft gedämpft wurden, um ihre Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften zu erhöhen. Es wurde daher zwischen ungedämpftem („grünem“) Sand und gedämpftem Sand unterschieden. Heute hat die Entwicklung von Formprodukten und deren Aufspanntechniken stark dazu beigetragen, dass gedämpfte Sande im Maschinenformguss quasi verschwunden sind, zumindest für mechanische Teile.

Die Grenzen des Grünsandgusses

Das grüne Quarz-Ton-Sandformverfahren kann jedoch nicht auf massive und große Teile angewendet werden. Denn unabhängig von den Spanndrücken ist die Widerstandsfähigkeit dieses Materials gegenüber dem ferrostatischen Druck und den dynamischen Kräften des Stahls während des Gießens begrenzt.

Die Techniken der Implementierung von Grünsandguss

Es gibt zwei Techniken für den grünen Quarzsandguss: den handgezogenen Guss und den maschinell gezogenen Guss. Dieses Handformverfahren, das zu den ältesten gehört, ist für die Herstellung von Einzelteilen oder wenigen sich wiederholenden Teilen bis zu etwa 2 Tonnen Gewicht vorgesehen. Das Einspannen des Sandes zur Herstellung der verschiedenen Teile der Form erfolgt manuell mit den üblichen Werkzeugen des Handformers (Stampfer, Paddel, Schläger, pneumatischer Stampfer…). Für Massenteile, unabhängig von ihrer Größe, werden im Sandformguss Formmaschinen unterschiedlicher Bauart eingesetzt, die in halbautomatische oder meist automatische Anlagen integriert sind.

Gießereimaschinen im Sandgussverfahren

Es wird zwischen Niederdruck-, Mitteldruck- und Hochdruck-Formmaschinen unterschieden. Die Niederdruck-Formmaschinen basieren auf kombinierten Prinzipien des Schließens durch Rüttel-Druck oder Vibrations-Druck. Sie ermöglichen die Verwendung von Holzmodellen, die auf einer Modellplatte befestigt sind. Aufgrund der Beschaffenheit des Werkzeugs ist diese Methode wirtschaftlich und daher gut für kleine und mittlere Produktionsserien geeignet. Mittel- und Hochdruck-Formmaschinen, bei denen die intensive Einspannung des Sandes, die durch hydraulischen Druck, Blasen, Druckluftexpansion oder Aufprall durch Explosion erreicht wird, die Steifigkeit der Form erhöht. Dies verbessert die Maß- und Geometriegenauigkeit der Formteile und deren Kompaktheit. Im Prinzip ist diese Technologie der Produktion von Teilen in mittleren und großen Serien vorbehalten. Es erfordert die Verwendung von viel widerstandsfähigeren Modellen aus laminiertem oder bakeliertem Holz, aus Epoxid- oder Polyurethanharzen oder aus Metall.

Chemisch abbindende Kaltformung und Kernherstellung

Bei diesen kaltchemisch abbindenden Form- und Kernherstellungsverfahren wird die Form – meist aus Quarzsand – durch organische oder mineralische Bindemittel, die bei Raumtemperatur aushärten, in Gegenwart von Abbindemitteln, die zuvor dem Sand zugesetzt wurden, agglomeriert. Die Herstellung ihrer Mischungen erfolgt, je nach den erforderlichen Sandmengen, in kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Mischern. Der so vorbereitete Sand hat zum Zeitpunkt der Umsetzung keine Kohäsion.

In einigen besonderen Fällen (z. B. Manganstähle) und meist nur bei lokaler Anwendung (Sand in Kontakt mit dem Modell oder Kernkästen) wird Quarzsand durch einen Sand mit geeigneteren physikalischen Eigenschaften (Feuerfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit…) ersetzt. Zu den am häufigsten verwendeten Kontaktsanden gehören Chromit-, Zirkon-, Schamotte- und Olivinsande. Es gibt viele selbsthärtende Verfahren: Phenolharze, Polyurethanharze, Alkaliester-Phenolate, Furanharze, Alkydharze oder Natriumsilikat-Ester.

