Industrie-Lexikon

Formguss

Formguss ist ein Gie├čverfahren. Unter Formguss versteht man die Gesamtheit technischer M├Âglichkeiten, geschmolzene Metalle – entweder rein oder als Legierung – in eine von der k├╝nftigen Verwendung bestimmte Form zu bringen. Dies schlie├čt moderne Techniken, wie den Gradientenguss und den fertigungstechnisch verwandten Hybridguss ein, nicht aber das Gie├čen von Rohlingen, die den sp├Ąteren Verwendungszweck zwar andeuten, aber intensiv weiterbearbeitet werden m├╝ssen (Beispiele: Gesenkschmieden, Tiefziehen). Das Gie├čen von Kunststoffen erfolgt meist als Spritzguss von Thermoplasten oder mit Gie├čharz als Material.

Geschichte
Die Herstellung metallischer Schmuck- und Gebrauchsgegenst├Ąnde durch Gie├čen geschmolzenen Metalls in eine Form war schon in der fr├╝hen Bronzezeit bekannt. Funde, die bereits auf Kleinserien schlie├čen lassen, zeigen dies und geben zugleich Aufschluss ├╝ber Kenntnisse der Formherstellung aus verschiedenen Materialien. Die einfachste Form diente dem einmaligen Abguss von B├╝sten und Statuen und wurde nach Erkalten des Gussteils durch Zerschlagen von diesem abgetrennt, eine Technik, die im Glockenguss als ÔÇ×verlorene Form“ bis heute ├╝berdauert hat. Eine andere Entwicklung nahm der ÔÇ×Herdguss“ (bekanntestes Beispiel sind die eisernen, reich verzierten Ofenplatten aus dem 15. und 16. Jahrhundert), bei dem in eine nach oben offene Form gegossen wurde, die durch einfaches Eindr├╝cken einer Gussvorlage in das Formbett entstand. Die Unterseite des Abgusses zeigte dann die gew├╝nschte Konturierung. Auch diese Formtechnik eignete sich nur f├╝r einen Abguss, der jedoch nach Auffrischung des Formbetts wiederholt werden konnte. Ein gro├čer Schritt war die Erfindung des bis heute bekannten Wachsausschmelzverfahrens. Dazu wurde ein Modell aus Wachs benutzt, einem Material, das erlaubte, jede gew├╝nschte Feinheit der Modellvorlage herauszuarbeiten. Das Wachsmodell wurde danach vollst├Ąndig in eine sich anpassende und dennoch standfeste Tonmasse eingebettet, das Wachs durch Erhitzen ausgeschmolzen und an seiner Stelle das verfl├╝ssigte Metall oder die Legierung in den entstandenen Hohlraum eingegossen. Nach dem Erkalten wurde die t├Ânerne Form abgeschlagen. F├╝r eine Serienfertigung war diese Technik wenig geeignet. Schon im 12. Jahrhundert v. Chr. finden sich daher zweiteilige Gie├čformen aus Bronze, mittels derer man Beile in Serie zu gie├čen vermochte.

Zu technischer Bedeutung gelangte der Formguss erst gegen Ende des 18. Jahrhunderts, als die Gusseisenzeit den Eintritt in das Industriezeitalter markierte. Einzelteile aus Eisenguss wurden serienm├Ą├čig in Sandformen hergestellt und zu Konstruktionen verbunden. Einige sind als Industriedenkmale bis heute erhalten geblieben.

Heute hat Eisenformguss vielf├Ąltigeren Anspr├╝chen zu gen├╝gen. Neue Entwicklungen erlauben es sogar, den bisherigen Gewichtsnachteil gegen├╝ber Aluminiumguss auszugleichen und bei extremer D├╝nnwandigkeit die Anspr├╝che moderner Motorentechnik zu erf├╝llen (ADI, austempered duktile iron).

Die zu Beginn des 21. Jahrhunderts aktuelle Entwicklung bei Formguss ist die Bionik, die sich hinsichtlich Formgebung und Stabilit├Ąt am menschlichen Knochenbau und dessen Strukturen orientiert. Ziel ist gute Festigkeitswerte mit Leichtbau und Gewichtsersparnis zu verbinden.

Insbesondere im Fahrzeugbau ist Gewichts- und die damit verbundene Energieeinsparung zu einem die Fertigungsverfahren bestimmenden Faktor geworden. Werkstoffwahl, Formgebung und Fertigungsverfahren unterwerfen sich dabei dem ├╝bergeordneten Konzept "Leichtbau".

Modellbau als historische Voraussetzung der Formherstellung
Einfach ausgedr├╝ckt ist jede Gussform (gleichbedeutend auch Gie├čform) ein Hohlraum, der mit geschmolzenem Metall gef├╝llt wird und ihn bei der Erstarrung unter Ber├╝cksichtigung ihm von seiner Ausformung vorgegebener Einzelheiten wiedergibt. Dies geschieht mit Hilfe eines Modells, das dem sp├Ąteren Gussst├╝ck unter Ber├╝cksichtigung des linearen Schwindma├čes bei der Abk├╝hlung von der Gie├č- auf die Raumtemperatur genauest m├Âglich entspricht. Es ist dabei zu unterscheiden zwischen verlorenen  und mehrfach einsetzbaren Modellen aus Gipsmasse, Holz, Kunstharzen oder Metall.

