Definition Was ist eigentlich Druckguss?

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Druckguss hat sich vielfach zur Herstellung von mitunter komplexen Metallbauteilen und -komponenten in hoher Präzision und hohen Stückzahlen bewährt. Doch was genau ist Druckguss und in welchen Bereichen werden Druckgussteile eingesetzt? Welche Verfahren gibt es? Diese und andere Fragen beantwortet dieser Übersichtsbeitrag.

Druckguss (englisch: High Pressure Die Casting (HPDC)) ist ein Gießverfahren, bei dem flüssiges Metall (Schmelze) unter hohem Druck und mit hohe Füllgeschwindigkeit in eine hitzebeständige Form (Druckgussform, Gussform, Kavität) bestehend aus zwei Formhälften gepresst wird und anschließend erstarrt. Hierzu werden unterschiedliche Legierungen bzw. Metalle mit niedrigem oder hohem Schmelzpunkt verwendet. Zu den häufigsten Legierungen beim Druckguss zählen Aluminium, Zink, Magnesium, Kupfer und Zinn. Ein Vorteil von Druckguss besteht bspw. im Gegensatz zum Sphäro- oder Sandguss darin, immer die gleiche Form für die Herstellung einer hohen Teilestückzahl (Serien- bzw. Massenproduktion) mit stets reproduzierbarer Qualität verwenden zu können.

Begriff Druckguss: Meist ist Hochdruckguss gemeint

Wenn hier von Druckguss die Rede ist, dann ist zumeist Hochdruckguss gemeint. Der Einsatz von hohem Druck ermöglicht eine bessere Füllung der Kavität und fördert eine schnelle Abkühlung des Materials. Hierdurch lassen sich Gussteile mit einer höheren Genauigkeit, geringerer Porosität und besserer Oberflächenqualität herstellen. Die hochpräzisen und dichten Teile weisen zudem eine hohe Festigkeit auf. Der Begriff „Hochdruckguss“ wird häufig für das allgemeine Druckgussverfahren verwendet, um eine Abgrenzung zum Schwerkraftdruckguss, bei der die Legierung durch das Eigengewicht in die Form fließt, oder den Niederdruckguss zu ermöglichen.

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Wie funktioniert der Druckgussprozess?

Der Druckgussprozess besteht aus verschiedenen Phasen und wird hier anhand des weiter unten näher erläuterten Kaltkammer-Verfahrens beschrieben:

• In der Vorfüllphase wird das flüssige Metall in der Gießkammer (einem Aufnahmebehälter für die Schmelze) bis zum sogenannten Anschnitt (dem Gießkanal, der in die Kavität mündet) gefördert. Für den Druckguss werden die Formhälften des Druckgusswerkzeuges zuvor geschlossen.

• Anschließend wird das flüssige Metall mit hoher Geschwindigkeit in die Form gepresst (Formfüllphase). Dies wird auch als „Schuss“ bezeichnet.

• Nachdem die Druckgussform vollständig mit der Schmelze gefüllt ist, folgt die sogenannte Nachdruckphase. Hierbei wird ein hoher statischer Druck aufgebaut, um die eingeschlossene Luft zu komprimieren und die Nachspeisung des Gussteils zu ermöglichen.

• Ist das Metall abgekühlt und das Gussteil ausgehärtet, kann die Form wieder geöffnet und das Bauteil entnommen werden.

• Im abschließenden Schritt muss das Gussteil mitunter noch nachbearbeitet bzw. nachbehandelt werden, hierzu zählen u.a. entgraten, polieren, schleifen, eloxieren, pulverbeschichten, galvanisieren, etc.

Verschiedene Gusswerkstoffe erfordern jeweils einen anderen Gießdruck. So werden Aluminium- und Magnesiumlegierungen mit 300 bis 1200 bar, Zink mit 130 bis 250 bar und Messing mit 300 bis 1000 bar vergossen. Hierbei gilt: Je höher der Gießdruck, desto größer ist die Festigkeit eines Werkstückes.

Welche Verfahren für den Druckguss gibt es?

