Pulverschlichten

Die vorliegende Erfindung betrifft Pulverschlichten sowie ihre Zusammensetzung, Herstellung und Auftragsverfahren auf verlorene Formen sowie auf andere mineralische und metallische Gegenstände (in weiter Folge als „zu beschichtenden Gegenstände" bezeichnet) in der Gießereiindustrie.

Die Fertigungsverfahren des Gießens werden im Allgemeinen nach der Modelleinrichtung, den Formstoffen, der Formherstellung und der Gießmethode unterschieden. Das Gießen wird hauptsächlich in zwei Gruppen unterteilt, nämlich

- Guss in verlorener Form und

- Gießen in Dauerformen.

Sonderverfahren sind dabei noch der Niederdruckguss, der Verbundguss, das Glockengussverfahren, der Kunstguss und der Abguss.

Verlorene Formen (darunter werden im Folgenden auch Gusskerne verstanden) werden zumeist aus Sand mit geeigneten Bindemitteln, so genannten Formstoffen, hergestellt.

Zur Formgebung ist ein Modell erforderlich, ein Muster des herzustellenden Gussstücks. Man unterscheidet hierbei Dauermodelle und verlorene Modelle, wobei Dauermodelle je nach Anforderung aus Kunststoff, Holz oder Metall hergestellt werden. Sie enthalten nicht nur das Abbild des Gussstücks, das gegossen werden soll, sondern auch den Anschnitt, das sind die Kanäle, durch die der Gusswerkstoff in die Form gefüllt und verteilt sowie durch die in der Form enthaltene Luft und beim Abguss entstehenden Gase abgeführt werden. Dauermodelle werden vom Formsand umgeben, der dann durch Rütteln und Pressen so verdichtet wird, dass er stabil ist. In der Regel werden Gussstücke beidseitig geformt, deshalb ist die Form in Unter- und Oberkasten geteilt, damit das Modell vor dem Abguss wieder entnommen werden kann. Danach werden Ober- und Unterkasten wieder passgenau zusammengefügt und der flüssige Gusswerkstoff wird in die so entstandene Form gegossen.

Die Bindemittel des Formsandes sind so ausgewählt, dass sie nach Möglichkeit

durch die Gießhitze zerstört werden und die Form dadurch von selbst zerfällt, anderenfalls muss die Form mechanisch zerstört werden, um das Gussstück entnehmen zu können.

Verlorene Modelle dagegen werden vor dem Abguss der Form nicht entnommen, die Form kann deshalb einteilig sein. Die Modelle werden nach dem Eingießen des Gusswerkstoffs zerstört, indem sie entweder verdampfen, ausschmelzen oder sich anderweitig zersetzen (z. B. Polystyrol), oder sie werden vor dem Guss ausgeschmolzen (Wachs, Kunstharze).

Der zur Anfertigung von verlorenen Formen (und Kernen) verwendete Formstoff besteht wie bereits weiter oben gesagt aus einem Formgrundstoff, einem Bindemittel und oft aus weiteren Zusatzstoffen. Der Formstoff muss in seiner Zusammensetzung auf das Form- und Kernherstellverfahren (z.B. Verdichtung, Schüttung), Gießmetall (z.B. Gießtemperatur) und auf den Zweck (z.B. größere Gasdurchlässigkeit bei Kernen) abgestimmt sein.

Ein großer Teil von Formen und Kerne erhält nach seiner Herstellung noch zusätzlich einen feuerfesten überzug. Diese überzüge führen zu einer sauberen Trennung zwischen dem Formstoff und dem Gießmetall und zu einer Verringerung der Oberflächenrautiefe der Gussstücke. Sie verhindern das Eindringen des Gießmetalls in den Formstoff und sorgen für ausreichende Erosionsbeständigkeit der Formoberfläche. Die üblichen nassen überzüge sind Schlichten (Schwärzen) und Formlacke, die sich durch Streichen, Tauchen, Fluten oder Sprühen aufbringen lassen. Als Schlichten oder Schwärzen werden dabei Suspensionen bzw. Dispersionen von feuerfesten Stoffen bezeichnet, die in Form eines dünnen überzuges auf Kerne, Formen oder Lost Foam- Modellen, Gießwerkzeuge in der Gießereiindustrie sowie auch andere mineralische und metallische Gegenstände aufgetragen werden.

Durch Aufbringen der überzugsstoffe lässt sich folgendes erreichen:

- Eine Glättung der Oberfläche,

- eine Trennung von Kern und Gusswerkstoff,

- eine Wärmeisolierung des Kerns / der Form als Schutz vor schockartiger Wärmebelastung des Sandes und

- Die Verhinderung von unerwünschten chemischen und thermischen Reaktionen zwischen Kernstoff und Gusswerkstoff.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Auftragsverfahren von Schlichten auf verlorene Formen und Kerne, Gießwerkzeuge in der Gießereiindustrie sowie auch andere mineralische und metallische Gegenstände.

Grossteils bestehen die derzeit verwendeten, konventionellen Schlichten nach ihrer Zubereitung aus etwa 30 - 50 % Lösungsmittel (Alkohol oder Wasser) bzw. werden die konventionellen „Trockenschlichten" vor der Anwendung in Lösungsmitteln (Alkohol oder Wasser) gelöst, genauer gesagt suspendiert oder dispergiert.

