❚ PUR Cold Box Systeme

❚ Hot Box Systeme

❚ Warm Box Systeme

❚ No Bake Systeme

❚ Schlichten

❚ Hilfsstoffe

Furtenbach GmbH:

A-2700 Wr. Neustadt, Neunkirchner Straße 88

Tel.: +43/2622/64 200, Fax: +43/2622/24 398

e-mail: sales@furtenbach.com www.furtenbach.com

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Der Experte in der Giesserei

Fachzeitschrift der Österreichischen Giesserei-Vereinigungen

Rundschau

Verlag Lorenz, 1010 WienEbendorferstraße 10

Giesserei

Jhg. 51heft 7/82004

Österreichische Post AGInfo.Mail Entgelt bezahlt

SLOVENIAN FOUNDRYMEN`S SOCIETYawarded by the President with

The Order of Freedom of the Republic of Slovenia

invites you to

44th Foundry Conferencewith accompanying exhibitionSeptember 16th - 17th, 2004

Convention Center in Hotel Slovenija - Portorož

Contact: Društvo livarjev Slovenije, Lepi pot 6, P.B. 424, SI – 1001 Ljubljana, SloveniaPhone: +386 1 2522 488, Fax: +386 1 426 9934

E-mail: drustvo.livarjev@siol.net, Internet: www.uni-lj.si/societies/foundry

Redaktionsschluss für die nächste Ausgabe Nr. 9/10 zum Thema

„Werkstoffe für den Formenbau“ ist der 17. September 2004.

ImpressumMedieninhaber und Verleger:VERLAG LORENZA-1010 Wien, Ebendorferstraße 10Telefon: +43 (0)1 405 66 95Fax: +43 (0)1 406 86 93ISDN: +43 (0)1 402 41 77e-mail: giesserei@verlag-lorenz.atInternet: www.verlag-lorenz.at

Herausgeber:Verein Österreichischer Gießerei-fachleute, Wien, Fachverband derGießereiindustrie, WienÖsterreichisches Gießerei-Institutdes Vereins für praktische Gießerei-forschung u. Institut für Gießereikundean der Montanuniversität, beide Leoben

Chefredakteur:Bergrat h.c. Dir.i.R.,Dipl.-Ing. Erich NechtelbergerTel. u. Fax +43 (0)1 440 49 63e-mail: nechtelberger@voeg.at

Redaktionelle Mitarbeit undAnzeigenleitung:Irene Esch +43 (0)1 405 66 95-17e-mail: giesserei@verlag-lorenz.at

Redaktionsbeirat:Dipl.-Ing. Werner BauerDipl.-Ing. Alfred BuberlUniv.-ProfessorDr.-Ing. Andreas Bührig-PolaczekDipl.-Ing. Dr. mont. Hansjörg DichtlProf. Dr.-Ing. Reinhard DöppUniv.-Professor Dipl.-Ing.Dr. techn. Wilfried EichlsederDipl.-Ing. Dr. mont. Roland HummerDipl.-Ing. Dr. techn. Erhard KaschnitzDipl.-Ing. Adolf KerblDipl.-Ing. Gerhard SchindelbacherUniv.-ProfessorDr.-Ing. Peter Schumacher

Abonnementverwaltung:Mag. Heide Darling +43 (0)1 405 66 95-15

Jahresabonnement:Inland: € 53,60 Ausland: € 66,20Das Abonnement ist jeweils einenMonat vor Jahresende kündbar,sonst gilt die Bestellung für dasfolgende Jahr weiter.

Bankverbindung:Bank Austria BLZ 12000Konto-Nummer 601 504 400

Erscheinungsweise: 6x jährlich

Druck:Druckerei Robitschek & Co. Ges.m.b.H.A-1050 Wien, Schlossgasse 10-12Tel. +43 (0)1 545 33 11,e-mail: druckerei@robitschek.at

Nachdruck nur mit Genehmigungdes Verlages gestattet. Unverlangteingesandte Manuskripte und Bilderwerden nicht zurückgeschickt.Angaben und Mitteilungen, welche vonFirmen stammen, unterliegen nicht derVerantwortlichkeit der Redaktion.

INHALT

Kurzberichte der Vorträge vom 3./4. Juni 2004

Mitteilungen der World Foundrymen Organization66. Gießerei-Weltkongress 6./9. Sept. 2004 Istanbul

Aus dem ÖGIAus den BetriebenFirmennachrichtenInteressante Neuigkeiten

Veranstaltungskalender

Mitgliederbewegung

Bücher und Medien

149

DEUTSCHERGIESSEREITAG 2004 143

INTERNATIONALEORGANISATIONEN

151

VÖG-VEREINS-NACHRICHTEN 160

AKTUELLES

158TAGUNGEN, SEMINARE,

MESSEN

LITERATUR 160

– Cold Box Kernfertigung – Geruchsminimierung

– Optimiertes Cold Box System

– Kernausdehnungsfehler – Entstehung und Bekämpfung

– Serien-Kernfertigung mit anorganischem AWB Binder

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FURTENBACH ist der einzige öster-reichische Hersteller von Bindemittel undSchlichten. Das Produktspektrum umfasstFuranharze, Cold-Box-Systeme, Hot-Box-Systeme, Wasser- und Alkoholschlichtensowie viele weitere Hilfsstoffe.

In ganz Europa werden Furtenbach-Pro-dukte von führenden Gießereien zur volls-ten Zufriedenheit eingesetzt. Intensive For-schungstätigkeit und hohe Qualitätsstan-dards, gepaart mit langjähriger Erfahrungsind Garant für innovative und erfolgreicheProdukte.

Besuchen Sie uns im Internet unter:http://www.furtenbach.com

INNOVATIONEN BEI FORM- UNDHILFSSTOFFEN 130

Organ des Vereines Österreichischer Gießereifachleute und desFachverbandes der Gießereiindustrie, Wien, sowie des Öster-reichischen Gießerei-Institutes und des Institutes für Gießerei-kunde an der Montanuniversität, beide Leoben.

HintergrundSeit dem Start der Kernfertigung mit PUR Cold Box Systemen inden frühen 70er Jahren hat dieses Verfahren rasant an Bedeutunggewonnen und ist heute wohl zu recht das meist verwendete Ferti-gungsverfahren für die Serienfertigung von Sandkernen.Um den gestiegenen Umweltanforderungen gerecht zu werden,sind in den letzten Jahren eine Vielzahl an Entwicklungen zur Ver-meidung der Schadstoffemissionen durchgeführt worden. Die Ver-ringerung von freiem Phenol und Formaldehyd war der erste Schritt.Die Reduktion der Emission von Benzol, Toluol und Xylol währenddes Gießens war die Weiterführung der Schadstoffreduktion undführte zur Darstellung von PUR Cold Box Systemen ohne aromati-sche Kohlenwasserstoffe und mit einem Gehalt an freiem Phenolvon ca. 2% und freiem Formaldehyd unter 1% (Bild 1).Nachdem diese Änderungen im Aufbau der Harze deutliche Ver-besserungen der Abluft- und Deponiesandqualität erbracht haben,liegen die nächsten Ziele der Harzentwickler im Bereich der Um-weltbelastung in der Reduktion des Geruchs.

GestankGestank lässt sich wohl als für Menschen unangenehmer Geruch de-finieren. Da jedoch das Geruchsempfinden verschiedener Personenunterschiedlich ausgeprägt ist, bedeutet dies für jede Person ein un-terschiedliches Maß an Belästigung oder, gegebenenfalls, Wohlge-ruch.Im Institut für Gießereitechnik in Düsseldorf wurde nun ein Mess-verfahren zur Erfassung der Wirkung von Gerüchen auf den Men-schen und die dadurch hervorgerufenen Sinnesempfindungen ent-wickelt (Olfaktometrie).Vereinfacht betrachtet wird eine Reihe von Probanden vorerst aufeine bestimmte Menge eines Kalibrierstoffes (Schwefelwasserstoff)„geeicht“ und anschließend dem zu beurteilenden Geruchsstoff inunterschiedlicher Verdünnung ausgesetzt. Als Ergebnis erhält maneine Beurteilung der Geruchsmenge in Geruchseinheiten pro Kubik-meter (GE/m3). Ein zusätzliches Kriterium ist die Hedonik eines Ge-ruchs. Sie definiert die Art des Geruchs, zum Beispiel empfinden diemeisten Menschen Parfüm als wohlriechend, faule Eier als Gestank.Somit ist eine eindeutige Zuordnung in wohlriechende und unange-nehm riechende Substanzen kaum möglich. Auch ständiger „Wohl-geruch“ kann zur Belästigung werden. Es gilt daher vorerst, den Ge-ruch ohne Rücksicht auf die Hedonik zu reduzieren.

GeruchsquellenDie Quellen für Gestank in der Gießerei sind vielfältig. Im Detaildarauf einzugehen würde an dieser Stelle den Rahmen sprengenund deshalb seien hier nur zwei Hauptverursacher als Beispiele ge-nannt: der Gießprozess und die Aufbereitung der dafür erforderli-chen Materialien, bzw. der Eigengeruch von eingesetzten Rohmate-rialien. In vielen Detailbereichen wird bereits intensiv und durchauserfolgreich an der Vermeidung von Gerüchen gearbeitet. Alle dieseBemühungen zielen vorerst darauf ab, die größten Quellen fürGerüche zu beseitigen oder deren Menge zu reduzieren.Eine dabei bisher vernachlässigte Emissionsquelle für Gerüche undSchadstoffe ist die Kernfertigung. Oftmals in relativ schlecht belüfte-ten Räumlichkeiten untergebracht, stellt sie für die Mitarbeiter eineständige Geruchsbelästigung dar. Gerade der Cold Box Prozess istaufgrund des Chemismus seines Ablaufs (Bild 2) und der dafürbenötigten Substanzen eine starke Geruchsquelle.

Die KernmachereiIn der Kernmacherei verursacht das als Katalysator beim Cold BoxProzess eingesetzte Amin den bei weitem unangenehmsten Geruch.Zwar wird der Katalysator in den Kernschießmaschinen meist voll-ständig abgesaugt und einem Aminwäscher zugeführt, jedoch dieniedrige Geruchsschwelle (Bild 3) der verschiedenen Katalysatorenim Zusammenhang mit der unangenehmen Hedonik („Fischgeruch“)führen dazu, dass auch das ausgasende Amin von den gelagertenKernen zu einer deutlichen Geruchsbeaufschlagung der Umgebungs-luft in der Kernmacherei oder im Kernlager führt. Gerade diese ge-ringe Geruchsschwelle im Zusammenhang mit der spezifischen He-donik erleichtert den Nachweis von Aminresten in der Umgebungs-luft, auch ohne messtechnische Vorrichtungen.Als weitere Quelle kommt der Eigengeruch des Harz/Härter Systemsin Frage. Der Verzicht auf aromatische Kohlenwasserstoffe, und inweiterer Folge auf niedrig siedende Lösemittel, verringert zum einendie Schadstoffemissionen und führt dadurch zu einer deutlich gerin-geren Geruchsbelastung beim Mischen (Ausdampfen der aromati-schen Kohlenwasserstoffe) und Lagern der Kerne (Bild 4).Kommt eine Kernschlichte zur Anwendung, ist der Einsatz von Was-serschlichte zu forcieren. Die Geruchsbelastung durch die Verwen-dung einer Alkoholschlichte (=> Isopropylalkohol) ist deutlich höherals bei einer Wasserschlichte.

GeruchsabsorberEine Möglichkeit, unvermeidbare Gerüche zu verringern, ist die Ver-meidung, Zerstörung oder die Umwandlung desjenigen Stoffes, derals Verursacher erkannt wird. Im Falle des Katalysators gilt es, dasAmin chemisch zu binden, das heißt in eine Zustandsform überzu-führen, die nicht in die Umgebungsluft gelangen kann. Genutzt wirdeine chemische Umwandlung (Salzbildungsreaktion) bestimmterätherischer Öle mit Amin (Bild 5).Bisher war es üblich, diese ätherischen Öle als feinsten Tröpfchenne-bel (Aerosol) in der Raumluft zu verteilen. Da auch diese Absorber-substanz einen Eigengeruch aufweist, ist eine korrekte Dosierungund Luftumwälzung Grundvoraussetzung für die erfolgreiche An-wendung. Dies ist mit maschinellem Aufwand (Ventilatoren zur Um-luftzirkulation und zum Einbringen des Absorbers) verbunden undbringt bei schwankender Auslastung der Kernmacherei und ständi-gem Wechsel der Produktpalette oft nicht den gewünschten Erfolg.Das Einsprühen von Substanzen in die Atemluft ist mit dem Risikoetwaiger Langzeitschäden für den Menschen verbunden, die erst (zu)spät festzustellen sind. Es stellt sich hier die Frage, was mit der gebil-

GIESSEREI-RUNDSCHAU 51 (2004) HEFT 7/8

130130

Geruchsminimierung bei der Kernfertigungmit PUR Cold Box Systemen

Minimization of Smell at Sand Core Production using PUR Cold Box Systems

Mag. Günter Eder: Absolvent der Wirtschafts-universität Wien mit dem Spezialgebiet Unterneh-mensführung. Der berufliche Werdegang führteüber Battenfeld Kunststoff-Spritzgußmaschinenund die Schmid-Industrie-Holding. Seit 1995 Ge-schäftsführer der FURTENBACH GmbH.