Es gibt mehrere verschiedene Druckgussverfahren, deren Einsatz sich vor allem nach den jeweils verwendeten Werkstoffen für den Druckguss richtet. Zu den häufigsten Druckgussverfahren gehören das

• Kaltkammer- und das

• Warmkammergießen.

Der wesentliche Unterschied der beiden Verfahren liegt im Aufbau der Gießkammer.

Kaltkammergießen
Beim Kaltkammergießen sind die Druckgussmaschinen so aufgebaut, dass sich die Gießkammer außerhalb des Warmhalteofens mit der Schmelze befindet. Die Kammer wird vor jedem Schuss neu befüllt, wobei die Schmelze über Kanäle in die Kavität gepresst wird.

Im Kaltkammerverfahren werden ausnahmslos Werkstoffe mit einem höheren Schmelzpunkt verarbeitet, hierzu gehören Aluminium-, Kupfer- und Magnesiumlegierungen.

• Der Kaltkammer-Druckguss wird vor allem bei der Massenproduktion von Leichtmetallguss eingesetzt, der im Hinblick auf die wachsende E-Mobilität und damit u.a. den Bedarf an leichten Fahrzeugbauteilen weiter an Bedeutung gewinnen wird.

Warmkammergießen
Bei Warmkammer-Gießmaschinen hat die Gießkammer ständigen Kontakt mit der flüssigen Legierung und befindet sich daher im Schmelzbad des Warmhalteofens. Die jeweils für einen Schuss erforderliche Schmelzmenge wird direkt aus dem Ofen entnommen und mit hoher Geschwindigkeit in die geschlossene Druckgussform gepresst. Das Warmkammerverfahren wird nur für Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt (z. B. Zinn- und Zinklegierungen) verwendet.

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Welche Vorteile bietet Druckguss?

Druckguss ermöglicht die Produktion von Bauteilen mit komplexen Formen in Großserien und bietet daher gegenüber anderen Fertigungsmethoden eine Reihe an Vorteilen:

• Hohe Präzision: Produktion von Gussteilen mit sehr engen Toleranzen und hoher Oberflächengüte.

• Komplexe Formgebung: Druckguss eignet sich für die Fertigung von Bauteilen mit komplexen Geometrien, dünnen Wandstärken von bis zu 1 mm und speziellen Funktionen, die mit anderen Fertigungsverfahren nur schwer oder gar nicht realisierbar wären.

• Hohe Produktionsgeschwindigkeit: Druckguss ermöglicht eine Massenproduktion mit im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren relativ kurzen Zykluszeiten. Druckgussprozesse sind in der Regel automatisiert, wobei mit hohen Drücken von 150 bar bis zu 1200 bar oder mehr gearbeitet wird und Füllgeschwindigkeiten von über 500 km/h erreicht werden.

• Materialvielfalt: Druckguss ermöglicht den Einsatz einer Vielzahl von Metallen und Legierungen, wodurch eine höhere Flexibilität bei der Auswahl des Materials für die jeweils gewünschten Produkteigenschaften besteht.

• Kosteneffizienz: Trotz relativ hoher Werkzeugkosten, ermöglichen Druckgussverfahren die kosteneffiziente Fertigung von Gussteilen in hohen Stückzahlen mit hohen Taktzeiten. Darüber hinaus kann Druckguss materialsparender als andere Verfahren sein, da nur der tatsächlich benötigte Werkstoff verarbeitet wird und nur wenig bis gar kein Abfall anfällt, wie z. B. in der Zerspanung.

• Festigkeit und Langlebigkeit: Druckgussbauteile weisen in der Regel eine hohe Festigkeit und Langlebigkeit auf, da sie eine gleichmäßige Struktur und geringe Porosität aufweisen. Dies macht sie ideal für Anwendungen, bei denen Stabilität und Belastbarkeit erforderlich sind.

• Integration von Funktionen: Druckguss ermöglicht die Integration mehrerer Funktionen in ein einzelnes Bauteil. Durch Hinzufügen von Hinterschnitten, Gewinden, Befestigungselementen oder anderen Details während des Gießprozesses werden zusätzliche Fertigungsschritte eingespart.