Die verschiedenen selbsthärtenden Formgebungsverfahren im Metallguss

Die verwendeten Formen und Modelle im Sandgussverfahren

Die nach dem Aushärten erreichte Steifigkeit der Formen wirkt sich nicht nur positiv auf die Maß- und Formgenauigkeit und die Kompaktheit der Gussteile aus, sondern auch auf deren Oberflächenaussehen. Die Möglichkeit, die Aushärtezeit des Sandes je nach Verfahren von einigen Minuten bis zu einigen Stunden einzustellen, ist von großem Interesse für die Herstellung von Formen und Kernen, die für das Gießen von Teilen mit einem Gewicht von einigen Kilogramm bis zu mehreren zehn oder sogar hunderten Tonnen bestimmt sind. Dies erklärt, warum diese Verfahren in allen Stahlgießereien, die verschiedene Teile herstellen, sehr verbreitet sind. Sie werden meist manuell oder bei weniger massiven Teilen von teilmechanisierten Anlagen realisiert.

Die in diesen Prozessen verwendeten Modelle sind entweder dauerhaft oder verloren. Der Bau eines klassischen Werkzeugs für die Herstellung von Einzelteilen oder wenigen sich wiederholenden Teilen, kann in manchen Fällen teuer sein. In solchen Fällen werden aus expandiertem Polystyrol gefräste Modelle verwendet, die zusammengesetzt und verklebt werden (nicht dauerhaftes oder verlorenes Modell). Dies ist eine wirtschaftliche Lösung, die den Vorteil hat, dass die Herstellung von Kernen und den dazugehörigen Boxen entfällt. Zum anderen sind die Maßhaltigkeit und die Oberflächengüte werkzeugbedingt.

Formgebungstechniken in expandiertem Polystyrol

Drei Formtechniken sind mit dieser Art von expandiertem Polystyrol-Werkzeug möglich. Zunächst wird das Modell zum Zeitpunkt des Gießens in der Form gehalten und das Metall nimmt nach und nach seinen Platz ein, indem es das Polystyrol sublimiert, während es weiterfließt. In einigen Fällen wird das Modell vor dem Gießen zerstört. In einer dritten Technik schließlich wird das Modell für eine spätere Wiederverwendung entformt, wenn seine Form dies zulässt (es besteht dann aus expandiertem Polystyrol, jedoch mit höherer Dichte, was sowohl den Entformungsvorgang als auch die verschiedenen Handhabungsvorgänge erleichtert). Beim Stahlguss werden aus metallurgischen Gründen am häufigsten die beiden letztgenannten Verfahren eingesetzt.

Phenolharze

Phenolharze sind selbsthärtende Harze vom Resol-Typ. Sie erhalten immer ein Silan und können mit Harnstoff oder Furfurylalkohol modifiziert werden. Ihre Härtung wird durch die Verwendung von sauren Katalysatoren wie Paratoluolsulfonsäure, Xylol oder Benzolsulfonsäure, manchmal mit Zusätzen aus Schwefelsäure oder Phenolsulfonsäuren, gewährleistet. Die Eigenschaften der Phenolharze geben dem Verfahren seine spezifischen Merkmale. Zunächst einmal hat es den Nachteil, dass es empfindlich auf Temperaturschwankungen reagiert. Die Temperatur hat einen ebenso wichtigen Einfluss auf den Abbindemechanismus wie der Katalysator selbst. Zweitens haben die mit diesen Harzen hergestellten Sande im Allgemeinen schwächere mechanische Eigenschaften, vor allem in der Biegung, als diejenigen, die z. B. mit Furanharzen erhalten werden. Im Vergleich zu Furanharzen sind Formen im Allgemeinen schwieriger zu brechen und Kerne sind schwieriger zu entfernen. Heutzutage werden diese Harze aufgrund ihrer geringeren Kosten hauptsächlich in kleinen und mittleren Serien für das Gießen von mittleren und großen Teilen verwendet.

Polyurethanharze

Das Sandgussverfahren verwendet neben einem feuerfesten Sand drei Komponenten: ein flüssiges Phenolharz (mit niedriger Viskosität), einen Polyisocyanathärter auf Basis von Diphenylmethandiisocyanat und schließlich ein Pyridinderivat in flüssiger Form, das als Katalysator wirkt. Durch die chemische Reaktion zwischen dem Phenolharz und dem Isocyanat entsteht eine Urethanbindung ohne Bildung von Nebenprodukten. Bei der Herstellung der Mischung kann das Verhältnis Phenolharz/Isocyanat (60/40) angepasst werden, um den endgültigen Stickstoffgehalt des gebrauchsfertigen Sandes zu reduzieren. Mit diesem Verfahren lassen sich, je nach Rezeptur, unterschiedlichste Abbindezeiten erzielen (von 30 s bis 3 h). Sie wird für die Produktion von mittleren bis kleinen Teilen eingesetzt. Es ist sowohl für kleine als auch für große Serien geeignet. Es ist auch heute noch eines der chemischen Abbindeverfahren, das die höchsten Produktionsraten ermöglicht. Es ist für alle Stahlsorten geeignet.