Nachteile der konventionellen Schlichten sind die energieintensive Herstellung und Aufbereitung, die ungleichmäßige Schichtdicke nach dem Auftragen, die großen Materialverluste, die Emissionsproblematik, die Gefahrenklasse betreffend Lagerung und Transport (Alkoholschlichten) und die hohen Transportkosten.

Aus technischer Sicht ist die Funktionalität einer Schlichte von der chemischen Zusammensetzung ihrer Bestandteile abhängig. Somit ist die Verwendung bestimmter Bestandteile, hauptsächlich mineralischer „Füllstoffe", durch die Anforderungen des Anwenders vorgegeben.

Bezogen auf die Trägerflüssigkeit gibt es grundsätzlich zwei Gruppen von Schlichten: a) Alkoholschlichten, bei denen als Trägerflüssigkeit Alkohol verwendet wird. Der am häufigsten eingesetzte Alkohol ist dabei Isopropanol, wobei zur Beeinflussung bestimmter Eigenschaften auch Zusätze von anderen Alkoholen (z.B. Ethanol und in etlichen Länder auch Methanol) Verwendung finden. b) Bei Wasserschlichten wird als Trägerflüssigkeit Wasser verwendet.

Die Auswahl der Trägerflüssigkeit richtet sich primär nach dem verwendeten Bindersystem, dem Produktionsablauf beim Anwender und der Trocknungsmöglichkeit bei der Verarbeitung der Schlichten.

Weiters können behördliche Auflagen den Einsatz von Alkoholschlichten unrentabel machen oder sogar verhindern. Aus Gründen der Arbeitssicherheit und des Umweltschutzes nimmt daher der Bedarf an Wasserschlichten ständig zu.

Aufgrund ihrer Konsistenz bzw. Belieferungsform werden die Schlichten wie folgt zugeordnet: a) Fertigschlichten: bieten ein hohes Maß an Gleichmäßigkeit und geringe Aufbereitungsarbeit, sind praktisch sofort einsetzbar. b) Pastenförmige Schlichten: werden meistens verdünnt und erfordern mehr Aufbereitungsarbeit als die Fertigschlichten. Die Verdünnung erfolgt beim Anwender. c) Zwei-Komponenten-Systeme (Pulver / Paste): die Verdünnung erfolgt beim Anwender, für die Fertigstellung ist allerdings eine Mischanlage erforderlich. d) Pulverschlichten: sind trocken, ihre Aufbereitung (Suspendierung oder Dispergierung) erfolgt zur Gänze beim Anwender.

Grundsätzlich müssen alle Schlichten, auch Fertigschlichten, unabhängig von ihrer Lieferform aufbereitet werden, um sie gebrauchsfertig zu machen. Der Aufwand für die Aufbereitung und dadurch mögliche Fehlerquellen unterscheiden sich jedoch voneinander.

Die Fertigschlichten sind aufgrund der durch Lagerzeit und Transport stattfindenden Sedimentation aufzubereiten. Da die Hauptaufbereitungsarbeit bereits vom Hersteller mit speziellen Mischaggregaten geleistet wurde, beschränkt sich die Aufbereitung in der Gießerei auf bloßes Homogenisieren, das hauptsächlich direkt im Liefergebinde erfolgen kann. Dabei sind hohe Scherkräfte zu vermeiden um eventuelle Veränderungen des Fließverhaltens der Schlichte auszuschließen. Vor der Aufbereitung der Schlichte sollte man niemals den Flüssigkeitsüberstand abschöpfen, da in diesem überstand die Bindemittel und Additive gelöst sind, welche die Anwendungstechnischen Eigenschaften der Schlichte maßgeblich beeinflussen.

- Vorteile: gebrauchsfertiger Zustand, Aufbereitung sehr einfach, konstante

Verarbeitungseinstellung durch den Hersteller garantiert;

- Nachteile: hohe Kosten für den Transport der Trägerflüssigkeit.

Für die Pastenschlichten gilt grundsätzlich dasselbe wie bei den Fertigschlichten, denn auch hier erfolgt die Hauptaufbereitungsarbeit bereits beim Hersteller. In diesem Fall gestaltet sich die Endaufbereitung beim Anwender aufgrund der Schlichtenkonsistenz schwieriger, da die erforderliche Zugabemenge an

Trägerflüssigkeit von der Paste nur sehr schwer aufgenommen wird. Abhilfe schafft man hier durch mechanisches Zerteilen der Paste mittels geeigneter Mischaggregate. Diese Lieferform wird gewählt, um hauptsächlich Wasserschlichten wirtschaftlich transportieren zu können. Die Aufbereitung der Pastenschlichten sollte nur in Etappen erfolgen.

- Vorteile: Transportkostenersparnis, geringes Maß an Fehlerquellen.

- Nachteile: schwieriger zu homogenisieren als Fertigschlichten, Kontrolle der

Verarbeitungsviskosität nach jeder Aufbereitung empfehlenswert.

