mehr
gewissen Grad von Weichheit und Geschmeidigkeit besitzen; wenn aber große Härte verlangt wird, muß es diese mit der geringsten Sprödigkeit verbinden. Diese Eigenschaft erhält nun das Eisen [* 3] vorzugsweise durch seinen Gehalt an Kohlenstoff. Das spröde, leichtschmelzige Guß- oder Roheisen enthält stets mehr als 2,3 Proz. Kohlenstoff, und je nachdem derselbe wesentlich chemisch gebunden oder zum großen Teil als Graphit ausgeschieden ist, unterscheidet man weißes und graues Eisen. Beide Roheisenarten, kommen auch miteinander gemischt vor.
Wenn das weiße
Eisen in grauer Grundmasse ausgesondert ist, nennt man solche Eisensorte halbiertes Roheisen.
Tritt das graue
Eisen dagegen zurück, so wird es stark halbiertes Roheisen genannt, und dieses bildet die
Grenze der Gußfähigkeit
für bestimmte
Zwecke. Im allgemeinen hat es die Eisengießerei
nur mit grauem Roheisen zu thun. Im flüssigen
Eisen ist der
Graphit stets
gelöst, seine
Ausscheidung beim Erkalten wird wesentlich durch langsame Abkühlung befördert, durch schnelle Abkühlung
gestört und verhindert, und auf dieser
Eigenschaft beruht die Erzeugung von
Hartguß (s. d.), indem das
bei langsamer Abkühlung
Graphit ausscheidende Roheisen (ein hellgraues oder halbiertes) durch plötzliche Abkühlung in weißes
Roheisen übergeführt werden kann.
Manganhaltiges Roheisen eignet sich nicht zur Gießerei, [* 4] da der Mangangehalt das Ausscheiden des Graphits erschwert; dagegen befördert ein Gehalt an Silicium im Roheisen dieses Ausscheiden und macht das Eisen zur Gießerei tauglicher. Dasselbe thut der Phosphor, der außerdem die Flüssigkeit des geschmolzenen Eisens erhöht. Ein Schwefelgehalt bewirkt das Gegenteil, vermindert dabei den Kohlenstoffgehalt des Roheisens und wirkt auf chemische Bindung des übrigbleibenden Kohlenstoffs, macht es also hart.
Nur in wenigen, durch besonders günstige
Lage des
Hochofens zur
Gießerei bedingten
Fällen und bei einer
durch gleichbleibend gute
Erze und reines Brennmaterial
(Holzkohlen) gesicherten guten
Qualität des im
Hochofen erzeugten
Eisens
kann die Eisengießerei
dieses direkt benutzen; meist ist sie gezwungen; das von den Hochöfen erzeugte
Eisen nochmals zu schmelzen und
zur Erzielung der für das Gußstück nötigen
Qualität
mit andern Eisensorten zu gattieren. Das Umschmelzen
geschieht im
Tiegel, im Kupolofen
[* 5] oder im Flammofen. In
Tiegeln schmelzt man nur geringe
Mengen
Eisen für kleine
Gußwaren ein
und benutzt dazu
Tiegel aus
Thon,
Graphit oder Mengungen von beiden.
Der Ofen besteht aus einem etwa 60 cm hohen prismatischen oder cylindrischen Schacht, welcher unten mit einem Rost versehen ist und oben durch eine schief liegende Platte geschlossen wird, in welcher sich eine zu schließende Öffnung befindet, durch welche der mit dem umzuschmelzenden Eisen angefüllte Tiegel auf den Rost gestellt wird. Als Feuerungsmaterial dienen Holzkohlen oder Koks. Die Tiegelgießerei erfordert wenig Vorrichtungen, aber viel Brennmaterial und ist besonders wegen der Unterhaltung der Tiegel sehr kostspielig. Es können daher auch nur kleine Gußwaren, die als Luxusartikel teurer bezahlt werden, die Unkosten des Tiegelgusses tragen.
