Schleuderguss

Schleuderguss wird gewählt, wenn rotationssymmetrische Bauteile herzustellen sind. Hierzu wird flüssiges Metall (Schmelze) in eine um ihre Mittelachse rotierende Gussform (Kokille) gefüllt. Durch reibungsbedingte Schubkräfte wird die Schmelze ebenfalls in Rotation versetzt und durch die Zentrifugalkraft an die Kokillenwand gepresst. Die Drehzahl der Kokille wird so gewählt, dass hohe Zentrifugalkräfte wirken, unter denen die Schmelze erstarrt. Verglichen mit dem statischen Gießverfahren entsteht auf diese Weise ein Gefüge mit wesentlich weniger Poren und Lunkern und deutlich höherem Reinheitsgrad. Die Außenkontur des Bauteils wird durch die Innengeometrie der Kokille definiert.

Horizontalguss


Beim Horizontalguss wird die Schmelze in eine liegende Kokille eingegossen, die von vorn und hinten mit Deckeln verschlossen ist. Häufig wird die Kokille, die aus Stahl oder Gusseisen besteht, mit einer keramischen Schutzschicht, der sogenannten Schlichte, ausgekleidet. Für besonders lange Gussstücke oder den kontinuierlichen Schleuderguss kann dabei die Gießrinne während des Gießprozesses verschoben werden. Die Außenkontur ist hierbei am häufigsten glatt, möglich sind jedoch auch angegossene Bunde, leicht konische Kontur oder Absätze. Die Innenoberfläche ist durch die Zentrifugalkraft bestimmt immer zylindrisch glatt. Die Wandstärke errechnet sich aus der Menge bzw. dem Gewicht der eingegossenen Schmelze. Beim Schleuderguss mit verschiebbarer Gießrinne beeinflusst auch die Umdrehungsgeschwindigkeit und die axiale Verschiebung der Gießrinne die Wanddicke.

Die herstellbaren Abmessungen sind stark vom Werkstoff und weiteren technischen Restriktionen abhängig. Theoretisch machbar sind Innendurchmesser ab 20mm, zumeist jedoch erst ab 40mm wirtschaftlich. Die Wandstärke sollte, werkstoffabhängig, nicht größer als der Innendurchmesser sein. Der Außendurchmesser ist theoretisch nahezu unbeschränkt, in der Praxis jedoch auf ca. 1200mm begrenzt. Die Länge richtet sich nach Innendurchmesser und Werkstoff. Sie liegt typischerweise zwischen 1,5xd und max. 6 Metern.

Vertikalguss


Beim Vertikalguss erfolgt der Abguss in einer Kokille, deren Achse vertikal rotiert. Vertikalguss wird hauptsächlich für konische oder kugelförmige Außenkonturen eingesetzt. Die Umdrehungsgeschwindigkeit ist hierbei oft deutlich langsamer als beim Horizontalguss. Dadurch bildet sich an der Innenoberfläche durch die Kombination von Schwerkraft und Zentrifugalkraft eine Parabel aus, die über die Drehzahl eingestellt werden kann. Weiterhin kann die Innenkontur über das Gießgewicht gesteuert werden.

Verbundguss beim Schleuderguss


Beim Verbundguss werden mehrere Schichten aus unterschiedlichen Werkstoffen übereinander gegossen, während die Erstarrung noch nicht abgeschlossen ist. Im Horizontalguss können so Produkte erzeugt werden, die unterschiedliche Eigenschaften verschiedener Stähle kombinieren. Im Gegensatz zu aufgeschweißten oder aufgetragenen Schichten kann durch den Verbundguss der Übergang der beiden Werkstoffe in feinen Abstufungen erfolgen. Nachteil ist, dass der Innenwerkstoff immer beim Einguss mit dem restlichen, flüssigen Material des Außenwerkstoffs auflegiert wird und dies die Möglichkeit für die Werkstoffpaarung begrenzt. Der größte Vorteil des Verbundgusses liegt in der gegenüber klassischen Auftragsverfahren deutlich höheren Produktivität sowie in den wesentlich größeren Wandstärken der Außenschicht.