Robert ADAM: Nach einer Laborantenlehre beiden Vereinigten Edelstahlwerken verschiedeneTätigkeiten im Labor bei Furtenbach. Zuletzt ver-antwortlich für Anwendungstechnik und Weiter-entwicklung Cold-Box-Produkte.

deten Salzverbindung in der Atemluft bei Aufnahme durch Personenpassiert. Bekannt ist, dass ätherische Öle beim Einatmen zu Reizun-gen und allergischen Reaktion in den Atemwegen führen können.Es lag daher nahe, einen geeigneten Absorber zu finden und diesendirekt in das Harzsystem einzubauen. Die Salzbildungsreaktion läuftim Kern ab und eine Belastung der Mitarbeiter durch den Absorberoder das gebildete Salz kann somit ausgeschlossen werden.Grundvoraussetzung hierfür ist, dass der Absorber keinen Einfluss aufdie Eigenschaften des Bindersystems ausübt, und in genügender Men-ge bzw. gleich bleibender Qualität am Markt bezogen werden kann.

LabormessungenNach Auswahl des geeigneten Stoffes und leichten Anpassungendes Harzsystems wurde der Absorber direkt dem Harz zugesetzt.Da die Zugabemenge sehr gering ist, konnte im Labor keine Verän-

derung der anwendungstechnischen Daten des Harzsystems festge-stellt werden (Bilder 6 bis 8).

Um die Wirksamkeit hinsichtlich der Fähigkeit, das Amin abzubin-den, zu überprüfen und messtechnisch festzuhalten, wurde die obenerwähnte Methode der Olfaktometrie in einer etwas abgewandel-ten Form herangezogen. Als Probekörper diente ein zylindrischerPrüfkörper mit ca. 1 kg Gewicht. Die nach der Kernherstellung ent-stehenden Geruchsstoffe wurden in ein definiertes Spülgasvolumen(5 Liter) überführt und mittels spezieller Geruchsprobenbeutel auf-gefangen. Die Konditionierungszeit betrug 120 Minuten. Anschlie-ßend wurde die Menge an Geruch und vorrangig die Hedonik derProbebeutel durch Probanden bestimmt. Es wurden zwei völliggleich aufgebaute Harzsysteme gemessen, wobei bei der Probe 2(VP 1157-O) der Absorber in das Harz eingebaut war. Dadurch isteine eindeutige Vergleichssituation gegeben.

HEFT 7/8 GIESSEREI-RUNDSCHAU 51 (2004)

131131

0

5

10

15

20

25

30

35

Friodur 67 Friodur 73 Friodur 2024 Friodur 6000

freies Phenol

freier Formaldehyd

aromatische Kohlenwasserstoffe

Fig. 1

Reduktion der Schadstoffe in Friodur Systemen von 1975 – 2000%

Fig. 2

Vereinfachte Reaktionsdarstellung PUR Cold Box

– NCO + HO –

– NH – CO – O –

Isocyanat Hydroxyl Gruppe

Urethan VerbindungR1 R2

R1 R2

Katalysator: tertiäres Amin

(z.B. Dimethylethylamin)

Fig. 3

- 45,5- 27- 11Flammpunkt(Abel Pensky)

356589Siedepunkt[°C]

0,0040,040,4Geruchsschwelle[mg/m_]

CC2H5N(CH3)2(CH3)2CHN(CH3)2(C2H5)3NChemischeFormel

Dimethyethyllamin(DMEA)

Dimethylisopropylamin(DMIA)

Triethylamin(TEA)

ChemischeBezeichnung

KatalysatorDI

KatalysatorDMI

KatalysatorC

HandelsnameFurtenbach

Technische Daten von Cold Box Katalysatoren

Fig. 4

Benzol, Toluol und Xylol Emissionen

20

100

0

25

Gehalt an aromatischenKohlenwasserstoffen

in %

BTX Emissionin % (Vergleichstest)

Friodur 2024

Friodur 6000

Fig. 5

Salzbildungsreaktion von Amin mit der Absorbersubstanz

Aminkatalysator + organische Säure => organisches Salz

DMEA + H+A- => DMEAH+A-

(CH3)2(CH3CH2)N + H+A- => (CH3)2(CH3CH2)N: H+ A-

Fig. 6

0

100

200

300

400

500

600

Friodur 7000 Friodur 6000

Festigkeitsvergleich Friodur 7000 mit Fridour 6000

frische

Mischung

frische

Mischung

nach 2 h

Lagerung

nach 2 h

Lagerung

sof

sofsof

sof

1 h1 h

1 h

1 h

4 h

4 h

4 h

4 h

24 h

24 h

24 h

24 h

Testbedingungen: 100,0 GT Quarzsand H320,6 GT Friodur Teil A0,6 GT Fridour 2025 B

Hergestellt wurden +GF+ Biegeriegel;Verdichtung 3 Rammschläge; Lagerung derKerne bei 20°C und 50% Luftfeuchte;Katalysator DI

Das Ergebnis zeigt nicht nur eine Reduktion der GE/m3 (Bild 9),sondern auch eine völlig andere Hedonik. War in Probe 1 der„Fischgeruch“ deutlich wahrnehmbar, so konnte bei Probe 2 aus-schließlich der Harzgrundgeruch festgestellt werden (Bild 10). Die-ser Harzgrundgeruch war in Probe 1 durch den Amingeruch über-deckt und konnte nicht detektiert werden. Offen blieb die Frage, obdie Zugabemenge des Absorbers in der richtigen Dosierung erfolg-te. Die chemische Reaktion des Amins verbraucht den Absorberund eine Überdosierung führt zu keiner weiteren Verbesserung. Esist daher entscheidend, die Absorbermenge auf die zu erwartendeAminkonzentration im Kern abzustimmen. Bei stark wechselndenFertigungsbedingungen und/oder Kerngeometrien ist ein Kompro-miss zwischen Aminbindung und Absorberkonzentration im Binder-system notwendig.

PraxisergebnisseUm eine genauere Dosierung des Absorbers vornehmen zu können,wurden in zwei mittelständischen norddeutschen Giessereien erstePraxisversuche durchgeführt. In beiden Kernmachereinen war es zu-erst notwendig, das neue Bindersystem auf seine Einsatztauglichkeitbezüglich der Kernfertigungs- und Gusseigenschaften zu testen. Hierkonnten keine Veränderungen zum eingesetzten Serienmaterial fest-gestellt werden Daher wurde anschließend die jeweilige Kernmache-rei für eine Schicht auf das neue Bindersystem umgestellt. Bereitsnach 2 Stunden war eine deutliche Reduktion der Aminbelastung imBereich der Kernmacherei festzustellen. Weitere 2 Stunden späterkonnten sowohl die Mitarbeiter der Kernmacherei als auch kernma-chereifremde Personen keinen Amingeruch im gesamten Bereich derKernmacherei und im Kernlager mehr feststellen.Auf Messungen des MAK-Wertes wurde vorerst verzichtet, weilzum einen die subjektive Beurteilung sehr deutlich ausfiel, und zumanderen das neue Bindersystem erst eine längere Praxiserprobungdurchlaufen muss. Am Ende dieses Langzeitversuchs ist eine

behördliche Überprüfung der MAK-Werte für Amin im Bereich derKernmacherei vorgesehen.

ZukünftigeAspekteDer Absorber ermöglicht es, Amin effektiv zu binden. Allerdings giltes noch einige offene Fragen zu klären:● Einfluss des Absorbers und des Aminsalzes auf den Formstoff-kreislauf (etwaige Anreicherungen)

● Auswirkung auf die Schadstoffemissionen im Trockenofen beimTrocknen von Wasserschlichten (Aufspalten des Aminsalzes undFreisetzen von Amin)

● Einsatz des Absorbers in andere Harzsysteme (Furanharz – Bin-dung von Schwefelverbindungen)

● Messtechnischer Nachweis zur Vorlage bei Behörden (MAK Wert)

AbschließendGerüche zu neutralisieren ist ein Weg, diese zu beseitigen. Vor-rangig ist aber die grundsätzliche Vermeidung von Rohstoffenoder Prozessen, die Gerüche emittieren. Auch automatisierteQuantifizierung („künstliche Nase“) und mehr Gewichtung auf dieHedonik wären wünschenswert. Dass eine geruchlose Gießereinoch in sehr ferner Zukunft liegt, ist unumstritten, aber das Be-streben sollte dahin gehen, das Optimum an Geruchsreduktion zuerzielen. Mitarbeiter und Anrainer werden dafür dankbar sein.

Kontaktadresse:FURTENBACH GMBHA – 2700 Wiener Neustadt, Neunkirchner Straße 88,Tel: +43 (0)2622 64200, Fax: +43 (0)2622 64200 15,E-mail: g.eder@furtenbach.com, www.furtenbach.com

GIESSEREI-RUNDSCHAU 51 (2004) HEFT 7/8

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Fig. 7

Gaszahlen Friodur 7000

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

2468101214

1618

202224262830

cm≥/5sec

Gasmenge (cm≥) 0 0 , 83 , 27 , 2 1 0 ,1 2 ,1 3 ,1 3 ,1 3 ,1 3 ,1 3 ,1 3 ,1 3 ,1 3 ,1 3 ,

Gasstofl (cm≥/5sec . )

0 0 , 82 , 54 , 03 , 41 , 71 , 00 , 20 , 20 , 20 , 00 , 00 , 00 , 00 , 0

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0Sekunden

cm≥

Gasmenge und Gaststoßbestimmung

Probenbezeichnung:

100,0 GT Quarzsand H320,6 GT Friodur 7000 A0,6 GT Friodur 2025 B

Testbedingungen:

Prüftemperatur [°C]: 900Stickstoff [lit/min]: 1Spülzeit [min]: 2Härtetemperatur [°C]: -Härtezeit [s]: -Einwaage [g]: 1

Die Meßwerte beziehen sich auf 1 g Probe, Durchschnitt von 3 Messungen

Fig. 8

Gaszahlen Friodur 6000

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

cm≥/5sec

Gas menge (cm ≥ )0 0 , 83 , 06 , 8 1 0 ,1 2 ,1 2 ,1 3 ,1 3 ,1 3 ,1 3 ,1 3 ,1 3 ,1 3 ,1 3 ,

Gas s t ofl ( cm ≥ / 5s e c . )

0 0 , 82 , 33 , 83 , 6 1 , 50 , 90 , 40 , 20 , 00 , 00 , 00 , 00 , 00 , 0

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0Sekunden

cm≥

Gasmenge und Gaststoßbestimmung

Probenbezeichnung:

100,0 GT Quarzsand H32

0,6 GT Friodur 6000 A0,6 GT Friodur 2025 B

Testbedingungen:

Prüftemperatur [°C]: 900Stickstoff [lit/min]: 1

Spülzeit [min]: 2Härtetemperatur [°C]: -

Härtezeit [s]: -Einwaage [g]: 1

Die Meßwerte beziehen sich auf 1 g Probe, Durchschnitt von 3 Messungen

Fig. 9

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

GeruchsstoffkonzentrationinGE/m

≥*)

Friodur 6000 A Friodur VP1157-O

Gegenüberstellung der Geruchsemissionen(Darstellung der Einzelbestimmungen) Doppelbestimmung 1

Doppelbestimmung 2

Doppelbestimmung 3

= Friodur 7000 AFig. 10

Olfaktometrie Vergleich: Friodur 6000 A mit 7000 A

Harzgrund-geruch

710001 : 35Friodur 7000(VP 1157 – O)

6

Harzgrund-geruch

568001 : 35Friodur 7000(VP 1157- O)

5

Harzgrund-geruch

639001 : 35Friodur 7000(VP 1157- O)

4

Fischgeruch816501 : 35Friodur 60003

Fischgeruch899331 : 35Friodur 60002

Fischgeruch710001 : 35Friodur 60001

Geruchseindruck(Hedonik)

Meßwert[GE/m_]

VormischungIm Beutel

Luft[l/min]

ProbenBezeichnung

Probe Nr.

Seit mehr als 30 Jahren hat sich der Ashland-Cold-Box-Prozess in denGießereien etabliert. Durch kontinuierliche Weiterentwicklung derBindersysteme und der Verfahrenstechnik beträgt sein Anteil gegen-über anderen Kernherstellungsverfahren in Europa heute fast 60 %(Bild 1). Ein weiteres Wachstum wird prognostiziert. KomplizierteKerngeometrien sind maßgenau in kürzestmöglichen Taktzeiten dar-stellbar und stellen somit nach wie vor den wichtigsten Grundsteinfür Produktivitätssteigerungen einer modernen Serienfertigung dar.