Die Kupolöfen sind die gebräuchlichsten Umschmelzapparate. Sie bestehen aus einem von feuerfesten Ziegeln gebildeten, meist einfach cylindrischen, zuweilen in der Höhe der Windeinführung, seltener unten oder oben zusammengezogenen Kernschacht, welcher von einem Mantel von Blech oder Gußeisen umgeben ist. Durch seine obere Öffnung, welche sich meist direkt an einen Rauchfang anschließt, wird das Roheisen abwechselnd mit dem Brennmaterial (Holzkohlen oder Koks) aufgegeben.
Man verbraucht auf 100 kg aufgegebenes Roheisen 6-30, gewöhnlich 10-15 kg Koks oder 25-30 kg Holzkohlen. Im untersten Teil des Ofens, dem Herd, sammeln sich das geschmolzene Roheisen und die geringe eisenhaltige Schlacke, und das Eisen wird durch den Abstich in die vorgehaltenen größern oder kleinern Gießkellen abgelassen. Meist ist der Herd nur eine einfache Fortsetzung des Ofenschachtes; zuweilen ist er, um größere Quantitäten zu fassen, erweitert (Irelandscher Ofen) oder erhält noch einen Vorherd, in welchem das flüssige Eisen sich sammelt. Der Boden ist mit einer Klappe versehen, um nach dem Schluß der Schmelzung die Schlacke und die übriggebliebenen Koks in den unter der Herdsohle befindlichen hohlen Raum fallen zu lassen. Letztere Einrichtung besitzt der von
[* 1] ^[Abb.: Fig. 1. Krigars Kupolofen. Längendurchschnitt.
Fig. 2. Krigars Kupolofen. Querschnitt.] ¶
mehr
Krigar erfundene Ofen [* 6] (Fig. 1 u. 2), der außerdem den Windstrom in einen den Schacht umgebenden Ring treten, sich dort erwärmen und dann in die weit geschlitzten, mit Koks sich füllenden, als Formen dienenden Öffnungen treten läßt. Um die Verbrennung der Gase [* 7] in größerer Höhe als die der Formen zu befördern, dadurch das zu schmelzende Eisen besser zur Schmelzung vorzubereiten und die Heizkraft des Brennmaterials besser auszunutzen, legt man auch mehrere Formenreihen übereinander und führt ihnen den Wind in einem besondern gemeinschaftlichen Kanal [* 8] zu, in welchem die mit den Formen korrespondierenden, durch Kapseln [* 9] schließbaren Öffnungen angebracht sind, durch welche die Formen gereinigt werden können.
Vorteilhaft isoliert man die Herdsohle des Schachtes möglichst von dem Fundament, auf welchem der Ofen aufgeführt ist, durch Luftzüge. Der Abgang beim Schmelzen beträgt 3-10 Proz. des aufgegebenen Eisens. Der Wind bedarf für den Kupolofenbetrieb keiner hohen Pressung, und man bedient sich daher selten der Kolbengebläse, am häufigsten der Ventilatoren. Zur Darstellung der größern Gußstücke, welche bei den erhöhten Anforderungen der Maschinenfabriken und der Hütteneinrichtungen oft viele Hundert Zentner Eisen erfordern, werden mehrere Kupolöfen, nebeneinander gestellt, gleichzeitig und so in Betrieb gesetzt, daß die Abstiche dicht aufeinander folgen und einen ununterbrochenen Strom flüssigen Eisens liefern können.
Auf diese Weise ist man im stande, Gußstücke von über 1000 und sogar mehreren Tausend Zentnern Gewicht herzustellen. In den Fällen, wo schwere Gußblöcke von sogen. verlornen Köpfen (den Eingüssen schwerer Gußstücke), die nicht anders als durch direktes Einschmelzen zu gut gemacht werden können, verarbeitet werden müssen, und wenn man durch eine mehr schmiedeeisenartige Natur des Gußeisens ein festeres und dichteres Gefüge zu erhalten wünscht, ist ein Flammofen zum Umschmelzen des Roheisens vorzuziehen.
