Titel: Ledebur, über die Rolle der Kohle in der Formerei.
Autor: Ledebur, A.
Fundstelle: 1871, Band 202, Nr. CI. (S. 409–417)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj202/ar202101

CI. Ueber die Rolle der Kohle in der Formerei; von A. Ledebur, Ingenieur auf dem Eisenwerke Gröditz.

Ueber die Functionen der in der Formerei verwendeten Materialien gibt es von keinem noch so viele theils unbestimmte, theils irrige Ansichten, wie über die des Kohlenstoffes, sey es als Zusatz zum Formsande, sey es als Ueberzug der fertigen Gußformen. Versuchen wir also zur Aufklärung dieses Gegenstandes ein Scherflein beizutragen.

Fertigt man eine Gußform aus einem Formsande, ohne Zusatz oder ohne Ueberzug von Kohle, und gießt nun in diese Gußform flüssiges Eisen, so bilden nach dem Erstarren des Eisens die Sandkörnchen, welche die Wandung der Gußform herstellten, eine zusammengefrittete Masse, welche die Oberfläche des Abgusses in mehr oder minder starker Schicht |410| bedeckt und mit dem Eisen derartig zusammengeschmolzen ist, daß mechanische Mittel in der Regel nicht ausreichen, eine Trennung zu bewirken. Durch Behandlung mit Säuren (Beizen) kann man dagegen meistens den gefritteten Sand entfernen und es hinterbleibt eine rauhe, unschöne Oberfläche.

Dieses „Anbrennen“ der Sandkörnchen an das Eisen findet auch bei den dünnsten Abgüssen statt, selbst wenn deren Wärmemenge nicht groß genug war, ein Fritten, d.h. Zusammensintern des Sandes herbeizuführen. Jene energische Vereinigung von Sand und Eisen, welche häufig so stark ist, daß die Sandkörnchen eher zerspringen als sich vom Eisen los lösen, läßt auf eine theilweise chemische Verbindung zwischen der Kieselerde und dem oxydhaltigen Häutchen, welches eine jede Eisenoberfläche bedeckt, schließen. In jedem Falle aber beeinträchtigt jener Sandüberzug, selbst wenn er so viel als möglich entfernt wird, die Genauigkeit und Schönheit der Umrisse und Flächen des Abgusses, und erschwert seine Bearbeitung. Dieses Anbrennen des Formsandes an den Guß zu verhindern, ist nun die hauptsächlichste Aufgabe der Kohle.

Zur Erreichung dieses Zweckes wird die Kohle in zwei verschiedenen Gestalten angewendet: 1) als Ueberzug der Sandform, gleichsam eine isolirende, selbstthätige Schicht zwischen dieser und dem flüssigen Eisen bildend, 2) als Beimischung zum Formsande selbst.

Die Art ihrer Wirkung ist eine gänzlich verschiedene, je nachdem sie auf die eine oder andere Methode angewendet wird, wenn auch das Ziel in beiden Fällen dasselbe bleibt.

Betrachten wir zunächst die Kohle in ihrer Verwendung als Ueberzug der Gußformen. Man wendet sie zu diesem Zweck in zweierlei Gestalt an: pulverförmig (als Kohlenstaub) bei dem Gusse in nassem (grünem) Sande; mit Flüssigkeiten zu einem dünnen Breie angerührt als Schwärze bei getrockneten Formen (Lehm-, Masseguß, Kerne).