Durch erweiterte Umweltauflagen und Absenkungen von MAK-Werten, insbesondere für Amine, waren und sind alle Bindemittel-hersteller aufgefordert, sich diesem Thema zu stellen. Kernfertigung,Abguss, Gussqualität und Kosten durften das erreichte Standardni-veau nicht absenken, sondern im Gegenteil, sollten es verbessern.

Die Generation sogenannter „Öko-Cold-Box-Systeme“, bei der tra-ditionelle Lösemittelkombinationen gegen Rapsmethylester (RME)ausgetauscht wurden, waren bezüglich Verbesserung bei der Kern-fertigung und reduzierter Emissionen beim Abguss sehr erfolgreich.Mittelfristig nahmen aber die Probleme beim Abguss zu: starke Ge-ruchs- und Qualmentwicklung, Probleme im Zulauf von Kernsandzum Formsand und ein höheres Gasaufkommen waren die Folge.Diese Probleme waren beim Leichtmetall-Kokillenguss noch offen-sichtlicher, da der Formsand als Filter fehlte. Aus diesem Grundefanden diese Cold-Box-Systeme beim Aluminiumguss keinen Markt.Die Geruchsentwicklung von Bindersystemen in der Kernfertigungund beim Abguss wird in letzter Zeit sehr hoch bewertet, da durcheine kritischere Nachbarschaft auch alte etablierte Giessereien Ver-besserungen erbringen müssen. Das IfG – Institut für GießereitechnikGmbH – in Düsseldorf hat hierzu ein Procedere entwickelt, das es er-möglicht, unter gleichbleibenden Rahmenparametern Bindersystemezu vergleichen. So konnte beispielsweise nachgewiesen werden, dassCold-Box-Binder gelöst in RME beim Abguss doppelt so hohe Ge-ruchseinheiten generierten, als sonst marktübliche Cold-Box-Binderoder andere emissionsreduzierte Cold-Box-Binder (Bilder 2 – 4).

Bei der Betrachtung von Geruch ist unbedingt darauf hinzuweisen,dass eine hohe Geruchsbelastung nicht gleichbedeutend ist mit ho-hen Schadstoffwerten oder Emissionen.

Ziel von neuen Entwicklungen war es, Cold-Box-Systeme zu konzi-pieren, die einerseits alle bisherigen Anforderungen bei der Kernher-stellung erfüllen, andererseits aber beim Gießprozess zu geringstenBTX-Werten und Geruchseinheiten führen sollten.

Unter dem Gesichtspunkt einer gesamtheitlichen Betrachtung wur-de dieses Ziel mit der Konzeption, Entwicklung und Markteinführungsogenannter ECOCURE® Cold-Box-Systeme erreicht. Dieser neueinnovative Marktstandard hat sich seit mehr als anderthalb Jahren invielen Gießereien etabliert und im Serieneinsatz bewährt.

Überall, wo ECOCURE im direkten Praxisvergleich mit neuestenGenerationen anderer Cold-Box-System-Anbieter verglichen wurde,konnte es durch seine Stärken überzeugen und seine Führungsrolledeutlich unter Beweis stellen.

Zusätzlich gelang es mit den neuen ECOCURE-Systemen die gefor-derte Absenkung des Amins am Arbeitsplatz zu unterstützen, da biszu 50 % weniger verwendungsübliche Amine benötigt werden, umeine optimale Aushärtung des Kerns zu gewährleisten.

HEFT 7/8 GIESSEREI-RUNDSCHAU 51 (2004)

133133

Es war Zeit für etwas Neues – GesamtheitlicheBetrachtung eines optimierten Cold-Box-Systems

Holistic Approach to an optimized Cold Box System

Dipl.-Ing. Günter Weicker: Nach dem Studi-um der Ausbildungsrichtung Chemie tätig als La-borleiter bei der ASK Chemicals Produktentwick-lung für alle Kern- und Formherstellungsverfahren.Anschließend Leiter der Anwendungstechnik mitProkura. Mitarbeit in verschiedenen VDG-Fach-ausschüssen und Dozent für VDG Weiterbildung.Seit 40 Jahren Mittler zwischen Forschung undEntwicklung und der Gießereipraxis im europäi-schen Raum.

Dr. rer.nat. Dietmar Chmielewski: Studiumder Chemie und der Betriebswirtschaft an diver-sen Hochschulen in Deutschland und Kanada. Seit1992 zunächst in der Lack- und Lackzulieferindu-strie in verschiedenen Positionen tätig. Wechselte2001 zu ASK und ist seit 2003 verantwortlich fürMarketing und Vertrieb.

Bild 1: Anteile aller Kernherstellungsverfahren europaweit – Stand 2002

Bild 2: Versuchsanordnungund Prinzipskizze derPyrolyseapparatur

Bild 3: Versuchsanordnung der olfaktometrischen Messungen

Das neuartige Systemgerüst findet mittlerweile breite Anwendung inden Cold-Box-Systemen der Ashland-Südchemie-Kernfest-Produkt-palette. In umfangreichen Praxistesten unter vorher optimierten Fer-tigungsbedingungen konnte der Aminverbrauch je nach Teilespek-trum zwischen 10–50 % reduziert werden. Überraschenderweisestellten wir im Marktvergleich fest, dass andere neuere Cold-Box-Generationen von Wettbewerbern, die ebenfalls die Zielvorgabehatten, die Geruchseinheiten zu reduzieren, den Nachteil eines er-heblich höheren Aminbedarfs aufzeigten.Zusätzlich wurden in Zusammenarbeit mit Geräteherstellern Impul-se für eine weitere Optimierung der Begasungstechnik und somitAbsenkung der absoluten Aminverbrauchswerte gegeben. Die Bega-sungstechnik hat sich in dieser Phase insgesamt weiterentwickelt.

Eine Verbesserung des Prozesses bezüglich der Werkzeugverfügbar-keit und der Sandmischungen im Hinblick auf Binderreduzierungbrachten weitere erhebliche Vorteile. Insbesondere die emittiertenGeruchseinheiten nehmen bei einer Binderreduzierung überpropor-tional stark ab und helfen außerdem, die Mehrkosten des neuenSystems zu kompensieren. (Bilder 5 + 6).Neben dem Lösungsmittel- und Harzkörpereinfluss auf die Geruchs-entwicklung beim Abguss hat die Additivauswahl ebenfalls einen er-heblichen Einfluss auf die Gesamtbilanz der Geruchseinheiten. Insbe-sondere marktübliche versiegelte Hartholzgranulate haben ein er-hebliches Geruchspotential.Durch olfaktometrische Messungen wurde nachgewiesen, dass sichbei Zugaben von 1,5–2,5 % (bezogen auf die Sandmenge) Hartholz-

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Bild 4: Messwerte im Vergleich verschiedener Cold-Box-Systeme Bild 6: Darstellung von Testergebnissen von LOW-AMIN Cold-Box-Systemen

Bild 5: Reduzierung des Aminbedarfs an einem Praxisbeispiel, bei dem sicheine durchschnittliche Aminreduzierung von 46,6 % ergab.

Bild 7: Ergebnisse der olfaktometrischen Messungen beim IfG – Vergleichverschiedener Additive an einem Cold-Box-System

granulat die Geruchseinheiten annähernd verdoppeln. Dieser Faktorund die erhebliche Erhöhung des Gasaufkommens sind zwei Negativ-parameter , die der erfolgreichen Blattrippenminderung gegenüber-stehen (Bild 7).

Die Entwicklung neuartiger mineralischer Additive zeigte erste posi-tive Praxisergebnisse. Die Blattrippen werden gleich gut reduziert,das Gasaufkommen erhöht sich nur unwesentlich oder gar nicht.Die Geruchseinheiten bleiben in Höhe und Wahrnehmung auf demCold-Box-Binderniveau und zeigen keinerlei Steigerungen.

In Grenzfällen, wo extrem dünn geschlichtet wird, war es sogar mög-lich, ungeschlichtet abzugießen und dabei eine vergleichbare Gus-soberflächenqualität zu erreichen. In diesem Bereich sind ausreichendIdeen vorhanden, die Additiv-Linie noch weiter zu optimieren.

ZusammenfassungIn aufwendiger Entwicklungs- und Praxisarbeit ist es gelungen, einCold-Box-Systempaket zu konzipieren, welches im Moment beigesamtheitlicher Betrachtung eine enorme Anwendungsbreite er-füllt und das Optimum im Markt darstellt. Im Vergleich zu markt-üblichen Standardsystemen zeigen sich folgende Vorteile:● geringste Geruchemissionen● geringste Schadstoffemissionen beim Abguss● geringste Binderzugaben bei der Kernfertigung● kürzere Taktzeiten, hohe Fertigungstiefe● reduzierte Reinigungsintervalle● hohe Produktivität● geringste Aminverbräuche● keine Probleme mit Kernsandzulauf zum Formsandkreislauf

Bild 8: Ergebnisse der BTX-Messungen beim IfG; Vergleich verschiedenerCold-Box-Systeme

In der konzentrierten Betrachtung wurden die Auswirkungen aufdie Gussqualität natürlich nicht vernachlässigt. Die Praxisergeb-nisse zeigten vergleichbare gute bis bessere Oberflächen mit zumTeil reduzierten Nacharbeitszeiten.

Im Vergleich zu anderen neuen Cold-Box-Systemen anderer An-bieter im Markt, stellt das ECOCURE-Additiv-Systemkonzept un-ter gesamtheitlicher Betrachtung ein Optimum dar (Bild 8) undhat sich seit mehr als anderthalb Jahren im Serieneinsatz beiführenden Giessereien bewährt und etabliert.

Kontaktadresse:Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH,D – 40721 Hilden, Reisholzstraße 16-18,Tel.: +49 (0)211 71103 0, Fax: +49 (0)211 71103 35,E-Mail: info@ashland-suedchemie.de, www.ashland-suedchemie.de

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Entstehung und Bekämpfung vonKernausdehnungsfehlern

Origin of and Measures to prevent Sand Core Expansion Defects.

Dipl.-Ing. Cornelius Grefhorst: Studium derAnalytischen Chemie an der Laborhochschule inArnheim/NL und der Gießereitechnik an derTechnischen Hochschule in Utrecht/NL. Danach 5JahreTtätigkeit im Entwicklungsbereich Papierindu-strie und 13 Jahre als Laborleiter einer Gießerei.Seit 1994 Spezialisierung auf tongebundene Form-stoffe in der Zulieferindustrie. Seit 1998 verant-wortlich für den Bereich F&E Gießerei bei IKO-bzw. S&B Industrial Minerals GmbH in Marl/D.

Dr.-Ing. Oleg Podobed: Absolvent der Fach-richtung Gießereitechnik an der Nationalen Tech-nischen Universität der Ukraine in Kiew. Danachvon 1996 bis 1998 Assistent am Lehrstuhl fürGießereiwesen der Eisen- und Nichteisenmetalle,anschließend Austauschwissenschaftler und Dok-torand am Gießerei-Institut der TU BergakademieFreiberg/D. Seit Oktober 2001 Mitarbeiter fürden Bereich Marketing Development bei IKO-bzw. S&B Industrial Minerals GmbH in Marl/D.

Die Weiterentwicklung der Kerntechnologien und der Bindemittelbrachte auch eine Erhöhung der spezifischen Festigkeit mit sich. Ne-ben einem geringeren Gehalt (sprich Verbrauch) an Binder im Kern-formstoff für das Erreichen eines geforderten Festigkeitsniveaus er-gaben sich auch eine ganze Reihe technologischer und wirtschaftli-cher Vorteile, wie verbesserte Auspack- und Regenerierungsmög-lichkeiten sowie eine Reduzierung der Emissionen und der Gasfeh-lerproblematik.

Heute sind nach wie vor organische Systeme, wie PUR Cold-Box,Warm-Box und Croning aktuell, wobei auch anorganische Binde-mittel rasante Fortschritte verzeichnen bzw. unter Umweltaspekteneine Wiedergeburt erleben. Die Merkmale eines zukunftsfähigenVerfahrens lauten „schnell, sauber, effektiv und wirtschaftlich“. Fürdie Kernherstellung werden hochmoderne und leistungsstarkeMischaggregate und Schießmaschinen mit kurzen, oft extrem kurzenTaktzeiten verwendet, für deren Betrieb eine hervorragende Fließ-barkeit und Verarbeitbarkeit des Kernformstoffes unabdingbar sind.

Das Erreichen von bereits im Gusszustand glatten und fehlerfreienGussteiloberflächen ist die Krönung aller Anstrengungen, die Gießerund Lieferanten täglich gemeinsam unternehmen müssen. Die Feh-lerneigung liegt in direktem Zusammenhang mit der Legierungsart,den Gießparametern Temperatur und Geschwindigkeit, der Kom-plexität und Gestalt des Gussteils, der verwendeten Kerne sowieder kern- und verfahrensspezifischen Charakteristika (Heißfestigkeit,Verformbarkeit).