Der Modellbau ist ein technisches Spezialgebiet. Fr├╝her fertigte man die Modelle zumeist nur aus Holz (daher die alte Berufsbezeichnung ÔÇ×Modellschreiner oder -tischler“). Die in ihren M├Âglichkeiten sich seit Ende des 20. Jahrhunderts ausweitende Digitalisierung hat den Beruf stark beeinflusst, denn es ist im 3D-Verfahren m├Âglich, Modelle rasch und leicht ab├Ąnderbar herzustellen. Dies geschieht mittels Computer, der im CAD/CAM-Verfahren aus einer vorliegenden Zeichnung ein dreidimensionales Modell entweder aus thermisch resistenten Kunststoff- oder Metallpulvern erstellt. Selbst einsatzf├Ąhige Prototypen sind herstellbar (Rapid-prototyping-Verfahren). Gr├Âssere Sandformen k├Ânnen unter Verzicht auf ein Modell aus einem kunstharzfreien Vormaterial, zum Beispiel Sand, dem anorganische Bindemittel zugegeben werden, die eine thermische H├Ąrtung erm├Âglichen, mittels des 3D-Verfahrens aufgebaut werden. Aus den USA wird die Inbetriebnahme des gr├Â├čten 3D- Drucksystems f├╝r Formen berichtet.  Umgekehrt ist auch das Ausfr├Ąsen eines Modells aus dem Vollen m├Âglich. Da sich Modelle mittels 3D-Technik aus nahezu beliebigem Material leicht herstellen und auch ver├Ąndern lassen, erm├Âglichen sie in Auswertung der Ergebnisse der jeweiligen Gie├čsimulation Modellver├Ąnderungen bis zu deren gie├čtechnischer Optimierung und Freigabe f├╝r die Serienfertigung.

F├╝r die Herstellung d├╝nnwandiger Gussteile oder solcher mit unterschiedlichen Wandst├Ąrken ist im Modellbau in zunehmender Vervollkommnung die dreidimensionale Simulation des Gie├čvorgangs Standard und das nicht nur f├╝r das Str├Âmungsverhalten bei der Formf├╝llung, sondern auch f├╝r deren Verlauf und die Vorg├Ąnge bei der Erstarrung des gegossenen Teils in der Form. Damit k├Ânnen eventuelle Schwachstellen, insbesondere bei der F├╝llung der Gie├čform, wie der Erstarrungskontraktion und Vermeidung von Lunkern, aufgezeigt und durch gezielte Modell├Ąnderung rasch behoben werden.

Das im Modellbau verwendete Material bestimmt die Zahl, der mit ihm herzustellenden Formen. Gussst├╝ckgetreue, gespritzte Metallmodelle k├Ânnen als Prototypen ein Gussst├╝ck ersetzen. Kleinserien f├╝r Versuchszwecke waren bisher schon ├╝blich, regul├Ąre gedruckte Teile treten fallweise bereits an die Stelle gegossener.

Verwickelte Gussst├╝cke, wie etwa der Motorblock oder der Zylinderkopf eines Automobilmotors, verlangen von den erforderlichen Modellen noch die Ber├╝cksichtigung notwendiger, innerer Kerne aus Metall, Sand, Salz oder anderen mineralischen Stoffen, die nach dem Guss entfernt werden und dann die technisch erforderlichen Hohlr├Ąume des Gussst├╝cks wiedergeben. Es gibt sowohl Einzelkerne als auch ÔÇ×Kernpakete“ aus miteinander verbundenen Einzelkernen.


Formstoff und Formherstellung
Ein Unterscheidungsmerkmal beim Formguss bezieht sich auf den verwendeten Formstoff, das Material aus dem die Form gebildet wird, wobei dies unabh├Ąngig von der Modelltechnik zu sehen ist.

Sandguss
Unabh├Ąngig von Neuerungen ist das Gie├čen in einmalig zu nutzende Sandformen auch im 21. Jahrhundert noch ÔÇ×Stand der Technik“. Neuerungen sind allerdings hinzugetreten, etwa die f├╝r einmalige Nutzung bestimmte Auskleidung von Gie├čpfannen, die den Temperaturabfall des Gie├čmetalls beim aufeinanderfolgenden Abgie├čen mehrerer Formen begrenzt.

Der Formsand kann tongebunden oder chemisch gebunden sein. Natursand, der in Formsandgruben abgebaut wird, ist stets tonhaltig, eine Voraussetzung f├╝r Bindef├Ąhigkeit und Bildsamkeit. Da Natursand Schwankungen in seiner Zusammensetzung ausgesetzt sein kann, bevorzugt man f├╝r hochwertigen Sandguss reinen Quarzsand, der mit pr├Ązise dosierten, quellf├Ąhigen und bindenden Zus├Ątzen auf Basis des Minerals Bentonit aufbereitet wird, um den Hauptforderungen optimaler Druck- sowie Scherfestigkeit (wichtig f├╝r Stabilit├Ąt von Kanten) zu gen├╝gen.

