Lunker

Als Lunker bezeichnet man bestimmte (meist unerwünschte) Hohlräume im Inneren eines Werkstücks oder Einbeulungen an dessen Oberfläche, die aufgrund des Herstellungsprozesses entstehen. Der Begriff "Lunker" wird in der Metallurgie, der Kunststoff-Verarbeitung, der Baustoffe (Beton und Mauerwerk) und in der Hochspannungstechnik verwendet.  

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Metallurgie

Unter Lunkern versteht man in der Metallurgie Hohlräume im Gefüge von Gussteilen, die durch die Volumenabnahme beim Erstarren von flüssigem Metall entstehen können. Lunker zählen zu den Gussfehlern.

Lunkerbildung

Lunker entstehen durch Volumenabnahme (Schwindung) beim Erstarren von Metallschmelzen. Die Volumenabnahme bei Abkühlung einer Schmelze besteht aus einer Volumenschwindung im flüssigen Zustand (Flüssigkeitskontraktion) unterhalb der Gießtemperatur T_G und oberhalb der Erstarrungstemperatur T_S, einer sprunghaften Volumenschwindung (Erstarrungskontraktion) bei erreichen der Erstarrungstemperatur T_S und einer stetigen Schrumpfung (Festkörperkontraktion) im festen Zustand (unterhalb T_S bis Raumtemperatur). Entscheidend für die Lunkerbildung ist die Erstarrungskontraktion beim Phasenübergang von flüssig zu fest. Kommt es bei der Erstarrung zu einem Einschluss der Schmelze von bereits erstarrtem Metall, kann weitere Schmelze nicht mehr nachfließen, um die Erstarrungsschrumpfung auszugleichen, und ein Lunker entsteht.

Lunkervermeidung

Lunker im Inneren von Halbzeugen und Gußteilen stellen als Materialfehler z.B. durch ihre Kerbwirkung eine zum Teil erhebliche Minderung der Festigkeit des Werkstoffes dar, die nur durch umständliche Werkstoffprüfung, wie z. B. Ultraschallprüfung nachgewiesen werden können. Während Lunker im Inneren von Halbzeugen bei einer späteren Warmverformung unter Druck und Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur beseitigt werden können, ist eine Beseitigung bei fertigen Gussbauteilen nicht möglich. Daher gilt es, die Entstehung von Lunkern im Inneren zu vermeiden.

Da sich die Lunkerbildung bzw. die dafür verantwortliche Erstarrungsschrumpfung nicht verhindern lässt, sollte die Erstarrung durch konstruktive oder gießtechnische Maßnahmen so beeinflusst werden, dass Lunker nur außerhalb des eigentlichen Gussstückes entstehen.

Das gezielte Nachfüllen der entstehenden Lunker bezeichnet man als Speisen. Hierbei dienen der Steiger oder Speiser außerhalb des eigentlichen Gussstücks als Schmelz-Reservoirs, aus denen die Schmelze in das Gussstück nachfließen kann. Dabei ist wichtig, dass das Reservoir erst nach Erstarrung des Gußstückes selbst erstarrt, damit die speisende Funktion während des Erstarrungsprozesses gewährleistet bleibt. Dies wird durch ein entsprechend großes Speiservolumen oder durch Beheizen des Speisers erreicht.

Um das stetige Nachfließen innerhalb eines Gussstückes zu erreichen, ist die Erstarrung so zu lenken, dass diese in der am weitesten vom Speiser entfernten Stelle (sog. Endzone) beginnt und dann weiter bis zum Steiger hin ausbreitet. Damit wird erreicht, dass sich Lunker nur im Speiser ausbilden. Eine Möglichkeit, die Erstarrung derart zu lenken, ist die stetige Erweiterung des Gussteil-Querschnitts zum Steiger hin.

An Materialanhäufungen im Gussstück bleibt der Werkstoff länger flüssig als in anderen Teilen des Werkstückes, hier kommt es also auch vermehrt zu Lunkerbildung. Daher sind Materialanhäufungen durch konstruktive Gestaltung zu vermeiden oder durch Verwendung eines Kerns aufzulösen.

Bei komplizierten Gussstücken, bei denen die für die Lunkerbildung kritische Stellen nicht vermieden werden können, kann der Erstarrungsprozess durch gezieltes Heizen oder Kühlen der Form gelenkt werden.

Unterschied Lunker / Poren

Hohlräume, die sich beim Erstarren aufgrund von Gasblasen bilden, bezeichnet man als Poren. Sehr feine Lunker, sogenannte Mikrolunker, werden ebenfalls als Poren bezeichnet, bei ihnen handelt sich jedoch um Schwindungsporen. Zu beachten sind dabei die völlig unterschiedlichen Entstehungsursachen.

Literatur

Bergmann, W.: Werkstofftechnik 2: Werkstoffherstellung - Werkstoffverarbeitung - Werkstoffanwendung 2001, Carl Hanser Verlag, ISBN 3-446-21639-1

Baustoffe

• Im Beton ist ein Lunker ein Lufteinschluss, der durch schlechte Verdichtung beim Betonieren entstanden ist, oder wenn Zuschlagkörner zu wenig mit Zement umhüllt sind, weil der Beton schlecht gemischt wurde.
• In Mauerwerk entsteht ein Lunker durch schlechte Vermörtelung der Steine; bei Bruchsteinmauerwerk gibt es diese Löcher besonders oft wegen der unregelmäßigen Form der Bruchsteine, weil die Zwischenräume schlecht mit Mörtel gefüllt werden können.
• Die Lunker setzen die Dichte und die Festigkeit herab und erhöhen die Durchlässigkeit.

Lunker können einige Millimeter bis Zentimeter groß sein. Lunker an der Betonoberfläche werden sichtbar, wenn die Schalung abgenommen wird. Sie können dann mit Spachtel etc. geschlossen werden.

Hochspannungstechnik

In der Elektrotechnik wird eine Fehlstelle (Hohlraum) in einem Isolator als Lunker bezeichnet. Die Problematik besteht darin, dass die Dielektrizitätskonstante im Lufteinschluss viel kleiner ist als die im Isolatormaterial, verbunden mit einer vergleichsweise geringen dielektrischen Festigkeit. Beim Anlegen einer hohen Spannung wird die eingeschlossene Luft ständig durchschlagen (Teilentladungen), was das umliegende Isolationsmaterial stark beansprucht und im Laufe der Zeit den Isolator von innen heraus "auffrisst". Dieser Vorgang wird Treeing oder Bäumchenwachstum genannt.

Wiki- und Weblinks

• Fertigungsverfahren, Gießen
• Inhomogenität, Ortbeton, Sintern
• Baulexikon: Lunker