Eine recht häufige Fehlererscheinung, die besonders bei der Kern-herstellung aus chemisch gebundenen Formstoffen auftritt, stellt dieBlattrippenbildung dar. Eine Umfrage in Großbritannien ergab z.B.,dass 85 % der befragten Gießereien Blattrippen als Problem beimCold-Box Verfahren ansehen [1]. Blattrippen entstehen durch dasEindringen des flüssigen Metalls in Risse an der Form- bzw. Kerno-berfläche (Bild 1). Ursache der Rissbildung ist die thermische Bela-stung des Formstoffes und die progressive, sprunghafte Quarzsand-ausdehnung beim Gießen und Erstarren.

Bei der Studie des Bildungsmechanismus sollte man beachten, dassdie Biege- und Zugfestigkeitswerte eines belasteten Querschnittsnur ca. 15 bis 25 % der Druckfestigkeit betragen, dies wird durcheine deutlich stärkere Problematik in rundlichen Kernen, an Eckenund Wandübergängen bestätigt (Bild 2).

Die aufgrund der thermisch-mechanischen Belastungen entstehen-den Zugspannungen in einer zylindrischen Kernwand können zurBlattrippenbildung führen. Die rechte Zeichnung in Bild 2 lässt dieZug- (T) und Biegespannungen (M) einer eckigen Konstruktion, diein der Praxis sehr oft vorliegt, erkennen; hier tritt die Problematikder Reduzierung des Winkelradius’ verstärkt auf.

Man kann der Blattrippenbildung auf verschiedene Arten, z.B. mitHilfe einer Schlichte, mit einem Zusatz zum Formstoff oder mit derAuswahl des Formgrundstoffes entgegenwirken [3]:● Verringerung der Ausdehnung durch Abpuffern (z.B. Holzmehl)

● Unterdrückung der Ausdehnung durch erhöhte Verformbarkeit(Harztyp)

● Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit (Kerngrundstoffauswahl)

● Veränderung der Oberflächenspannung an der Kontaktgrenze„flüssiges Metall-Formwand“ (Schlichten).

● Komplexe Wirkung (mehrere Maßnahmen)

1. Einsatz alternativer FormgrundstoffeUm dem ungünstigen Ausdehnungsverhalten entgegen zu wirken,werden vor allem thermisch hochbeanspruchte Kerne durch Ver-wendung von ausdehnungsarmen Kerngrundstoffen wie Chromit-sand, Mullitsand, Zirkonsand u.a. hergestellt. Dabei wird nicht nurdie Fehlerneigung behoben, sondern es werden auch höhere me-chanische Eigenschaften (durch schnelle Erstarrung) und Maßgenau-igkeit erreicht. Eine solche Arbeitsweise ist im Bereich Stahlguss und

beim Kernpaketverfahren (Möglichkeit eines separaten Regenerie-rungskreises) bekannt. So liegt die lineare Ausdehnung des Chro-mitsandes sowohl bei langsamer, als auch bei schlagartiger Erhitzungdeutlich geringer als beim Quarzsand.

Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften des Quarzsandes im Vergleichzum Chromerzsand [7].

Tabelle 1: Quarzsand vs. Chromitsand

Formgrund- Dichte Sinterpunkt Lineare Wärmeein- Wärmeleit-stoff [kg/cm3] [°C] Ausdehnung dringzahl f äh i gke i t

[%] [J/(m2·K·s1/2)] [W/m·K]Quarssand 2,65 >1600 0,6…1,2 1200 0,2…0,7Chromitsand 4,4…4,6 1800…1900 0,5 600…900 0,3…05

Die höhere Wärmeleitfähigkeit des Chromerzsandes führt zu gerin-geren Spannungsunterschieden in der Formwand und zu einerschnelleren Erstarrung der Schmelze, hiermit wird das Eindringendes flüssigen Metalls in die gebildeten, feinen Risse erschwert.

Zu den erwähnenswerten Nachteilen des Chromitsandes zählen al-lerdings ein hoher Preis, die begrenzte Verfügbarkeit und das hohespezifische Gewicht, welches das Kernschießen erschwert.

Bei der Verwendung von Einlegekernen aus Chromitsand bzw. ei-nem Zusatz von Chromitsand in Formen aus bentonitgebundenemFormstoff gelangt der Chromitsand anschließend in den Umlauf-formstoff. Wenn zusätzlich die Auffrischung des Sandsystems nurmit Kernsand erfolgt, wird der Formstoff sehr schnell mit Chromit-sand angereichert. Die folgende Kalkulation zeigt Systemveränderun-gen schon nach einem Tag:

Kernzulauf (20 % Chromitsand, 80 % Quarzsand)Flüssigeisen 30 tKernsand 4500 kg (davon 900 kg Chromitsand)Bentonit 1500 kgC-Träger 600 kgd.h. der tägliche Zulauf an Chromitsand beträgt fast 14 %(900/6600 x 100 = 13,6 %)

Aufgrund der in Tabelle 2 erläuterten Unterschiede sind auch Ver-änderungen und Schwankungen in der Verdichtung zu erwarten.

2.Verwendung von Schlichten

Feuerfeste Formstoffüberzüge finden ihre Anwendung auf harzge-bundene Kerne und Kernpakete, um eine befriedigende Gussteil-oberfläche zu erzielen [4]. Leistungsfähigkeit und Wirksamkeit sol-cher Schlichten sind kritische Größen im gesamten Prozess derGussteilherstellung.

Tatsächlich führt die durch Schlichte verbesserte Trennwirkung„Gussteil-Kernstoff“ zu besseren Auspackeigenschaften und zur Ver-ringerung der kosten- und energieintensiven Putzarbeit und Nach-bearbeitung. Die Schlichte kann mit einer isolierenden, aber auchmit einer „kühlenden“ Wirkung zur Beeinflussung der Erstarrungsei-genschaften ausgestattet werden. Penetration und Sandeinschlüssekönnen in den meisten Fällen sicher beseitigt werden. Auch dieFließbarkeit der Metallschmelze beim Formfüllen lässt sich dadurchsteuern.

Die Verwendung von Schlichten ist mit zusätzlichen Investitionenwie Equipment und Platzbedarf für das Auftragen und Trocknenverbunden. Besonders ist dies der Fall bei Schlichten auf Wasserba-sis. Kernwerkzeuge sollten mit Schlichteberücksichtigung entwickeltwerden. Trotz optimaler Anpassung der rheologischen Eigenschaf-ten ist es jedoch schwierig, eine gleichmäßige Schlichteschicht bei fili-granen Kernen zu gewährleisten. Bei dünnwandigen Teilen beein-flusst die Schlichtestärke zudem die Toleranzen und die Maßgenau-igkeit.

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Bild 1: Blattrippen bei einem Testgussstück und in der Verrippung einer in-nen ventilierten Bremsscheibe

Bild 2: Spannungen und Spannungsunterschiede in den Oberflächenschich-ten runder Kerne und an Wandübergängen, die zu Blattrippen führen kön-nen [2].

3. Zusätze3.1.HolzmehlHolzmehl ist einer der ältesten Zusätze. Bereits unsere Vorfahrenhaben Holzmehl z.B. für Tonerzeugnisse verwendet. Das Materialverbrennt schnell und der entstehende Hohlraum gleicht die Quarz-sandausdehnung aus. Die erreichbaren Festigkeitseigenschaften wei-sen jedoch einen starken Rückgang im Vergleich zum zusatzfreienKernstoff auf, was auf eine hohe „Saugkraft“ und Hydrophiliezurückzuführen ist. Eine Imprägnierung der Holzspäne konnte dieProblematik etwas entschärfen, jedoch sind die hohe Gasentwick-lung und eine Verschlechterung der Oberflächenqualität Nachteiledieser Technik. Ebenfalls steigen durch Holzmehl die Geruchsemis-sionen erheblich an.

3.2. EisenoxidEisenoxide bilden mit Quarz (SiO2) in reduzierender Gasatmosphä-re eine Schicht aus Fayalit. Diese Schicht ist relativ plastisch und min-dert die Druckspannungen und somit die Neigung zur Blattrippenbil-dung. Der Zusatz von Eisenoxid bewirkt eine deutliche Erhöhungder Heißfestigkeit und kann damit zum Teil die frühzeitige Entfesti-gung der Binderbrücken ausgleichen. Eisenoxid benötigt für seinechemische Aktivität eine gewisse Feinheit. Die dadurch bedingtegroße spezifische Oberfläche lässt den Binderverbrauch ansteigenoder mindert die Kernfestigkeit. Eine Eisenoxidzugabe im Quarzsanderniedrigt zudem den Erweichungspunkt (Sinterpunkt des Quarzsan-des), was zum Auftreten von Anbranderscheinungen führt.

3.3.Mineralische ZusätzeEine Verwendung von mineralischen Zusätzen hat im wesentlicheneine Blattrippenminderung durch eine angepasste Körnung und eineBeeinflussung der Wärmeleitfähigkeit zum Ziel. Die Gasentwicklungwird kaum verändert, es sei denn durch die Erhöhung der Binder-menge.In der Praxis finden verschiedene Mineralien wie Feldspat, Titanoxid,Aluminiumoxid, Mullitsand (Cerabeads) und glasartige Stoffe Ver-wendung.Diese Zusätze können oftmals erst ab einer Zugabe von ca. 7% dieBlattrippenbildung verhindern. Dabei wird jedoch die Oberflächen-qualität nicht positiv beeinflusst, sondern durch die Erniedrigung desSinterpunktes eher verschlechtert. Erst wenn bis zu 50% eines Zu-satzes zum Formgrundstoff zugegeben werden, ist mit einer Verbes-serung zu rechnen. In diesem Fall ist dessen Wirkung auf die imPunkt 1 beschriebenen Vorgänge zurückzuführen.

3.4.ANTRAPEXANTRAPEX® ist ein Gemisch aus synthetischen organischen undanorganischen Komponenten, das dem Kernsand zugesetzt wird, umsowohl die Blattrippenbildung zu vermeiden, als auch die Gussober-fläche zu verbessern (organischer Komplex). Dabei gelingt es, aufdas Schlichten der Kerne in erheblichem Maße bis vollständig zu ver-zichten [6].Beim Abgießen der Kernpakete bzw. Formen, die mit ANTRAPEX-Zusatz gefertigte Kerne enthalten, erweicht das ANTRAPEX, fülltdie Porenräume aus und produziert Glanzkohlenstoff. Die Erwei-chung reduziert die Druckspannungen und damit die Blattrippenbil-dung. Das Schließen der Porenräume und die Reduzierung des Be-netzens der Form durch das flüssige Metall führen zu geringerer Pe-netration und zu einer Verbesserung der Gussoberfläche (sieheBild 3).ANTRAPEX bildet nach thermischer Belastung eine reduzierendeAtmosphäre und Rückstände, die aus einem Gerüst aus C–Atomenbestehen. Dieser Vorgang findet auch bei der Verwendung vonGlanzkohlenstoffbildnern im Formsand statt. Kommt dieser Kern-sand nach seinem Zerfall in den Formsand (bentonitgebundenerFormstoff), so wirkt er sich günstig auf den Formsand aus. Ebenso

kann der Anteil an niederflüchtigen Komponenten im Glanzkohlen-stoffbildner reduziert werden. Wird der Kernsand thermisch regene-riert, fördert der C–Rückstand den Verbrennungsvorgang.Obwohl ANTRAPEX die Notwendigkeit des Kernschlichtens starkreduziert, muss folgendes beachtet werden:● nicht geschlichtete Kerne zeigen bei unsachgemäßem Transportmehr Abrieb

● mit Schlichte können schlecht verdichtete Kernoberflächen repa-riert werden

Bei der Anwendung von ANTRAPEX wird die Notwendigkeit einerzusätzlichen ortsgebundenen Schlichteanwendung selten rein pro-zess-technologisch begründet. Oft erfüllt diese Operation lediglichReparaturzwecke. Die Schlichte dient häufig der Erhebung von Feh-lern, die durch ungünstige Anschnittsysteme entstehen.Formgrundstoff, Anschnittsystem, Kornverteilung, Bindersystem spie-len eine wesentliche Rolle, sodass ein „Schlichtenfrei-Konzept“ im-mer als Gesamtsystem betrachtet werden sollte.Tabelle 2 bietet einen Überblick der Möglichkeiten zur Herstellungfehlerfreier Gussteile mit verbesserter Oberflächenqualität.

