Speiser

Herstellung Formen und Kerne

Offener oder geschlossener Raum in der Gießform, der von der Gießströmung mit flüssigem Metall gefüllt wird, um das Volumendefizit bei der Erstarrung des Gussstücks auszugleichen und so eine Lunkerbildung im Gussstück zu verhindern.

Zur Erfüllung dieser Aufgabe muss der Speiser mit dem Gussstück bezeihungsweise mit dem lunkergefährdeten Gussstückbereich verbunden und so bemessen sein, dass er entsprechend später erstarrt. Die letztgenannte Bedingung wird erfüllt, wenn der Erstarrungsmodul des Speisers MSpeiser größer als jener des Gussstückes beziehungsweise des dichtzuspeisenden Gussstückabschnittes ist. Es gilt als Richtwert nach der Nicolas’schen Formel:

MSpeiser = 1,2 MGussstück

Demnach soll der Erstarrungsmodul des Speisers, das Verhältnis von Volumen zur Oberfläche des Speisers, um 20 % größer sein als jener des Gussstücks. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Speiser später als das Gussstück erstarrt, da die Erstarrungszeit ganz allgemein dem Quadrat des Erstarrungsmoduls direkt proportional ist, (Chvorinovsche Regel).

    Speiser werden bei Sandguss, Maskenguss, Kokillenguss und Genauguss verwendet. Besonders für die Herstellung von relativ dickwandigen Gussstücken oder auch Gussstücken mit starken Wanddickenunterschieden werden Speiser eingesetzt. Kleine und dünnwandige Gussstücke neigen weniger zur Lunkerung, da sie direkt durch die Gießströmung dichtgespeist werden können. Daher sind auch beim Feinguss in der Regel keine Speiser erforderlich, wie auch beim Druckguss auf Speiser verzichtet wird, da verfahrensbedingt eine Nachverdichtung der erstarrenden Schmelze nach beendigter Formfüllung erfolgt.

    Die Einteilung der Speiser erfolgt nach:

    • Lage zum Formhohlraum (Aufsatzspeiser, Ansatzspeiser, Blindspeiser, offener Speiser),
    • Gestalt (Kugelspeiser, Zylinderspeiser, Prismenspeiser, Zylinder-Halbkugel-Speiser, Formspeiser),
    • Wärmehaushalt (Normalspeiser, isolierter Speiser, beheizter Speiser, exothermer Speiser),
    • Druckausübung (Luftdruckspeiser, Gasdruckspeiser).

    Offene Speiser sind bis zur Oberseite der Gießform hochgezogen und der freien Atmosphäre direkt zugänglich. Dagegen sind geschlossene Speiser, auch Blindspeiser genannt, allseitig vom Formstoff umhüllt (Bild  1) und sind an das Gussstück angeschnitten. Damit sie flüssiges Metall an das Gussstück abgeben können, muss auch hier die Luftatmosphäre Zutritt zu den Speisern haben. Die Blindspeiser dürfen keine allseitig geschlossene Gusshaut bilden, die der Luftatmosphäre den Zutritt verschließen und damit das Abfließen der Schmelze zum Gussstück blockieren würde. Mit der Bildung einer „heißen Stelle“ am höchsten Punkt des Blindspeisers durch Einsetzen eines konischen Luftkerns oder noch einfacher durch Ausformung einer spitzen Kerbe wird die Speiserwirkung gesichert. Durch diesen Sandkanteneffekt wird der Luftkern beziehungsweise die vorstehende Kerbkante stark aufgeheizt und sichert damit den Luftzutritt während der Speisungsperiode. Diese geschlossene Speiserausführung (Blindspeiser) wird auch als atmosphärische Speiser oder als Williamsspeiser bezeichnet. Speiser können auf das Gussstück beziehungsweise auf den lunkergefährdeten Gussstückabschnitt aufgesetzt oder an der betreffenden Stelle seitlich angesetzt sein (Bild   2). Sie werden auch Kopfspeiser beziehungsweise Ansatzspeiser genannt. Unter „verlorenem Kopf“ versteht man ebenfalls offene, aufgesetzte Speiser (Bild 3).

