Schülpen: Fehlerbild & Ursachen

Schülpen sind durch Schalenbildung entstandene, unregelmäßige metallische Ansätze auf der Gussstückoberfläche von nur wenigen Millimetern Dicke, die meist scharfkantige Ränder haben und mit dem Gussstück fest verbunden sind. Man unterscheidet zwischen Deckenschülpen, also jenen, die sich an der oberen waagerechten Formwand bilden, und Bodenschülpen, die unterhalb der Gießmetallströmung am Formenboden auftreten.

Dieser Gussfehler kommt bei Gussstücken aus allen Gusswerkstoffen vor, die in bentonitgebundenen grünen Formen hergestellt werden. Vorzugsweise treten Schülpen flächenartig an der Oberseite des Gussteils (Formraumdecke), aber auch am Formraumboden auf. Hochverdichtete Partien in der Form sind besonders gefährdet. Vergesellschaftet mit Schülpen treten häufig auch Blattrippen (hier vor allem an Kernpartien) und Rattenschwänze auf. Alle diese Fehler sind mit bloßem Auge erkennbar und führen in der Regel zum Ausschuss des Gussstückes.

Typischer Fehler bei bentonitgebundenen Formen

Ausgeprägte Schülpen an einem Gussteilabschnitt aus Gusseisen mit Kugelgraphit (Nasszugfestigkeit des Formstoffes 0,16 N/cm²).

Rattenschwänze

Durch Erhöhung der Nasszugfestigkeit können Sandausdehnungsfelder, hier Schülpen und Rattenschwänze, erfolgreich bekämpft werden. Fehler werden durch eine Steigerung der Nasszugfestigkeit (N/cm²) (siehe Werte unter den Bildern) deutlich vermieden.

Blattrippen entstehen ebenfalls durch Schalenbildung, doch bricht diese nicht auf, sondern wächst infolge der Quarzausdehnung in den Formhohlraum hinein, so dass das Gießmetall den entstandenen Spalt hinterfüllt und einen rippenartigen Ansatz bildet. Sehr häufig wird die Blattrippenbildung bei kunstharzgebundenen Kernen (im allgemeinen Sprachgebrauch ebenfalls als Schülpen bezeichnet) beobachtet.

Ursachen

Die Hitzeeinwirkung (Strahlung, Wärmeleitung) durch das Gießmetall führt zu einer thermischen Expansion des Formstoffes. In der Folge treten wegen der Temperaturunterschiede in den einzelnen Formzonen beträchtliche Spannungsunterschiede auf. Diese Spannungen führen zur Beeinflussung der Oberflächenschichten der Form bzw. der Formwände.

Druckspannung versus Zugfestigkeit

Durch die Quarzausdehnung, besonders als Folge der reversiblen Quarzumwandlung bei 573 °C, entstehen Druckspannungen in den Oberflächenschichten der Form, die zur Schalenbildung führen. An der Grenzschicht zwischen der hocherhitzten Schale und dem dahinterliegenden, noch relativ kühlen Sandballen treten Zugspannungen auf, die vom Formstoff aufgenommen werden müssen, wenn keine Ablösung entstehen soll. Die Zugfestigkeit von Grünsand-(Nassguss-)Formen, d.i. Nasszugfestigkeit, entscheidet darüber, ob es zur Aufwölbung oder Ablösung einer Schale und somit zur Blattrippen-, Rattenschwanz- oder Schülpenbildung kommt.

Als Faustregel kann der Quotient aus Druckspannung und Nasszugfestigkeit als ein Maß für die Neigung zur Schülpenbildung angenommen werden.

Den Druckspannungen wirken die Verformbarkeit der Formwand (des Formstoffes) und die Haftfestigkeit auf dem Untergrund, d.h. die Höhe der Nasszugfestigkeit in den dahinterliegenden Formstoffschichten, entgegen. Überschreiten die mechanisch-thermischen Beanspruchungen (Spannungen) die Verformbarkeit und die Festigkeit im Belastungsquerschnitt, kommt es zur Ausbildung dieser Fehler, die hier schematisch dargestellt und beschrieben sind.

So entstehen Deckenschülpen aus der Kondensationszone in der Formoberfläche infolge der dort auftretenden Druckspannungen, die die Formwand auftreiben und abheben. Dieser Vorgang wird allgemein als Schalenbildung bezeichnet. Blattrippen werden ebenfalls durch Schalenbildung verursacht, wobei die Schale nicht aufbricht, so dass am Gussteil eine gratartige erhabene Naht sichtbar wird. Durch erhöhte Putzarbeit kann diese Blattrippe entfernt und das Gussteil eventuell gerettet werden. Bodenschülpen entstehen im Formhohlraum unter einer Gießmetallströmung und somit auf dem Formboden. Ursache ist auch hier die Kondensationszone, die eine Schalenbildung bewirkt. Bleibt die Sandschale noch mit dem Formboden verbunden, entstehen durch die hoch stehenden Schalenränder entweder Schülpen oder Rattenschwänze. Wölbt sich dagegen die Sandschale auf und bricht sie unter der Last des darüber hinwegströmenden Metalls auseinander, kommt es zur Bildung einer typischen Bodenschülpe an der Gussstückunterseite.


Zur Vermeidung von Schülpen stehen eine Reihe von Maßnahmen zur Verfügung.