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Bild 3: Wirkung von ANTRAPEX

Wirkungsmechanismus von ANTRAPEXWirkungsmechanismus von ANTRAPEX

Sand

ANTRAPEX

ANTRAPEXerweicht

Temperatur

1. ReduzierungvonSpannungen

3. Glanzkohlenstoff, schlechtereFormstoffbenetzung durch flüssiges Metall

2. Erweichtes ANTRAPEX , Schließung derPoren

flüssiges Metall

Kern

Poren

(Zeichenerklärung:+++ = sehr gut, ++ =.gut, + = ausreichend, 0 =.keinEinfluß, - = ungenügend, -- = schlecht, --- = sehr schlecht)

andere imprägn. Eisen-Minerale Stärke ANTRAPEXSande Holzmehl oxide

Reduzierung derBlattrippen +++ +++ +++ + +++ ++

Biegefestigkeiten +++ + + ++ + ++SinterpunktFormsand +++ +++ -- -- +++ +++

Gussoberfläche 0 0 -- -- -- ++Formsand-Eigenschaften 0 0 -- -- 0 ++

Verbrauch -- -- ++ +++ -- +++ +Kernschießen -- -- 0 -- 0 -- 0Emissionen,Geruch, Gas 0 -- -- 0 0 -- -

Tabelle 2: Gegenüberstellung bekannter Zusätze im Hinblick auf Reduzie-rung der Fehlerneigung sowie Prozesskennwerte

Zusatz Biegefestigkeit in % vom AusgangsniveauPUR Cold-Box System PUR Cold-Box System0,6 % Harz/0,6 % Härter 0,9 % Harz/0,9 % Härter

ANTRAPEX 1 60 70ANTRAPEX 2 70 80Holzmehl,imprägniert

40 45

Eisenoxid 50 56

Tabelle 3: Biegefestigkeit der Proben mit und ohne Zusatz von ANTRAPEX

ANTRAPEX bewirkt keine Veränderung der Aushärtegeschwindig-keit, und sogar die Festigkeitswerte gehen nur leicht zurück. Mit derErhöhung des Bindergehaltes im Kernsystem wird der Festigkeitsver-lust noch geringer und wird die Blattrippenbildung wegen des höhe-ren Bindergehaltes reduziert (Tabelle 3).

Üblicherweise formiert sich ein maximales Festigkeitsniveau derKontrollproben bereits nach 6 bis 9 Stunden, im weiteren Verlaufstabilisieren sich die Eigenschaften und unter Umständen kann sogareine Entfestigung, z.B. aufgrund innerer Spannungen, beobachtetwerden. Bei der Form- und Kernherstellung ist dieser Prozessnoch etwas komplizierter und hängt von mehreren Faktoren wieKerngröße, Zeitpunkt der Kernentnahme und Lagerungsbedingun-gen ab.

Tabelle 4: Gasentwicklung untersuchter Formstoffe im Vergleich

Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, ermöglicht ein Zusatz von ANT-RAPEX durch optimale Einstellung der Zusammensetzung in Bezugauf existierende Fehlererscheinungen in einer Gießerei eine gezielteEinflussnahme auf die Art der Gussfehler wie Blattrippen und/oderPenetration.

Bevor die Maßnahmen zum Erreichen der gewünschten Wirkungund somit der besseren Gussteilqualität zusammengefasst werden,lohnt sich ein Überblick der bereits erfolgten praktischenErfahrungen bei der Anwendung von ANTRAPEX:

Ein klassisches Anwendungsbeispiel stellt die Herstellung von Mittel-kernen einer ventilierten Bremsscheibe mit dem PUR Cold-BoxVerfahren dar. Ein Zusatz von ca. 3 % ANTRAPEX bekämpft dieBlattrippenbildung vollständig und garantiert bei genauer Durch-führung der Arbeitsvorschriften und Empfehlungen das Erreichenpenetrationsfreier, glatter Gussteiloberflächen. Die technologisch be-dingten Unterschiede, die zwischen einzelnen Gießereien existieren,führen oft sogar innerhalb gleicher Bindersysteme zu erheblichenSchwankungen (Festigkeitswerte). Während bereits einige Faktorenoben angesprochen worden sind, müssen auch die folgenden Fakto-ren beachtet werden.

A) Quarzsande

Die Qualität des verwendeten Quarzsandes ist eine entscheidendeGröße, die eine Auswahl der Kernherstellungsverfahren beeinflusst.Sogar weltweit können Tendenzen der Entwicklung und Verbreitungder Kernverfahren mit der Verfügbarkeit hochwertiger synthetischerQuarzsande in Verbindung gebracht werden. So erlauben großeVorräte an Quarzsand in Europa die wirtschaftliche Kernherstellungmit dem PUR Cold-Box Verfahren, dagegen wird in Japan immernoch wegen des Mangels und Importbedarfs an reinen Quarzsandenmit Wasserglas gearbeitet.

Allein die Überschreitung des Schlämmstoffgehaltes des Basissandesbzw. Regenerates von 0,8 % kann zu Festigkeitseinbrüchen von biszu 50 % führen. Hier muss mit einer Erhöhung der Bindermenge fastim gleichen Maße ausgeglichen werden.

Kornverteilung und Kornform sind bei der Verwendung von Rege-nerat oder einem Neusand-Regenerat-Gemisch oftmals starkenSchwankungen ausgesetzt, was sich besonders bei einem Formstoffmit geringem Harzgehalt bemerkbar macht. Festigkeitsverluste durch

die Verwendung von feinen Basisstoffen können durch eine Er-höhung des Binderanteils kompensiert werden; dies führt allerdingsin den meisten Fällen zu einer erhöhten Gasabgabe und/oder zuUnwirtschaftlichkeit. Ein hoher Gleichmäßigkeitsgrad (GG) verur-sacht bekanntlich bei thermischer Belastung des Kernformstoffes er-höhte Spannungen, da alle Körner gleichzeitig den Umwandlungs-punkt β➝α Quarz durchlaufen. Dagegen findet bei einem niedrige-ren Gleichmäßigkeitsgrad auch eine weniger sprunghafte Umwand-lung des gesamten Kornspektrums statt.

B)Wasser (Feuchte)

PUR Cold-Box Systeme sind hydrophob, d.h. die Aufnahme vonWasser übt einen Einfluss auf die Bildung des dreidimensionalenVernetzungsgrades aus. Aber auch die Festigkeit (Oberfläche) be-reits gebildeter Binderbrücken wird durch Wasser reduziert(Bild 4).

Der negative Einfluss des Wassers und zwar vor allem die verzöger-te Aushärtung der inneren Kernschichten und ein allgemein verrin-gerter Festigkeitsspiegel zeigen sich dabei um so stärker, je geringerder Bindergehalt im Kernsandsystem ist. Da bei den gängigen gas-härtenden Cold-Box-Systemen die Verfestigungsreaktion ohne Bil-dung wasserhaltiger Nebenprodukte erfolgt, und die Festigkeitsei-genschaften grundsätzlich dadurch nicht gefährdet sind, sollten dieAdditive unbedingt wasserfrei und hydrophob sein und sollte eineanschließende Kernlagerung in trockenen Räumen (Feuchtigkeit bismax. 60%) stattfinden. Die Kernoberfläche kann auch durch dasAuftragen einer Wasserschlichte oder durch Kondensation, z.B. imFormkasten „nass“ werden.

Ebenfalls übt die Aushärtegeschwindigkeit einen Einfluss auf dieWasserempfindlichkeit bzw. Feuchtebeständigkeit der Kerne aus.Verläuft die Anfangsstufe der Aushärtung sehr schnell, so reduziertsich der dreidimensionale Vernetzungsgrad und es verbleiben deut-lich mehr niedrigmolekulare und hydrophile Strukturen. Die Poly-merstruktur wird spröde und das Wasser bekommt durch die Po-ren leichteren Zutritt ins Innere eines Kernquerschnitts.

Bild 4: Einfluss der Schlichtetrocknungszeit auf die Biegefestigkeit

C) GießparameterHohe Gießtemperaturen, die oftmals z.B. für die vollständige Form-füllung großflächiger, dünnwandiger Teile notwendig sind, erhöhendurch zusätzliche Wärmezufuhr, Beanspruchungszeit und Ober-flächenspannungen die Ausdehnung des Quarzgerüstes und die Be-netzung der Formoberfläche mit flüssigem Metall. Dies begünstigtdie Blattrippenbildung und erhöht ihre Größe und Ausbreitung.

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Zusatzstoff Gasentwicklung [ml Gas/1 g Probe]ANTRAPEX 1(überwiegend organisch) 400

ANTRAPEX 2 100ANTRAPEX 3

40(überwiegend anorganisch)Holzmehl 900Eisenoxid 30

Zusammenfassung undAusblickDie Suche nach innovativen und wirtschaftlichen Lösungen imBereich Form- und Kernstofftechnologie ist und bleibt ein hoch-aktuelles Thema [5]. Angesichts des steigenden Bewusstseinsvieler Gießereien in Fragen des Umweltschutzes und der nach-haltigen Gussteilfertigung sollten die angebotenen Lösungen vorallem umwelttauglich sein.Gegen Ausdehnungsfehler werden mineralische Zusätze, Eiseno-xide, Holzmehl, ANTRAPEX sowie alternative Sande verwendet.Alle organischen Zusätze erhöhen erfahrungsmäßig die Gasent-wicklung des Kernes, sie reagieren schnell und adäquat gegenBlattrippen. Somit können die benötigten Zusatzmengen geringgehalten werden.Mineralische Zusätze oder Formgrundstoffe wie Chromit etc. er-höhen nicht die Emissionen, deren Anwendung ist jedoch u.a.durch wirtschaftliche Faktoren, ungünstige Kernschießverfahrenund den Sinterpunkt des Formstoffes beschränkt.Eisenoxid reduziert effektiv die Blattrippenbildung, jedoch fallendabei die Festigkeitswerte und der Sinterpunkt des Kernformstof-fes stark ab.ANTRAPEX, ein Gemisch aus Glanzkohlenstoffbildnern und Mi-neralien, kombiniert die Vorteile der einzelnen, oben beschriebe-nen Vorgänge, wobei die Tatsache hervorzuheben ist, dass durchfrühzeitiges Erweichen und langsame Abgabe von Glanzkohlen-stoff die Gussoberfläche glatter wird.

Literatur:

[1] Jahresübersicht Formstoffe. Gießerei 88 (2001).

[2] Zukowsky S.S.: Festigkeit der Gießform. Moskau, Verlag für Ma-schinenbau, 1989. S. 232.

[3] Tilch W., Nitsch U.: Vermeidung von Ausdehnungsfehlern anKernformstoffmischungen. Vortrag zur internationalen Konfe-renz „Formstoffbedingte Gussfehler“, Milovy, CZ. S. 107–116.

[4] Birch T., Genzler C.: Steigerung der Gießerei Rentabilität durchdie Verwendung von Rheotec-XL-Schlichten. Gießerei-Praxis.(8), 2003. S. 327.

[5] Tilch W., Polzin H.: GIFA 2003 – Formstoffe, Formverfahrenund Maschinen zur Form- und Kernherstellung, Formsandaufbe-reitung und Regenerierung. Teil 2; Gießerei-Praxis(10), 2003.

[6] Grefhorst C.:. IKO Minerals GmbH. Firmeninformation.

[7] Flemming E., Tilch W.: Formstoffe und Formverfahren. Leipzig,Stuttgart: Dt. Verlag für Grundstoffindustrie.

Kontaktadresse:S&B Industrial Minerals GmbH,D – 45772 Marl, Schmielenfeldstr. 78,Tel.: +49 (0)2365-804 230, Fax: +49 (0)2365-804 231,E-Mail: info@ikominerals.com, www.ikominerals.com

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Die Entwicklung eines Kernfertigungssystems aufanorganischer Binderbasis zur Serienreife –

Innovation und Nachhaltigkeit in idealer Umsetzung*)Development of a Core Production System based on Inorganic Core Binder for Mass Production –

Innovation and Sustainability in ideal Implementation*)

Dr.-Ing. Rolf Gosch: Absolvent der Material-wissenschaften an der TU-Braunschweig. Nachleitenden Tätigkeiten in der Leichtmetall-Räder-fertigung der Mannesmann Kronprinz AG und ineiner Aluteam Gießerei von 1990 bis 2002 Ge-schäftsführer bei Hydro Aluminium Mandl & Ber-ger/Linz, seit 2003 Leiter der Produkt- und Pro-zess-Entwicklung.

1.Gussproduktion und Forderung zurNachhaltigkeitIm Jahr 2002 betrug die Weltgussproduktion● für Grauguss (GG) 38 Mio Tonnen● für Aluminiumguss (Al) 8,6 Mio TonnenHierbei liegt Deutschland auf Platz 5 (bei Al) bzw. 7 (bei GG),Österreich auf Platz 13 (bei AL) bzw. 30 (bei GG). Betrachtet mandie gesamte Gussproduktion weltweit, dann ist die Reihung dergrößten Erzeuger China, USA, Russland, Japan, Deutschland, Indien.Österreich liegt unter den 35 erfassten Industrieländern an 23. Stelle.Vor diesem Mengenhintergrund gewinnt die Forderung zur Nach-haltigkeit besonderes Gewicht. Langfristiges, nämlich über die Inter-essen der augenblicklich handelnden Generation weit hinausgehen-des Wirtschaften verlangt sowohl den Energie- und Rohstoffeinsatz

als auch die Belastung der Umwelt zu reduzieren. Dies sind wesent-liche Inhalte für den Begriff Nachhaltigkeit. Besonders zu dem letz-ten Punkt, Reduktion der Umweltbelastung, kann die präsentierteTechnologie einen wesentlichen Beitrag leisten. Gleichzeitig kanndies auch das Ansehen der Gießereiindustrie verbessern helfen, diein der breiten Öffentlichkeit als rückständig und veraltet angesehenwird. Innovationen wiederum können das Berufsbild unserer Bran-che wieder attraktiver machen.