Alkalische Phenolat-Ester-Harze

Beim alkalischen Phenolat-Ester-Verfahren setzt sich das Bindemittelsystem aus einem alkalischen Phenolharz und einem organischen Ester zusammen. Bei der Hydrolyse des Esters entsteht eine Säure, die die Vernetzung des Harzes ermöglicht. Die entstehenden Nebenprodukte sind ein saures Salz und ein Alkohol. Bei diesem Verfahren ist die Vernetzung nicht vollständig und setzt sich mit der Zeit fort. Es hat sehr gute Entformungs- und Trenneigenschaften, da der so aufbereitete Sand eine gewisse Plastizität besitzt. Die Einstellzeit ist sehr variabel. Sie kann von wenigen Minuten bis zu einer Stunde oder mehr variieren, abhängig von den verwendeten Produkten und deren Einarbeitungszeit in den Sand. Die Eigenschaften des Sandes unmittelbar nach dem Abbinden sind relativ schwach, insbesondere in Bezug auf die Biegefestigkeit der Kerne. Aufgrund der Abwesenheit von flüchtigen Lösungsmitteln, Schwefel und Stickstoff und der Tatsache, dass es die Herstellung von Teilen ohne Risse und Ausbrüche ermöglicht, wird dieses Verfahren für die Herstellung von Stahlteilen, insbesondere von Teilen aus kohlenstoffarmen Stählen, in kleinen und mittleren Serien eingesetzt.

Furanharze

Furanharze gibt es in verschiedenen Formulierungen, aber alle basieren auf einem Polykondensat von Furfurylalkohol, und die meisten enthalten Phenol, Formaldehyd und Harnstoff. Ihre Aushärtung beruht auf der Fähigkeit dieser Harze, bei Raumtemperatur in Gegenwart eines sauren Katalysators (mineralisch oder organisch) relativ schnell auszuhärten. Die Vorteile von Furanharzen liegen in der Flexibilität des Einsatzes und einer großen Bandbreite an Zusammensetzungen und Eigenschaften. Sie ermöglichen es, in kleinen und mittleren Serien Formen und Kerne zu produzieren, die an jede Art der Fertigung angepasst sind. Allerdings gibt es eine gewisse Einschränkung, wenn sie Harnstoff enthalten. Diese Komponente verbessert die Abzieh- und Entgrateigenschaften des Sandes und reduziert die Rissanfälligkeit der Teile. Da es sich jedoch während des Gießens zersetzt und dabei Stickstoff freisetzt, bleibt die Verwendung dieses Form- und Kernherstellungsverfahrens im Stahlguss begrenzt. In der Tat kann die Zugabe von Stickstoff bei einer großen Anzahl von Stahlsorten (bei denen die Löslichkeit von Stickstoff im festen Zustand gering ist) zu gasförmigen Defekten führen, – bei bestimmten hochlegierten Stählen, bei denen Stickstoff gut löslich ist, zu strukturellen Veränderungen und damit zu Eigenschaften. In diesem Fall werden „stickstofffreie“ Furanharze verwendet.

Alkydharze

Die in diesem Verfahren verwendeten Harze bilden ein Drei-Komponenten-System: ein Alkydharz (Fettsäurepolyester), ein Polyisocyanat (MDI, mit seinen Oligomeren in Lösung in organischen Lösungsmitteln) und schließlich einen Katalysator (Phenylpropylpyridin in Lösung in aromatischen Lösungsmitteln). Dieser Prozess ist sehr empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen, insbesondere gegenüber der Sandtemperatur. Die Aushärtezeit kann, je nach Einstellung, von einigen zehn Minuten bis zu 10-12 Stunden variieren. Die pyroskopische Beständigkeit von Sand ist, verglichen mit anderen selbsthärtenden Verfahren, relativ gering. Sie kann durch Zugabe von Eisenoxid (2 bis 3 %) verbessert werden. Dieses Verfahren, das durch ein zweistufiges Abbinden gekennzeichnet ist, bietet deutlich bessere Entformungseigenschaften (Plastizitätsphase) als bei anderen Bindersystemen. Außerdem erfolgt die Abbindung in einer alkalischen Umgebung, so dass auch weniger alkalische Sande verwendet werden können, wie z. B. Meersand oder sogar Olivinsand. Die Harze werden hauptsächlich im Stahlguss für die Herstellung von komplexen und/oder großen Formen und Kernen in kleinen oder individuellen Chargen verwendet. Dieses Verfahren bietet gute Entgratungs- und Teilehäutungseigenschaften. Es ist nicht sehr empfindlich gegen Rissbildung und Höhlendefekte. Auf der anderen Seite hat es höhere Materialkosten als z. B. Furanharze. Es ist schwer zu recyceln und wirft Probleme bei der Entsorgung auf, da das Bindemittelsystem Schwermetalle enthält.