Zu dem Kohlenstaube für nassen Sandguß wendet man vorzugsweise Holzkohlen an und zwar, wo es zu ermöglichen ist, Kohlen von Laubhölzern, am besten Erlen oder Birken. Kohlen von Nadelhölzern sind leichter verbrennlich und gewähren der Form nicht den Schutz wie Laubholzkohlen; außerdem aber pflegen letztere in Folge ihrer Structur zartere Gußflächen zu liefern, als erstere. Um die im Sande fertig hergestellte Form mit Kohle zu überziehen, bedient man sich bekanntlich eines Beutels aus feiner Leinwand oder Shirting, der mit Kohlenstaub gefüllt ist; der Former ergreift ihn mit der linken Hand bei dem oberen offenen Ende und stäubt nun durch rasches Schütteln |411| des mit der rechten Hand erfaßten unteren Endes die ganze Form aus. Die Feuchtigkeit des Formsandes theilt sich bald der Kohle mit und veranlaßt ein besseres Anlegen an die Form; ist dieselbe zu trocken, so besprengt man sie vor dem Stäuben mit Hülfe einer Spritzbürste oder noch besser, indem man vermittelst eines gewissen Kunstgriffes einen in den Mund genommenen Schluck Wasser in staubförmiger Vertheilung über die Form ausbläst. Durch Poliren der ebenen Flächen mit Hülfe bestimmter Werkzeuge (Polirbleche, Formerkelle), durch nochmaliges behutsames Einklopfen des Modelles bei ornamentirten Gegenständen bewirkt man nun ein überaus gleichmäßiges, dichtes Anlegen des Kohlenstaubes an den Formsand.

Interessant ist es und nicht allgemein bekannt, daß für diesen Zweck nur Kohlenstaub brauchbar ist, welcher durch Stampfen im Mörser oder Pochwerke erzeugt wurde; nicht aber gemahlener. Letzterer haftet nicht genügend an der Form, um nicht theilweise am Polirbleche und dem Modelle kleben zu bleiben und macht dadurch seine Anwendung unmöglich. Nach Schott's mikroskopischen Untersuchungen ist eine splitterige nadelförmige Textur des letzteren, eine körnige des ersteren die Ursache dieser Erscheinung.

Will man durch das Stäuben mit Kohle nicht nur das Anbrennen des Sandes verhüten, sondern auch, durch Ausfüllung der kleinen Zwischenräume zwischen den Sandkörnchen durch den feineren porösen Kohlenstaub eine saubere Oberfläche des Gußstückes erzielen, so wird dieser Zweck in vollkommener Weise erreicht, wenn man die Form vor dem Stäuben mit Kohle in gleicher Weise mit feinem Sande ausstäubt, welcher beim Putzen der Gußstücke von denselben abfällt; also ein gebrannter magerer Sand.