Zwei-Komponenten-Systeme werden geliefert um gegenüber Wasserschlichten eine Transportkostenersparnis zu erzielen. Die Pulverkomponente ist eine Mischung aus Füllstoffen und pulverförmigen Additiven, die Pastenkomponente hingegen eine Mischung aus Suspensionsmittel, Füllstoffen, Bindemittel und flüssigen Additiven. Durch die pastenförmige Komponente ist der Quellprozess der Suspensionsmittel bzw. Verdicker in der Schlichte bereits abgeschlossen, es muss nur noch eine homogene Mischung von Paste, Füllstoffen und Trägerflüssigkeit erfolgen. Für diese Aufbereitung wird eine stationäre Mischanlage mit entsprechendem Rühraggregat (Dissolver) benötigt. _

- Vorteile: Transportkostenersparnis,

- Nachteile: Mischanlage erforderlich, Aufbereitung arbeitsintensiv, entsprechende

Staubabsaugung erforderlich.

Bei Pulverschlichten erfolgt die Aufbereitung vollständig beim Anwender. Um den Quellprozess zu beschleunigen sind hierfür Rühraggregate zu empfehlen, welche hohe Scherkräfte aufbringen. Ohne Anwendung von Scherkräften verlangsamt sich der Quellprozess der Inhaltsstoffe enorm, beeinflusst aber nicht die Qualität der fertig aufbereiteten Schlichte. Sollte der Quellprozess noch nicht abgeschlossen sein, können allerdings Probleme bei der Verarbeitung auftreten (Tauch- oder Streichverhalten, Ungleichmäßigkeit der aufgetragenen Schichte etc.).

- Vorteile: größte Transportkostenersparnis, hohe Lagerbeständigkeit;

- Nachteile: Aufbereitung beim Verbraucher, hohes Maß an Fehlerquellen, qualitativ hochwertige Mischaggregate erforderlich, Aufbereitung arbeitsintensiv, Staubabsaugung erforderlich.

Wie bereits erwähnt werden die Schlichten auf die Formen, Kerne und Gusswerkzeuge sowie auf mineralische und metallische Gegenstände herkömmlicherweise durch Tauchen, Fluten, Sprühen und Streichen aufgetragen.

Tauchen ist heute die schnellste und wirtschaftlichste Art der Beschichtung und kann bei konstantem Formteilprogramm auch gut durch Tauchroboter automatisiert werden. Der Vorteil vom automatisierten Tauchvorgang ist die Regelmäßigkeit. Bei dieser Beschichtungsart kann sich jedoch die überziehung der Kernmarken nachteilig auswirken, wenn die Teile zu größeren Systemen zusammengebaut werden müssen. Ein weiter Nachteil ist der Materialverlust während des Vorganges (Tropfen, Tauchbeckenreste etc.).

Fluten gehört wie das Tauchen zu einer rationellen Beschichtungsmethode und beschränkt sich nicht nur auf Kernteile. Eine Automatisierung der Arbeit ist bei dieser Methode schwer möglich, und die Gleichmäßigkeit der aufgetragenen Schicht ist schlechter als beim Tauchvorgang. Auch die Beschichtung der Kernmarken lässt sich schwer vermeiden. Auch bei dieser Auftragsart treten Materialverluste auf.

Sprühen gehört zu jenen Auftragsverfahren mit den höchsten Verlusten bezogen auf den Materialeinsatz, durch die Sprühnebel sind weiters zusätzliche arbeitssichemde Maßnahmen notwendig. Die Schichtdicke des überzuges schwankt je nach eingesetztem Mitarbeiter unterschiedlich stark und kann zu Gussfehlern führen.

Das Streichen ist sicher die einfachste aber zugleich zeitaufwendigste Form der Beschichtung. Ein wesentlicher Vorteil des Streichens besteht darin, dass Kernmarken und Kühleisen nicht überzogen werden müssen. Diese Form des Schlichtenauftragens ist hauptsächlich bei großen Kernen und Formen die wenig Trägerflüssigkeit aufnehmen dürfen, anzutreffen. Die Schichtdicke hängt sowohl von der Erfahrung des jeweiligen Mitarbeiters als auch von der Verarbeitungseinstellung der Schlichte ab.

Gemäß der WO 1980/01654 A1 wird eine Mischung aus Feuerfestpartikeln mit einem Polymer als Bindemittel vollständig beschichtet, wonach diese beschichteten Feuerfestteilchen durch ein elektrostatisches Pulversprühverfahren auf Formen aufgebracht werden.

Die DE 31 01 565 offenbart ein elektrostatisches Beschichten einer Kunststofffolie, wobei die Beschichtung auf die der Hinterfüllmasse zugewandte Seite der Folie

aufgebracht wird, bevor die Hinterfüllmasse eingebracht wird, sodass sich die Schlichte zwischen Kunststofffolie und Hinterfüllmasse (also verlorene Form bzw. Kern) befindet.

In der US 5,033,532 wird ein Verfahren beschrieben, wobei ein trockenes, pulverisiertes Isoliermittel auf die Oberfläche einer Form geschichtet wird, um eine poröse Isolierschicht auf der Formoberfläche vorzusehen. Es ist ein Aufbringen der Isolierschicht mittels elektrostatischen Beschichtungsverfahrens vorgesehen, andererseits geht aus dem Dokument klar hervor, dass die elektrostatisch aufgebrachte Isolierschicht auf dem Gussstück verbleibt, wobei das geschmolzene Metall in die poröse Isolierschicht eindringt und sich mit dieser unter dem hohen angewandten Druck verbindet.