2.Abschätzung des Formstoffeinsatzesanhand eines beispielhaften Produktspektrumseines Jahres4 Mio Zylinderköpfe im Kokillengussà 12 kg Bruttogewicht (Mittelwert) mit einemFormstoffeinsatz im ca. Verhältnis 1:1 48.000 t1 Mio Motorblöcke im Kernpaketsandgussà 250 kg Formstoffeinsatz (Mittelwert) 250.000 t

Zur Herstellung der Kerne werden das Cold Box-Verfahren und dasHot Box-Verfahren angewendet. Werden 1,2 Gew.% für organischeBinder angenommen, so entspricht dies einer Bindermenge von 3.570 t.Solche Binder auf Erdölbasis enthalten● Phenol/Furfurylalkohol● Formaldehyd● Lösungsmittel● Additiveund erzeugen Emissionen bzw. benötigen

*) Vorgetragen auf der 48. Österreichischen Gießereitagung am 22. April2004 in Leoben.

bei Kernherstellung/Kernlagerung● BTX (Benzol, Toluol, Xylol)● Formaldehyd● Aminbeim Vergießen● BTX● Formaldehyd● Phenol● PAK (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe)bei der Altsandentsorgung im Eluat● Phenolbei der thermischen Altsandbehandlung● ~ 850 t CO2/Jahr bei 60 t Sand/Tag1)bei der thermischen Abgasbehandlung● ~ 1700t CO2/Jahr bei 60.000 m3/h1)

Gelänge es nun, die organischen Binder durch anorganische zu er-setzen, so wäre die Situation grundlegend verändert:

Binder auf Erdölbasis AWB Binder aufBasis Wasserglas (Bild 1)

enthalten● Phenol/Furfurylalkohol ● Natronlauge/Soda● Formaldehyd ● Wasser● Lösungsmittel● Additive

und erzeugen Emissionen (Bild 2) bzw. benötigen

bei Kernherstellung/Kernlagerung (Bilder 3, 4)● BTX ● Wasserdampf● Formaldehyd

● Amin

beim Vergießen (Bild 5)

● BTX ● Wasserdampf● Formaldehyd● Phenol● PAK

bei der Altsandentsorgung im Eluat

● Phenol ● Natrium-Ionen

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1) Ist-Mengen sind hochzurechnen

2004-01-01 • Name • Page: 2

Die AWB® -Bindung

Wasserglasbinder Lösungsmittel: Wasser

ΔT

AWB-Binderbrücken (S ilikonkette)

Anorganisches Bindersystembasierend auf Na-Wasserglas:

x SiO2 • y Na2O • H2O

Bild 1: Die AWB®-Bindung

2004-01-01 • Name • Page: 3

Eliminierung gefährlicher Rauchentwicklung und Emissionen

Verbesserte Bedingungen für Belegschaft und Umwelt

Gussteil mit organischen Binder Gussteil mit AWB

Arbeitsplatzsituation bei organischenBindern und mit AWB®

Bild 2: Arbeitsplatzsituation bei organischen Bindern und mit AWB®

2004-01-01 • Name • Page:

o illenguss mit AWB®bei A andl Bergerhl- und chmiermittelr ume

Wassermantel ern

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Bild 3: AWB®-Kernfertigung und Kerne

2004-01-01 • Name • Page: 10

o illenguss mit AWB®bei A andl Bergerie technische An orderungen an die erne

- mit AWB werden alle Anforderungen erfüllt

r ualit tsgusseringe Oberfl chenrauhig eitein ernteilungsgrateine or se ernoberfl cheeine Besch digungen Auss lungen Br cheSaubere inschussmar en

m uss:hermische Best ndig eiteringe missionena haltig eit

Nach AbgussAusreichenden ern erfall

Beim inlegen der erneAbriebfestig eitStabilit tassgenauig eit

Bild 4: AWB®-Kerne in der Kokille

Rotacaster und organische Kerne Rotacaster und AWB®

Bild 5: Kokillenansicht nach Gebrauch von organischen und AWB®-Kernen

Summe thermische Behandlungen● ~ 2550 t CO2/Jahr für 60 t ● entfälltSand/Tag1) und 60.000 m3 Abgas/h1)

Daraus wird das immense Potential der anorganischen Binder er-kennbar. Außerdem wird man mit einer solchen „anorganischen“Gießerei ganz andere Erwartungen und Vorstellungen verbindenkönnen.

3. Entwicklungsablauf eines Kernfertigungs-verfahrens auf anorganischer Binderbasis zurSerienreife● Erfindung und Patentanmeldung 1996

● Systematische Prozessentwicklung an der Uni Duisburg und beider F&E-Abteilung der VAW, Bonn. Schaffung von Grundlagen

● Benchmark verfügbarer anorganischer Binder

● Erste Versuche an Serienzylinderköpfen 1999 bei Hydro Alu-minium Mandl&Berger

● Erster völlig „anorganischer“ Zylinderkopf März 2001 bei HydroAluminium Mandl&Berger

● Entscheidung zur Entwicklung der Serienfähigkeit bei Hydro Alu-minium Mandl&Berger entsprechend dem in den erteiltenSchutzrechten beschriebenen Prozess.

● Entscheidung zur Vermarktung/Lizenzvergabe des Prozessesdurch die Firma Minelco GmbH, Essen/Deutschland.

Der Kernfertigungsprozess ist beschrieben durch

● Verwendung eines anorganischen Binders auf Wasserglasbasis

● Schießen des Kernes in warmem Kernkasten unter angelegtemUnterdruck

● Physikalisches Aushärten des Kernes

● Austreiben der Restfeuchtigkeit und Durchhärtung mit Mikrowel-le nach Entnahme aus Kernkasten

Projektziele:

● Emissionsfreie und wirtschaftliche Kern- und Gussproduktion

● Nutzung von angepassten Standardanlagen, z.B. Kernfertigung,Trockenentkernung.

● Einfache Binderhandhabung, z.B. Transport, Lagerung, Entsorgung

● Regenerierbares Formstoffsystem

● Gute Oberflächen- und Gefügequalität (Bilder 6, 7)

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Wer weiter kommen will, muss über den Tellerrand hinausschauen – und so unsere Produkte für Gießereien entdecken,wie den Anlegesand MAS zur Vermeidung von Blattrippenund für bessere Kühlung. Oder das serienreife anorganischeBindersystem AWB® und MinSand , den neuen synthetischenKernsand von Minelco, der durch außergewöhnliche technischeEigenschaften überzeugt. Und wir wissen, dass selbst unserehärtesten Wettbewerber dies so sehen. Entdecken Sie mehrbei www.minelco.com und www.awb-info.com

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1) Ist-Mengen sind hochzurechnen

Sandanhaftungen im Kanalbereich nachmechanischer Entkernung

Sandanhaftungen imÖlraumbereich

Bild 6: Gussoberfläche nach mechanischer Entkernung, Kerne aus Quarzsand

4. Prozessfließbild der Pilotfertigung

Nach dem in Bild 8 gezeigten Ablauf werden bei Hydro AluminiumMandl&Berger in Pilotfertigungskampagnen jeweils ca. 30 Zylinder-köpfe unter Serienbedingungen gefertigt und ausgewertet. 24 h-und 8 h-Produktionstests werden gefahren, um Serienprozesspara-meter und Basisplanungswerte für die Großserienumsetzung zu er-mitteln.

5. Benchmark derVerfahren

Die Vorteile des AWB-Verfahrens sind aus Bild 9 deutlich erkenn-bar.

Die für einen neuen Prozess überraschend guten Erfahrungen ausden Testproduktionen innerhalb der Unternehmensgruppe und dievon Minelco GmbH organisierten und druchgeführten positivenVersuchsreihen bei externen Anwendern des AWB-Prozesses be-rechtigen zu der Prognose, dass für die Gießereiindustrie in zahlrei-chen Anwendungen der Weg von den organischen zu anorgani-schen Kernbindern beschritten werden wird.

Kontaktadresse:

Für den Inhalt des ArtikelsHydro Aluminium Mandl&Berger GmbH,Zeppelinstraße 24, A – 4030 LinzTel.: +43 (0)732 300 103 205, Fax: 609E-Mail: rolf.gosch@hydro.com

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GIESSEREI-RUNDSCHAU 51 (2004) HEFT 7/8

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Bild 7: Gussoberfläche nach mechanischer Entkernung, Kerne aus Olivinsand

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Beurteilungsmatri ergleich AWB mit W -

Kernschießen

TechnischerAufwand

Entkernen

Stabilität/Festigkeit

Lagerfähigkeit

Gasstoß

SandRegenerierfähigkeit

Binder Reaktivierbarkeit

Entsorgung

Produktivität

Kernkastentemperatur

Binder system Basis

WasserglasCO2

Wasserglas(chemischeHärtung)

- -- - -- - -- -- O R.T. CO2-Begasung

AWBHydro

Wasserglas(physikalischeHärtung)

O 6 -1 5 C Warmluft, Vakuum,Mikrowelle

Bild 9: Benchmark der Verfahren

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Binder / Additive/Wasser

ProduktKernschießen

MischenKernsand

neuregeneriert

bersicht AWB rozess

Härten

Mikrowellen TrocknungKern Lagerung/HandlingGießen

Entkernen/Kornvereinzeln

Bild 8: Der AWB®-Prozessablauf

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Großes Interesse – über 500 Teilnehmerwaren gekommen – fand der am 3. und4. Juni d.J. im Hilton Hotel München Park inder bayrischen Landeshauptstadt Münchenvon den deutschen Gießereifachleuten ver-anstaltete Gießereitag 2004.Nach mit großem Interesse angenomme-nen 7 Werksbesichtigungsmöglichkeiten amVormittag des ersten Tagungstages bot dasTagungsprogramm in 27 Vorträgen (in5 Sessionen) von Experten aus der Brancheund einer umfangreichen Firmenpräsentati-on den Beweis dafür, dass sich die Gieße-reiindustrie im Wettbewerb der Verfahrenund Werkstoffe durch ihre Innovationsfähig-keit behauptet und sich als Entwicklungs-partner vieler Branchen qualifiziert. Ein-drucksvoll wurde deutlich gemacht, dassmoderne Gussteile heute High-Tech-Pro-dukte sind.Ein abwechslungsreiches Begleitprogrammzeigte München als lebendige Weltstadtund bot mit einem Gießertreffen im Fest-saal des Hofbräuhauses und einem Fest-abend „über den Dächern von München“im Hilton München Park ausreichend Gele-genheit für persönliche Kontakte.

Kurzfassungen der gehaltenenFachvorträgeStrömungskontrolle beim Formfüllenmit MagnetfeldernDr.-Ing. S. Eckert, Dr.rer.nat. V. Galindo, Dr.rer.nat.G. Gerbeth, W. Witke, Dipl.-Ing. D. Buchenau, FZ Ros-sendorf, Dresden; R. Gerke-Cantow, H. Nicolai, U.Steinrücken, TITAL GmbH, BestwigEs ist aus theoretischen Überlegungen und prakti-schen Untersuchungen bekannt, dass beim Feinguss

eine in die Form einströmende Schmelze eine inihrem exakten Zahlenwert unbekannte Maximalge-schwindigkeit (Näherungswert: 0,5 m/s) nicht über-steigen darf. Füllt die Schmelze den Formhohlraummit einer höheren Geschwindigkeit, ergeben sichVerwirbelungen und Oxideinschlüsse, die sich nach-teilig auf die mechanischen Eigenschaften des Guss-teils auswirken. Es gibt Hinweise an Gussteilen, diediese Theorien stützen. Die Maximalgeschwindigkeitresultiert aus der Schmelze am tiefsten Punkt ausden geometrischen und flüssigkeitsdynamischen Ge-gebenheiten. Eine kontaktlose Regelung derSchmelzeströmung, welche durch Einsatz elektro-magnetischer Felder realisiert werden kann, ist of-fensichtlich wünschenswert und vorteilhaft im Ver-gleich zu mechanischen Lösungen.Das Hauptziel des hier vorgestellten Projektes be-steht darin, über eine kontaktlose Magnetfeldkon-trolle der Zuströmung ein für den Gießprozess op-timales Füllen der Gussform zu erzielen. Die Mög-lichkeiten zur Kontrolle der Strömung mit Hilfe ei-nes stationären Magnetfeldes wurden zunächst nu-merisch untersucht. Umfangreiche experimentelleDaten wurden in einem Modellversuch mit niedrig-schmelzenden Legierungen gewonnen, da das un-mittelbare Messen der Strömungsgeschwindigkeitbeim Gießen von Aluminiumlegierungen noch nichtmöglich ist. Aufbauend auf den Erfahrungen ausModellexperiment und Numerik wurde der Proto-typ eines Magnetsystems ausgelegt und beimGießen von Aluminiumlegierungen erfolgreich ein-gesetzt. Die Ergebnisse demonstrieren, dass dieStrömungsgeschwindigkeiten zu Beginn des Gießensmit dem Einsatz des Magnetfeldes z.T. drastisch re-duziert werden. Gleichzeitig konnte im Fall der Strö-mungskontrolle eine deutliche Reduzierung derFormfüllfehler am Gussteil nachgewiesen werden.Im Ausblick wird mit der Anwendung eines magne-tischen Wanderfeldes eine weitere attraktive Mög-lichkeit der Strömungskontrolle vorgestellt. Magneti-sche Wanderfelder wurden bereits in elektroma-gnetischen Pumpen eingesetzt und erlauben nichtnur ein Abbremsen der Strömung, wie im Fall desstationären Magnetfeldes, sondern auch eine Be-schleunigung der Strömung. Eine erfolgreiche An-wendung dieses Konzeptes wäre sehr attraktiv, daman hierbei sowohl die zu hohen Geschwindigkei-ten zu Beginn des Gießens vermeiden kann, sich

aber auch durch ein Umschalten des Induktorswährend des Gießens von Brems- auf Pumpwirkungdie Realisierung kurzer Gießzeiten verspricht.