Ein solcher Flammofen besteht aus einem Herd, einem Feuerraum und einer Esse. Der Feuerraum ist vom Herde durch die Feuerbrücke getrennt und mit der Esse durch einen Kanal, den Fuchs, [* 10] verbunden. Das Eisen wird durch eine Thür eingesetzt und durch ein Stichloch, welches mit dem tiefsten Teil des Herdes in Verbindung steht und meist an der kurzen Seite des Ofens, dem Feuerraum gegenüber, liegt, abgestochen. In [* 6] Fig. 3 u. 4 ist ein Flammofen dargestellt; a ist der Herd, auf welchen das kalte Eisen durch die Thüre gebracht wird.
Das flüssige Eisen wird bei g abgestochen. Durch die Öffnungen f f beobachtet man den Schmelzprozeß, hilft, wenn erforderlich, beim Einschmelzen nach und kann durch dieselben auch Luft zutreten lassen. Das Brennmaterial wird auf dem Rost b verbrannt, auf welchen es durch die Thür h gelangt. Die Asche sammelt sich in dem Raum i. Die Flamme [* 11] schlägt über den Herd a, geht in den Fuchs c und von dort zur Esse d, welche öfters mehreren Öfen [* 12] gemeinschaftlich ist. Der Herd wird aus Sand gebildet und hat meist die Form einer einfach geneigten Ebene (gestreckter Herd), zuweilen ist er sumpfförmig vertieft. Das Gewölbe [* 13] des Ofens besteht aus feuerfesten Steinen. Das gesamte Mauerwerk wird durch Eisenplatten u. Anker [* 14] zusammengehalten. Die Größe der Flammöfen variiert sehr, und ist der Fassungsraum auf 50-250 Ztr. flüssigen Eisens berechnet. Der Brennmaterialverbrauch beträgt 50-90 Proz. vom eingesetzten Roheisen an Steinkohlen oder 100-130 Proz. an Holz, [* 15] der Eisenabgang 6-10 Proz.
Die Formerei, [* 16] d. h. die Kunst, die Formen für den Eisenguß herzustellen, zerfällt nach den verschiedenen dazu benutzten Materialien in magere Sandformerei (Herdformerei u. Kastenformerei), fette Sand- oder Massenformerei, Lehmformerei und Schalenformerei. Die magere Sandformerei bedient sich zur Herstellung der Formen nassen Sandes, welcher fein genug sein muß, um die feinsten Eindrücke anzunehmen, und Bindekraft genug besitzen muß, damit die Formen den Druck des flüssigen Eisens aushalten können.
Vor allem muß er aber auch für die beim Guß sich bildenden Gase durchlässig und feuerbeständig sein und darf selbst keine Gase entwickelnden Stoffe enthalten. Einen Formsand, der diese Eigenschaften sämtlich besitzt, liefert die Natur sehr selten; bei den meisten Gießereien muß derselbe aus Sand und Thon oder Lehm künstlich hergestellt werden. Das Verhältnis, in welchem Sand und Thon gemischt werden müssen, hängt von der Geschicklichkeit der Former ab. Einige Gießereien sind viel weiter darin als andre und verwenden eine ganz magere Mischung mit sehr wenig Thon. Sie genießen dabei den großen Vorteil, einen Formsand von größter Durchlässigkeit benutzen zu können, was die Sauberkeit und Schärfe des Gusses befördert und namentlich bei der Herdformerei zu statten kommt.
Die Herdformerei wird für Güsse benutzt, welche nur auf einer Seite die Form des Modells wiederzugeben haben, und für deren andre Seite die Fläche
[* 6] ^[Abb.: Fig. 3. Flammofen. Querschnitt.