Die EP 1 669 475 betrifft ein einfaches Pulverbeschichten eines Karosserieteils, wobei die Oberfläche des Karosserieteils vorbehandelt wurde, beispielsweise mit einer Lösung umfassend Zirkonium und einem Silan.

Der allgemeine Hintergrund zu Theorie und Praxis von elektrostatischen Sprühverfahren wird in Bailey:"The Science and Technology of Electrostatic Powder Spraying, Transport and Coating", Journal of Electrostatics, Elsevier Science Publishers B.V. Amsterdam, NL, vol 45, pages 85-120, 10.12.1998, XP004143550, ISSN 0304- 3886 zusammengefasst.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die mit herkömmlichen Auftragsverfahren für flüssige Schlichten verbundenen Nachteile zu vermeiden und bei einem Verfahren zum Auftragen eines feuerfesten überzuges auf verlorene Formen, Kerne sowie auf andere mineralische und metallische Gegenstände gleichzeitig die Vorteile der Verwendung von trockenen Pulverschlichten auszunutzen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der oben genannten Art vor Aufbringen des feuerfesten überzugs die verlorenen Formen, Kerne sowie andere mineralische und metallische Gegenstände mit einer Lösung, Dispersion oder Suspension eines Polymers beschichtet, mittels Aufbringen einer Elektrolytlösung leitfähig gestaltet werden und der feuerfeste überzug in Form einer trockenen Schlichte mittels eines elektrostatischen oder tribostatischen Pulversprühverfahrens aufgebracht wird. Im Unterschied zu den Verfahren des Standes der Technik werden im erfindungsgemäßen Verfahren die Pulverschlichten vor ihrer Verwendung nicht in Wasser oder Alkohol dispergiert oder suspendiert, sondern trocken auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgebracht. Das Auftragen der

Pulverschlichten erfolgt in einem stationären, geschlossenen, emissions- und staubfreien Prozess mit den entsprechenden Anlageeinrichtungen. Der Anteil der Pulverschlichte, der während des Auftragens nicht auf den zu beschichtenden Gegenständen haftet wird abgesaugt und in den Prozesskreislauf zurückgeführt. Pulverbeschichten oder Pulversprühen ist ein Beschichtungsverfahren, bei dem ein in der Regel elektrisch leitfähiger Werkstoff oder Gegenstand mit einem geeigneten Pulver beschichtet wird. Dabei wird das Pulver elektrostatisch oder tribostatisch auf den zu beschichtenden Untergrund aufgesprüht und anschließend eingebrannt. Im Vorfeld ist der Gegenstand jedenfalls gut zu entfetten. Beim tribostatischen Verfahren werden die Pulverpartikel durch Reibung elektrisch aufgeladen, um dann durch Druckluft auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgetragen zu werden. An diesem bleiben die Partikel dann aufgrund ihrer elektrischen Ladung haften. Wenn im Folgenden von einem elektrostatischen Verfahren die Rede ist wird darunter auch ein tribostatisches Verfahren verstanden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden vor Aufbringen des feuerfesten überzugs auf die verlorenen Formen, Kerne sowie auf andere mineralische und metallische Gegenstände diese mit einer Lösung, Dispersion oder Suspension eines Polymers beschichtet. Unter „Polymer" im Sinne der Erfindung sind alle organischen und anorganischen Polymerstoffe, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung gemeint, die in Wasser oder organischen Lösungsmittel gelöst, dispergiert oder suspendiert werden können. Die mit Polymerlösung besprühten Gegenstände werden ohne Trocknung dem Auftrag der Pulverschlichte zugeführt. Vorzugsweise kommen Thermoplaste und/oder Aminoplaste zum Einsatz. Thermoplaste weisen keine Vernetzungsstellen auf und sind bei Temperatureinwirkung schmelzbar, werden jedoch beim Abkühlen wieder fest, Aminoplaste, hauptsächlich Harnstoff- und Melaminharz, sind zwar Duroplaste, besitzen jedoch die Eigenschaft bei Temperatureinwirkung nochmals und nur einmal zu schmelzen (Flusspunkt der Aminoplaste), und werden bei einer weiteren Temperatureinwirkung fest. Weiters werden die Oberflächen der zu beschichtenden Gegenstände vor dem Auftrag der Schlichte mittels Aufbringen einer Elektrolytlösung leitfähig gestaltet. Der Auftrag kann dabei beispielsweise durch Tauchen, Fluten, Sprühen und/oder Streichen erfolgen

Vorzugsweise werden die Gegenstände nach dem Aufbringen der Elektrolytlösung und vor dem Auftrag der Schlichte getrocknet. Alternativ können die Gegenstände auch ohne vorheriger Trocknung elektrostatisch mit der Schlichte beschichtet werden.

Metallische Gegenstände bedürfen an sich keiner Vorbehandlung, da deren Oberfläche von Haus aus leitend ist.