Die Wirkung des Kohlenstaubes ist nun in diesem Falle eine vorzugsweise mechanische, indem derselbe die directe Berührung des flüssigen Eisens mit dem Formsande und das dadurch bewirkte Anbrennen des Sandes an das Eisen hindert. Bei dünnen Gegenständen, welche momentan nach dem Eingießen erstarren, ist diese Wirkung eine vollkommene und es bedarf keiner anderen Hülfsmittel zur Erreichung jenes Zweckes; bei größeren Gegenständen hingegen, welche länger flüssig bleiben, würde die aufgestäubte Kohle ganz oder theilweise verbrennen, und auch bei der größeren, dem Sande sich mittheilenden Wärmemenge ein Zusammensintern desselben nicht zu verhüten vermögen, wenn man nicht ihre Wirkung durch Präpariren des Sandes mit eingemengter Kohle, also die zweite, weiter unten zu besprechende Anwendung derselben unterstützte. So einfach nun an und für sich diese Wirkungsweise der aufgestäubten |412| Kohle, eine auch in der Temperatur des weißglühenden Eisens absolut unschmelzbare Isolirschicht zwischen Sand und Eisen zu bilden, ist, so wenig klar scheint sie häufig seltsamer Weise erkannt zu seyn. Ein englischer Schriftsteller z.B.82) schreibt die Wirkung der Kohle ihrer Umwandlung in Graphit einerseits (welche nach Schafhäutel bei Berührung mit überhitztem Wasserdampfe im weißglühenden Zustande stattfinden soll), der Bildung von Kohlenoxydgas andererseits zu, welches das flüssige Eisen einhüllen und vor Oxydation schützen soll, so daß sich eine reine Metallfläche an die sämmtlichen Theile der Form anlege. Ob eine Umwandlung in Graphit wirklich stattfindet, wollen wir dahin gestellt seyn lassen; keinesfalls erscheint dieselbe von Belang für den eigentlichen Zweck des Kohlenstoffes zu seyn. Kohlenoxydgas wird allerdings durch Verbrennung der Kohle bei jedem Gusse in reichlichem Maaße gebildet, doch scheint uns dessen Entstehung weniger eine bezweckte als vielmehr eine unvermeidliche begleitende Wirkung zu seyn. Die Oxydation des flüssigen Eisens in einem solchen Maaße, daß dadurch Glühspanschalen gebildet würden, tritt nicht so rasch ein, um eine schützende Gasschicht nothwendig zu machen; außerdem aber erhält die in jeder Gußform befindliche atmosphärische Luft bei dem raschen Aufsteigen des flüssigen Eisens und durch die stattfindende Erwärmung eine derartige Spannung, daß das gebildete Kohlenoxydgas kaum im Stande seyn wird, in die noch nicht mit Eisen erfüllten Räume der Form – als Hülle für das nachdringende Eisen – einzutreten, sondern vielmehr genöthigt ist, seinen Ausweg direct durch die Poren der Formmasse selbst zu suchen. Sobald der Guß vollendet und die Form mit Eisen ausgefüllt ist, was doch in den meisten Fällen binnen wenigen Secunden geschieht, bildet ohnehin der Formsand selbst eine schützende Decke gegen den oxydirenden Einfluß der atmosphärischen Luft. Größere Stücke aber, deren Guß längere Zeit beansprucht, sind stets mit einem sogenannten verlorenen Kopfe versehen, welcher die gebildeten Oxyde sowohl, als andere Ausscheidungen (Gaarschaum, fremde Körper etc.) aufnimmt. Eine rein metallische Oberfläche aber zeigt niemals ein Abguß, sondern es tritt dieselbe stets erst dann zu Tage, wenn man die Gußhaut, d.h. das aus oxydhaltigen Verbindungen bestehende, den ganzen Körper gleichmäßig bedeckende Häutchen durch Säuren und mechanische Mittel entfernt.

In Gießereien, welche Holzkohlenstaub nur zu hohen Preisen beschaffen können, oder auch bei denen weniger Werth auf vollendetes |413| Aeußere der Güsse als auf Arbeitsersparung gelegt wird, ersetzt man Wohl den Holzkohlenstaub durch ein Gemenge von trockenem Thon und Kohks, gemeinschaftlich in demselben Apparate gemahlen. Der Thon hat dabei den Zweck, als hygroskopischer Körper Feuchtigkeit aus dem Sande anzuziehen und dadurch das dichte Anlegen des Gemenges an die Sandform zu bewirken, in gleicher Weise, wie es eben beim Holzkohlenstaube beschrieben worden ist. Kohksstaub, für sich angewendet, würde, da ihm jene Eigenschaft der Holzkohle völlig abgeht, nur lose auf den, Flächen aufliegen und durch das flüssige Eisen rasch entführt werden. Ein Glätten der mit einem solchen Gemenge bestäubten Flächen, sey es mit dem Polirbleche oder durch Einklopfen des Modelles, ist jedoch in keinem Falle möglich, da das staubförmige Material an dem Bleche oder Metalle haften würde. Der Erfolg einer derartigen Anwendung ist in keiner Hinsicht dem mit guter Holzkohle erzielten Erfolge auch nur im Entferntesten an die Seite zu stellen.

