Schülpe

Dieser formsandbedingte Gussfehler kommt bei Gussstücken aus allen Gusswerkstoffen vor, die in bentonitgebundenen grünen Formen hergestellt werden (siehe Bentonit, Gründsandform).

Vorzugsweise treten Schülpen flächenartig an der Oberseite des Gussteils (Formraumdecke), aber auch am Formraumboden auf. Hochverdichtete Partien in der Form sind besonders gefährdet. Vergesellschaftet mit Schülpen treten häufig auch Blattrippen (hier vor allem an Kernpartien) und Rattenschwänze auf. Alle diese Fehler sind mit freiem Auge sichtbar und führen in der Regel zum Ausschuss des Gussstückes.

Schülpen (Bilder 1 und 2) sind durch Schalenbildung entstandene, unregelmäßige metallische Ansätze auf der Gussstückoberfläche von nur wenigen Millimetern Dicke, die meist scharfkantige Ränder haben und mit dem Gussstück fest verbunden sind.

Man unterscheidet zwischen Deckenschülpen, also jene, die sich an der oberen waagerechten Formwand bilden, und Bodenschülpen, die unterhalb der Gießmetallströmung am Formenboden auftreten.

Blattrippen entstehen ebenfalls durch Schalenbildung, doch bricht diese nicht auf, sondern wächst infolge der Quarzausdehnung in den Formhohlraum hinein, so dass das Gießmetall den entstandenen Spalt hinterfüllt und einen rippenartigen Ansatz bildet. Sehr häufig wird die Blattrippenbildung bei kunstharzgebundenen Kernen (im allgemeinen Sprachgebrauch hier ebenfalls als Schülpen bezeichnet) beobachtet.

Die Hitzeeinwirkung (Strahlung, Wärmeleitung) durch das Gießmetall führt zu einer thermischen Expansion des Formstoffes. In der Folge treten wegen der Temperaturunterschiede in den einzelnen Formzonen beträchtliche Spannungsunterschiede auf. Diese Spannungen führen zur Beeinflussung der Oberflächenschichten der Form bzw. der Formwände.

Durch die Quarzausdehnung, besonders als Folge der reversiblen Quarzumwandlung bei 573 °C, entstehen Druckspannungen in den Oberflächenschichten der Form, die zur Schalenbildung führen. An der Grenzschicht zwischen der hocherhitzten Schale und dem dahinter liegenden, noch relativ kühlen Sandballen treten Zugspannungen auf, die vom Formstoff aufgenommen werden müssen, wenn keine Ablösung entstehen soll. Die Zugfestigkeit von Gründsandform (Nassguss), d. i. Nasszugfestigkeit, entscheidet darüber, ob es zur Aufwölbung oder Ablösung einer Schale und somit zur Blattrippen-Rattenschwanz- oder Schülpenbildung kommt.

Als Faustregel kann der Quotient aus Druckspannung und Nasszugfestigkeit nach Glg. 1 als ein Maß für die Fehlerneigung

Glg. 1:
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zur Schülpenbildung angenommen werden. Den Druckspannungen wirken die Verformbarkeit der Formwand (des Formstofffes) und die Haftfestigkeit auf dem Untergrund, d. h. die Höhe der Nasszugfestigkeit in den dahinterliegenden Formstoffschichten, entgegen. Überschreiten die mechanisch-thermischen Beanspruchungen (Spannungen) die Verformbarkeit und die Festigkeit im Belastungsquerschnitt, kommt es zur Ausbildung dieser Fehler, die in Bild 3 schematisch dargestellt und beschrieben sind.

So entstehen Deckenschülpen aus der Kondensationszone in der Formoberfläche infolge der dort auftretenden Druckspannungen, die die Formwand auftreiben und heben (Bild 3a). Dieser Vorgang wird allgemein als Schalenbildung bezeichnet. Blattrippen sind ebenfalls durch Schalenbildung verursacht (Bild 3b), wobei die Schale nicht aufbricht, so dass am Gussteil eine gratartige erhabene Naht sichtbar wird. Durch erhöhte Putzarbeit kann diese Blattrippe entfernt und das Gussteil eventuell gerettet werden. Bodenschülpen entstehen im Formhohlraum unter einer Gießmetallströmung und somit auf dem Formboden. Ursache ist auch hier die Kondensationszone, die eine Schalenbildung bewirkt. Bleibt die Sandschale noch mit dem Formboden verbunden, entstehen durch die hoch stehenden Schalenränder entweder Schülpen oder Rattenschwänze (Bild 3c). Wölbt sich dagegen die Sandschale auf und bricht sie unter der Last des darüber hinwegströmenden Metalls auseinander, kommt es zur Bildung einer typischen Bodenschülpe an der Gussstückunterseite (Bild 3d).

Maßnahmen zur Vermeidung:


1. Erhöhung der Nasszugfestigkeit der Formstoffmischung durch:

2. Verminderung auftretender Druckspannungen durch:

  • schnelle und gleichmäßige Formfüllung
  • Vermeidung von zu feuchten Formstoffen
  • Verwendung von Formstoffzusätzen, die durch Erweichung oder Verbrennen die Quarzausdehnung abpuffern (z. B. für Stahlguss neutrale oder basische Quellbinder)
  • teilweisen oder wenn nötig auch vollständigen Ersatz des Quarzsandes durch geringer dehnende feuerfeste Sande, beispielsweise Zirkonsand oder Chromitsand

3. Verringerung der Gießtemperatur und Verkürzung der Gießzeit.

Weiterführende Stichworte:

 

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