Fig. 4. Flammofen. Längendurchschnitt.] ¶
mehr
genügt, welche das flüssige Eisen ohne weiteres ergibt. Der Kastenguß dagegen braucht wegen der ringsum bestimmt begrenzten Formen in der Regel zwei, sonst auch mehrere aufeinander passende Kasten (Laden, Flaschen etc.), welche mit Sorgfalt zusammengearbeitet, leicht auseinander zu nehmen und nicht verschiebbar sein müssen. Die Modelle, welche diese Kasten aufzunehmen haben, müssen nun den horizontalen Ebenen, in welche die Kasten geteilt sind, möglichst genau entsprechend geteilt sein.
Sie werden, nachdem sie in Teilen oder ganz in die Kasten eingelegt worden sind, zunächst mit ganz feinem, besonders präpariertem Sand überstreut; dann wird der übrige Formsand eingedrückt und mit hölzernen oder erwärmten eisernen Stampfen eingestampft, was in einigen Gießereien, die sich mit Spezialitäten, z. B. dem Röhrenguß, beschäftigen, in neuerer Zeit auch mittels Maschinen bewirkt wird. Um das Festhalten des Sandes in den Formkasten zu unterstützen, sind letztere mit nach innen vorspringenden Rändern und mit Zwischenplatten (Zwischenscheide) versehen, über welche noch Hängeeisen gehängt werden.
Außerdem werden noch Formstifte und Nägel [* 18] in den Sand gedrückt, um den Zusammenhang und Widerstand des Sandes gegen das einströmende flüssige Eisen zu befördern. Die Trennung der Sandschichten zweier aneinander stoßender Kasten wird durch ganz magern, trocknen, sogen. Streusand ermöglicht; auch aufgelegtes Papier muß in einzelnen Fällen dazu dienen. Der zum Eingießen des Metalls nötige Kanal, der Einguß, wird durch ein besonderes Modell gebildet und muß eine Form haben, welche eine leichte Trennung nach dem Erkalten des Gußstücks oder während desselben gestattet. Er muß mit seinem obern Ende höher stehen als der höchste Punkt des auszufüllenden Hohlraums, kann aber in jeden beliebigen Teil der Form einmünden.
Der Einguß muß am obern Ende eine Ausweitung besitzen, um eine Quantität flüssigen Eisens aufzunehmen, das zum Nachfüllen der beim Zusammenziehen des erstarrenden Eisens sich bildenden Räume dient. Er muß rechtzeitig und früh genug entfernt werden können, damit die Zusammenziehung des Abgusses nicht durch das Festsitzen des durch die Ausweitung nagelförmig gebildeten Eingußkopfes gehindert werde, und genau zu der Eisenstärke des Gußstücks an der Stelle des Eintritts des flüssigen Eisens passen. Um die Entfernung der beim Gusse sich bildenden Gase zu ermöglichen, wird gewöhnlich ein besonderer Kanal (Windpfeife) angebracht; außerdem werden noch durch Einlegen von Bindfäden und Drähten, die vor dem Guß herausgezogen werden, sowie durch Einstechen von Löchern vermittelst langer Nadeln [* 19] (Luftstecher) Kanäle gebildet.
Nach Vollendung dieser Manipulationen werden die Formkasten wieder auseinander genommen, und das ganze oder geteilte Modell wird ausgehoben. Hierzu dienen, wenn derselbe Gegenstand wiederholt geformt werden muß, auch Formmaschinen, deren Haupteinrichtung darin besteht, daß eine gehobelte Platte mit einem der Form des Modells ganz genau entsprechenden Ausschnitt versehen ist, über welchem sich das Modell mit dem aufgesetzten Formkasten befindet. Das Modell ist mit einer Vorrichtung verbunden, mittels welcher dasselbe durch diesen Ausschnitt hindurch aus dem in den aufgesetzten Formkasten eingestampften Sand mittels einer Schraube, einer Zahnstange oder eines Hebels ganz vertikal nach unten herausgezogen werden kann.