Der Wirkung des Holzkohlenstaubes bei grünem Sandguß ähnlich, doch aber auch in gewisser Beziehung abweichend, ist die Wirkung der Schwärze bei getrockneten Formen (Lehm- und Masseguß). Es ist leicht begreiflich, weßhalb für derartige Arbeiten das einfache Bestäuben mit Holzkohle nicht ausreicht. Vor dem Trocknen aufgetragen, würde der Kohlenstaub durch die oft intensive Hitze in den Kammern theils verbrennen,83) theils sich von der Form loslösen und abfallen; auf der getrockneten Form aber würde der Staub nicht haften. Man mußte sich also nach einem schwerer verbrennlichen, an den Wänden der Form auch nach dem Trocknen haftenden Ersatzmittel umsehen.

In den meisten Gießereien benutzt man zur Herstellung einer guten Schwärze folgende Ingredienzien: Thon, mit Wasser zu einem Breie angerührt, welcher mit einer durch wässeriges Auslaugen von Pferdedung gewonnenen Flüssigkeit verdünnt wird; Graphit, fein gemahlen, und Holzkohlenstaub, beide in jenes Thonwasser eingerührt, bis das Ganze eine mäßig dickflüssige Consistenz (etwa wie ziemlich concentrirter erwärmter Tischlerleim) erhält.

So übereinstimmend diese qualitative Zusammensetzung der Schwärzen zu seyn pflegt, so abweichend ist dagegen meistens die quantitative. Besonders ist das Verhältniß zwischen Graphit und Holzkohle sehr differirend; ja selbst in einer und derselben Gießerei wechselt man in rationeller Weise nach der Beschaffenheit der Gußformen. Es wird dieses sogleich |414| einleuchten, wenn wir uns klar gemacht haben werden, welchen bestimmten Zweck jede dieser einzelnen Zuthaten zu verfolgen hat.

Holzkohle und Graphit bilden hier gemeinschaftlich die unschmelzbare, trennende Schicht zwischen Eisen und Sand. Erstere hat also genau den Zweck, wie beim trockenen Aufstäuben. Wegen der Leichtentzündlichkeit der Holzkohle, sowohl in den Darrkammern als beim Gießen selbst, welche die Wirkung der Schwärze vereiteln könnte, ist ihr der schwer entzündliche Graphit beigegeben. Daher steigert man die Menge des Graphites bei solchen Gußformen, welche theils stark gebrannt werden, theils durch die Menge des einströmenden Eisens einer höheren Temperatur ausgesetzt sind.

Der Thon dient als Bindemittel sowohl der einzelnen Bestandtheile unter sich, als des Gemenges im Ganzen auf den Wänden der Gußform.

Die dem Pferdedung durch Auslaugen entzogenen und der Schwärze beigemengten Bestandtheile endlich sind größtentheils Ammoniaksalze und organische, in der Hitze zersetzbare Verbindungen. Man ersetzt dieselben hier und da durch Salmiaklösung (salzsaures Ammoniak). Diese Salze verflüchtigen sich nun, sobald das glühende Eisen mit der Schwärze in Berührung tritt und bilden eine zarte gasförmige Schicht, welche die Kohle momentan vor Verbrennung schützt und eine allzu innige Berührung des Eisens mit den Formwänden hindert. Ihre Verflüchtigung aber, welche theilweise auch schon beim Trocknen der Formen stattfindet, hat zugleich den wichtigen Zweck, in der durch Thon- und Graphitgehalt ziemlich dichten und undurchdringlichen Schwärzeschicht Poren zu erzeugen, durch welche die sich stets bildenden Verbrennungsproducte entweichen können.

Von dem erkalteten Gußstücke fallen, wenn die Schwärze gut bereitet und in richtiger Weise aufgetragen und geglättet war, die Formwände mit Leichtigkeit ab und lassen ohne Bearbeitung die reine, bläulich gefärbte Oberfläche zu Tage treten.