    Bei Kokillenguss wird mit aufgesetzten und angeschnittenen, offenen Speisern gearbeitet (Bild  4). Innenliegende, geschlossene Speiser werden nur in seltenen Fällen vorgesehen.

    Zur Sicherung der Speiserwirkung muss neben den Bedingungen zum Erstarrungsmodul des Speisers die Temperaturverteilung nach beendeter Formfüllung beachtet werden, weil sich die Schmelze schon während des Gießens abzukühlen beginnt. Die in den Formhohlraum zuletzt einströmende Schmelze hat eine niedrigere Temperatur als bei Gießbeginn, und auch innerhalb des mit Schmelze gefüllten Formhohlraumes besteht ein Temperaturgefälle in Richtung auf die von den Anschnitten am weitesten entfernten Bereiche. Ein Speiser kann folglich nur dann seine Aufgabe sicher erfüllen, wenn er ein möglichst heißes Metall erhält, also möglichst in Anschnittnähe angeordnet wird (Bild  5). Die Gestaltung des Eingusssystems muss die Temperaturverteilung so führen, dass der Speiser selbst ein möglichst heißes Metall erhält.

      Ergänzend können Maßnahmen zur künstlichen Beheizung der Speiser vorgesehen werden. Hierzu gehört beispielsweise die Verwendung exothermer Stoffe, die als wärmeabgebende Aufstreupulver auf die in einem offenen Speiser befindliche Schmelze gegeben werden, exotherme Speiserbeheizung. Sehr wirksam ist auch die Verwendung von Trichtereinsätzen, die als Speiserumhüllungen aus exothermen Formstoffen hergestellt werden. Eine Kombination beider Verfahren gewährleistet eine optimale Warmhaltung der im Speiser befindlichen Schmelze. Da die aluminothermische Reaktion der exothermen Heizmassen manchmal unerwünscht sein kann, werden in solchen Fällen sogenannte Isoliermassen für die Speiserisolierung, die nicht chemisch reagieren, eingesetzt. Sie entziehen dem flüssigen Gießmetall nur wenig Wärme, bis sie auf gleiche Temperatur aufgeheizt sind, und schützen dann die exothermen Schmelze eine gewisse Zeit vor weiteren Wärmeverlusten, sodass dadurch die Wirksamkeit des Speisers erhöht wird.

        Speiser erhöhen den für das betreffende Gussstück erforderlichen Kreislaufmetallaufwand. Aus wirtschaftlichen Gründen ist man daher bestrebt, das Speiservolumen möglichst gering zu halten, ohne die Speiserwirksamkeit zu gefährden. Die geometrische Gestaltung der Speiser beeinflusst den Metallbedarf. Die kleinste Oberfläche bei gleichem Volumen hat von allen Körpern hat die Kugel. Ein gegebener Erstarrungsmodul (Volumen-Oberflächen-Verhältnis) lässt sich mit kleinstem Volumen und daher mit geringstem Metallaufwand nur durch die Wahl eines kugelförmigen Speisers erreichen. Kugelspeiser werden als geschlossene Speiser verwendet.

        Eine Minimierung der Speiservolumen kann unter Wirkung von isolierenden und/oder exothermen Speisermaterialien erfolgen. Spezielle Ausführungen, die als „Mini-Speiser“ bezeichnet werden, können für zu speisende Gussstückpartien gezielt eingesetzt werden. Bild 6 zeigt den Vergleich der Speisergrößen.

          Eine breite Palette von Speisereinsätzen bietet sowohl für die Speisungsaufgabe als auch für das eingesetzte Formverfahren eine gute Auswahl:

          • Brechkanten-Speiser (Bild 7),
          • ECO-Speisereinsatz: Kombination aus einem exothermen Innenspeiser, der das flüssige Eisen zur Speisung aufnimmt, mit einer isolierenden Hülle. Die Wärmeübertragung an die Umgebung des Speiser wird dadurch reduziert (Bild 8),
          • Luftkammerspeiser: Mit Luftkammern in der Speiserwandung wird die kostengünstige Isolationswirkung der Luft genutzt (Bild 9),
          • Speiser mit Teleskopfunktion (Bild 10), die durch die teleskopartige Verschiebung von Ober- zu Unterteil beim Pressvorgang in der Form einen druckfreien Unterteilbereich des Speisers erzeugen.

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