Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer Prüfmethodik zur Charakterisierung der Wirkungsweisen von exothermen Speisereinsätzen zum Ausgleich der Erstarrungskontraktion im Eisenguss

Gusseisenbauteile werden meist im produktiven Sandgussverfahren hergestellt. Zum Ausgleich der Volumenkontraktion und zur Vermeidung von Lunkern während der Erstarrung werden sogenannte Speiser eingesetzt, welche länger als die zu speisenden Gussstückbereiche flüssig bleiben müssen. Für eine verbesserte Wirksamkeit eines Speisers werden Speisereinsätze verwendet, die in die Form eingesetzt werden. Diese bestehen aus exothermen Massen, die bei Kontakt mit der Schmelze zünden und so die Schmelze länger flüssig halten. Gießereien kaufen diese exothermen Speisereinsätze von verschiedenen Herstellern zu, die die genaue chemische Zusammensetzung geheim halten. Gleichzeitig garantieren sie oft eine Qualität mit einer großen Toleranzbreite, die bei einzelnen Produkten nicht zur sicheren Bauteilspeisung ausreicht. Weiterhin kann die Qualität eines Speisers durch die Lagerung leiden. Dieser Umstand betrifft vor allem KMU-Gießereien, welche oftmals keine Paletten vollständig aufbrauchen, sondern diese angebrochen und ungeschützt einlagern. Aktuell ist nur ein herstellerseitiges, schnelles Prüfverfahren verfügbar, das lediglich das Abbrandverhalten eines Prüfkörpers aus exothermer Speisermasse prüft und in Aussagekraft und Vergleichbarkeit begrenzt ist. In diesem Projekt soll ein neuartiges Prüfverfahren entwickelt werden, welches vor allem den KMU-Gießereien und Speiserherstellern die produktionsbegleitende Qualitätssicherung ermöglicht. Die Gründe für Qualitätsschwankungen werden systematisch untersucht. Anschließend wird ein Prüfstand entwickelt, aufgebaut und mit entsprechender Software ausgestattet, die das Abbrandverhalten eines Speisers auswertet. Die Ergebnisse der Prüfstandversuche werden im Folgenden mit realen Gießversuchen im Labor- und anschließend im Serienmaßstab validiert. Die Ergebnisse sind nach Abschluss dieses Projekts auf einem anwendungsnahen Stand und können schnell in die Industrie transferiert werden.

Ergebniszusammenfassung:

In dem Projekt konnten mögliche Ursachen für die Leistungsschwankungen von exothermen Speisern aufgezeigt werden. Weiterhin wurde eine Prüfungsmethodik für ebendiese Speiser entwickelt und ein entsprechender Prüfstand aufgebaut, welcher in der Lage ist, einen exothermen Speiser zu zünden und mit Hilfe einer kurzwelligen Wärmebildkamera den Speiserabbrand aufzuzeichnen. Weiterhin wurde mit der IR-Kamera ein Messmittel ausgewählt, welches eine größtmögliche Datenlage liefert, sodass durch die statistische Auswertung dieser, belastbare Kennwerte zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit eines durchaus inhomogenen exothermen Speisers geliefert werden.

Mit Hilfe des entwickelten Prüfverfahren konnten 3 Versuchsreihen durchgeführt werden, welche folgende Erkenntnisse geliefert haben:

- Gezielte gestufte Manipulationen der Speisermassen haben sich in den mit dem Prüfstand ermittelten Kennwerten niedergeschlagen. Die Messergebnisse konnten den entsprechenden geprüften Speisern zugeordnet werden, was die Aussagekraft der Messergebnisse bestätigt.

- Es konnten Korrelationen zwischen den Ergebnissen der Messungen im Speiserprüfstand und denen im Gießversuch gefunden werden. Obwohl in beiden Versuchen unterschiedliche Atmosphärenbedingungen herrschen und damit einhergehend andere Reaktionen ablaufen können, stehen diese miteinander in einer Beziehung und können bei entsprechender Kenntnis dieser Beziehung aus den Prüfstandsversuchen vorhergesagt werden.

- Auf Basis der Messung von neu produzierten Speisern, mehrjähriger Rückstellmuster und klimatisch gezielt beschädigter Speiser konnte auf deren Leistungsabnahme durch Veränderungen im Laufe der Zeit und Umgebungsbedingungen geschlossen werden.

- Anhand der Messung von typgleichen Speisern aus verschiedenen Chargen konnten deren Leistungsschwankungen aufgezeigt werden.

Typische Anwendungsmöglichkeiten für den entwickelten Speiserprüfstand bestehen in der serienbegleitenden Prüfung von exothermen Speisereinsätzen.