Heft 3/4 - Verein österreichischer Gießereifachleute

HEFT 3/4 GIESSEREI-RUNDSCHAU 60 (2013)Abb. 2:ComputertomographieaufnahmeeinerSandprobeund auch eine ganzheitliche Charakterisierung derFormstoffe durch verbesserte Prüfmethoden erforderlich.Das IfG-Institut für Gießereitechnik in Düsseldorfhat diesen dringenden Entwicklungsbedarf nach einerErneuerung und Modernisierung der Formstoffprüfungerkannt und bei der GIFA 2011 ein gemeinsam mit derFa. Jung Instruments GmbH entwickeltes modernesFormstoffprüfgerät und die damit durchführbaren Prüfmöglichkeitenmit den damit verbundenen Vorteilenvorgestellt (Abb. 1).Am Österreichischen Gießerei-Institut wurde ebenfallsim Jahr 2011 ein mehrjähriges Forschungsprojektzum Thema Formstoffe mit nachfolgenden Schwerpunktengestartet:• Entwicklung moderner mechanischer Prüfmethodenzur ganzheitlichen Charakterisierung der Formstoffe inHinblick auf heutige Anforderungen und Verdichtungsverfahren• Bewertung industriell hergestellter Formstoffmischungenund Prüfkörper mit neuen Prüfmethoden, laufenderVergleich mit den klassischen Prüfgeräten (am ÖGIund in Gießereien)• Entwicklung alternativer Formgrundstoffe zur Beeinflussungder Wärmeleitfähigkeit in Formen und Kernen,Anpassung der Form- und Kernherstellung an alternativeFormstoffe• Adaptierung von Bindemitteln und Schlichten in Zusammenarbeitmit Bindemittel- und Schlichteher -stellern• Einbindung von Simulationund Computertomographiein dieFormstoffentwicklung,Formstoffprüfung undProzessoptimierungIm Folgenden wird überdie Entwicklung einerneuen Formstoffprüfungund deren Möglichkeitenberichtet sowie einVergleich der Ergebnissemit der konventionellenFormstoffprüfung aufgezeigt.Der Formstoff und seine Besonderheiten imHinblick auf die mechanische PrüfungVereinfacht betrachtet, besteht der Formstoff aus einemFormgrundstoff, einem Binder und Formstoffzusätzen(Additive). Im Gegensatz zu einem metallischen Werkstoff,der weitgehend homogene und isotrope Eigenschaftenaufweist, handelt es sich bei Formstoffen um ein granularesund inhomogenes Material, das aus vielen Einzelkörnernunterschiedlicher Struktur (Größe, Form,Oberfläche) besteht, wie Abb. 2 zeigt.Die einzelnen Körner sind teilweise über Binderbrücken(organischer oder anorganischer Natur) verbunden,die auch für die Festigkeit bzw. Kraftübertragung maßgeblichsind. Die hohe Anzahl an Körnern bzw. Binderbrückensowie zusätzliche Additive, Reibungs- und Kohäsionskräftespielen eine große Rolle bei der Festigkeiteiner Form und führen bei Belastung zu einem komplexenZustand, wie Abb. 3 verdeutlicht. Um diese komplexenEinflüsse auf die Eigenschaften der Formstoffmischungerfassen zu können, müssen die Prüfung undMesstechnik entsprechend sensitiv ausgeführt sein. Beider mechanischen Prüfung von Formstoffen kommt es jenach Belastung (Zug-, Druck- oder Scherbelastung) lokalzu einem Aufreißen von Binderbrücken und damit inder Folge zu einem Abgleiten von Körner und schließlichzum Bruch der Probe. Diese Vorgänge finden schonbei sehr kleinen Kräften durch lokale Überbelastung einzelnerBinderbrücken statt. Eine neue, verbesserte Prüfmethodesollte daher diesen Gegebenheiten Rechnungtragen und mit entsprechender Empfindlichkeit geringsteKraft-Weg-Änderungen erfassen und aufzeichnen können.Konventionelle FormstoffprüfungBei der konventionellen Formstoffprüfung wurden in einemersten Schritt mittels Rammapparat durch drei Verdichtungsschlägestandardisierte Probekörper mit Durchmesserund Höhe von jeweils 50 mm hergestellt und inweiterer Folge hinsichtlich Gründruckfestigkeit, Spaltfestigkeit,Scherfestigkeit, Doppelscherfestigkeit, Grünzugfestigkeitund Nasszugfestigkeit geprüft. Dabei kommenGeräte zum Einsatz, die entweder noch von Hand betätigtwerden oder bei moderneren Ausführungen mit Servomotorenbestückt sind. Durch Wechseleinsätze zur Pro-Abb. 3: Einflussgrößen aufdie mechanische Festigkeiteiner Form [2]59