Natrium-Ester-Silikat

Das Abbinden des Silikatestersandes erfolgt in zwei Stufen. Durch die Hydrolyse des Esters (die üblicherweise verwendeten Ester sind Polyolacetate) sinkt zunächst der pH-Wert der Mischung. Dann bewirkt das Absinken des pH-Wertes der Mischung ein Gelieren des Silikats. Bei Soda-Ester-Silikat ist das Abbinden des Sandes daher progressiv. Die Abbindezeiten variieren je nach Rezeptur von 30 Minuten bis 3 Stunden und bleiben vergleichbar mit denen anderer selbsthärtender Verfahren. Auf der anderen Seite sind die erzielten mechanischen Eigenschaften schwächer, insbesondere beim Biegen. Wie bei den meisten mineralischen Bindemitteln ist die Fähigkeit, die Formen auszubrechen und die Kerne zu entfernen, nicht sehr gut. Diese Eigenschaft kann jedoch durch Zugabe von Additiven verbessert werden: Zucker, Pech, Melasse, Eisenoxid usw. Die Empfindlichkeit gegenüber Sandverunreinigungen, insbesondere Alkalien, ist gering, da das Abbinden in einem basischen Medium erfolgt. Dieses Verfahren ist daher mit allen Sanden kompatibel: Kiesel, Chromit, Zirkon und sogar Olivin. Dieses Verfahren wird hauptsächlich in Stahlgießereien zur Form- und Kernherstellung von mittelgroßen oder massiven Teilen eingesetzt, die in kleinen und mittleren Serien gefertigt werden, einschließlich Teilen in rostfreien und Mangan-Güten.

Zementsand

Bei zementiertem Sand beruht der Abbindemechanismus auf zwei Phänomenen: Hydratation der instabilen wasserfreien Bestandteile (Kalk, Sulfate, Alkali) eines künstlichen Portlandzements (CPA 325 oder CPA 400) und Kristallisation. Die Hauptvorteile dieses Verfahrens sind ein preiswerter Binder, eine einfache Umsetzung, das Erreichen einer steifen Form und eine gute Maßhaltigkeit der Teile. Als Abbindebeschleuniger können alle gängigen Gießereisande verwendet werden, da der Hauptnachteil dieses Verfahrens das langsame Abbinden des Sandes ist. In der Tat dauert das Abbinden ein paar Tage und das Aushärten kann mehrere Monate dauern.

In der Praxis haben die Formen nach 3 bis 4 Tagen ausreichende Eigenschaften: Es ist dann notwendig, die Aushärtung zu perfektionieren und das Restwasser durch Dämpfen oder Trocknen mit Heißluftzirkulation durch den Hohlraum bei den massiveren Formen zu entfernen. Die anderen Nachteile hängen mit den Schwierigkeiten bei der Entformung der Form zusammen.

Dieses Verfahren wird in Stahlgießereien zur Herstellung von Großteilen, in Kleinstserien oder in Einzelserien eingesetzt.

Begasungsprozesse

Bei diesen Verfahren wird die Aushärtung des Sandes, der ein alkalisches Bindemittel (z. B. Natriumsilikat) oder meist ein organisches Bindemittel (Harz) enthält, durch Einspritzen eines Katalysators und/oder eines Beschleunigers in gasförmiger Form in die Mischung fast augenblicklich erreicht. Die Gashärtungsprozesse erlauben eine sehr schnelle Rotation der Werkzeuge und sind daher eher für die Herstellung von Formen und Kernen in mittleren und großen Serien gedacht, deren Volumenbedeutung jedoch begrenzt bleibt. Aufgrund der hohen Leistung, die sie ermöglichen, sind sie eher für die maschinelle Fertigung geeignet (z. B. Kernherstellungs-, Blas- oder Kernzugmaschinen). Sie können jedoch beim Gießen und für einige bei der Handkernherstellung verwendet werden.