Die Alternative zu tongebundenem Sand ist der chemisch gebundene. K├Ârner reinen Quarzsandes werden mit einer d├╝nnen Kunstharzschicht umh├╝llt, die entweder infolge Polymerisation selbstaush├Ąrtend ist, oder beim Erw├Ąrmen einem thermischen Prozess unterliegt, der bindend wirkt und die Festigkeit der Form sichert.

Bentonit und kalt- oder warmabbindende Kunstharze werden als Formstoffzus├Ątze bezeichnet. Der Zusatz betr├Ągt je nach Stoff zwischen 0,3 und 3 bis 5 Prozent. Bei Eisen- und auch Schwermetallguss wird zur Erlangung einwandfreier Gussoberfl├Ąchen vorwiegend Steinkohlenstaub als Glanzkohlenstoffbildner zugesetzt, aber auch andere Kohlenstofftr├Ąger werden angewendet. Beim Vergie├čen von Magnesium oder magnesiumreichen Aluminiumlegierungen dient ein Zusatz von Bors├Ąure zur Begrenzung der Formstoffreaktion.

Bentonit und Kunstharze werden unter mehreren Techniken – dazu z├Ąhlt der Einsatz silikatischer Bindemittel (Wasserglas) – auch f├╝r die Herstellung der zur Vervollst├Ąndigung der Form n├Âtigen Sandkerne herangezogen. Da die wenigsten Gussst├╝cke ohne Kerne abgegossen werden k├Ânnen, wobei Kerne lediglich Aussparungen im sp├Ąteren Gussst├╝ck darstellen, bilden Kernbindemittel ein Spezialgebiet f├╝r Forschung und Weiterentwicklung. F├╝r die Herstellung von Kernen und Kernpaketen - fr├╝her aufwendige Handarbeit - ist outsourcing an speziell hierf├╝r eingerichtete Zulieferer nicht ungew├Âhnlich.  Besonderer Wert wird dabei auf Standfestigkeit der Kerne gegen├╝ber der sie bei Formf├╝llung umsp├╝lenden Schmelze, wie auch auf r├╝ckstandsfreie, leichte Entfernbarkeit der verbrauchten Kerne gelegt.

Zur Entfernung der Kerne oder derer R├╝ckst├Ąnde bedient man sich teils einfacher Verfahren, wie es etwa das "R├╝tteln" ist, aber auch die Kernmaterialgemische m├╝ssen sich dem Gebot leichter Entfernbarkeit nach dem Abgie├čen anpassen. Wasserl├Âsliche Salzkerne haben sich in vielen F├Ąllen bew├Ąhrt. Neu ist eine Anlage, die sich zur Entkernung komplexer Gussteile der Sto├čwellentechnik bedient, wobei die Gussst├╝cke in einem Wasserbad liegend einer hochfrequenten Schockwelle unterzogen werden.

Sandformen werden meist im zwei- oder auch mehrteiligen Formkasten, oder – bei weiter entwickelter Technik – ÔÇ×kastenlos“ erstellt. F├╝r gro├če Teile gibt es noch das Bodenformverfahren und die Formgrube. Beim Kastenformverfahren wird das Modell im so genannten Unterkasten, der unteren Formkastenh├Ąlfte, in weniger groben, die Konturen des Gussst├╝cks auspr├Ągenden Modellsand eingebettet, danach erfolgt Verdichtung des Formstoffs unter gleichzeitigem Auff├╝llen mit ÔÇ×F├╝llsand“. Mit der zweiten H├Ąlfte werden gleicherma├čen Verfahren, Anschnitte und Gie├čl├Ąufe ausgeformt, schlie├člich das Modell ÔÇ×ausgehoben“ und die beiden H├Ąlften zusammengelegt. Die Massenherstellung der Sandformen ├╝bernehmen heute Formmaschinen, deren Technik von der Handsteuerung bis zum Vollautomaten reicht.

Das Herstellen der Formen und Kerne von Hand ist wegen des damit verbundenen Aufwands an Arbeitszeit heute nur in Ausnahmef├Ąllen im Gebrauch. Dies gilt besonders f├╝r Einzelst├╝cke und Kleinserien, sowie unter Verwendung speziell feiner Formsandmischungen bei handwerklichem Kunstguss. Dem Kunstguss ist auch der Denkmalguss beizuordnen. Die erstellten Objekte k├Ânnen Personen, Figuren oder Symbole in von der Verkleinerung bis zur ├ťberdimensionierung reichender Gestaltung sein. Sollen Objekte bis hin zu nat├╝rlicher Gr├Â├če gegossen werden, ist eine m├Âgliche Methode der Hohlguss, der formtechnisch mit der Formung von Kirchenglocken verwandt ist: Das meist aus Sand gefertigte Grundmodell, der Ballen, steht in einer konturierten Form. Der Hohlraum wird mit Schmelze gef├╝llt. Nach deren Erstarrung wird der Sand des Ballens aus einer ├ľffnung in der Bodenfl├Ąche entfernt. Gr├Â├čere Denkmale (Bavaria in M├╝nchen, Germania bei R├╝desheim, Berliner Quadriga) werden entgegen der verbreiteten Annahme nicht als Ganzes, sondern in Teilen gegossen, die dann auf einem inneren St├╝tzger├╝st befestigt und miteinander hart verl├Âtet werden (Hartlot).

