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Eisengießerei
[* 2] (franz. Fonderie en fer, engl. Iron foundry), die Nachbildung und Vervielfältigung gegebener Gestalten durch geschmolzenes und dann wieder erstarrtes Eisen, [* 3] auch Ort, Werkstatt oder Gebäude, wo dies geschieht. Die in dieser Weise hergestellten Gegenstände nennt man Eisenguß (fonte moulée, iron castings). Durch seine Festigkeit [* 4] ist das Gußeisen zu allen Gegenständen brauchbar, die einen großen Druck etc. auszuhalten haben. Balken, Säulen, [* 5] Treppen, [* 6] alle passivern Maschinenteile, als Ständer, Lager, [* 7] Sohlplatten, Cylinder etc., werden heutzutage aus Gußeisen hergestellt.
Seine veränderliche Dichtigkeit und Härte gestatten zugleich die Anwendung zu Dingen, die eine harte und politurfähige Oberfläche besitzen müssen, da man die Mittel kennt, diese Dichtigkeit bei ihm zu beeinflussen. Die wassergleiche Dünnflüssigkeit des geschmolzenen Eisens und die Eigenschaft, beim Erstarren sich nicht unbedeutend auszudehnen, erlauben ferner das Eindringen in die feinsten Teile einer Gießform und ermöglichen die Herstellung der allerfeinsten Kunstsachen. Das zur Gußware bestimmte Eisen darf aber beim Erstarren keine Höhlungen und Blasen und auf der an der freien Luft erstarrenden Oberfläche keine Erhabenheiten oder Vertiefungen bilden; es darf beim Erkalten nicht zu viel Graphit ausstoßen, es muß, besonders bei Gußwaren, welche noch einer Bearbeitung mit Feile, [* 8] Bohrer [* 9] und Schneide ausgesetzt werden müssen, nicht zu hart sein, sondern noch einen ¶
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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 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, [* 11] 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
[* 12] 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
[* 2] ^[Abb.: Fig. 1. Krigars Kupolofen. Längendurchschnitt.
Fig. 2. Krigars Kupolofen. Querschnitt.] ¶
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Krigar erfundene Ofen [* 13] (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 [* 14] 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 [* 15] zu, in welchem die mit den Formen korrespondierenden, durch Kapseln [* 16] 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, [* 17] 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 [* 13] 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 [* 18] schlägt über den Herd a, geht in den Fuchs c und von dort zur Esse d, welche öfters mehreren Öfen [* 19] 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 [* 20] des Ofens besteht aus feuerfesten Steinen. Das gesamte Mauerwerk wird durch Eisenplatten u. Anker [* 21] 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, [* 22] der Eisenabgang 6-10 Proz.
Die Formerei, [* 23] 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
[* 13] ^[Abb.: Fig. 3. Flammofen. Querschnitt.
Fig. 4. Flammofen. Längendurchschnitt.] ¶