Weiters ist vorteilhaft, wenn im erfindungsgemäßen Verfahren der mittels des elektrostatischen Pulversprühverfahrens in Form einer trockenen Schlichte aufgebrachte feuerfeste überzug in einem Ofen mit kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Beschickung erhitzt wird, vorzugsweise mittels eines Heizverfahrens ausgewählt aus der Gruppe umfassend Heißluft-Heizverfahren, Infrarot-Heizverfahren, Lichtimpuls-Aufwärmverfahren und Elektronenstrahl-Aufheizung, sowie Kombinationen hiervon. Beim Einbrennen der beschichteten Gegenstände verankert sich das enthaltene Polymer mit der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes und bildet einen geschlossenen, sehr gut haftenden Polymerfilm, der als Bindemittel fungiert und die pulverförmigen Füllstoffe der Schlichte bindet. Das Einbrennen erfolgt je nach der chemischen Zusammensetzung des enthaltenen Polymers bei Temperaturen zwischen 100 - 400 ⁰ C. Nach dem Erhitzen oder „Einbrennen" des feuerfesten überzuges können die derart geschlichteten bzw. beschichteten Gegenstände entweder direkt oder nach erfolgter Abkühlung dem Gießprozess zugeführt bzw. gelagert werden.

Wenn im folgenden von einem thermoplastischen oder aminoplastischen Polymer die Rede ist, so sind damit alle Polymere gemeint, unbeachtet der chemischen Zusammensetzung, die durch Temperatureinwirkung ihren Aggregatzustand von „fest" zu „pastös" oder „flüssig" ändern. Unter „aminoplastische Polymere" werden allgemein die Kondensationsprodukte von Aldehyden (z.B. Formaldehyd) mit Aminen (z.B. Harnstoff/Thioharnstoff, Melamin, Cyanamid) verstanden, beispielsweise Harnstoff-, Melamin-, Thioharnstoffharze u.a.

Weiters wird erfindungsgemäß bevorzugt, dass die trockene Schlichte zur Verwendung in diesem Verfahren mineralische Füllstoffe umfaßt, unter Vermeidung von rheologischen Additiven, wie Suspensionsmittel, Verdicker, Flussmittel oder Vernetzungsmittel. Die Pulverschlichten bestehend dabei - bis auf übliche Hilfsstoffe, speziell für ein elektrostatisches Pulversprühverfahren - praktisch nur aus den mineralischen Füllstoffen, ohne Suspensionsmittel, Verdicker, Flußmittel oder Vernetzungsmittel, welche beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht nötig sind.

Das Haften der mineralischen Füllstoffe auf die zu beschichtenden Gegenstände

sowie auf die anderen mineralischen und metallischen Gegenständen erfolgt durch die auf die Oberfläche der zu beschichtenden Gegenstände aufgesprühte Polymerlösung, -dispersion oder -Suspension.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind:

■ Eine gleichmäßige Verteilung der Schlichte auf die in der Gießereiindustrie verwendeten Formen, Kerne und Lost Foam-Modelle bzw. auf mineralische und metallische Gegenstände.

Einsparung von Rohstoffen, da bei den erfindungsgemäßen Pulverschlichten keine Suspensionsmittel, Verdickungsmittel, Netzmittel, Entschäumer etc. erforderlich sind.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Pulverschlichten erfolgt durch eine homogene Vermischung der eingesetzten Rohstoffe. Ein Aufschluss über mehreren Stunden, wie bei konventionellen Schlichen notwendig, ist nicht erforderlich. Somit ergibt sich eine Kosteneinsparung betreffend Personal- und Energiekosten.

Es handelt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren um einen lösungsmittelfreien bzw. lösungsmittelreduzierten Prozess, bei welchem keine oder extrem reduzierte Menge von organischen Emissionen anfallen.

Erhöhte Prozesssicherheit und ein gänzlicher Entfall der Schlichtenlagerung gemäß der VbF - Verordnung (Alkoholschlichten).

■ Sicherer Transport und Handling der erfindungsgemäßen Pulverschlichte sowie eine Vermeidung von Gefahrguttransporten.

Materialeinsparung durch die Vermeidung von Abfällen und Staubemissionen während des Auftragens der Pulverschlichten, da in einem geschlossenen System gearbeitet wird.

Einsparung von Transportkosten, da bei den konventionellen, lösungsmittelhältigen Schlichten etwa 50 % Lösungsmittel (Alkohol oder Wasser) transportiert werden.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nun durch die nachfolgenden

Beispiele näher erläutert werden.

Die Verfahren zum Auftragen der Pulverschlichten gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Kerne, Formen, Lost Foam-Modelle in der Gießereiindustrie sowie auf andere mineralische und metallische Gegenstände umfasst beispielsweise die folgenden Schritte:

- Vorbehandlung:

Die zu beschichtenden Gegenstände werden gereinigt und ihre Oberfläche mittels einer Elektrolytlösung leitfähig gemacht. Metallische Gegenstände bedürfen an sich keiner Vorbehandlung, da deren Oberfläche von Haus aus leitend ist. Erfindungsgemäß wird als Elektrolytlösung eine wässrige Lösungen eines Alkali-, Erdalkali- oder Metallsalzes oder eine verdünnte, wässrige Lösungen einer organischen oder anorganischen Säure oder Base verwendet. Der Auftrag kann dabei beispielsweise durch Tauchen, Fluten, Sprühen und/oder Streichen erfolgen, gewünschtenfalls werden die Gegenstände nach dem Aufbringen der Elektrolytlösung getrocknet. Es ist darauf zu achten, dass die zu beschichtenden Gegenstände möglichst keinen Faraday'schen Käfig bilden, ansonsten sollte statt einem elektrostatischen Verfahren eher ein triboistatische Verfahren angewandt werden.