F├╝r die Herstellung von Gebrauchsguss werden die fertigen Formen entweder, wie bei Aluminium der Fall, ÔÇ×nass“ (ÔÇ×Nassguss“), also unter Beibehaltung eines nat├╝rlichen, oder zuvor eingestellten Wassergehaltes abgegossen, oder vor dem Abgie├čen getrocknet (ÔÇ×Trockenguss“) – ein Verfahren, das f├╝r Teile aus Kupferlegierungen bevorzugt wird, weil die gasbildende Reaktion zwischen fl├╝ssigem Metall und Formstoff entf├Ąllt. Auch in der Eisen- und Stahlgie├čerei und den dort ├╝blichen gr├Â├čeren Gussteilen wird in getrocknete Formen abgegossen, weil sie standfester als Nassformen sind.

Eingef├╝hrte Praxis ist es beim Gie├čen gr├Â├čerer und starkwandiger St├╝cke die Erstarrungszeit und damit das Gef├╝ge der Gussteile dadurch g├╝nstig zu beeinflussen, dass an entsprechenden Stellen K├╝hleisen  in die Sandform eingebaut werden. Zur Erg├Ąnzung und um langsam erstarrende Partien m├Âglichst lange mit fl├╝ssigem Metall zu versorgen, werden ÔÇ×Speiser“ gesetzt. H├Ąufig erfahren diese – auch der Eingusstrichter – noch eine exotherme, aluminothermisch Hitze erzeugende Auskleidung. Sie soll ein vorzeitiges Einfrieren der zur Dichtspeisung, das hei├čt Lunkerfreiheit, unabdingbaren Nachspeisung des beim Erstarren einer Volumenverringerung unterliegenden Gussst├╝cks verhindern. Je nach den Gegebenheiten werden zus├Ątzlich noch exotherm reagierende, pulvrige Gemische auf Eingusstrichter und Speiserk├Âpfe gegeben.

F├╝r sehr gro├če Gussst├╝cke wird die Form gem├Ą├č den Vorgaben des Modells in einer Grube hergestellt. Der Formstoff ist ein mittels Zusatz von Kunstharz (Furanharz) bindungsf├Ąhig gemachter Sand f├╝r Eisenguss. Eine Gr├Â├čen- und Gewichtsbegrenzung ergibt sich allein aus den technischen M├Âglichkeiten der jeweiligen Gie├čerei. Das bis Juli 2010 weltweit schwerste Teil aus sph├Ąrolithischem Gusseisen wiegt unbearbeitet 283 Tonnen und wird nach der Bearbeitung Teil einer von ALCOA betriebenen Schmiedepresse.  Dazu m├╝ssen 283 Tonnen fl├╝ssige Schmelze mit einer Temperatur von 1350 ┬░C in f├╝nf Gie├čpfannen bereitgestellt und binnen 120 Sekunden gegossen werden. Das Ausformen kann erst nach 14 Tagen Abk├╝hlungszeit erfolgen. Danach erfolgt das auf 0,1 bis 0,2 Millimeter festgelegte Abfr├Ąsen auf einer der weltgr├Â├čten Portalfr├Ąsen.

Da alle Sandformen nur einem einzigen Abguss dienen, kommt der nach dem Leeren der Formk├Ąsten anfallende Sand fr├╝her oder sp├Ąter als ÔÇ×Altsand“ auf eine Halde. Mehrfache Verwendung (recycling) erm├Âglicht ein einfaches Aufbereitungsverfahren: Der abgek├╝hlte Altsand wird gesiebt, dabei von Knollen, Metallspritzern und Resten des Kernmaterials (ÔÇ×Kernst├╝tzen“) befreit; mittels einfacher Pr├╝fverfahren  wird der Feuchtigkeitsgehalt ermittelt, fehlende Feuchtigkeit und Bindemittel werden erg├Ąnzt und das Ganze neu gemischt. Kunstharzgebundene Formsande werden in einem thermischen Verfahren aufbereitet, das als Endprodukt wieder zu reinem Quarzsand f├╝hrt, der erneut mit Kunstharz versetzt wird.

Die mechanisierte Herstellung von Sandformen f├╝r Gro├čserien, etwa im Motorenguss, gilt unver├Ąndert als ÔÇ×Stand der Technik“. Eine ÔÇ×Ductalalucast“ (gesch├╝tztes Verfahren und Bezeichnung) verbindet die Vorteile mechanisierter Herstellung von Sandgussformen, insbesondere vielfacher f├╝r Kleinteile, mit dem Vorteil der steigenden Formf├╝llung im Niederdruckgie├čverfahren (siehe bei metallische Dauerformen). Nachgewiesene Verbesserungen der mechanischen Werte betragen f├╝r die Legierung EN AC-AlSi7Mg0.3 gegen├╝ber konventionellem Sandguss 30 Prozent bei der Zugfestigkeit und bis zu 100 Prozent f├╝r Dehnung und Erm├╝dungsfestigkeit.