Wachsausschmelzverfahren

Das Wachsausschmelzverfahren ist ein Formverfahren für den Metall- und Glasguss. Es werden meist einteilige Formen hergestellt. Die Modelle werden meist aus Wachs, seit einigen Jahren zunehmend auch aus Kunststoffen hergestellt. Im Verlauf des Verfahrens wird sowohl das Modell als auch die Form zerstört. Daher wird es auch als Verfahren mit verlorenem Modell bezeichnet, gelegentlich auch als Verfahren mit verlorener Form. Da aber noch andere, gänzlich verschiedene Formverfahren mit verlorener Form existieren, sollte letztere Bezeichnung vermieden werden.

Eine andere Bezeichnung für das Verfahren ist cire perdu (frz. verlorenes Wachs).

Arbeitsschritte

  1. Ein gewünschter Gegenstand wird aus Wachs modelliert. Dies ist das Modell oder Wachsmodell.
  2. Das Modell wird mit Einguss- und Entlüftungskanälen versehen (in Gießereien werden solche Modelle auch als "das Wachs" bezeichnet).
  3. Der Formstoff wird aufbereitet.
  4. Das Modell wird mit Formstoff/Einbettmasse ummantelt; es entsteht die Grünform.
  5. Die Grünform wird ausgeschmolzen; der Formhohlraum entsteht.
  6. Je nach Einbettmasse wird die Form eventuell gebrannt.
  7. Geschmolzenes Metall wird in die Form gegossen.
  8. Das Metall erstarrt in der Form.
  9. Die Form wird zerschlagen, um den Rohguss zu entnehmen.

Varianten des Wachsausschmelzverfahrens

Nach Art und Weise des Form-Aufbaus kann man unterscheiden in:

  • Blockförmige Gussformen
  • Formen mit schalenförmigem Aufbau

Blockförmige Formen

Hierzu zählen alle Formstoffe, deren Bindemittel Gips ist, z. B. Schamotte oder Ziegelsplitt. Die Wachsmodelle werden mit einem Anschnitt versehen und entweder in den flüssigen Formstoff getaucht oder die Modelle werden mit dem Formstoff übergossen. Nachdem der Gips abgebunden hat, müssen die Formen je nach Größe einige Tage im Trockenofen bei Temperaturen bis etwa 800 °C gebrannt werden.

Formen mit schalenförmigem Aufbau

Diese Formen umhüllen das Wachsmodell mit einer Schale aus feuerfestem Formstoff. Der Unterschied liegt im Aufbau der Form. Während bei den obengenannten Formen der Formstoff in flüssiger Weise vorliegt, wird bei dieser Methode der Formstoff in einem oder mehreren Arbeitsgängen auf das Wachs aufgetragen. Die am häufigsten verwendeten Formstoffe hierfür sind Tone, und speziell aufbereitete Lehme. Seit einigen Jahrzehnten auch Quarzsand mit Wasserglas als Bindemittel, bzw. anderweitige feuerfeste Materialien wie Zirkon- und Olivinsand mit synthetischen Bindemitteln. Letztere finden oft in der Schmuckindustrie, dem Präzisionsguss oder dem Feingießen Verwendung.

Anforderungen an die Materialien

Das Modellmaterial muss mechanisch belastbar sein, so dass es beim Einformen nicht zerbricht oder deformiert wird. Das Modellmaterial muss sich restlos ausschmelzen lassen, dies gilt speziell beim Präzisionsguss. Sollte das Modell auch mittels einer Form hergestellt werden, sollte es nur eine geringe oder gar keine Schwindung aufweisen.

Die Formstoffe sind vielgestaltig, aber alle Formstoffe sollten eine Kombination der folgenden Eigenschaften aufweisen:

  • Bildsamkeit
  • Feuerfestigkeit
  • Gasdurchlässigkeit
  • Guter Zerfall nach dem Guss

Für den Präzisionsguss sind zusätzlich erforderlich:

  • Dimensionsverhalten
  • Chemische Stabilität

Gipsgebundene Einbettmassen zerfallen leicht und geben dabei Schwefel ab, der das Gussmetall verunreinigt.

