Vier Gussverfahren im Vergleich: Sand-, Kokillen-, Druck- und Feinguss

Gussverfahren bestimmen Bauteileigenschaften, Kosten und Machbarkeit. Die vier wichtigsten Verfahren – Sandguss, Feinguss (Investment Casting), Druckguss und Verdampfungsmodellguss (Lost Foam) – decken ein breites Spektrum ab. Dieser Artikel vergleicht sie systematisch.

Die vier Verfahren im Überblick

1. Sandguss (Sand Casting) – Der Klassiker für Groß & Komplex

Prinzip: Modell (Holz, Metall, Kunststoff) formt Kavität in Formstoff (Quarzsand + Binder: Bentonit/Wasser = Grünsand; Furanharz, Silikatester = chemisch gebunden). Modellentnahme → Gusskanäle anschneiden → Form schließen → Gießen → Erstarren → Form zerstören → Gussteil entnehmen.
Typische Sande:

• Grünsand: 90 % Sand, 7 % Bentonit, 3 % Wasser. Günstig, universell, wiederverwertbar.
• Hautgetrockneter Sand: Grünsand + Zusatzbinder; Oberfläche getrocknet → höhere Festigkeit, bessere Oberfläche.
• Trockensand (Kaltkasten): Organischer Binder; Form im Ofen gehärtet → hohe Dimensionsgenauigkeit, teurer.
• Ungebrannter Sand (No-Bake): Harz + Härter; härtet bei Raumtemperatur aus.

• + Geringe Werkzeugkosten (Modell), auch für Einzelstücke/Kleinserien.
• + Fast alle Legierungen gießbar (Fe, NE).
• + Sehr große Bauteile möglich (Maschinengestelle, Schiffspropeller).
• - Rauhe Oberfläche (Ra 12,5–25 µm), Nachbearbeitung nötig.
• - Geringere Dimensionsgenauigkeit (IT 13–16).
• - Langsamer Zyklus (Formneubau jedes Teil).
• - Arbeitsintensiv.

2. Druckguss (Die Casting) – Serienfertigung mit Präzision

Prinzip: Schmelze (NE-Metalle: Al, Zn, Mg, Cu) wird unter hohem Druck (150–1200 bar) in dauerhafte Stahlform (Gesenk) gepresst. Schnelle Erstarrung → feines Gefüge.
Varianten:

• Kammerdruckguss (Cold Chamber): Schmelzofen getrennt; Dosierkolben füllt Schusskammer → Kolben presst in Gesenk. Für Al, Mg, Cu (höhere Schmelztemperatur, Korrosionsgefahr).
• Heißkammerdruckguss (Hot Chamber): Tauchkolben direkt in Schmelzbad; schneller Zyklus. Für Zn, Mg, Sn, Pb (niedrigere Schmelztemperatur).

• + Hohe Dimensionsgenauigkeit (IT 10–13), glatte Oberfläche (Ra 1–3 µm).
• + Hohe Produktionsgeschwindigkeit, vollautomatisierbar.
• + Dünnwandige, komplexe Geometrien möglich.
• - Hohe Werkzeugkosten (Stahlgesenk) → erst ab Großserie wirtschaftlich.
• - Porositätsrisiko (Lufteinschlüsse) bei dickwandigen Teilen.
• - Nur NE-Metalle (Fe-Legierungen: Thixomolding, Rheocasting – Nischenverfahren).
• - Eingeschränkte Wärmebehandelbarkeit (Porositäten).

3. Feinguss / Investmentsguss (Investment Casting / Lost Wax) – Präzision für Komplexität

Prinzip: Wachsmodell (Spritzguss in Metallwerkzeug oder 3D-Druck) → Baum zusammenbauen (Wachsmodelle an Wachsanguss) → Keramikschale aufbauen (Tauchen in Schlämme + Bestreuen mit Feuerfest) → Wachs ausbrennen (Autoklav / Blitzofen) → Schale vorheizen → Gießen (Fe- & NE-Legierungen) → Erstarren → Schale zerstören → Trennen, Nachbearbeitung.
Vor- & Nachteile:

• + Höchstmögliche Dimensionsgenauigkeit (IT 5–8), beste Oberfläche (Ra 0,8–3 µm).
• + Komplexeste Geometrien, Unterschnitte, Dünnwandigkeiten (< 1 mm).
• + Alle gießbaren Legierungen (auch Hochtemperatur-Ni/Co-Basis, Titan).
• - Hohe Stückkosten (mehrstufig, manuell, Keramikschale Einweg).
• - Größeren Bauteile begrenzt (typ. < 100 kg, max. ~500 kg).
• - Längere Lieferzeiten (Prozesskette).
• - Kerne für Innenkonturen schwierig (Mindestwand/Größe).

4. Verdampfungsmodellguss / Lost Foam (Evaporative Pattern Casting) – Sandguss ohne Modellentnahme

Prinzip: Schaummodell (EPS, STYROPOR®) → Beschichtung (feuerfest) → Einbetten in ungebundenen Sand (Vakuumverdichtung) → Gießen → Schaum verdampft/verbrennt → Metall nimmt Platz ein.
Varianten: Lost Foam (ungerundeter Sand + Vakuum), Vollformguss (Full Mold – gebundener Sand/Grünsand).
Vor- & Nachteile:

• + Keine Modellentnahme → keine Trennflächen, keine Entformungsschrägen.
• + Komplexe Geometrien, Hohlräume ohne Kerne möglich.
• + Gute Dimensionsgenauigkeit & Oberfläche (näher an Feinguss).
• + Geringere Werkzeugkosten als Feinguss (Schaumwerkzeug einfacher).
• - Prozessempfindlich (Vakuum, Beschichtung, Gießtemperatur).
• - Restkohlenstoff/Ausgasung kann Fehler verursachen.
• - Hauptsächlich Al, Grauguss, Stahl; NE begrenzt.

Entscheidungshilfe: Welches Verfahren wann?

Die Wahl hängt von der Priorisierung ab: Stückkosten vs. Werkzeugkosten, Genauigkeit vs. Flexibilität, Werkstoff vs. Geometrie. Hybride Ansätze (z. B. Sandguss mit 3D-gedruckten Sandkernen, Druckguss mit Vakuumunterstützung) erweitern das Spektrum stetig.