Eine Alternative zu Sandguss gab es bereits in der Bronzezeit, als f├╝r einfache Aufgaben die ersten Dauerformen erfunden wurden, deren Voraussetzung es allerdings war, aus einem gegen├╝ber der Hitze des geschmolzenen Metalls best├Ąndigem Material zu bestehen. Die Schmelztemperatur der Dauerform musste deutlich ├╝ber der des zu vergie├čenden Metalls liegen. Immerhin war es damals bereits m├Âglich, Kupferbeile ÔÇ×serienm├Ą├čig“ in einer vermutlich mit sch├╝tzender Tonmasse ausgestrichenen Bronzeform herzustellen.

Andere Formstoffe und Formverfahren
Der f├╝r Sandguss geltende Oberbegriff der verlorenen Form als Gegensatz zur Dauerform umfasst historisch auch offene Formen aus Lehm und Kuhmist, aus Sandstein, aus gebranntem Ton, aus Gips, aus Kunstharz (Croning-Masse) und weiteren Materialien, die nur f├╝r einen Abguss best├Ąndig sind. Zinnfiguren und -ger├Ąte lassen sich sogar in bei gegebener Temperatur resistente Chlorkautschukformen abgie├čen. Sogenannte falsche Bronzen wurden oft aus einer Zinklegierung hergestellt. Die fertigen Gussst├╝cke wurden danach bronziert oder geschw├Ąrzt.

Technisch bedeutend bei der Herstellung von Pr├Ązisionskleinteilen ist Feinguss geworden, der aber in starkem Wettbewerb mit dem grunds├Ątzlich schon l├Ąnger bekannten, jetzt aber in seinen M├Âglichkeiten erweiterten 3D -Druckverfahren steht.

Im Feingussverfahren werden sowohl Titanlegierungen vergossen, als auch Stahl und Kupferlegierungen. Die Formgebung erfolgt zumeist im Wachsausschmelzverfahren, also ├Ąhnlich dem Glockenguss, oder mittels ausbrennbarer Kunststoffe f├╝r die Modellierung (siehe unter Modelltechnik). Die Wachsmodelle k├Ânnen in beliebiger Zahl mit Hilfe von einfachen Formen hergestellt werden. Als Formstoff f├╝r das Abgie├čen dienen keramische Massen, die als Schale oder Block um das Wachsmodell gelegt werden. Diese Schalen werden – traubenf├Ârmig zusammengesetzt – an einen Metallzulauf angeh├Ąngt. Im n├Ąchsten Schritt werden dann das Wachs unter gleichzeitiger H├Ąrtung des Formstoffs ausgeschmolzen und die konturenscharfen Formhohlr├Ąume mit Schmelze gef├╝llt. Nach deren Erkalten wird die Formschale abgeschlagen.

Urspr├╝nglich nur f├╝r Kleinteile gedacht, wurden im Feinguss auch gr├Â├čere Teile wegen ihrer Kostenvorteilen gegen├╝ber einer Fertigung in Sandguss hergestellt.  Eine der gr├Â├čten auf Feinguss spezialisierten Gie├čereien fertigt nach eigenen Angaben 1 Million Gussteile aus Stahl, Aluminium- und Kupferlegierungen im Gesamtgewicht von 4000 Tonnen j├Ąhrlich.

Nach Fachver├Âffentlichungen wird der 3D-Drucker, der urspr├╝nglich nur dem ÔÇ×Rapid Prototyping“ vorbehalten war, inzwischen auch f├╝r Teile verwendet. die fr├╝her dem Formguss vorbehalten waren. Die ÔÇ×werkzeuglose“ Fertigung wird nicht nur bei Kleinteilen und Kleinserien wegen ihrer wirtschaftliche Vorteile eingesetzt, auch das Drucken gr├Â├čerer, oder geometrisch komplexer Teile, sogar solcher mit gedruckten Sandkernen, ist m├Âglich. Weitere Entwicklungen f├╝hren wieder mehr auf die Formherstellung zur├╝ck. Sandformen f├╝r Teile aus Nichteisen-Legierungen lassen sich ebenso drucken, wie auch als Formteile mit Teilen aus ÔÇ×klassischer“ Sandformfertigung kombinieren.

Auch die Kunstgie├čerei verwendet das Feingussverfahren f├╝r Einzelst├╝cke und Serien aus Eisen, Bronze und Zink.

Das klassische Feingussverfahren erlaubte bisher schon die Herstellung von Stahlteilen, jedoch waren diese in der Gr├Â├če begrenzt und die Formgebung mit erheblichen Kosten verbunden. Eine neue Entwicklung verl├Ą├čt den Feingu├č und sieht vor, d├╝nnwandige (>2 mm) Stahlgussteile im Niederdruckgie├čverfahren in entsprechend entwickelten Sandformen herzustellen. Das 3D- Druckverfahren bietet sich hier an.