Die zu beschichtenden Gegenstände werden nochmals gereinigt und ihre Oberfläche mit einer thermoplastischen oder aminoplastischen Polymerlösung durch Tauchen, Fluten, Sprühen und/oder Streichen beschichtet. Unter „Polymer" im Sinne der Erfindung sind alle organischen und anorganischen Polymerstoffe, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung gemeint, die in Wasser oder organischen Lösungsmittel gelöst, dispergiert oder suspendiert werden können, wie z.B. Polyacrylate, Polyvinylalkohole und Polyvinylderivate, Phenolnovolacke, Harnstoff- und Melaminharze, Polyamine, Polyamide, thermisch härtende öle und Naturpolymere wie Ligninderivate, Tanninderivate, Cellulosederivate, Stärkederivate, Polysacharide, Wassergläser und anorganische Polymere wie Polysilicate und Polyphosphate. Die Gegenstände können ohne Trocknung dem Auftrag der Pulverschlichte zugeführt werden.

Auftrag:

Die Schlichte liegt dabei in fester Pulver- oder Granulatform vor, umfasst jedenfalls eine Mischung von mineralischen Füllstoffen, wie z.B. Erdalkalioxide, Metalloxide, Graphit, etc. Die Schlichte kann ohne weitere Vorbereitung direkt zum Einsatz gebracht werden. Das Pulversprühverfahrenen (EPS-Verfahren) für den Schlichtenauftrag gestaltet sich wie folgt:

Zuerst wird in einem Pulverbehälter die Pulverschlichte mit Luft fluidisiert, d.h. mit Luftstößen aufgelockert. Die verwendete Luft darf einen Wasserdampfgehalt von maximal 1 ,3 g/m ³ aufweisen. Der Luftdruck beträgt 5 - 12 bar. Mit Hilfe von Injektoren wird das fluidisierte Pulver vom Behälter aus zur Sprühpistole z.B. eine EPS - Handsprühpistole vom Handel mit keramischer Düse, gefördert und dort mittels integrierter Hochspannungserzeugung (Nenneingangsspannung 10 V eff., Frequenz 15 - 20 kHz, Nennausgangsspannung 100 kV, Polarität negativ) elektrostatisch aufgeladen und in Richtung des zu beschichtenden Kerns, Form, Lost Foam-Modelle, mineralischen oder metallischen Gegenstandes ausgestoßen. Die Elektrostatischen Kräfte lenken die Pulverteilchen auf die zu beschichtenden Gegenstände.

Die zu beschichtenden Gegenstände müssen vor Beginn des Aufsprühens gut geerdet werden.

Der Anteil der Pulverschlichte, der während des Auftragens nicht auf die zu beschichtenden Gegenstände haftet (Overspray), wird abgesaugt und in den Prozeßkreislauf zurückgeführt.

Speziell für Kleinteile geeignet ist auch eine Variante, die im Wirbelbad arbeitet.

Die elektrostatische Aufladung der Pulverteilchen kann gemäß der vorliegenden Erfindung mit folgenden Typen von Sprühpistolen erfolgen:

- Korona-Sprühpistolen (am weitesten verbreitet): Die Pulverteilchen werden negativ aufgeladen. An den Koronaelektroden liegt eine Hochspannung von ca. 100 kV an. Dadurch werden Luftionen erzeugt, welche die Pulverteilchen elektrostatisch aufladen. Zu Störungen in der Beschichtungsschicht kann es evtl. durch den "Rücksprüheffekt" kommen. Dieser wird durch Luftionen hervorgerufen, welche die abgeschiedene Pulverschicht aufladen.

- Tribo-Sprühpistolen: Die Pulverteilchen werden positiv aufgeladen. Durch

reibungs-elektrische Vorgänge beim turbulenten Durchströmen der Pistole laden sich die Pulverteilchen elektrostatisch auf. Der Beschichtungserfolg hängt bei dieser Technik stark vom verwendeten Beschichtungsmaterial ab.

Zwischen dem geerdeten und vorher leitfähig gestalteten Gegenstand, z.B. einem Kern, und der Sprühpistole wird ein elektrisches Feld erzeugt, welchem die Pulverpartikel folgen. Je nach Anforderung entsteht dadurch eine Schlichtenschicht von 30 - 500 μm. Einen entscheidenden Einfluss auf das Beschichtungsergebnis hat die dabei Charakteristik der Sprühwolke. Geeignete Düsensysteme stehen für die Anpassung zur Verfügung. Im Verfahren der vorliegenden Erfindung eignen sich besonders Düsensysteme aus Keramik oder Edelstahl.

Einbrennen

Beim Einbrennen der beschichteten Gegenstände schmelzen die Polymere, welche in der vor Auftrag der Schlichte aufgebrachten Polymerschicht enthalten sind. Das geschmolzene Polymer verankert sich mit der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes und bildet einen geschlossenen, sehr gut haftenden Polymerfilm, der als Bindemittel fungiert und die pulverförmigen Füllstoffe der Schlichte bindet. Das Einbrennen erfolgt je nach der chemischen Zusammensetzung des enthaltenen Polymers bei Temperaturen zwischen 100 - 400 °C.

