Sandanalyse
Mit der Zunge fühlen…
Diese Technik nutzten erfahrene Formermeister, um festzustellen, ob der eingesetzte Formstoff die richtige Konsistenz hat. Mittlerweile ist die Technik ein Stückchen weiter, aber das Problem bleibt dasselbe: eine der wichtigsten Eigenschaften einer Nassgussform ist ihre Festigkeit, denn jede Form ist beim Abheben vom Modell, Einlegen der Kerne, beim Abguss, aber auch beim sonstigen Handling unterschiedlichen mechanischen Belastungen ausgesetzt und muß trotzdem zuverlässig ihre Geometrie stabil halten.
Der bentonitgebundene Formsand muß diesen Anforderungen entsprechen – er muss (wie ein Schneeball) nass genug sein, um formbar zu sein; er muss aber auch so trocken sein, dass er nicht am Modell kleben bleibt und abreißt. Er muß feinkörnig genug sein, um eine gleichmäßige Oberfläche zu erzeugen; er darf aber nicht so feinkörnig sein, dass er keine großen Sandvolumen mehr stabil formen kann (“Balkenstaub”) – dieser bildett zwar eine schöne glatte Oberfläche (und wird im Kunstguss gern genutzt), macht aber eine automatisierte maschinelle Fertigung für maschinengeformte Gussteile unmöglich. Die Sandoberfläche muss dicht genug sein, um formbar zu bleiben (Wasserstoffgehalt); sie muss aber gasdurchlässig bleiben, um im Hohlvolumen eingeschlossenes Gas beim Einfließen der Schmelze entweichen zu lassen.
Um diese vielfältigen und häufig gegenläufigen Eigenschaften im Griff zu behalten, wurde im Laufe der Jahre eine Anzahl unterschiedlicher Kenngrößen definiert, die über standardisierte Prüfversuche mit genormten Probekörpern die Widerstandsfähigkeit gegenüber den unterschiedlichen Belastungen beschreiben.
Unser Ziel mittels Sandanalyse
Ziel der gesamten Analysen ist die Formstoffsteuerung, d.h. das Ausregeln der unvermeidlichen Schwankungen der Formstoffzusammensetzung und damit der Formstoffeigenschaften. Es kommt eine Kombination von Online-Regelkreisen (z. B. zur Steuerung der Wasserdosierung) und Laboranalysen zur langfristigen Überwachung im Abgleich mit Langzeitmeßwerten der Anlage zum Einsatz. Allein dies ermöglicht aber noch keine befriedigende Regelung der Formstoffqualität. Es wird immer eine permanente Kontrolle der Formstoffparameter aus dem Sandlabor benötigt, um Schwankungen auszugleichen bzw. langfristig die angestrebte Formstoffzusammensetzung einzuhalten.
Ständige Kontrolle der Formstoffparameter
Um diese unvermeidlichen Schwankungen auszugleichen, ist eine Beurteilung jeder einzelnen Charge wünschenswert, um z. B. bei der Formstoffaufbereitung im Mischer die entsprechenden aktuellen Zugabemengen an Wasser, Bentonit und Glanzkohlenstoffbildnern zu ermitteln.
Es werden genormte runde Probekörper (50 mm Durchmesser, verdichtet mit drei Rammschlägen lt. VDG-Merkblatt P 38) hergestellt, die unterschiedlichen Prüfversuchen unterworfen werden.
Genormte runde Probekörper – 50 mm
- Zur Prüfung der Gasdurchlässigkeit bleibt der Probekörper in einem Rohr, wobei gemessen wird, wieviel Luft bei einem bestimmten Druck durch den Formstoff hindurchgeht.
- Der Wassergehalt wird über den Gewichtsverlust beim Trocknen einer Probe im Ofen ermittelt.
- Korngröße und Kornverteilung innerhalb des Formstoffes werden über Siebanalyse ermittelt.
- Die Druckfestigkeit wird mit einem Rammgerät überprüft, sowie Scher-, Spalt- und Nasszugfestigkeit im selben Gerät mit Hilfe austauschbarer Aufnahmeplatten gemessen
- Die Formfestigkeitsprüfung wird als weglose Kraftmessung vorgenommen. Die gemessene Kraft entspricht dem Eindringwiderstand als Maß für die Formfestigkeit (ähnlich den Härtemessungen für metallische Werkstoffe).
Erst die Gesamtheit der beschriebenen Prüfungen gibt ein zuverlässiges Bild des komplexen Systems Formstoff, das sich in seiner Zusammensetzung ständig ändert, je nachdem wieviel “verbrannter” Formsand aus dem Randschichtbereich zwischen Gussstück und Nasssandform nach dem Entleeren der Gussform ausgesiebt und wieviel frischer Kernsand über die eingesetzten Kerne zugeführt wird.
Wesentlich ist die Komplexität
Dabei ist der abgegossene Werkstoff nicht relevant – egal ob Sphäroguss oder Ni-Resist -, wesentlich ist die Komplexität der Bauteile: Pumpengehäuse bringen viel frischen Kernsand, während Achsbrücken oder auch Räder fast ohne Kerne auskommen. Schon das gegossene Produktspektrum oder auch der Branchenmix beeinflusst also den Formstoffkreislauf.
Entscheidend ist ineinandergreifende QS
Auch diese Beispiele geben ein Gefühl für die Gesamtproblematik Qualität; kaum eine der Einflußgrößen kann isoliert betrachtet werden. Ein Rädchen muss ins andere passen – erst wenn prozessbegleitende Prüfungen und laufende direkte Qualitätsprüfungen am einzelnen Bauteil (ZFP oder zerstörende Prüfungen) ineinander greifen, können sicher “gute” Komponenten aus Gusseisen in einem Maschinenformprozess produziert werden, denn Qualität ist Unser Maßstab!
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