Das „Cold-Box“-Verfahren (Polyurethan durch Begasung)

Dieser Begasungsprozess, ursprünglich Ashland-Prozess genannt, ist dem selbsthärtenden Polyurethan-Prozess sehr ähnlich. Die vorbereitete Mischung besteht aus Sand (Quarz, Chromit, Zirkon oder Olivin), einem flüssigen Phenolharz und einem flüssigen Polyisocyanat. Einmal in das Werkzeug eingebracht, wird es durch ein tertiäres Amin in Dampfform katalysiert, was nach der Reaktion zur Bildung eines Polyurethans führt. Die Polyurethan-Vergasung erzeugt Formteile mit hervorragender Oberflächengüte und guter Maßhaltigkeit. Die Fähigkeit, die Kerne zu entgraten, ist sehr gut. Beim Stahlguss wird dem Sand oft Eisenoxid zugesetzt, um die Gefahr von Fehlern wie Rissen und Lochfraß zu verringern. Sie wird für Formen und Kerne in allen Serien und für Teile mit einem Gewicht von bis zu 100 kg eingesetzt. Es ist das am weitesten verbreitete Kernherstellungsverfahren in der Industrie.

Das Isoset-Verfahren

Dieser Prozess wird auch als „ungesättigtes Harz“ oder „freie radikalische Härtung“ bezeichnet. Dies sind Harze, die Doppelbindungen enthalten: Polyester-Acryl, Polyester-Urethan-Harze. Sie werden mit einem Initiator, einem organischen Peroxid, und einem Aktivator (Katalysator), Schwefeldioxid SO2, im Allgemeinen getragen von einem neutralen Gas, CO2 oder N2, verwendet. Die Einstellung erfolgt in wenigen Sekunden. Das Isoset-Verfahren lässt leicht alkalische Sande zu, auch Olivin. Der aufbereitete Sand hat gute Klemm- und Löseeigenschaften, sowie gute mechanische Eigenschaften nach dem Aushärten. Es enthält keinen Stickstoff und verursacht daher keine Lochfraßprobleme an den Teilen. Darüber hinaus ist es wenig oder gar nicht anfällig für Rissbildung.

Das alkalische Phenolat-Ester-Verfahren

Dieses alkalische Phenolat-Ester-Verfahren ist die Umsetzung des oben beschriebenen selbsthärtenden Alphaset-Verfahrens zum schnellen Abbinden durch Begasung. Das Harz ist von der gleichen Art, modifiziertes Phenol, aber reaktiver. Anstatt in flüssiger Form wird der Ester hier in gasförmiger Form verwendet. Sein Einsatzgebiet ist die Herstellung von Formen und Kernen, in allen Serien, für Stahlteile aller Güteklassen. Die Vor- und Nachteile dieses Verfahrens sind im Wesentlichen die gleichen wie bei der selbsthärtenden Variante. Es hat den Vorteil, dass das Risiko von Rissen und Sprüngen an den Gussteilen reduziert wird. Es ist unempfindlich gegen Feuchtigkeitsaufnahme. Er bietet eine gute Eignung zur Entkernung und Teileentnahme. Zu den Nachteilen gehören Probleme mit Kernverformung, Kastenverschmutzung und der Angriff bestimmter Beschichtungen auf den Werkzeugen, wie z. B. Vinyls und Derivate (Lacke).

Das Silikat-CO2-Verfahren

Bei diesem Silikat-CO2-Verfahren wird am häufigsten Natriumsilikat mit einer Mischung von 2,4 und einem Trockenstoffgehalt von 44 % verwendet, weil es den besten Kompromiss zwischen Vor- und Nachteilen bietet. Die Aushärtung erfolgt unter der Insufflation von Kohlendioxid. Der niedrige Säuregehalt des letzteren bewirkt die Neutralisation des Silikatsodas und die Bildung einer stabilen Polykieselsäure. Einige Zusätze (Holzmehl, Zucker, Melasse…) können dem Gemisch zugefügt werden, um seine Entschlammungseigenschaften zu verbessern. Bei diesem Silikat-CO2-Verfahren sind bestimmte Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von Holz- oder Aluminiumwerkzeugen zu beachten: Sie müssen glatte, saubere und entsprechend geschützte Oberflächen haben (Lack, Farbe etc.). Es ist für die Herstellung von Formen und Kernen mit begrenzter Größe (aus Gründen der einfachen Begasung), für kleine, mittlere und große Serien bestimmt. Es ist für alle Metallurgien geeignet. Einer der Vorteile sind die geringen Kosten (Material, Aufbereitung, Entsorgung). Seine Hauptnachteile sind die schlechte Entgratungsfähigkeit und Probleme im Zusammenhang mit der Wiederaufnahme von Feuchtigkeit und Abplatzungen. Unter den heute in der Industrie verfügbaren Gassetzverfahren ist es zweifelsohne das älteste.