Jene blaue Farbe, welche charakteristisch für den Lehm- und Masseguß, wie auch in etwas abweichender Nüancirung für den in gut ausgestäubten Formen gegossenen Sandguß ist, können wir nicht, wie einige Schriftsteller, der directen Einwirkung des in Graphit umgewandelten Kohlenstoffes zuschreiben, sondern betrachten sie vielmehr als die normale Farbe des bei unvollkommenem Luftzutritte entstehenden, aus oxydirten Bestandtheilen des Gußeisens gebildeten Gußhäutchens. Daher erklärt sich die deutlich abweichende Färbung des Kohksroheisens in solchen Gußstücken von der des Holzkohlenroheisens in Folge der verschiedenen Zusammensetzung |415| dieser beiden Eisensorten. Erstere ist graublau, oft fast grau, letztere fast rein blau. Die von diesen Farbentönen der Gußstücke aus grünem Sande etwas abweichende Färbung der in getrockneten Formen hergestellten Abgüsse dürfte ihre Ursache in der Einwirkung der erwähnten flüchtigen Salze auf das sich bildende Gußhäutchen haben; wenigstens spricht dafür sehr deutlich der Umstand, daß letztere Gußstücke der Witterung ausgesetzt, schon nach wenigen Tagen sich mit einer Rost, schicht vollständig zu überziehen pflegen, während Sandguß lange Zeit im Freien lagern kann, ohne an anderen Stellen Rost anzusetzen, als wo durch Behauen etc. das blanke Eisen zu Tage trat.

Die intensivere Wirkung der Schwärze im Vergleich zu der Wirkung der trocken aufgestäubten Holzkohle ist der Grund, weßhalb man selbst stärkere Gußwaaren in getrockneten und geschwärzten Formen ohne besondere Präparirung des Formsandes gießen kann, während bei Sandguß unter gleichen Verhältnissen ein Zusatz schützender Materialien nöthig seyn würde. Viele Gießereien, welche eine „gute Masse“ in der Nähe finden, verwenden dieselbe ohne jeden Zusatz. Nur wenn die von der Gußform aufzunehmende Eisenmenge so bedeutend ist, daß trotz der schützenden Schwärzeschicht ein Sintern des Sandes (Lehmes) zu befürchten steht, muß man zu dem schon früher angedeuteten Mittel zur Verhinderung dieses Uebelstandes greifen.

Diese Bemerkung führt uns auf die zweite Anwendung der Kohle, nämlich Kohle als Zusatz und Bestandtheil des Formsandes selbst.

Während in den eben beschriebenen Verwendungen die Wirkung der Kohle eine rein mechanische war, ohne irgend einen vorausgegangenen chemischen Proceß, wirkt sie im Formsande erst durch die Verbindungen und Zersetzungsproducte, welche sie in der Hitze bildet. Jenes Zusammensintern des Formsandes nämlich, welches jedes Mal bei größeren Abgüssen in der unmittelbaren Umgebung derselben stattfinden würde, läßt sich verhindern, wenn man im Stande ist, mit der eintretenden Schmelzhitze zugleich den Zusammenhang der Sandkörner unter einander aufzuheben und ihre directe Berührung so lange zu hindern, bis die Gefahr des Zusammenschmelzens mit eintretender Erstarrung des Eisens vorbei ist. Hierzu dient nun eine Gasschicht, welche aus kohlehaltigen Substanzen durch Zerlegung, resp. Verbrennung in der Glühhitze erzeugt, jedes Sandkörnchen gleichsam einhüllt und die Berührung unter einander hindert. Das einfachste und billigste Material für diesen Zweck ist nun die Steinkohle, welche bekanntlich bei der Erhitzung eine reichliche Menge Gas zu entwickeln im Stande ist. In je feiner gemahlenem |416| Zustande dieselbe angewendet wird, je inniger dieselbe mit dem Sande vermischt wurde, so daß eigentlich jedes Sandkorn von allen Seiten mit einigen Kohlenpartikelchen in Berührung steht, desto vollkommener ist ihre Wirkung. Der procentale Zusatz der Kohle ist abhängig von der Beschaffenheit des Sandes, des Gußstückes, der Kohle selbst. Bei allzu reichlichem Zusatze entsteht eine solche Auflockerung des Sandes, daß das noch flüssige Eisen in die gebildeten Spalten dringt, und das Gußstück nachher mit gratartigen, kreuz- und querziehenden Ansätzen bedeckt erscheint.

