Kokillenguss vs. Sandguss

Der Gießprozess spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung präziser und belastbarer Bauteile, insbesondere in Branchen wie der Automobilindustrie, der Luftfahrt oder dem Maschinenbau. Hier zählen nicht nur die technischen Eigenschaften und die Verlässlichkeit des Materials, sondern auch Wirtschaftlichkeit und Effizienz der Herstellung. Zwei der gängigsten Verfahren in der Metallbearbeitung sind der Sandguss und der Kokillenguss. Während der Sandguss eine hohe Flexibilität bei der Formgebung bietet und insbesondere bei Einzel- oder Kleinserienprodukten wirtschaftlich ist, überzeugt der Kokillenguss durch eine ganze Reihe von Vorteilen bei mittel- bis großvolumigen Produktionen.

Der Kokillenguss zeichnet sich im Vergleich zum Sandguss durch zahlreiche Vorteile aus, die seine Beliebtheit in verschiedenen Industrien erklären. Besonders auffällig ist die Fähigkeit der Metallkokillen, die Schmelze rascher abzukühlen. Diese schnelle Abkühlung erzeugt ein dichtes Gefüge und eine erhöhte Festigkeit im Bauteil, was sich vor allem in anspruchsvollen Anwendungen positiv bemerkbar macht. Ein weiterer Vorteil des Kokillengusses ist die beeindruckend hohe Maßgenauigkeit der Bauteile, die dadurch für präzise Einsätze besonders geeignet werden.

Zusätzlich punkten die Oberflächen der Kokillengussteile durch ihre Glätte. Diese glatte Oberfläche minimiert nicht nur den Bedarf an aufwändigen Nachbearbeitungen, sondern verbessert auch die mechanischen Eigenschaften des Produkts. Aufgrund der wiederverwendbaren Metallformen, den sogenannten Kokillen, ist das Verfahren vor allem für mittlere bis größere Produktionsserien wirtschaftlich interessant. Im Gegensatz zum Sandguss, bei dem jede Form nur einmal genutzt wird, lässt sich mit dem Kokillenguss in Serie produzieren, was die Herstellungskosten erheblich senkt.

Die Prozesssicherheit beim Kokillenguss ist hoch, was vor allem auf den Einsatz SPS-gesteuerter Kippgießmaschinen bei großen Stückzahlen zurückzuführen ist. Diese Systeme sorgen für eine genaue und zuverlässige Steuerung, wodurch die Effizienz und die Qualität des Gusses konstant bleibt. Hinzu kommt, dass die Metallkokillen wiederholt eingesetzt werden können, was die Kosten pro Bauteil weiter verringert. Auch die schnellere Produktion ist ein Vorteil: Die zügige Abkühlung der Schmelze ermöglicht es, Bauteile in kurzer Zeit fertigzustellen.

Die Struktur des Materials ist beim Kokillenguss ebenfalls von Vorteil. Die Schmelze erstarrt zügig und entwickelt so ein feinkörniges und dichtes Gefüge, das dem Bauteil seine Festigkeit und Belastbarkeit verleiht. Zusammengefasst machen diese Aspekte den Kokillenguss zu einer optimalen Methode für die Fertigung von Bauteilen, die hohe Präzision, Festigkeit und eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit erfordern.

Nachteile des Kokillengusses im Vergleich zum Sandguss

Trotz dieser überzeugenden Vorteile gibt es auch einige Nachteile, die das Verfahren im Vergleich zum Sandguss weniger flexibel und oft kostspieliger machen. Beispielsweise sind die Werkzeugkosten höher, da die Herstellung von dauerhaften Kokillen aus warmbeständigem Stahl oder Gusseisen aufwendig und teuer ist. Auch die Formgebung zeigt sich weniger flexibel: Für komplexe Geometrien oder schnelle Designänderungen ist der Kokillenguss weniger geeignet, da die Anpassung der Metallkokillen aufwendiger ist als die Anpassung einer Sandform.