Duroplastische Form- und Kernherstellungsverfahren

Die Aushärtung bei diesen Verfahren, die duroplastische Harze verwenden, erfolgt entweder durch Dämpfen oder in Kontakt mit einem beheizten Werkzeug (häufigster Fall). Diese Verfahren (Croning, Heiß- und Warmdosen usw.) werden auch als „Präzisions“-Verfahren bezeichnet, da sie eine sehr gute Oberflächengüte und Maßhaltigkeit am Teil ermöglichen. Sie erfordern jedoch den Einsatz von teuren Metallwerkzeugen, die aus Rohlingen gefräst werden. Sie sind daher der Großserienfertigung vorbehalten.

Das Croning- oder Schalenformverfahren

Das Croning- oder Schalenformverfahren ist ein thermischer Abbindeprozess. Das Prinzip dieses Form- und Kernherstellungsprozesses ist wie folgt. Zunächst wird ein mit einem festen thermoplastischen Phenolharz vorbeschichteter Sand unter Zugabe eines Vernetzungsmittels durch einfache Schwerkraft oder durch Blasen eingebracht. Im Kontakt mit einem auf 200 bis 300 °C erhitzten Metallwerkzeug härtet das Gemisch dann durch Polymerisation aus und ermöglicht die Bildung einer Schale (auch „Maske“ genannt) oder eines Hohlkerns, manchmal auch massiv.

Schließlich wird der überschüssige Sand, der nicht thermisch belastet wurde, für die Wiederverwendung zurückgewonnen, üblicherweise durch Umdrehen des Werkzeugs. Die „Brenn“-Zeit – von wenigen Sekunden bis 2 Minuten – hängt von der gewünschten Wandstärke ab. Neben dem schönen Erscheinungsbild und der sehr guten Maßhaltigkeit der Teile bietet dieses Verfahren den Vorteil einer hervorragenden Lagerfähigkeit, Entformbarkeit und Entkernbarkeit. Sie ist aufgrund der begrenzten Platzverhältnisse in den Anlagen eher der Fertigung von Großserien kleiner bis mittlerer Teile vorbehalten.

Das „Hot-Box“-Verfahren

Das „Hot-Box“-Verfahren gilt nur für die Herstellung von Kernen. Diese werden auf Kernherstellungsmaschinen in einem Metallwerkzeug, das auf eine niedrigere Temperatur als beim Croning-Prozess erhitzt wird, gezogen oder geblasen. Die thermische Aushärtung des Sandes erfolgt bei Kontakt mit der Dose, deren Temperatur zwischen 220 und 280 °C liegt. Es gibt viele Kombinationen von Basisharzen, die das Bindemittel bilden. Für Stähle sind jedoch nur Phenolharze (für kohlenstoffarme Stähle) und Phenol-Formaldehyd-Furfurylalkohol-Harze, die keinen Stickstoff enthalten, geeignet. Die Art des verwendeten Katalysators (auf Basis von Bor-, Sulfon- oder Schwefelsäure usw.) hängt vom gewählten Bindemittelsystem ab. Einige Zusätze, wie z. B. Eisenoxid (nichtmagnetisches rotes „Hämatit“ Fe2O3 oder magnetisches schwarzes „Magnetit“ Fe3O4) können in den Sand eingearbeitet werden, um seine Eigenschaften zu verbessern und insbesondere das Auftreten von Lochfraß und Wasserschäden an den Teilen zu vermeiden. Die Notwendigkeit, bei diesem Prozess Metallwerkzeuge zu verwenden, impliziert die Herstellung von Massenteilen. Daher werden die Kerne meist in grünen Quarzsandformen umgeformt, die auf Formmaschinen aufgespannt werden und für die Herstellung von Teilen bestimmt sind, deren Gewicht von wenigen Kilogramm bis zu mehr als 100 kg variiert. Im Großen und Ganzen ist es ein zuverlässiges Verfahren, das einfach zu bedienen ist und qualitativ hochwertige Teile liefert. Es hat jedoch seine Grenzen: ökonomisch (Entwicklung der Rohstoff- und Energiekosten), ökologisch und gesundheitlich (Arbeitsbedingungen an den Kernherstellungsstationen). Es ist für kleine und mittlere Kerne vorgesehen.

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