Holzkohle und Kohks, dem Formsande beigemengt, äußern zwar durch ihre Verbrennung zu Kohlenoxyd und Kohlenwasserstoff (in Berührung mit dem gebildeten Wasserdampfe) eine ähnliche Wirkung, jedoch in weit geringerem Maaße, so daß aus diesem Grunde ihr Zusatz weit beträchtlicher seyn müßte und die plastische Beschaffenheit des Formsandes dadurch zu leiden Gefahr laufen könnte. Man wendet sie für Sandguß nur ausnahmsweise an.

Dagegen dürfte jetzt die von manchen Schriftstellern angezweifelte gute Wirkung solcher Zusätze zum Formsande, als z.B. Bierreste, Brauereirückstände etc. erklärlich gefunden werden, welche beim Erhitzen kohlehaltige Gasgemische bilden, außerdem aber die gute Eigenschaft haben, daß sie ihres flüssigen Aggregatzustandes halber den Sand vollständig durchdringen und endlich beim Trocknen noch außerdem der Form eine größere Haltbarkeit verleihen.

Außer jener eigentlichen Bestimmung der Steinkohle verfolgt man durch ihren Zusatz wohl einen Nebenzweck, welcher von unkundigen Arbeitern sogar nicht selten als die eigentliche Aufgabe der Steinkohle betrachtet wird. Gewisse Sandsorten erhalten nämlich durch Vermischung mit Steinkohle eine erhöhte Plasticität, werden also dadurch um so geeigneter zum Formen. Die Textur der Steinkohle dürfte sie allerdings für einen solchen Zweck geeignet erscheinen lassen; indessen verräth es immerhin eine ungenügende Beschaffenheit des Formsandes, wenn eine solche Aushülfe nöthig wird.

Bei einem sehr dichten Formmaterial, welches den Gasen nicht so leichten Abzug gestattet, wie der poröse Formsand für grünen Guß (vorzüglich Lehmformen), würde eine allzu rasche Gasentwickelung nachtheilig wirken können. In diesem Falle läßt sich also ausnahmsweise die Steinkohle durch ein weniger gasreiches Material mit Vortheil ersetzen, welches in dieser Verwendung weniger den Zweck hat, durch seine Gasentwickelung nützlich zu seyn, als vielmehr, indem es dem eigentlichen Formmaterial eine erhöhte Unschmelzbarkeit verleiht. Man bedient sich in dieser Hinsicht |417| häufig des Graphites als Zusatz zu dem Material derjenigen Theile der Form, welche unmittelbar mit dem flüssigen Eisen in Berührung treten sollen; oder auch der Holzkohle. Eines ganz besonderen Rufes für diesen Zweck erfreut sich der aus Gasretorten als Zersetzungsproduct des Steinkohlengases in höherer Temperatur gewonnene Graphit und es erhöht ein Zusatz desselben – unter Umständen bis zu 50 Procent gesteigert – zur Formmasse ebensowohl die Haltbarkeit als die Unschmelzbarkeit derselben in bedeutendem Maaße. Die eigenthümliche Structur dieses Graphites, seine Schwerbrennbarkeit etc. geben eine genügende Erklärung für diese Eigenschaft. (Berg- und hüttenmännische Zeitung, 1871 S. 293.)

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R. Mallet. Die allerdings nicht selten interessanten Veröffentlichungen desselben über Eisengießerei findet man mit besonderer Vorliebe benutzt und citirt in Dürre's Handbuche der Eisengießerei.

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Holzkohle entzündet sich bei 300°C.; sehr häufig dürfte dieser Temperaturgrad nicht nur erreicht, sondern überstiegen werden.

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