Aus den Anforderungen lässt sich leicht ersehen, dass eine Reihe von Materialien in Frage kommen. Hier folgt eine Auswahl der verschiedenen Materialien:


  • Tonmineral
  • Lehm
  • Schamotte
  • Quarzsand
  • Ziegelsplitt
  • Gips

Geschichte

Das Prinzip dieses Verfahrens ist seit Jahrtausenden bekannt und findet zumindest seit dem 4. vorchristlichen Jahrtausend Anwendung im Metallhandwerk. Bedeutende Zentren der Metallverarbeitung waren ab dem 5. Jahrtausend Bulgarien mit seinen frühen Kupferminen, sowie Anatolien mit Kestrel und Göltepe mit einer der frühesten Zinnminen und Zinnproduktion der alten Welt (4. Jhd. v. Chr.). Das Verfahren war auch den indigenen Völkern Kolumbiens und Mittelamerikas, z.  B. den Muisca (Eldorado), bekannt. Sie benutzten dafür z. B. Tumbaga und formten Kultgegenstände. Alle bedeutenden Bronzekunstgusswerke des frühen Mittelalters sind so entstanden.
Heute wird beispielsweise die Kühlerfigur des Rolls-Royce, der Spirit of Ecstasy, im Wachsausschmelzverfahren hergestellt. Auch in der zeitgenössischen Kunst findet dieses Verfahren seine Anwendung, da die Abformung sehr exakt die feinen Modellierstrukturen abbildet, wie man beispielsweise an den Bronzeskulpturen des Künstlers Norbert Marten erkennen kann. Die Zahntechnik verwendet diese Methode ebenfalls.

Sandguss

Das Sandformverfahren gehört zur Gruppe der Gussverfahren der Verlorenen Form.

Ein Modell (z. B. aus Holz, Metall oder gebranntem Ton) wird dafür in Sand (als Formstoff) abgeformt, das Modell entfernt und der verbliebene Hohlraum mit geschmolzenem Metall ausgegossen. Das Metall fließt dank seines Eigengewichtes durch ein System von Zuleitungen (das Anschnittsystem) in die Sandform, ein System von Austrittskanälen erleichtert in manchen Fällen das Entweichen der Luft aus den Hohlräumen. Die Herstellung von Teilen mit komplizierten Formen und kleinen Materialquerschnitten erfordert großes Wissen und Erfahrung und stellt eine Kunst dar.

Weiterentwicklung

Aus diesem Grund ist der Sandguss heute durch Schleuderguss ergänzt worden. Eine Ausnahme bildet beispielsweise der Glockenguss, bei dem die Formen zu groß für einen Schleuderguss wären. Aber auch andere Großteile werden dank der unkomplizierten Handhabung noch heute mit Sandguss gefertigt, beispielsweise Zylinderwalzen.

Um den Sand zu stabilisieren, bedarf es eines Bindemittels, z. B. Ton (Bentonit) mit entsprechender Menge Wasser (Nassguss bzw. Grünsandguss) oder Öl, Wasserglas mit CO2 oder Kaltharzen (Furan).

Sandformen (mit Formgrundstoff Quarz, Chromit, Zirkon usw.) werden oder wurden unter anderem für Glockenguss und Kunstguss verwendet und sind in der gesamten Gießereiindustrie für die Herstellung von Metallformgussstücken vorherrschend. Der althergebrachte Begriff vom Sand ist im modernen Sprachgebrauch der Gießer durch den Fachbegriff Formstoff ersetzt, da die verwendeten Materialien nur noch wenig mit natürlich vorkommenden Grundstoffen zur Gießformherstellung gemein haben.

Wenn die Sandform mit einem Modell hergestellt wurde, welches beim Gießen in der Form verbrennt (vergast), so spricht man vom Vollformguss mit einer verlorenen Form, da auch diese Sandform beim Ausleeren des erkalteten Gussteiles zerstört werden muss.