Umwelt- und werkstoffgerechtesSchutzgaskonzept für das Gießenvon MagnesiumlegierungenFr.-W. Bach, A. Karger, S. Schaper, Institut für Werk-stoffkunde, Universität Hannover; C. Pelz, Linde AG,Unterschleißheim; R. Viets, Audi AG, IngolstadtDie derzeit bei der Verarbeitung von Magnesiumindustriell verwendeten Schutzgase haben entwe-der ein hohes Global Warming Potential (GWP-Faktor) wie SF6 oder wirken toxisch wie SO2.Der vorliegende Beitrag beschreibt eine neue Me-thode zum Abdecken von Magnesiumschmelzendurch Beschneien mit festem CO2. Die Nachteileder Anwendung von gasförmigem CO2 als Reak-tivgas wie die Entstehung von hochgiftigem Koh-lenmonoxid und festem Kohlenstoff können beidieser Schutzmethode vermieden werden. DaCO2 einen GWP-Faktor von 1 hat, stellt das Ab-decken der Magnesiumschmelzen mit CO2-Schneeeine umweltfreundlichere Alternative zur Verwen-dung von SF6 dar (GWP- Faktor ca. 25 000).Die Einleitung von CO2 unter hohem Druck inden Ofenraum erzeugt durch die Gasexpansion aneiner entsprechenden Düse festes CO2. In einemnachgeschalteten „Schneerohr“ kann der feine, kri-stalline Schnee zu Partikeln agglomerieren. DieserCO2-Schnee scheidet sich auf dem Schmelzbad abund senkt die Oberflächentemperatur der Schmel-ze (bei einer Temperatur von –78 °C hat CO2-Schnee eine Kühlleistung von 573 KJ/kg), was zu ei-ner verringerten Abdampfneigung des Magnesiumsführt. Andererseits erfolgt durch die Sublimationvon CO2-Schnee eine Gasexpansion, wodurch jeg-licher Sauerstoff von der Badoberfläche verdrängtwird.Ein Versuchsofen wurde für den Einsatz von CO2-Schnee umgerüstet. Die große Oberfläche desSchmelztiegels (1734 cm2) konnte gut mit den Be-dingungen in der industriellen Praxis verglichenwerden. Gasproben der Ofenatmosphäre wurdenfür eine kontinuierliche Messung des O2- bzw.CO-Gehaltes und somit für die Prozessüberwa-chung und -steuerung entnommen. Für die erstenUntersuchungen wurde AZ91 als Schmelzmaterialverwendet. In späteren Versuchen wurden auchreines Magnesium sowie AM50 untersucht.Nach dem erfolgreichen Abschluss der Laborver-suche erfolgte die Umsetzung des CO2-Schnee-Verfahrens im Industriemaßstab. Ein Mg-Schmelz-ofen (Rauch MDO 500) wurde für die entspre-chende Begasung umgerüstet. Bei den Untersu-chungen in der Versuchsgießerei der Audi AGwurde als Schmelzematerial AZ91 verwendet.Während verschiedener Tests wurde die Eignungdes CO2-Verfahrens für den gesamten Gießzyklusnachgewiesen. In keiner Phase (Nachchargieren,Abkrätzen, Warmhalten, Giessen) traten Anzei-chen für einen Brand auf der Oberfläche oder eineEntwicklung giftiger Gase auf. Die gemessene CO-Menge ist vernachlässigbar gering. Die gegossenenTeile entsprachen der üblichen Qualität.

Optimierter Trennstoffeinsatz beimAluminium-DruckgießenDipl.-Ing. U. Anders, Prof. Dr.-Ing. K. Dilger, Dr.-Ing. H.Pries, Technische Universität Braunschweig, Institut fürFüge- und Schweißtechnik, BraunschweigDurch die Anwendung von Trennmitteln beimDruckgießen entstehen bei diesem Verfahren

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Rückblick auf den Deutschen Gießereitag 2004HighTech in Guss – Zukunft made in Germany

28 Firmenpräsentationen im Foyer boten umfangreiche Informationsmöglichkeiten am Rande der Tagung

Emissionen, die in die Luft und in das Abwasserübergehen können.Ziel des Vorhabens war es, durch eine „intelligen-te“ Auftragtechnik und durch eine Modifizierungder Trennstoffkomponenten unter ökologischenAspekten zu einem optimierten Formtrennstoffein-satz zu gelangen. Auf diese Weise sollten die erfor-derlichen Auftragmengen und die entstehendenEmissionen deutlich reduziert werden. Außerdemsollten Untersuchungen zu den chemischen Reak-tionen und eventuellen Schadstoffbildungen durchdie thermische Belastung der Trennmittel-Kompo-nenten durchgeführt und daraus resultierendeEmpfehlungen zur Modifikation der Trennmittel ge-geben werden.Ergebnisse: Stand der Technik ist die Verwendungeines Trennstoff-Wassergemisches sowohl für dieKühlung der Form, wie auch für den Trennstoffauf-trag. Die innovative Idee war es, die beiden Aufga-ben soweit wie möglich voneinander zu trennen,also zuerst die Form mit Wasser zu kühlen und da-nach den Trennstoff gezielt und sparsam aufzutra-gen.Kühl- und Trennmittel konnten bereits erfolgreichgetrennt werden:● Bei gleicher Zykluszeit konnte der Trennstoffver-brauch im Durchschnitt um 25% und der Was-serverbrauch um 14% gesenkt werden.

● Aufgrund der optimierten Filmverdampfung ent-stand kein Trennmittelüberschuss, der ins Ab-wasser gelangen kann

● Die Emissionen konnten im Schnitt um 20% ge-senkt werden

Bei einem geschätzten Trennstoffverbrauch in derBundesrepublik von jährlich ca. 12.000 t kann da-von ausgegangen werden, dass durch diese Redu-zierung des Trennstoff-Wasser-Gemisches eindeutlicher Beitrag zum Umweltschutz geleistetwird.Um diese positiven Ergebnisse weiterzuführen,wurde nachfolgend ein Sprühkopfprototyp mit ei-ner programmierbaren Steuereinheit und einzelnansteuerbaren Düsen entwickelt und gemeinsammit einem Projektpartner gebaut.Durch die computerunterstützte Ansteuerung derDüsen ist eine weitere Einsparung von Trennmittelmöglich, da nur die Bereiche der Form besprühtwerden, die während des Gießvorganges mit derAluminiumschmelze in Berührung kommen. In derSerienproduktion einer Gießerei konnte ein Praxis-test erfolgreich durchgeführt werden. Daher ist dieWeiterentwicklung zu einem serientauglichenSprühkopf vorgesehen.

Neue Ansätze zur Reduzierung derBenzolfreisetzung aus Bentonit-gebundenem Formstoff beim AbgussDipl.-Ing. E. Brümmer, Süd-Chemie AG, Moosburg;Dr. rer. nat. H. Helber, IfG, Düsseldorf

Beim Gießen von Eisenschmelze aus Bentonit-ge-bundenem Formstoff tritt mit den Gießgasen im-mer auch etwas Benzol aus. Das kann zu Proble-men beim Arbeits- und Immissionsschutz führen.Die Reduzierung der Benzolbildung durch Auswahlder Einsatzstoffe brachte Verbesserungen, jedochsind diese unter den heutigen Umweltschutzauf-lagen nicht immer ausreichend.Grundlage für eine gezielte Beeinflussung der beider Benzolbildung ablaufenden Vorgänge ist dieKenntnis und systematische Beschreibung der kom-plexen physikochemischen Vorgänge und derGrenzfläche Metall-Formstoff bei hohen Tempera-turen. Insbesondere ist dies im Zusammenhang mitder Glanzkohlenstoffbildung zu sehen.Die Kohle im Formstoff zerfällt unter Wärmeein-fluss langsam in Wasserstoff, Koks und geringereMengen an flüchtigen Kohlenwasserstoffen. DerenHauptbestandteil ist Methan, daneben werden auch

geringe Anteile an Acetylen (Ethin) und Benzol ge-bildet. Diese Kohlenwasserstoffe reagieren unterWasserstoffabspaltung bei hohen Temperaturen inForm von Radikalkettenreaktionen weiter. Die ther-misch induzierten Radikal-Polymerisationen und-Additionen von ungesättigten Kohlenwasserstoffenin der Gasphase führen über Dutzende von Zwi-schenstufen – wie langkettige Aliphaten, Benzol,Toluol, polyzyklische Aromaten – letztlich zu denpolymeren Kohlenstoffmodifikationen Ruß undGlanzkohlenstoff (α-Kohlenstoff) sowie zu Teer.Die Benzolbildungsrate durch Synthese zeigt beizirka 1070 °C ein Maximum und kann – rohstoffab-hängig – viel bedeutender als die Benzolfreisetzungdirekt aus der Kohle sein.Da die Benzolbildung in den Gesamtmechanismusder Glanzkohlenstoffbildung eingebunden ist, ist esnicht ohne weiteres möglich, die Aromatenbildungzu unterdrücken und gleichzeitig die technisch ge-wollte Bildung des Glanzkohlenstoffs nicht zustören. Der entscheidende Ansatz liegt darin, einegeeignete Abfangreaktion zu finden und diese ineinem etwas kälteren Teil der Form ablaufen zulassen, wo die Glanzkohlebildung nicht benötigtwird.Es wird ein Verfahren vorgestellt, dass eine Redu-zierung der Benzolbildung in der thermisch belaste-ten Form möglich macht. Gleichzeitig werden ver-schiedene Modifikationen an Glanzkohlenstoffbild-nern hinsichtlich der jeweils erzielten Reduzierungder Benzolbildung bewertet. Die aus der Grundla-genarbeit resultierenden Vorschläge wurden aufihre technische Umsetzbarkeit geprüft und die ver-bleibenden Möglichkeiten in einer Pilot-Gießereiauf ihre Praxistauglichkeit bewertet. Die erzieltenFormstoffwerte und Gussergebnisse sowie die er-reichte Benzolreduzierung mit dem neuen Form-stoffsystem werden aufgezeigt.

Minderung von Gasbildung undEmissionen bei Polyurethan-Cold-Box-BindernDr. rer. nat. D. Chmielewski, Dipl.-Ing. G. Weicker, ASK,Hilden; Dr.-Ing. A. Schrey, IfG, Düsseldorf

Die Gießereichemie erlebt im Augenblick eine sehrinnovative Zeit. Neue anorganische Kernbinder-Technologien stehen bereits in den Startlöchernund warten darauf, dass sie im echten Serienbetriebzeigen können, was sie in der Lage zu leisten sind.Unabhängig von diesen neuen Zukunftstechnologi-en werden auch bestehende Cold-Box-Systemeständig weiterentwickelt, um sich neuen gewachse-nen Herausforderungen zu stellen. In gemeinsamerAnstrengung aller Beteiligten unserer Industrie wirddie Messlatte für den Einstieg neuer Technologiendurch die Verbesserung der bestehenden Techno-logien immer höher gehängt.In Zusammenarbeit mit Hydro Aluminium AlucastGmbH, dem Institut für Gießereitechnik, Düssel-dorf, MAGMA, Aachen, und Ashland-Südchemie-Kernfest (ASK) wurden Messmethoden entwickelt,mit deren Hilfe eine systematische Weiterentwick-lung bestehender Cold-Box-Systeme erheblich un-terstützt werden konnte.Die Ergebnisse, u.a. aus der BMBF geförderten Stu-die, haben bei ASK unmittelbar zu der Entwicklungneuartiger Cold-Box-Systeme geführt.Nach „ISOCURE“ und „ECOCURE“ heißt dieseneue Cold-Box-Generation „ECOCURE HC(ECOCURE High Carbon)“ und ermöglicht bei derHerstellung von Aluminiumguss eine weitere deutli-che Herabsetzung des Kondensats und der echtenEmissionen.ECOCURE HC stellt sich als neuer Benchmark fürdas schadstoffarme Gießen von Aluminium dar undhält gerade seinen Einzug in die Industrie. Geruchs-werte auf niedrigstem Niveau sind realisierbar.Die vorgestellten Ergebnisse lassen sich zum Teilauch auf den Eisenguss übertragen.