Angestrebt wird eine schnelle und effektive Aufwärmung und damit ein Einbrennen des aufgetragenen Schlichtepulvers. Dies kann z.B. mittels Heißlufttrocknung oder Strahlentrocknung erreicht werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung bieten sich für das „Einbrennen" der Pulverschlichten folgende Heizverfahren an:

Heißlufttrocknung: Eine effektive jedoch langsame Aufwärmung und Trocknung kann auch mit einer konventionellen Heißlufttrocknung erreicht werden

Infrarot: Wird meist mit Infrarotstrahlern durchgeführt, die eine Wärme von 200 ⁰ C bis 400 ⁰ C abgeben. Nach der Beschaffenheit und Oberfläche der beschichteten Gegenstände werden die Infrarotstrahlen von diesen absorbiert oder reflektiert. Der nicht reflektierte Strahlungsanteil führt zu einer raschen Temperaturerhöhung der Pulverschlichte und der zu beschichteten Gegenstände. Die schnelle Erwärmung der Pulverschlichte und das Schmelzen bzw. Fließen des thermoplastischen oder

aminoplastischen Polymers fordert ein genaues Einhalten der Aufheizzeit. Die Infrarotaufheizung ist nur bei Durchlaufverfahren anzuwenden, bei denen die Transportgeschwindigkeit auf das Trockengut genau abgestimmt werden kann, damit es an einzelnen Stellen des zu beschichteten Gegenstandes nicht zu überhitzungen der Beschichtung kommt.

Lichtimpuls-Aufwärmverfahren: Ist dem Prinzip nach eine Art UV - Strahlungsaufwärmverfahren. Bei dem Lichtimpuls-Aufwärmverfahren werden UV- Strahlen durch Reflektoren gebündelt und als parallele Bündel auf die Oberfläche der beschichteten Gegenstände gelenkt. Dadurch ist es möglich, den Abstand zwischen Oberfläche des beschichteten Gegenstandes und Reflektoren innerhalb eines Bereiches von etwa 1000 mm zu verändern. Diese Art des Aufheizens eignet sich besonders für Polyester- Polyurethan- bzw. Harnstoff- oder Melaminharze als Bindemittel. Die Aufheizdauer liegt zwischen 15 und 35 Sekunden.

Elektronenstrahl-Aufheizung: Dieses Verfahren dient zum Aushärten von Pulverschichten, die mehr als 400 μm dick sind. Sie härten in Bruchteilen von Sekunden vollständig aus, weswegen das Verfahren entsprechend hohe Bandgeschwindigkeiten ermöglicht. Bei diesem Verfahren werden von einem Wolframdraht Elektronen ausgesendet und in einem elektrischen Feld gebündelt. Die gebündelten Elektronen (Elektronenstrahl) bestreichen die ganze Breite des Förderbandes. Die Härtung des enthaltenen Polymers erfolgt ohne Wärmeentwicklung in einer etwa 100 mm langen Bestrahlungszone. Dieses Verfahren ist nur bei hohen Durchsatzmengen wirtschaftlich. Außerdem sind besondere Sicherheitsvorkehrungen notwendig, da die Strahlung für den Menschen sehr gefährlich ist.

Nach der Behandlung der geschlichteten oder beschichteten Gegenstände im Ofen werden diese direkt oder nach erfolgter Abkühlung der Weiterverwendung zugeführt oder gelagert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können nach Bedarf folgende Wellenbereiche gewählt werden:

Infrarot (IR): Wellenbereich 1 mm bis 800 nm; Frequenzbereich 3.1011 bis 3,75.1014 Hz.

Mikrowelle (MW): Wellenbereich, 1 m bis 1 mm; Frequenz 300 MHz bis 300 GHz).

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nun durch die nachfolgenden konkreten Beispiele näher erläutert. Alle Angeben sind in %-Masse.

Beispiel 1 : Beschichtung von Sandkernen und Lost Foam-Modellen

1.a. Vorbehandlung der Kerne:

Die Versuche wurden mit Cold-Box-, Hot-Box- und Furan- (No-Bake) -Sandkernen und Lost Foam-Modellen durchgeführt. Die zu beschichtenden Gegenstände wurden durch Tauchen bzw. Sprühen mit verschiedenen Elektrolytlösungen leitfähig gemacht. Mit jeder Lösung wurden jeweils acht Stück Cold-Box-, Hot-Box-, Furan (No-Bake) - Sandkerne und Lost Foam Modelle vorbehandelt. Davon wurden vier Stück getaucht und vier besprüht. Als Elektrolytlösungen wurden verwendet: a) 5,0 % MgSO4 -Lösung (pH 6,5). b) 5,0 % Na2HPO4 - Lösung (pH 9,1 ). c) 5,0 % Na2SO4 - Lösung (pH 5,5). d) 5,0 % Ni(CH3COO)2- Lösung (pH 5,5). e) 5,0 % FeSO4-Lösung. f) 10,0 % Zitronensäure (pH 1 ,8). g) 2,0 % H2SO4 (pH 1 ,5). h) 1 ,5 % H3PO4 (pH 1 ,8). i) 2 % KOH (pH 12).