Ein weiterer Nachteil ist die erhöhte Anfangsinvestition. Da dauerhafte Formen notwendig sind, fallen bei der Einrichtung des Kokillengusses höhere Kosten an. Dadurch wird das Verfahren für kleine Stückzahlen oder Prototypenproduktionen weniger attraktiv. Auch die Größe der herstellbaren Teile ist begrenzt, denn die Kokillengröße setzt klare Grenzen für die Dimensionen des Gussstücks. Die Fertigung von Hohlräumen stellt zudem eine Herausforderung dar. Während im Sandguss einfach Kerne eingesetzt werden, erfordert der Kokillenguss Metallkerne oder Sandkerne, was die Herstellung erschwert.

Ein weiterer Aspekt ist die Belastung, der die Kokillen ständig ausgesetzt sind. Die intensive thermische Beanspruchung führt mit der Zeit zu einem Verschleiß der Formen, was deren Lebensdauer verkürzen kann. Auch in der Materialwahl zeigt sich eine Einschränkung, denn nicht alle Aluminiumlegierungen lassen sich im Kokillenguss optimal verarbeiten. Legierungen, die hohe Duktilität erfordern, sind möglicherweise weniger geeignet. Schließlich erhöhen auch die Betriebskosten die Gesamtaufwendungen, da Wartung und Austausch der Formen aufwendig sind – im Gegensatz zum Sandguss, wo die Formen einfach nach jedem Guss zerstört und neu gefertigt werden.

 

 

Die technologischen Fortschritte im Kokillen- und Sandguss

Digitalisierung und Automatisierung

Durch Simulationen und den 3D-Druck hat sich der Gießprozess stark gewandelt. Heute ermöglichen Produktsimulationen die präzise Fertigung von Bauteilen, die den Anforderungen an leichten und gleichzeitig stabilen Aufbau gerecht werden. Der 3D-Druck trägt zur Herstellung komplexer Geometrien bei und ersetzt zunehmend zeitintensive und ressourcenintensive Versuche und Anpassungen im Fertigungsprozess. Ein Vorreiter, GF Casting Solutions in Leipzig, fertigt bereits seit 2018 Sandkerne in Serie mit 3D-Druck und spart so wertvolle Zeit und Kosten bei Prototypen und Ersatzteilen. Gleichzeitig erlaubt die automatisierte Prozesssteuerung eine sehr hohe Sicherheit und Effizienz im Gießprozess. SPS-gesteuerte Kippgießmaschinen sichern die Konsistenz in der Produktion großer Serien, und erste Ansätze zur Vollautomatisierung sind im Gange, um die Effizienz weiter zu maximieren.

Materialinnovationen

Materialentwicklungen treiben den Fortschritt zusätzlich voran. Anorganische Bindemittel gewinnen an Bedeutung, denn sie sind umweltfreundlicher als ihre organischen Vorgänger. Besonders Aluminiumguss profitiert von diesen Systemen, die technologische und wirtschaftliche Vorteile bieten. Auch die Firma ASK Chemicals hat ein innovatives Phenolharz für den Cold-Box-Prozess entwickelt, das keine Gefahrstoffkennzeichnung mehr benötigt – ein Gewinn für die Umwelt und die Mitarbeiter.

Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz

Recycling und Kreislaufwirtschaft prägen die Branche zunehmend. Metallprodukte können zu fast 100 % wiederverwertet werden, indem sie am Ende ihrer Nutzungsdauer eingeschmolzen werden. Selbst der zur Formherstellung verwendete Sand wird dank moderner Aufbereitungstechniken bis zu 95 % recycelt. Der 3D-Druck trägt zur Ressourcenschonung bei, indem er Zeit und Energie in der Werkzeugfertigung spart, insbesondere für Prototypen und Kleinserien.

Prozessverbesserungen im Kokillen- und Sandguss

Der Kokillenguss profitiert von robusten Dauerformen aus langlebigen Materialien wie Warmarbeitsstahl. Hohlräume und komplizierte Formen können durch den Einsatz von Metallkernen gezielt gestaltet werden. Sandgussverfahren wiederum wurden durch optimierte maschinelle und manuelle Formtechniken sowie verbesserte Kernherstellung weiterentwickelt.

Diese Technologien machen den Gießereiprozess effizienter und präziser. Gleichzeitig erfüllen sie die Anforderungen an Umweltfreundlichkeit, Schnelligkeit und Qualität und sichern der Gießereiindustrie ihre Wettbewerbsfähigkeit in einer nachhaltig orientierten Zukunft.