Als ein dem Feinguss verwandtes Verfahren kann der ÔÇ×Vollformguss“ angesehen werden, weil er ebenfalls mit verlorenen Modellen arbeitet. Die Modelle werden aus Polystyrol hergestellt und eingeformt, wozu es verschiedene Techniken gibt.  Beim F├╝llen der Form wird das Modell r├╝ckstandslos in eine Gasphase ├╝bergef├╝hrt.

Den neueren Gie├čverfahren f├╝r Leichtmetalle ist der Gradientenguss zuzuordnen. Hier wird eine Sandform mit zwei Schmelzen gef├╝llt, die weniger beanspruchten Teile des Gussst├╝cks mit Magnesiumlegierung, die ├╝brigen mit Aluminiumlegierung.

Fertigungstechnisch verwandt ist der Hybridguss, der bei der Herstellung von Kurbelgeh├Ąusen Anwendung findet. Hier wird f├╝r thermisch belastete Zonen des Gussst├╝cks ein vorgefertigtes ÔÇ×Insert“ aus einer ├╝bereutektischen Aluminium-Siliziumlegierung, das zudem noch mit AlSi12-Legierung beschichtet ist, in die Form eingesetzt und dann mit einer Magnesiumlegierung umgossen. Die erzielbare Gewichtsreduzierung des Kurbelgeh├Ąuses kann 25 Prozent betragen.

Metallische Dauerformen
Ungeachtet dieser fr├╝hen Erkenntnisse blieb die Sandform bis in die neuere Zeit vorherrschend. Mit einem Anteil von nur noch knapp 20 Prozent bei Leichtmetallguss ist sie dies nicht mehr, aber – inzwischen hoch mechanisiert – ist sie f├╝r verwickelte und kernreiche Gussteile unverzichtbar. Ein erster Bedeutungsverlust ist bereits um 400 v. Chr. zu verzeichnen. Man verwendete metallische Dauerformen aus Gusseisen, das sich als der gegen├╝ber Bronze hitzebest├Ąndigere Werkstoff gezeigt hatte. Im 20. Jahrhundert sind an die Stelle des Gusseisens mehrheitlich Spezialst├Ąhle getreten, deren ausgefr├Ąster und an entscheidenden Stellen mit ebenfalls metallischen Kernen best├╝ckter Hohlraum dem gew├╝nschten Gussst├╝ck entspricht und bei Gro├čserien fertigungswirtschaftliche Vorteile bietet.

Als ÔÇ×klassisches“ Dauerformverfahren gilt der industriell unbedeutend gewordene Sturzguss, der bei der Herstellung von Hohlk├Ârpern aus Zinklegierung angewendet wurde: Man f├╝llte eine gusseiserne Form mit Schmelze, wartete die von der Formwand her einsetzende erste Erstarrungsphase ab, kippte (st├╝rzte) die Form und lie├č das noch nicht erstarrte Restmetall in die Schmelze zur├╝ckflie├čen. Nach dem ├ľffnen der Form erhielt man eine offene Kanne, eine Vase, oder eine Urne.

Einer metallischen Dauerform, die auch Gussst├╝cke erm├Âglicht, die einen oder mehrere, hierzu aus Stahl gefertigte Kerne ben├Âtigen, bedient sich der Schwerkraftkokillenguss (englisch ÔÇ×gravity die-cast“ genannt, s. dazu auch Kokillengie├čverfahren). Die F├╝llung der Kokille, die mit einer die Form schonenden und die Erstarrung lenkenden ÔÇ×Schlichte“ ausgekleidet ist,  erfolgt mit einem von Hand gef├╝hrten, oder automatisierten Gie├čl├Âffel. Nach vollst├Ąndiger Erstarrung in der Form werden die Stahlkerne mit dem sogenannten ÔÇ×Knippeisen“ gezogen, das Gussteil entnommen und die Kokille f├╝r den n├Ąchsten Abguss vorbereitet. Dazu geh├Ârt auch die Pr├╝fung der Schlichtung, die durch den Temperaturwechsel stark beansprucht wird und bei Bedarf von Hand, mittels Spr├╝hger├Ąt oder auch vollautomatisiert nachgebessert werden muss. F├╝r Aluminiumkokillenguss haben sich isolierende, raue Schlichten bew├Ąhrt, deren Haltbarkeit erheblich verl├Ąngert werden kann, wenn sie mit einem d├╝nnen nanokeramischen Film ├╝berzogen werden.

