Sandguss-Prozess: Schritt-für-Schritt Anleitung, Werkzeuge & Vor-/Nachteile

Sandguss ist das älteste und vielseitigste Gussverfahren. Trotz 3D-Druck und Druckguss bleibt es unverzichtbar für Großteile, Kleinserien, komplexe Geometrien und alle gießbaren Legierungen. Dieser Artikel führt durch den kompletten Prozess: Modellbau, Formherstellung, Sandeigenschaften, Kernherstellung, Gießen, Abkühlen, Ausschlagen, Entgraten – plus Werkzeuge, Vor- und Nachteile.

1. Modellbau (Pattern Making)

Das Modell ist der Negativabdruck des Gussteils. Materialwahl nach Losgröße, Genauigkeit, Kosten:

• Holz: Günstig, leicht bearbeitbar. Nachteil: Verschleiß, Verzug (Feuchtigkeit), begrenzte Standzeit. Standard für Kleinserien/Proto.
• Metall (Al, Grauguss, Stahl): Hohe Standzeit, dimensionsstabil. Für Mittelserien/Automation. Teurer.
• Kunststoff / 3D-Druck (SLA, FDM, Binder Jetting): Komplexe Geometrien, schnell, keine Werkzeugkosten. Für Proto/Kleinserie. Temperaturbeständigkeit prüfen!

Modellzugabe (Schwindungszugabe): 0,5–2,5 % (Stahl ~2 %, Grauguss ~1 %, Al ~1,3 %, Messing ~1,5 %). Zusätzlich: Bearbeitungszugabe (1–5 mm), Entformungsschräge (1–3°), Kernabzüge.

Modelltypen

• Einteiliges Modell (Solid Pattern): Einfach, für kleine Stückzahlen. Teilung & Anguss separat → Formschadenrisiko.
• Zweiteiliges Modell (Split Pattern): Ober-/Unterteil (Kasten/Oberkasten). Definiert Teilungsebene. Für mittlere Komplexität/Stückzahlen.
• Modellplatte (Match Plate): Beide Modellhälften auf einer Platte (Metall/Holz). Angussystem integriert. Für Maschinenguss (Automation), höhere Stückzahlen.
• Kasten/Oberkasten-Modell (Cope & Drag Pattern): Je Modellhälfte eigene Trägerplatte. Für große/schwere Teile, Automation.

2. Formherstellung (Mold Making)

Formstoff (meist Quarzsand SiO₂ + Binder) wird in Kasten (Kasten/Oberkasten) um das Modell verdichtet (Hand/Mechanisch: Druckluft, Schlag, Druck, Vibration). Anforderungen an Formsand:

• Festigkeit: Hält Metalldruck, Handhabung.
• Gasdurchlässigkeit (Permeabilität): Gase (Luft, Dampf, Zersetzungsgase) müssen entweichen → Vermeidung von Gaslochigkeit.
• Thermische Stabilität: Kein Sintern/Anbacken an Gussteil.
• Verträglichkeit: Keine Reaktion mit Schmelze.
• Wiederverwertbarkeit: Sandkreislauf (Aufbereitung: Sieben, Kühlen, Binderzugabe).

Nach Verdichten: Modell entnehmen (Kasten/Oberkasten trennen). Formhohlraum bleibt. Feuerfeste Beschichtung (Wasch) auf Kavität → bessere Oberfläche, Schutz vor Anbacken. Kasten/Oberkasten wieder zusammenfügen.

3. Kernherstellung (Core Making)

Kerne bilden Innenkonturen (Bohrungen, Kanäle, Hohlräume). Meist aus Kernsand (Sand + organischer Binder: Furan, Phenol-Urethan, Heißkasten/Croning). Kern in Kernkasten hergestellt → gehärtet (Gas/Temp) → in Form einlegen (Kernmarken positionieren). Chaplets (Stützstifte) tragen Kern gegen Auftrieb der Schmelze (Schmelzpunkt > Gießtemperatur!). Chaplets verbleiben im Gussteil (abschneiden/verschweißen).

4. Gießen (Pouring)

Schmelze im Tiegel/Ofen auf Gießtemperatur (legierungsspezifisch + Überhitzung 20–80 K). Angussystem (Anguss, Verteiler, Einlauf) sorgt für turbulenzarmes, vollständiges Füllen. Risiken: Kälteschluss, Lunker, Gaseinschlüsse, Schlackeeintrag. Manuell (Tiegelzange, Gießschale) oder automatisiert (Gießroboter, Dosierofen).

5. Abkühlen & Erstarren (Cooling)

Erstarrungszeit nach Chvorinov: t ∝ (V/A)². Dickwandige Bereiche erstarren zuletzt → Lunkergefahr. Steuerung über: Angussdesign (Speiser), Kühleisen (Chills), Isolierdeckel (Exothermische Speiser). Defekte: Schwindungsrisse, Heißrisse, Lunker.

6. Ausschlagen (Shakeout / Knockout)

Nach Erstarren (Abkühlzeit berechnet/geschätzt): Form zerstören. Vibrationsrüttler (Shakeout) trennt Sand vom Gussteil. Sand → Aufbereitungskreislauf. Gussteil: Sandreste, Oxidhaut (Zunder) haften.

7. Entgraten & Reinigen (Fettling / Cleaning)

• Entgraten: Anguss, Speiser, Grate entfernen. Manuell (Trennschleifen, Meißeln) oder maschinell (Entgratpresse, Roboter).
• Reinigen: Strahlen (Korund, Stahlkies, Glasperlen) → Sauberkeit, Rauheit, optische Kontrolle.
• Wärmebehandlung (falls gefordert): Spannungsarmglühen, Normalglühen, Härten.

Sandguss-Werkzeuge (Auswahl)

• Siebsatz (Hand Riddle): Sand reinigen, Korngrößen trennen.
• Schaufel (Shovel): Sand transportieren.
• Stampfer / Rammhammer (Rammer): Sand verdichten (Hand/Druckluft).
• Angussdorn (Sprue Pin): Angusskanal formen.
• Abziehleiste (Strike Bar / Striegel): Überschüssigen Sand abziehen (Planung).
• Holzhammer / Gummihammer (Mallet): Modell lockern (Rappeln), Dorn eintreiben.
• Kernmarken, Chaplets, Kernkasten.

Vor- und Nachteile Zusammenfassung

Vorteile	Nachteile
Fast alle Legierungen (Fe, NE)	Rauhe Oberfläche (Ra 12,5–25 µm)
Niedrige Werkzeugkosten (Modell)	Geringe Dimensionsgenauigkeit (IT 13–16)
Unbegrenzte Bauteilgröße	Langsam (Formneubau/Teil)
Komplexe Geometrien mit Kernen	Arbeitsintensiv
Geringe Nachbearbeitungskosten (Post-Tooling)	Form nur 1× nutzbar (Verlustmodell)
Gute Festigkeit durch Tonbindung	Geringere Produktionsrate

Sandguss bleibt das Rückgrat der Gießerei für Einzelfertigung, Großteile, Prototypen und als Basis für hybride Prozesse (3D-gedruckte Sandformen/Kerne). Moderne Formanlagen (DISA, KW, Sinto) automatisieren Formbau, Gießen, Ausschlagen für höhere Serien.