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Das Verfahren mit der verlorenen Form wird sehr oft mit dem Wachsausschmelzverfahren gleichgesetzt. Dies ist aber nicht richtig, denn auch das Sandformverfahren ist ein Verfahren mit verlorener Form. Die Liste lässt sich fortsetzten: Das Lehmhemdverfahren für den Glockenguss ist ebenso ein Verfahren mit verlorener Form, wie das Gießen von Kanonen in Lehmformen!

Wachsausschmelzverfahren

Das Wachsausschmelzverfahren sollte daher besser Verfahren mit verlorenem (Wachs-)Modell heißen, so wie es das Französiche cire perdu, oder das Englische lost wax method ausdrückt. Denn einer der entscheidenden Unterschiede ist eben, dass das Modell bei diesem Verfahren verloren geht, wohingegen die Form bei allen außer dem Guss in Dauerformen verloren geht! Das Verfahren ist seit sehr  langem bekannt, frühe Nachweise lassen sich in Baluchistan (Pakistan) für das Ende des vierten bis Anfang des dritten Jahrtausends vor Beginn unserer Zeitrechnung finden .

Mit Hilfe eines Modells aus Wachs, welches genau dem gewünschten zu gießendem Objekt gleicht, wird eine Negativform hergestellt. Diese ist bei der großen Mehrzahl der Formen in unserer Geschichte aus Lehm, und gehört damit zu den tongebundenen Formstoffen. In späteren Zeiten kommen noch weitere Formstoffe hinzu, die aber nicht Gegenstand dieses Beitrags sind.

Formlehm – ein genialer Werkstoff

Generell sollte ein Formstoff folgenden Anforderungen gerecht werden:

• feuerfest
• keine Schrumpfung
• gasdurchlässig
• bildsam
• leichter Zerfall nach dem Guss (nicht relevant für ältere Verfahren)

Da reiner Ton zu fett ist, d.h. er eine zu große Schwindung in reiner Form aufweist muss der Ton [glossary slug=’magerung’]gemagert[/glossary] werden. Dies geschieht mit anorganischem und organischem Materialien. Archäologisch nachgewiesene und/oder historisch/ethnographisch belegte Zuschläge sind: (Quarz) Sand, zermahlene alte Formen, Tierhaar, Pferdemist und Spreu. Der Ton fungiert als Bindemittel für die anorganischen, feuerfesten Magerungsmittel. Da diese beim Trocknen nicht schrumpfen, kann über deren Anteil die Schrumpfung des Formstoffs eingestellt werden.

Die organischen Magerungsmittel haben eine andere Aufgabe; sie verbessern die plastischen Eigenschaften im feuchten Zustand. Sie verringern durch ihre faserige Gestalt das Reißen beim Trocknen. Sie verbessern die Gasdurchlässigkeit da sie beim Brand der Formen verbrennen. Der Formlehm wird/wurde von jedem Gießer selber hergestellt und kann mit Erfahrung an jedem Ort hergestellt werden an dem gearbeitet wird/wurde. Die Rohmaterialien sind überall zu bekommen.

Historische Quellen wie Theophilus Presbyter  im 12. Jahrhundert , Vanoccio Biringuccio oder Benvenuto Cellini  im 16. Jahrhundert  teilen uns ihre Rezepte mit. Auch bei Lazarus Ercker , dem berühmten Probierer und Metallurgen des 16. Jhdts finden sich einige Hinweise wie mit Ton zu verfahren ist um feuerfeste Materialien herzustellen .

Formen

Unter Formen oder Einformen versteht man das Herstellen einer Form. Das fertige Wachsmodell wird hierzu mit dem Formlehm umhüllt. Dabei ist darauf zu achten, dass das Modell nicht deformiert wird, und dass der Formstoff an allen Wachsoberflächen ordentlich anliegt. Danach wird die Form getrocknet, dabei entweicht das Quellungswasser. Als nächstes muss das Wachs  ausgebrannt werden, so dass der Formhohlraum entstehen kann.  Nachdem das Wachs ausgeschmolzen ist, muss die Form gebrannt werden, um das chemisch gebundene Kristallwasser zu entfernen. Ist die Form nicht gebrannt, würde das Kristallwasser beim Eingießen der 1100-1150 ºC heißen Schmelze verdampfen und im besten Fall den Guss unbrauchbar machen – im ungünstigsten Fall  würde die Form explodieren oder flüssiges Metall aus der Form spritzen.