Eine auf die Fertigung hochwertiger Gussteile in gro├čen St├╝ckzahlen eingerichtete Variante ist der ÔÇ×Niederdruckkokillenguss“.  Innerhalb eines geschlossenen Systems, das von einem Ofen mit gie├čbereiter Schmelze und dem Steigrohr gebildet wird, das zur Kokille – meist sogar einer Mehrfachkokille – f├╝hrt, bewirkt die ├ľffnung einer Pressluft- oder Inertgaszufuhr eine Druckbeaufschlagung der Schmelze, die darauf ├╝ber das Steigrohr die Kokille(n) erreicht und diese unter anhaltendem, jeder Lunkerung oder Porenbildung entgegenwirkendem Druck f├╝llt. Eine Taktsteuerung hebt nach Erstarrung des Metalls in der Kokille den Druck auf, gibt die erstarrten Gussteile frei und l├Ąsst das noch im Steigrohr befindliche Metall in den Warmhalteofen zur├╝cklaufen. Ein neuer Takt kann beginnen.

Nicht nur metallische, auch mit anorganischen Zus├Ątzen oder Kunstharzen gebundene Kerne aus Sand oder anderen verdichtbaren Materialien werden im Kokillenguss eingesetzt und dies dort, wo ein Metallkern technisch nicht m├Âglich ist. Ein bekanntes in dieser Technik hergestelltes Teil ist der Wasserz├Ąhler.

Zwischen Sandguss und Kokillenguss steht eine Technik der Formherstellung, bei der die Erstarrung der Au├čenw├Ąnde des Gussst├╝cks von einer angepassten Kokille bestimmt wird, die des Forminneren, mit seinen zweckbestimmten Hohlr├Ąumen, dagegen von einem durch Bindemittel verfestigtem Sandkern. Dieser kann ein Einzelkern sein, in der Praxis sind indessen auch hier aus Einzelkernen zusammengesetzte Kernpakete die Regel.  Je verwickelter die Kernstruktur eines Gussst├╝ckes, umso mehr Bedeutung kommt auch der leichten Entfernung der Kerne nach dem Abgie├čen der Form zu. Es gibt verschiedene Verfahren, die auf Wasserglas als Bindemittel der Kernsandmischung beruhen. Die fertigen Kerne werden hier mit Kohlens├Ąure abgeduscht und damit geh├Ąrtet.

Als Alternative gelten verbreitet Salzkerne. Sie werden vornehmlich bei der Herstellung von Dieselkolben eingesetzt. Der Salzkern wird nach dem Abk├╝hlen des Kolbenrohlings r├╝ckstandsfrei aus dem Gussteil herausgewaschen. Generell muss man zwischen aus einer Salzschmelze gegossenen und aus einem Granulat gepressten Kernen unterscheiden. Als Formling aus einer Schmelze entstehen unter Anwendung des Lost-Foam-Verfahrens Salzkerne aus Natriumchlorid (Kochsalz) und einfachen, chemischen Zuschlagsstoffen mit besonders im Druckguss gefragter hoher Komplexit├Ąt und Festigkeit gegen├╝ber den Anforderungen des Gie├čvorgangs. Auch lediglich gepresste oder gesinterte Salzkerne bestehen aus Kochsalz. Die etwas geringeren Festigkeitseigenschaften schlie├čen fallbedingten Einsatz im Druckguss indessen nicht aus.

Zu den erst im Kokillengie├čverfahren f├╝r eine wirtschaftliche Massenfertigung geeigneten Teilen z├Ąhlen zahlreiche zuvor aus Blechen zusammengel├Âtete Ger├Ątschaften, wie der Vergaser von Ottomotoren.

Obwohl in vieler Hinsicht modernisiert und auch heute noch f├╝r die Erstellung hochfester Teile im Fahrzeugbau ├╝blich, zeigte sich das Verfahren f├╝r die Herstellung sehr gro├čer Serien als zeitaufw├Ąndig. Dieser zugleich kostentr├Ąchtige Umstand gab bereits nach dem Ersten Weltkrieg Anlass, eine produktivere Gie├čtechnik in Dauerformen zu entwickeln. Nach z├Âgerlichem Beginn um 1920, beginnend mit Zinklegierungen, hat sich die Technik der Dauerformf├╝llung mit unter hohem Druck eingespritztem Metall binnen eines knappen Jahrhunderts bei Aluminium- und Magnesiumguss so weit durchgesetzt, dass mehr Legierungen im ÔÇ×Druckgie├čverfahren“ als auf andere Weise verarbeitet werden. Wurde die Technik in ihren ersten Jahren noch mehrheitlich f├╝r kleinere Teile eingesetzt, wof├╝r Maschinen mit 250–500 kN Schlie├čkraft gen├╝gten, so sind heute Maschinen mit Schlie├čkr├Ąften von 4000 kN und mehr imstande, auch gro├čfl├Ąchige, d├╝nnwandige Teile herzustellen, wie T├╝ren, Motorhauben, Kofferraumdeckel f├╝r Automobile.  Der einschl├Ągige Maschinenbau hat diesen ÔÇ×Quantensprung“ mitgetragen. Dazu geh├Ârt die Bereitstellung einer Gie├čzelle, die speziell zur Fertigung ├Ąu├čerst komplexer, d├╝nnwandiger, aber hoch belastbarer Strukturbauteile, vornehmlich f├╝r den zur Gewichtseinsparung gen├Âtigten Automobilbau, konstruiert wurde.  Druckgie├čen ist zu Beginn des 21. Jahrhunderts die am weitesten automatisierte Variante des Formgusses. Eine f├╝r die Herstellung belastbarer Gussteile verbesserte Gie├čtechnik, bei der die Form vor der Bef├╝llung evakuiert wird, erbringt bei hohen Dr├╝cken, wie f├╝r Hochleistungsdieselmotoren n├Âtig  poren- und einschlussfreien Guss und macht druckgegossene Teile zudem auch einer die mechanischen Werte stark verbessernden W├Ąrmebehandlung zug├Ąnglich. In vielen F├Ąllen k├Ânnen sie -zumal bei einer besonders kritischen Kontrolle auf Porosit├Ąt mittels Computertomographie ohne jede Nachbearbeitung eingebaut werden. Der Anteil am gesamten Formguss von Leichtmetallen (nach Zahlen aus dem Jahr 2005 etwa 700.000 t) steigerte sich als Folge der neuen Techniken auf ├╝ber 65 Prozent.  Mengenm├Ą├čig zwar geringer - 2014 in Deutschland ca. 70.000 t - haben sich unter EN 1774 genormte Zinklegierungen mit Zus├Ątzen von Aluminium und Kupfer zahlreiche Anwendungsbereiche erschlossen