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Welche Branchen profitieren von mit Druckguss gefertigten Bauteilen und Komponenten?

Es gibt eine Vielzahl von Branchen, in denen Druckgussteile unverzichtbar sind. Hier einige Beispiele:

• Automobilindustrie: Druckgussteile werden in Fahrzeugen z. B. für Motorteile, Getriebegehäuse, Kurbelwellen, Nockenwellen, Pleuelstangen und Zahnräder eingesetzt, um nur wenige Beispiele zu nennen.

• Elektronikindustrie: Druckgusskomponenten sind in verschiedensten elektronischen Geräten wie Computern, Mobiltelefonen, Fernsehern, etc. zu finden.

• Luft- und Raumfahrtindustrie: Die Luft- und Raumfahrt hat Bedarf an Druckgussteilen z. B. für Triebwerke, Strukturkomponenten, Gehäuse und Halterungen, die eine hohe Festigkeit und Fertigungspräzision bei gleichzeitigen Gewichtseinsparungen erfordern.

• Haushaltsgeräte: In Haushaltsgeräten finden sich Druckgussteile z. B. in Kühl- und Gefrierschränken, Waschmaschinen, Geschirrspülern, etc.

• Medizintechnik: Implantate, chirurgische Instrumente sowie Gehäuse und Komponenten für medizinische Geräte sind nur wenige Beispiele für den Einsatz von Druckgussteilen in der Medizintechnik.

• Maschinenbau: Besonders vielfältig sind die Anwendungsbereiche von Druckgussteilen im Maschinen- und Anlagenbau, z. B. Gehäuse und Rahmen von Maschinen mit hoher Festigkeit und Steifigkeit. Außerdem ermöglicht der Druckguss komplexe Formen und Hinterschnitte, was die Gestaltung von Gehäusen mit integrierten Kühlrippen, Befestigungspunkten und anderen Funktionen erleichtert. Druckgussteile aus Bronze oder anderen Metalllegierungen werden oft für Lager und Buchsen eingesetzt. Diese Teile bieten eine gute Verschleißfestigkeit und ermöglichen eine reibungsarme Bewegung von beweglichen Komponenten in der Maschine.
  Last, but not least werden Druckgussteile auch in Getriebegehäusen eingesetzt, die hohen Belastungen standhalten und überdies eine präzise Ausrichtung der Getriebekomponenten gewährleisten müssen. Druckgussteile im Maschinenbau bieten eine Kombination aus hoher Festigkeit, Präzision und Designflexibilität, die für den Maschinenbau von entscheidender Bedeutung sind.

• Pumpengehäuse: Ohne Druckguss gäbe es zudem weniger Pumpengehäuse, wobei die Bauteile z. B. die einfache Integration von Einlass- und Auslassöffnungen, Verstärkungsrippen etc. direkt beim Gießprozess ermöglichen.

Und die Liste an potenziellen Einsatzbereichen ließe sich an dieser Stelle scheinbar endlos weiterführen.

Anbieter von Druckguss

• ae group

• AGS

• Alexpert

• AMT Alumetall-Gießtechnik

• Alutec-Möhl

• Bossert

• Bub-Druckguss

• Cannon Deutschland

• Dietz-Metall

• Druckguss Westfalen

• EDR

• Ernst Reiner

• Eurobald

• Georg Fischer

• Gießerei Hesterberg

• Groß Druckguss

• Heinrich Kipp Werk

• Honsel

• Kalmbach

• KSM Casting

• Laukötter

• M.C.T

• Metpon

• Protocast

• Sternberg

• Thierbach

• Trimet Aluminium

• Xometry

Bei dieser Aufzählung handelt es sich um einen Auszug ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

Quellen: www.euroguss.de, www.giessereilexikon.com, www.handtmann.de, xometry.eu, www.maschinenbau-wissen.de, www.rapiddirect.com, eurobalt.net, de.wikipedia.org, www.dynacast.com, www.guss.de

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