 Schmelzen und Gießen

Das Schmelzen des Bronze erfolgt im Schmelztiegel, der mit Holzkohle zusammen im Schmelzofen steht. Je nach Konstruktionsprinzip muss ein Ofen mit Blasebälgen betrieben werden, oder er kann den natürlichen Zug ausnutzen . Mit Hilfe der Blasebälge lässt sich aber auch ein Ofen mit natürlichem Zug besser kontrollieren. Bronze ist über 1000 ºC flüssig und muss bis etwa 1150 ºC erhitzt werden. Man spricht hier von Überhitzen der Schmelze, so dass genug Zeit bleibt den Schmelztiegel zu ziehen und Metall einzugießen. Im Falle des oben gezeigten Films (1 kg Bronze) verbleiben dafür etwa fünf Sekunden, bevor das Metall zu kalt ist. Die Form wird zerschlagen um den Guss zu erhalten. Die Form ist nun verloren, und für weitere Güsse müssen neue Formen gemacht werden.

Nacharbeit

Um aus dem Rohguss einen fertigen Gegenstand zu machen, musste er in der Urgeschichte auch Steinen geschliffen werden. Hierzu wurden Schleifsteine verschiedener Körnung verwendet. Am Ende kann der Guss poliert werden, was mit Leder, Holz oder Holzkohle geschehen kann. Im Fall von Leder und Holz kann man Tonpulver, Holzkohlepulver, oder auch Ohrenschmalz verwenden. Die Nacharbeit ist die bei weitem zeitaufwändigere Tätigkeit. Im Falle des Fingerrings aus dem Film waren es 2 h für das Formen, Brennen und Gießen, aber 20 h für das Schleifen und Polieren.

Literatur

Das EWS Mk2 Optik Werkzeug, neudeutsch lens wrench, ist ein verstellbarer Schlitzmutternschüssel und kann Schlitzmuttern mit Durchmessern bis zu 80 mm öffnen. Es ist somit für mikroskopische und fotografische Anwendungen bestens geeignet. Es verfügt über zwei verstellbare Schraubendreherklingen, mit je einer schmalen und einer breiten Klinge. Weder das Öffnen von großen Muttern, noch das Öffnen von feinen Muttern stellen ein Problem dar. Der großzügig dimensionierte Griff kann als Hebel genutzt werden um auch festsitzende Muttern zu lösen. Wer desöfteren alte Optiken auseinander nimmt, sei es zum Reinigen oder zum Umbau, der kommt um das Öffnen und Schließen von Schlitzmuttern nicht herum.
Eine weitere Besonderheit des Werkzeugs ist, das die Klingen an der Schmalseite des Griffes befestigt werden, um tief liegende Muttern lösen zu können.

Neben den flachen Standardklingen, gibt es auch Klingen mit runden Arbeitsenden, so dass der Schlüssel auch für Stirnlochmuttern, wie sie in  Kleinbild- und Mittelformatobjektiven verwendet werden.

Den lens wrench können sie hier bestellen.

Entstehungsgeschichte des lens wrench

In Zusammenarbeit mit einigen Mitgliedern des Forums für Mikroskopie wurde das EWS Optik Werkzeug entwickelt, um dem Wunsch nach einem universell einsetzbaren Werkzeug für die im Optikbereich häufig anzutreffenden Schlitzmuttern nach zu kommen.