Formateguss
Dem hier besprochenen Formguss, also der f├╝r Klein- bis Gro├čserien definierten Formgebung bei gleichzeitig entweder ÔÇ×verlorener“ oder in vorbestimmten Grenzen ÔÇ×dauerhafter“ Form, ist der mengenm├Ą├čig bedeutendere Formatguss, auch Formateguss/Halbzeugguss genannt, nur insoweit verwandt, dass Fl├╝ssigmetall in eine zur Weiterverarbeitung g├╝nstige Form gebracht wird.

Die Formgebung erfolgt dabei im Stranggie├čverfahren mittels runder, recht- oder viereckiger (Kragen-)Kokillen, die ungeachtet der speziellen Gie├čtechnik dennoch den metallischen Dauerformen zuzuordnen sind und die Herstellung von runden Pressbarren oder rechtwinkligen Walzbarren erm├Âglichen.

Formateguss kommt sowohl aus den H├╝tten-Gie├čereien (cast-houses), die an die Prim├Ąraluminium aus Tonerde erzeugenden Prim├Ąrh├╝tten angeschlossen sind, aber auch aus mit der Verwertung von Altaluminium und Aluminiumabf├Ąllen befassten Recycling- oder Sekund├Ąrh├╝tten.

Die gegossenen und je nach Legierung entweder bei Raumtemperatur ausgelagerten, oder in besonders ausgelegten ├ľfen ÔÇ×angelassenen“ Barren sind als ÔÇ×unfertiges Halbzeug“ nur Vormaterial f├╝r die endg├╝ltige Verarbeitung durch Ziehen, Walzen, Pressen, Schmieden und die Endprodukte dieser Verfahrensg├Ąnge in Form von Blechen, Profilen, Dr├Ąhten, Folien, Dosen und anderem.

Von den Anforderungen an die Weiterverarbeitung – weniger Walzg├Ąnge f├╝r die D├╝nnblechfertigung – ist das Bandgie├čen bestimmt. Die Kragenkokille des Stranggusses wird dabei durch zwei wassergek├╝hlte, in ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit gesteuerte Rollen ersetzt. Zwischen sich lassen sie einen Spalt, in den die Schmelze einflie├čt und im Zuge der Drehung zum Band erstarrt wieder freigegeben wird.

Wirtschaftliche Bedeutung (Produktionsmengen)
Hinsichtlich der Menge (in kg) an gegossenen Produkten f├╝hrt Eisenguss mit deutlichem Abstand vor NE-Metallguss, der wiederum vom Leichtmetallguss beherrscht wird.  Leichtmetallguss liegt mengenm├Ą├čig an zweiter Stelle, wobei jedoch die von der physikalischen Dichte bestimmten Gewichtsunterschiede zu beachten sind. Ein Kilogramm Aluminiumguss ist insofern f├╝r eine Statistik des gegossenen Volumens drei Kilogramm Eisenguss gleichzusetzen. Die f├╝r das Jahr 2012 weltweit mit 14,3 Millionen Tonnen angegebene Menge an Leichtmetallformguss entspr├Ąche im Volumen 43 Millionen Tonnen Grauguss, was ungef├Ąhr dessen Weltproduktion 2012 gleichkommt. Die Gesamtmenge des auf der Welt vergossenen sonstigen Eisen- und Stahlgusses betr├Ągt jedoch weitere ca. 38 Millionen Tonnen, darunter knapp 25 Millionen Tonnen Sph├Ąroguss und ca. 11 Millionen Tonnen Stahlguss.

Die Statistik der Weltgussproduktion f├╝r das Jahr 2012 nennt – bei einigen kleineren Ungenauigkeiten in der zeitlichen Erfassung – f├╝r alle teilnehmenden L├Ąnder eine Produktionsmenge von ├╝ber 101 Millionen Tonnen Guss aller Art.

Quelle: Wikipedia

 

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