Erschienen in Giesserei-Erfahrungsaustausch 6/2004
MinSand - Mehr als nur ein neuer synthetischer Kernsand!
Wilfried Bender, Hydro Aluminium Deutschland GmbH


Seit Jahren erwartet die Gießereibranche in Europa, aber auch in anderen industrialisierten Ländern weltweit, dass weiter reduzierte Grenzwerte für Schadstoffemissionen zu extremen zusätzlichen Kostenbelastungen führen können, die die Wettbewerbsfähigkeit u. U. erheblich beeinträchtigen. Bis heute war die technologische Weiterentwicklung in der organischen Binderchemie weitgehend darauf ausgerichtet immer komplexere Strukturen, insbesondere zur Darstellung komplizierter Innenkonturen, zu realisieren. Bei dieser technologischen Weiterentwicklung sind allerdings hinsichtlich der Umweltverträglichkeit Grenzen gesetzt. Sowohl im Herstellungsprozess der Sandkerne wie auch im Abgussverhalten lassen sich die Emissionen nur begrenzt reduzieren.

Die Suche nach Wegen aus diesem Dilemma - die technologischen Anforderungen zu erfüllen, bei gleichzeitiger Berücksichtigung aller umwelttechnischen Erfordernisse - führt in die Anorganik. So wurden in jüngerer Vergangenheit mehr und mehr anorganische Binder angeboten, die die hochgesteckten technischen Erwartungen genauso erfüllen sollen wie die organischen Binder, aber dabei nahezu schadstofffrei sein sollen.

Die Hydro Aluminium Deutschland GmbH (HAD) hat auf diesem Gebiet seit einigen Jahren intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeiten betrieben. Die jetzt vorliegenden Ergebnisse zeigen ein hohes Potential für einen zukünftigen Serieneinsatz. Die Arbeiten bei der HAD waren konzentriert auf den AWB® Binder , der auch mit alkalischen Sanden (wie Olivin) eine Kernherstellung ermöglicht. Der AWB-Binder hat das Forschungsstadium inzwischen verlassen. Bei der Hydro Aluminium Mandl & Berger GmbH wurde die Gießereitauglichkeit bereits unter Beweis gestellt. Auf der GIFA 2003 wurde die Markteinführung durch den Vertriebspartner Minelco gestartet.

Aus der Zusammenarbeit mit Minelco hat sich jetzt als ein weiterer Entwicklungsschritt ergeben, einen neuen Formstoff mit dem AWB-Binder, zu testen. Grundsätzlich ist der Formstoff aber auch für eine Anwendung mit organischen Bindern geeignet. Dieser neue Formstoff überzeugte durch seine außergewöhnlichen technischen Eigenschaften und wird jetzt von Minelco unter dem Namen MinSand® angeboten. Bereits sein Aussehen und insbesondere seine Haptik verdeutlichen die Abgrenzung zu den heute verwendeten Quarzsanden. Seine Fließeigenschaften übertreffen die aller bisher eingesetzten Formstoffe, da der Sand aus nahezu perfekten Kugeln besteht, und die Oberfläche fein strukturiert ist (s. Bild 1).

Abb Oberfläche MinSand Kugel          Bild 1: Oberfläche von MinSand-Kugel, mit dem Trend zum Lotuseffekt.


Diese besondere Oberfläche führt bei ansonsten gleichgewählten Sandverteilungen und Binderzugaben auch zu enormen Festigkeitssteigerungen (um Faktor 2 und mehr) im Vergleich zu herkömmlichem Quarzsand oder den ebenfalls kugelig ausgeformten, aber weniger rauen Cerabeads®. Durch die Mikrorauhigkeit werden Binderbrücken gestärkt, wodurch ein großes Potential für die Reduzierung der notwendigen Bindermengen gegeben ist (s. Bild 2).

Abb MinSand mit Binderbrücken           Bild 2: MinSand mit Binderbrücken.

 

Da dies auch für Coldbox-Binder gilt, kann hier, auf die ersten Zeilen dieses Textes zurückkommend, der Schluss gezogen werden, dass dieser Formstoff auch ohne anorganische Binder bereits einen wichtigen Beitrag zur Reduktion der Umweltbelastung liefern kann.

Dem vollen Leistungspotential von MinSand wird man aber erst durch zusätzlichen Umstieg auf anorganische Binder gerecht. AWB-MinSand-Kerne dehnen sich thermisch in nur sehr geringem Maße aus und bleiben daher bei der thermischen Belastung beim Einsetzen der Kerne in die heiße Kokille formstabil. Im Aluminiumguss beginnt, trotz der thermischen Stabilität der Kerne, das Entkernen nahezu automatisch, wenn das Gussteil abkühlt. Die Schrumpfung des Aluminiums führt offensichtlich dazu, dass die spröden Binderbrücken auf den Kugeln durch Scherung platzen. Daher lässt sich eine AWB-MinSand-Mischung noch leichter mechanisch Entkernen als es ohnehin mit AWB Kernen bereits möglich ist.

Eine weitere Besonderheit des MinSandes ist seine hohe spezifische Wärmekapazität. Damit hat er die Fähigkeit, beim Abguss mehr Wärme aus der Schmelze aufzunehmen als Quarzsand oder Cerabeads. Bei künstlicher Beleuchtung sieht er schwarz aus. Im Sonnenlicht verändert sich der optische Eindruck in Richtung grau goldbraun glänzend. Dieser Glanz ist weit deutlicher in der Staubfraktion zu sehen, die kaum angeraute Oberflächen aufweist. Auch dieser Feinstsand lässt sich mit AWB verarbeiten und für Abgüsse mit besonders glatten Oberflächen verwenden. Weitergehende Anwendungsgebiete könnten sich für diesen Sand z.B. als Füllmaterial mit großer Masse (Schüttdichte 40% höher als bei Quarzsand), für Hohlräume mit nur kleiner Öffnung oder bei schwierigen Hinterschnitten eröffnen.


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HAD - Hydro Aluminium Deutschland GmbH, Köln, Deutschland, www.hydro.com
AWB® (Anorganischer Warmbox Binder): Entwickelt von Prof. Steinhäuser, Patentrechte bei HAD
Hydro Aluminium Mandl&Berger GmbH, Linz, Österreich
Minelco GmbH, Essen, Deutschland, liefert den MinSand® und AWB®
Cerabeads® vertrieb durch Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH, Düsseldorf



www.awb-online.com
MINELCO, Rüttenscheider Str. 14, D-45128 Essen, phone +49 201 45 06-0, fax +49 201 45 06-490