Technische Daten

• Der Klingenhalter besteht aus rostfreiem Stahl, V2A
• Die beiliegenden Standardklingen Klingen bestehen aus gehärtetem und angelassenem Werkzeugstahl
• Die Klingen lassen sich parallel verschieben
• Die Klingen werden mit je einer Rändelschraube fixiert
• Die Klingen besitzen je zwei Arbeitsenden, eines mit 2,5 mm und eines mit 4 mm Breite
• Für den Fall dass sich die großen Rändelschrauben ins Gehege kommen, kann eine Klinge auch mit einer normalen Linsenkopfschraube (Inbus, liegt bei) fixiert werden
• Der Klingenhalter verfügt über eine Millimeter Skala, so dass der Klingenabstand auch millimeterweise eingestellt werden kann

Optionales Zubehör

• Ungeschliffene Klingen sind erhältlich
• Schmalere Klingen können gegen Aufpreis angefertigt werden 
• Mit Klingen mit zylindrischen Arbeitsenden fungiert er als verstellbarer Stirnlochmutternschlüssel

 

Aluminiumguss zweier Natursandformen. Herstellung der Form ist hier gezeigt. Herstellung des Modells hier.

Die Sandformerei

Der Sandguss, genau genommen das Natursand-Formverfahren lässt sich bis in das 17. Jahrhundert zurück verfolgen. Dieses spezielle Formverfahren, dass heute nur noch wenige Betriebe im deutschsprachigen Raum beherrschen, wurde aufgrund des hohen Arbeitsaufwandes durch das Wachsausschmelzverfahren abgelöst. Es gibt heutzutage eine große Anzahl moderner Sandgussverfahren, die alle auf dem gleichen Prinzip beruhen. Grundsätzlich haben sich nur die Bindemittel für den Formsand geändert. Wo früher der natürlich vorkommende Ton das Bindemittel für den Formsand war, sind es heutzutage Bentonit (das Tonmineral Montmorillonit), Wasserglas, Furan-, Phenolharze und dgl.

Die Animation zeigt kurz und knapp den Entstehungsprozess einer Gussform aus Naturformsand. Die Form ist für den Aluminiumguss hergestellt worden und beinhaltet u.a. einen Rechteckmikroskofuß für ein Zeiss Junior Mikroskop.
Es wird in die grüne, d.h. feuchte Form gegossen, was wegen der guten Gasdurchlässigkeit des Formsandes keine Gefährdung durch Wasserdampfexplosionen darstellt. Das Verfahren ist nur von ausgebildetem Fachpersonal zur Anwendung zu bringen!

Natursand Formverfahren

Diese Seite will jedoch nur auf das Natursand-Formverfahren eingehen. Da der Sand alleine nicht ausreicht um Formen zu bauen, benötigt man noch einige weitere Hilfsmittel. Das wichtigste wäre wohl der Formkasten. Dies ist heute in der Regel ein zweiteiliger, profilierter Stahlrahmen, der über sog. Schlösser verfügt, um ein genaues Aufeinanderpassen der beiden Hälften zu gewährleisten. Da der Sand feucht sein muss um ihn in den Formkasten zu verdichten, benötigt man noch einen Trockenofen. Warum hält der Sand? Der Formsand hält zusammen, weil er in einem geringen Anteil Ton als Bindemittel enthält (8-15%). Sand den man in der Hand zusammendrücken, etwa einen halben Meter in die Luft wirft, und danach als Ganzes wieder auffangen kann, weist genügend Bindekraft auf um als Formsand zu funktionieren. Natürlich gibt es noch andere Kriterien, wie Bildsamkeit, Luftdurchlässigkeit, und Feuerfestigkeit. Feiner Quarzsand, genau genommen Grobschluff (für die Bodenkundler), erfüllt alle Anforderungen an einen guten Formsand, sofern er einen Tongehalt von etwa 12% aufweist. Mit einem Feuchtigkeitsanteil zwischen 3,5% und 6% steht dem Formen nun nichts mehr im Wege.