Geruchsarme Kernbinder fürdie SerienfertigungDr. U. Pohlmann, Hüttenes-Albertus Chemische Wer-ke GmbH, Düsseldorf; Dr.-Ing. U. Bischoff, VolkswagenAG, Gießerei, HannoverDie Gießerei von Volkswagen Nutzfahrzeuge fer-tigt jährlich ca. 2,0 Mio. Zylinderköpfe und 2,0 Mio.Saugrohre aus verschiedenen Aluminiumlegierun-gen. Am Standort sind ca. 1300 Mitarbeiter in derKokillen-, Sand- und Versuchsgießerei beschäftigt.Die Gießerei liegt in direkter Anbindung an einWohngebiet. Der Abstand des Gebäudes beträgtnur ca. 100 Meter. Mit Produktionsbeginn 1986gab und gibt es andauernd Beschwerden derNachbarn bezüglich Lärm und Gießereigerüchen.Während der ganzen Zeit besaß und besitzt dieGießerei alle notwendigen Zulassungen und hältalle Emissionsgrenzwerte ein. Im Jahre 2001 wurdedas Umweltmanagementsystem der Gießerei nachEMAS auditiert und zertifiziert.Um die Arbeits- und Lebensbedingungen darüberhinaus zu verbessern, wird in drei Zielrichtungenmit unterschiedlichen Lösungsansätzen gearbeitet:● NAD (Nachbarschaftsdialog), d. h. Entschärfungder Konflikte mit der Nachbarschaft sowie zwi-schen den Behörden und der Nachbarschaftdurch Dialog und Kommunikation;

● TEM (Technische Emissionsminderungsmaßnah-men) durch ständige Optimierung der Zu- undAblufttechnik und

● PIUS (Produktionsintegrierter Umweltschutz)Vermeidung von Gerüchen durch den Einsatzgeruchsarmer Bindemittel.

Die Gießerei Hannover arbeitet dazu in einer Ar-beitsgruppe unter Mitwirkung von anderen Gieße-reien, einem Kernschießmaschinenhersteller sowiemit Instituten und Hochschulen eng und partner-schaftlich zusammen.Parallel zu diesen Aktivitäten wurde Fa. Hüttenes-Albertus (HA) als Bindemittellieferant der GießereiHannover aufgefordert, geruchsminimierte Binder/Sandsysteme zu entwickeln, um die Herstellungvon Warmbox-, Shell-Moulding- und Cold-Box-Kernen zu optimieren.Da Geruchseindrücke sehr subjektiv sind und esbis dato keine brauchbare Prüfmethode zur Be-stimmung von Gerüchen gab, wurde Mitte des Jah-res 2001 ein zweijähriges, vom Bundesministeriumfür Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen desFörderprogramms „Integrierter Umweltschutz inder Gießereiindustrie“ mitfinanziertes Projekt mitdem Arbeitstitel: „Entwicklung geruchsarmer Bin-dersysteme für die Kernherstellung in einer Alumi-nium-Gießerei“ unter Beteiligung der Firmen Hüt-tenes-Albertus Chemische Werke GmbH, dem In-stitut für Gießereitechnik und der Volkswagen AGNutzfahrzeuge gestartet.

Die Anwendung von anorganischenFormstoffen auf Wasserglasbasis zurHerstellung von Kupferguss- undGusseisen-BauteilenDr.-Ing. H. Polzin, Prof. Dr.-Ing. habil. W. Tilch, TUBergakademie Freiberg, Gießerei-Institut, Freiberg/SachsenIm Rahmen eines durch das BMBF geförderten For-schungsvorhabens bestand die Aufgabenstellung,die Potentiale des umweltverträglichen Wasserglas-formverfahrens zur Form- und Kernherstellung inder Gießereipraxis zu überprüfen. Unter dem As-pekt der Forderung nach weiterer Verbesserungder Umweltverträglichkeit der Gussteilfertigung, be-sonders hinsichtlich der Emissionen, ist man in letz-ter Zeit wieder verstärkt auf der Suche nach Alter-nativen zu den heute eingesetzten organischen Bin-dersystemen. Neben neuen Entwicklungen, wieden Salzbindersystemen, rückt damit auch das klas-sische und mittlerweile zu großen Teilen aus derProduktion verdrängte Wasserglasverfahren wiederstärker in den Mittelpunkt des Interesses.

GIESSEREI-RUNDSCHAU 51 (2004) HEFT 7/8

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Ziele der Arbeiten im Zusammenwirken mit meh-reren Gießereien, die das Verfahren mit Erfolg an-wenden, waren daher:● Verbesserung der Eigenschaften der Wasserglas-bindersysteme zur Absicherung einer breiterenAnwendung des Verfahrens zur Form- und Kern-herstellung in den beteiligten Gießereien,

● Entwicklung von für die beteiligten Gießereibe-triebe geeigneten Regenerierungstechnologienzur Wiederaufbereitung der Altformstoffe und

● Ermittlung und Darstellung der Möglichkeiten undChancen, aber auch der Einsatzgrenzen des Ver-fahrens mit Aushärtung durch Kohlendioxid oderflüssigem Härter.

Neben dem Gießerei-Institut der TU BergakademieFreiberg waren ein Hersteller von Wasserglasbin-dersystemen und zwei Gießereien am Vorhabenbeteiligt. Auf dem Gebiet der Regenerierung konn-ten die Altsande einer dritten Gießerei in die Arbei-ten einbezogen werden. Durch das in diesen Betrie-ben erzeugte Gussteilspektrum mit Schiffpropeller-komponenten aus Aluminiumbronze, Armaturenaus Gusseisen mit Kugelgraphit und Walzengusser-zeugnissen aus legierten Gusseisenwerkstoffen wirdein breiter Anwendungsbereich für das Formverfah-ren abgedeckt.Die Ergebnisse des Vorhabens sollen weiteren amWasserglasformverfahren interessierten Gießereieneine Entscheidungshilfe zur weiteren bzw. verstärk-ten Anwendung dieses umwelt- und arbeitsplatzver-träglichen Formverfahrens geben. Durch seine posi-tiven Eigenschaften hat das Verfahren für bestimmteAnwendungsbereiche auch in Zukunft seine Da-seinsberechtigung und Entwicklungsmöglichkeiten.

Einsatz von mikrolegierten undverzinkten Stahlschrotten in Hoch-leistungs-MF-Induktionstiegelöfenzur Herstellung von GusseisenDipl.-Ing. G. Dybowski, Prof. Dr.-Ing. D. Hartmann, IfG,DüsseldorfMit den heutigen Hochleistungs-MF-Induktionstie-gelöfen stehen Eisengießereien optimale Schmelzag-gregate zur Herstellung von hochwertigem Gussei-sen zur Verfügung. Für einen kostengünstigen Be-trieb ist ein hoher Schrottanteil unumgänglich.Benötigt werden Schrottsorten mit hohem Rein-heitsgrad. Der Schrottanfall an sauberem Stahlalt-schrott und Gussbruch mit geringen Gehalten anStörelementen, wie er vor allen Dingen bei derHerstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit benötigtwird, ist allerdings begrenzt. Als Alternative werdenzunehmend mit Nb, Ti und V mikrolegierte Stahl-sorten aus der Automobilblechfertigung verwendet.Aus Korrosionsgründen sind diese Bleche in der Re-gel verzinkt. Im Rahmen eines AiF-Forschungs-vorhabens wurden am Institut für GießereitechnikUntersuchungen zum Einfluss von Mikrolegierungs-elementen sowie von verzinktem Stahlschrott aufSchmelzbedingungen, Feuerfestzustellung sowieWerkstoffeigenschaften von Gusseisensorten durch-geführt.Mikrolegierte Stähle enthalten Niob, Titan und Va-nadium einzeln oder kombiniert bis 0,22 %. Bei ho-hen Anteilen an diesen Stahlschrottsorten in derGattierung ist zudem der Mangangehalt zu beach-ten, der mit steigenden Festigkeiten der Blechsortenbis auf 1,6 % angehoben wird. Hohe Summengehal-te an Mikrolegierungselementen (> 0,2 %) bewirkentendenziell bei EN-GJS eine Verringerung des Qua-litäsindexes und eine Veränderung der GraphitformVI nach V. Im neutral zugestellten Tiegelofen ist miteiner gezielten Oxidation eine Absenkung der Be-gleit- und Spurenelemente möglich. Die Wirksam-keit einer Verringerung von Mikrolegierungselemen-ten aus dem Stahlschrott wird durch die Sorgfaltder Entfernung der dabei entstehenden Schlackebestimmt. Es bleibt eine Frage der Betriebssicherheitund der Kosten, ob diese Arbeitsweise im Indukti-onsofen angebracht ist. Beim Schmelzen von ver-zinkten Blechen finden sich die eingebrachten Zink-

gehalte als Zinkoxidstäube in den Filtern der Ofen-absaugung wieder. Entscheidend ist, dass ofenseitigFreibord, Spulenhöhe, Badhöhe, Leistung, Frequenzund Schmelzzeit so ausgelegt und abgestimmt wer-den, dass ein sicheres und wirtschaftliches Arbeitenmöglich ist. In der Schmelze bzw. im Guss werdenbei entsprechender Vorgehensweise unbedenklichtiefe Zinkgehalte erreicht. Zinkgehalte von < 200ppm in den Gusseisensorten sind üblich und zeigenkeinen Einfluss auf deren mechanische Eigenschaf-ten. Der Einsatz von verzinktem Schrott führt zukeinem außergewöhnlichen Verschleiß der Feuer-festzustellung, wenn die Sintercharge mit zinkfreienMaterialien geschmolzen wird.

Automatische Speiseroptimierungfür komplexe Modelle im Eisenguss –die zweite Generation der Gieß-simulationDr.-Ing. G. C. Hartmann, MAGMA GießereitechnologieGmbH, AachenDie Simulation der Formfüllung nach der Erstarrungvon Metallschmelzen hat einen festen Platz in vielenmodernen Gießereien gefunden. Heute werden mitder Simulation im Eisenguss Gefüge, Eigenspannun-gen und Schrumpfungsfehler vorhergesagt. Dabeiwerden nicht nur die thermophysikalischen Eigen-schaften einer Legierung, sondern auch metallurgie-spezifische Keimbildungs-, Unterkühlungs- und Gra-phitbildungseffekte für die Werkstoffgruppen EN-GJL, EN-GJS und GJV berücksichtigt.Seit den Anfängen der Gießsimulation ist jedoch ei-nes gleich geblieben: Die Vision einer selbstständi-gen Lösungsfindung für gießtechnische Problememit dem Computer. Es gab zwar immer wieder em-pirische Ansätze, deren breite Anwendung scheiter-te allerdings zu oft daran, dass sich das Gießen einerzuverlässigen Katalogisierung von Ursachen undWirkungen entzieht.In diesem Beitrag wird nun die Kombination derGießsimulation mit einem Optimierungsprogrammvorgestellt. Damit wird es möglich, berechnete Vari-anten automatisch im Hinblick auf vorgegebeneZielkriterien (z.B. niedrige Porosität und kleinesSpeiservolumen) auszuwerten, neue Varianten zukreieren und diese ebenso auszuwerten. Ein geneti-scher Algorithmus lässt dabei, quasi nach der Aus-wahlmethodik der Natur, positive Charakteristikawie niedrige Porosität und kleines Speiservolumennach den Gesetzen der Vererbungslehre „überle-ben“ und findet so die besten Varianten.Als Grundlage für die Optimierung dient das Bei-spiel einer konservativ ausgelegten Speisertechnikfür eine Modellplatte mit drei Gussteilen (EN-GJS)und jeweils zwei Naturspeisern pro Gussteil.Zunächst wird gezeigt, wie Optimierungskriterienund -ziele formuliert werden. Weiterhin wird doku-mentiert, wie der genetische Algorithmus eine opti-male Speisertechnik und eine optimale Positionie-rung der Gussteile auf der Modellplatte findet.Das Ergebnis der selbstständigen Optimierung isteine Verbesserung des Ausbringens von 25% auf80% sowie eine Verbesserung der Modellplattenbe-legung von drei auf vier Teile pro Klischee.Der sich aus der Optimierung ergebende erhebli-che wirtschaftliche Vorteil wird ebenfalls diskutiert.

Fertigungs- und Reparaturschweißenvon Großguss aus GusseisenDipl.-Ing. G. Metting, SLV, DuisburgGusseisenwerkstoffe gelten auch heute bei vielenFachleuten noch als nicht schweißgeeignete Werk-stoffe. Die Kundschaft der Gießereien, ja sogar vieleGießereien selbst, stehen der schweißtechnischenVerarbeitung von Gusseisenwerkstoffen kritisch ge-genüber. Dies geht soweit, dass GießereienSchweißarbeiten nur ungern selbst durchführen.Eine Umfrage bei den Gießereien ergab, dass dieüberwiegende Anzahl der Gießereien Fertigungs-

schweißungen durchführt. Die technischen Voraus-setzungen für eine fachgerechte Ausführung derSchweißarbeiten dürften somit in vielen Be