In das Eingusssystem eingelegtes Filter zum Zurückhalten von Schlacke, Schaum, oxidischen und nichtmetallischen Verunreinigungen aus der Gießströmung. Gießfilter tragen aufgrund ihrer Struktur auch zur Strömungsberuhigung bei.
Die Wirkungsweise von allen keramischen Gießfiltern wird in folgende Filtrationsmechanismen unterteilt:
- mechanische Rückhaltung von größeren Partikeln durch Siebwirkung im Bereich der Filteroberfläche
- Rückhaltung kleinster Teilchen im Innern der Poren durch die Wirkung der hohen spezifischen Oberfläche. Diese Partikel können dabei sehr viel kleiner sein als Porengröße.
- Filterwirkung durch die Bildung eines Filterkuchens, welcher kleinere Partikel zurückhält.
Filterwerkstoffe
Gießfilter können aus Aluminiumoxid, aus Zirkon (Zirkoniumsilikat), aus Zirkoniumdioxid, aus Siliziumcarbid oder Mullit hergestellt sein.
Diese keramischen Filter werden in Schaumkeramikfilter (durch Schäumen erzeugte Porenstruktur) und in Zellkeramikfilter (durch Pressen erzeugte Zellstruktur von einheitlicher quadratischer oder runder Porengröße) unterteilt.
Filterformen und Anwendungsgebiete
Schaumkeramikfilter (Bild 1) haben einen schaumartigen Aufbau, deren Poren durchgängig sind. Ihr freier Querschnitt ist von der Porengröße abhängig, die annähernd gleiche Abmessungen aufweisen. Geringe Abweichungen in den Porengrößen führen zu geringfügigen Schwankungen der Gießzeiten. Die Porendichte wird bei Schaumkeramikfiltern durch die Anzahl der Poren pro Filterlänge in der Maßeinheit ppi (pores per inch) angegeben. Die Standardporositäten betragen 8, 10, 20, 30 und 40 ppi. Die freie Filterfläche zum Durchströmen des Metalls beträgt 60–70 % der gesamten Filterfläche. Die anzuwendende Filterporengröße ist im Allgemeinen durch den zu filternden Werkstoff vorbestimmt.
Für die Werkstoffpalette der verschiedenen Sorten von Gusseisen mit Kugelgraphit, die am stärksten mit Reaktionsprodukten belastet sind, wird in der Regel der grobe (10 ppi) Gießfilter eingesetzt. Für Gusseisen mit Lamellengraphit, das mit weniger Reaktionsprodukten behaftet ist, sollte die mittlere (20 ppi) Porosität verwendet werden.
Für Tempergusseisen, das am wenigsten mit Reaktionsprodukten belastet ist und außerdem wegen der hohen Gießtemperaturen die besten Fließeigenschaften besitzt, kann die feine (30 ppi) Porosität eingesetzt werden. Der extrafeine Filter (40 ppi) wird überwiegend für die Gusseisenfertigung auf Formanlagen mit vertikaler Formteilung verwendet.
Die offenporigen Schaumkeramikfilter aus Al2O3 werden für Aluminium-, Zink- und Bleilegierungen verwendet. Ein breites Anwendungsfeld haben Schaumkeramikfilter aus SiC. Für Stahlguss-und Magnesiumlegierungen eignen sich besonders Filter aus ZrO.
Zellfilter haben quadratische, glatte, durchgehende Löcher, sowie dünne Zellwände und werden durch extrudieren hergestellt (Bild 2). Zellfilter haben bezogen auf Gesamtfläche des Filters den größten freien Querschnitt. Die Feinheit wird in 100, 200, 300 und bis 500 csi (cells per square inch) angegeben. Zellfilter haben abhängig von der Größe einen freien Querschnitt von 60 bis 75 % der Gesamtfilterfläche.
Rundlochfilter sind hochstabile Filter mit gleichmäßigen runden Löchern von Ø 1,7–4,5 mm und in verschiedenen Dicken. Sie werden vielfach für Stahl-, Grau-, Sphäro, Schwermetall- und Aluminiumguss verwendet.
Dimensionierung und Anordnung
Die Wahl der Filtergröße hängt aber nicht nur von der erforderlichen Formfüllzeit ab, sondern auch von der Gießtemperatur, der Porengröße des Filters und der Menge an filterbaren Verunreinigungen im flüssigen Metall. Da sich im Filter die zurückgehaltenen Verunreinigungen ansammeln, wird der Durchströmwiderstand allmählich größer und es kann zum Abreißen der Strömung kommen. Deshalb können bei größeren Gussstücken mehrere Gießläufe mit Filter vorgesehen werden. Zu beachten gilt bei allen Filtern, die in ein Einguss-Lauf-Anschnitt-System eingelegt werden, dass sie mit zunehmender Dicke einen beträchtlichen Strömungswiderstand haben, der sich verzögernd auf die Formfüllzeit auswirkt.
Der Gießlauf soll sich nicht nur zum Filter hin erweitern, sondern er soll auch genügend flüssiges Metall über das Filter zum Aufheizen leiten, damit keine vorzeitige Erstarrung am oder im Filter stattfinden kann. Die grundsätzlichen Ausführungsformen zum Gießfiltereinsatz zeigen die Bilder 3 bis 6.