Formen, Modelle & Co

Am besten eignen sich einfache Modelle ohne Hinterschneidungen für den Sandguss. Diese lassen sich derart in die falsche Formhälfte eingraben, so dass eine sorgenfreie Formteilung angelegt werden kann. Was ist denn nun bitte die Formteilung? Die Formteilung ist die Linie entlang des Modells an dem die Form geteilt wird. Will man beispielsweise eine Kugel formen, liegt die Formteilung entlang des Äquators, da auf diese Weise in keiner Formhälfte ein Hinterschneidung auftritt, die das Entformen des Modells verhindern würde. Nachdem man das Modell zur Hälfte eingegraben hat, legt man die zweite Kastenhälfte auf und verdichtet den Sand über dem Modell. Die beiden Hälften werden zusammen umgedreht und die falsche Hälfte abgehoben. Die falsche Hälfte wird ausgeschlagen, der Kasten aufgesetzt und mit Sand aufgefüllt und verdichtet. Nun kann man die Hälfte wiederum abnehmen und das Modell ziehen. Die Form ist nun soweit fertig. Es fehlen bloß noch die Anschnitte. Das Einguss- und Entlüftungssystem heißt Anschnitt, da dieses mit der Lanzette in den Formsand geschnitten wird. Nach dem Trocknen, wobei die Hälften einzeln getrocknet werden, wird die Form zusammengelegt und abgegossen. Das Gussstück kann man nur entformen indem man den Kasten ausschlägt. Was geschieht mit einer komplizierten Form? Lässt sich diese auch in einer Sandform gießen?

Zum Aluminiumguss dieser Form geht es hier.

Die Arbeit des Archäologen lässt sich auch an modernen Artefakten studieren. Ich möchte hier die Geschichte der Rekontruktion eines “modernen” industriell gefertigten Teiles zeigen. Die Paralllelen zur Arbeit an urgeschichtlichen Funden ist erstaunlich! Sogar ein gewisser Interpretationsspielraum ist vorhanden, wenngleich die archäologische Deutung vergleichbar einfach ist.

Die Arbeit mit älteren Mikroskopen erfordert bisweilen eine Menge Geduld bis ein passende Zubehörteil angeboten wird. Obwohl das für mich nach wie vor so bleibt wenn es um Optiken geht, habe ich mich dazu entschlossen eine Rekonstruktion ganz anderer Art vor zu nehmen. Es handelt sich um die Rekonstruktion eines Mirkroskopstativfußes für ein älteres Zeiss Junior Mikroskop. Dieses Zeiss Baukastensystem erlaubte es dem damaligen Mikroskopiker, sich ein individuell angepasstes Mikroskop zusammen zu stellen. Die geringen Maße des Zeiss Junior Mikroskops machten dies zu einem idealen Begleiter auf Feldforschungen und dgl.; im folgenden schlicht Reisemikroskop genannt. Für das Reisemikroskop gab es einen rechteckigen Stativfuß mit besonders kleinen Abmessungen.

Der erste Arbeitsschritt ist die Recherche um an geeignete Vergleichsfunde zu gelangen. Ein Original Rechteckfuß ließ sich nicht auffinden. Also mussten Fotos und ein runder Fuß herhalten um sich dem der Form des Fußes anzunäheren. Mit diesen Informationen und einigen pers. comms. ließ sich eine erste Rekonstruktionszeichnung anfertigen.

 

Der nächste Schritt ist die Herstellung des Modells. Hierzu wird die maßstabsgetreue Zeichnung entsprechend des Schwindmaßes des zu vergießenden Werkstoffs skaliert. Im Falle von Al-Gusslegierungen beträgt die lineare Schwindung 0.8 – 1.5 %. Ich verwende den Richtwert von  1.2 %. Das Modell wird aus Holz hergestellt und entsprechend des zu vergießenden Metalls farbig lackiert: Grün für Leichtmetallguss, rot für Grauguss, gelb für Schwermetallguss.

Das Modell wurde aus amerikanischem Ahorn (Acer saccharum) hergestellt.

Hier gehts weiter mit dem Formenbau