Die Anwendung solcher Formmaschinen ist besonders beim Formen von Rädern und andern eine große Akkuratesse in Anspruch nehmenden, in gleicher Form und großer Stückzahl anzufertigenden Gußstücken zur Anwendung gekommen. Soll das Gußstück Hohlräume erhalten, welche sich durch Sand nicht herstellen lassen, so werden Kernstücke eingelegt, welche aus mehr fettem Sand gefertigt und der Durchlässigkeit wegen vor dem Einlegen gebrannt, resp. getrocknet worden sind. Zur Aufnahme der Kerne, und um ihnen eine feste Auflage zu geben, versieht man das Modell mit Kernmarken. Die Innenflächen der Form werden nach dem Auseinandernehmen der Kasten einer sorgfältigen Nacharbeit unterworfen, geglättet, mit Kohlenpulver bestäubt, und wo es auf besondere Schärfe des Gusses ankommt, wird das Modell nochmals eingelegt und nachgestampft.
Die fette Sand- oder Massenformerei beruht auf denselben Grundsätzen, benutzt indes einen Sand, der einen weit größern Thongehalt, aber auch weniger Durchlässigkeit besitzt. Um diese zu erzeugen, muß man die Formen ebenso wie die aus gleichem Material hergestellten Kerne vor dem Guß einer starken Hitze aussetzen. Die Massenformerei kommt fast nur für größere, schwere Gußstücke zur Anwendung; sie erleichtert das Anbringen von Kernen, da die feste Masse die Auflage sichert, und ist daher hauptsächlich bei Gußarbeiten am Platz, bei denen viele Kerne erforderlich sind.
Der in sich festere Massensand gestattet überdies, einzelne Formen mittels Schablonen herzustellen, was bei dem lockern magern Sand nicht möglich ist. Die fertigen Massenformen werden in Trockenkammern gebracht, nachdem sie mit einer Mischung aus Lehmbrei und Graphit oder Holzkohlenstaub sauber überstrichen und geglättet worden sind. Die Lehmformerei benutzt man fast nur für große, hohle Gußstücke und für künstliche Kerne. Der Lehm wird dazu mit Wasser angerührt und mit Pferdemist, Kuhhaaren oder Häcksel gemischt.
Bei hohlen, großen Gußstücken wird zuerst der Kern hergestellt, welcher häufig durch Eisen oder Mauerwerk eine Stütze erhalten muß oder aus solchem vorgearbeitet und dann mit der beschriebenen Lehmmasse überzogen, geschlichtet und gebrannt wird. Auf diesen Kern wird nun eine zweite Lehmschicht aufgetragen, welche die Form des herzustellenden Gußstücks darstellt (Eisenstärke) und ebenfalls geschlichtet und gebrannt wird. Über diese Eisenstärke kommt zuletzt eine dritte Lehmschicht (der Mantel).
Nachdem auch diese gebrannt ist, wird sie im ganzen oder geteilt auseinander oder abgenommen und erst wieder um den Kern gefügt, nachdem die Eisenstärke entfernt worden ist. Der sich dadurch bildende hohle Raum empfängt das flüssige Eisen, gegen dessen Druck durch umgelegte Bänder und Ketten und durch Einstampfen in die Dammgrube der Mantel geschützt werden muß. Lehmformen, welche Rotationskörper sind, werden mit Schablonen, Drehbrettern hergestellt. Man dreht dabei entweder letztere, oder stellt sie fest und dreht die Form, zu welchem Zweck einige einfache Vorrichtungen nötig sind.
Eine Spezialität der Eisengieße
reien bildet jetzt der Röhrenguß, bei dem sämtliche Formmethoden zur
Anwendung kommen. Dahin gehört das Einformen in vertikaler Lage, die Vorrichtung, um das Modell in vertikaler Lage herauszuziehen,
das Trocknen der Form durch hindurchstreichende Feuergase (oder auch erhitzte Luft) in vertikaler Lage, um den Abguß in gleicher
Lage zu bewirken, ohne während dieser Manipulationen die vor dem Einformen zusammengedübelten Formkastenhälften
lösen oder von ihrem Platz entfernen zu müssen. Diese Formweise bietet erhebliche Vorteile, sie ist zeitersparend und gewährt
infolge der vertikalen Stellung des Kerns
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