1.b. Trocknung der Kerne:

Die Kerne und Lost Foam-Modelle wurden 5 Minuten lang bei 120 ⁰ C mittels Heißlufttrocknung getrocknet.

1.c. Auftrag der Pulverschlichte:

Je vier bereits vorbehandelten Sandkerne und Lost Foam Modelle wurden mittels des EPS-Verfahren mit Pulverschlichten folgender Zusammensetzung beschichtet.

Pulverschlichte 1 bestehend aus:

Zirkonmehl, Aluminiumsilicat, Fe2O3 (ohne Bindemittel)

Das Vergleichsprodukt ist eine Alkoholschlichte (d.h. gleiche Zusammensetzung jedoch suspendiert in Alkohol).

Pulverschlichte 2 bestehend aus:

Aluminiumsilikat, Graphit, Glimmer, Sintermagnesit, Bentonit, Fe2O3 (ohne Bindemittel).

Das Vergleichsprodukt ist eine Wasserschlichte (d.h. gleiche Zusammensetzung jedoch suspendiert in Wasser)..

.Die spezielle Zusammensetzung der Schlichten wurden ausgewählt, da solche Schlichten häufig in der Gießereiindustrie verwendet werden und die Schlichten Bestandteile mit sehr hoher bzw. niedriger Dichte, z.B. Zirkonmehl 3,9 - 4,8 g/cm ³ , Glimmer 2,7 - 2,8 g/cm ³ und Graphit 2,1 - 2,3.g/cm ³ , enthalten.

Zuerst wurden im Pulverbehälter der Beschichtungsversuchsanlage die Pulverschlichten mit Luft fluidisiert, d.h. mit Luftstößen aufgelockert. Die verwendete Luft hatte einen Wasserdampfgehalt von 0,9 g/m ³ , der Luftdruck betrug 8 bar.

Mit Hilfe von Injektoren wurden die fluidisierten Pulverschlichten vom Behälter aus zur Sprühpistole z.B. eine Korona-Handsprühpistole mit keramischer Düse, gefördert und dort mittels integrierter Hochspannungserzeugung (Nenneingangsspannung 10 V eff., Frequenz 15 - 20 kHz, Nennausgangsspannung 100 kV, Polarität negativ) elektrostatisch aufgeladen und in Richtung der vorbehandelten und geerdeten Sandkerne bzw. der Lost Foam Modelle ausgestoßen.

Der Anteil der Pulverschlichte, der während des Auftragens nicht auf die zu beschichtenden Gegenstände haftet (Overspray), wurde abgesaugt und in den Prozeßkreislauf zurückgeführt.

1.d. Einbrennen der Pulverschlichten:

Die beschichteten Kerne und Lost Foam Modelle wurden mittels Heißlufttrocknung 15 Minuten bei 250 ⁰ C und IR-Trocknung 5 Minuten bei 300 ⁰ C behandelt.

Die aufgetragene Pulverschicht wies eine Dicke von 200 - 250 μm auf.

Gussergebnisse

Die in Beispiel 1 beschichteten Sandkerne und Lost Foam-Modelle wurden in der Gießerei in Eisengrauguss gegossen.

Als Vergleich dienten Sandkerne und Lost Foam-Modelle, die mit dem jeweiligen Vergleichsprodukt Alkohol- bzw. Wasserschlichte beschichtet sind.

Die unter Verwendung der pulverbeschichteten Sandkerne und Lost Foam- Modellen hergestellten Gussstücke weisen die gleiche Qualität auf wie die unter

Verwendung der jeweiligen Nassschlichten hergestellten Gussstücke.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen Fig 1 einen Querschnitt eines pulvergeschlichteten Gegenstandes und Fig. 2 eine gemäß der vorliegenden Erfindung konzipierte, großtechnische und automatisch arbeitende Anlage zur Verarbeitung von Pulverschlichten nach dem EPS-Verfahren.

Gemäß Fig. 1 ist ein erfindungsgemäß pulvergeschlichteter Gegenstand im Querschnitt aus der Pulverschicht (1), einer leitfähigen Schicht und Polymerschicht (2) und dem Gegenstand selbst (3) aufgebaut.

Gemäß Fig. 2 besteht eine Anlage zur Verarbeitung von Pulverschlichten nach dem EPS-Verfahren aus folgenden Komponenten:

• Druckbehälter für die Lagerung der Pulverschlichten.

• Druckbehälter fürs Overspray (Recyclingmaterial).

• Druckluftleitung (> 6 bar).

• Fördersystem (Förderbahn).

• Kabine zum „leitfähig machen" der zu beschichteten Kerne, Formen, Gusswerkzeuge und mineralischen Gegenstände mit Sprüheinrichtung.

• Apparatur zur elektrostatischen Aufladung der Pulverschlichten und Sprühpistole.

• Beschichtungskabine.

• Gebläse für die Absaugung und Förderung des „Overspray's" (Restschlichte).

• Einbrennofen.

• Kühlanlage.

• erforderliche Rohrleitungen.

Der Aufbau der Anlage ist einem Fachmann bei Betrachtung von Fig. 2 geläufig, sodass darauf nicht näher eingegangen werden muss.