Druckguss: Funktionsweise, Heiß- & Kaltkammer, Anwendungen

Druckguss (Die Casting) ist das produktivste Gussverfahren für NE-Metallteile in Großserie. Flüssiges Metall wird unter hohem Druck in eine dauerhafte Stahlform (Gesenk) gepresst. Dieser Artikel erklärt das Funktionsprinzip, die zwei Hauptvarianten (Heiß-/Kaltkammer) und typische Anwendungen.

Funktionsprinzip (Schritt für Schritt)

1. Formbeschichtung: Gesenk mit Trennmittel (Trennöl, Emulsion) besprühen → leichte Entformung, Temperierung der Form.
2. Schmelze dosieren: Flüssige Legierung in Schusskammer füllen (manuell/automatisch).
3. Einspritzen (Schuss): Kolben presst Schmelze mit hoher Geschwindigkeit (10–100 m/s) und Druck (150–1200 bar) durch Angusskanäle in Gesenkkavität.
4. Erstarren unter Druck: Druck bleibt während Erstarrung erhalten (Nachdruckphase) → Speisung von Schwindung, Porositätsreduzierung.
5. Entformen: Gesenk öffnen, Auswerfer stoßen Teil aus.
6. Entgraten: Anguss, Grate entfernen (Trimmppresse, Roboter).

Prinzip gilt für Heiß- & Kaltkammer identisch – Unterschied liegt in Schmelzezufuhr.

Heißkammerdruckguss (Hot Chamber / Gooseneck)

Aufbau: Tauchkolben (Gooseneck) permanent in Schmelzbad (Tiegel) getaucht. Hubkolben saugt Schmelze an → presst in Gesenk.
Einsatzwerkstoffe: Niedrige Schmelztemperatur, geringe Eisenaffinität: Zink (Zn), Magnesium (Mg), Zinn (Sn), Blei (Pb), Kupfer (Cu) begrenzt.
Vorteile: Sehr schneller Zyklus (kein Umladen), einfache Anlage, hohe Produktionrate.
Nachteile: Tiegel & Gooseneck aus Stahl → Legierungselemente (Al, Fe) diffundieren in Schmelze (Verunreinigung). Nicht für Al-Legierungen (hohe Schmelztemp., starke Eisenangriff).

Kaltkammerdruckguss (Cold Chamber)

Aufbau: Schmelzofen getrennt. Schmelze per Hand/Automat (Löffel, Dosierofen) in horizontale/vertikale Schusskammer gefüllt → Kolben presst in Gesenk.
Einsatzwerkstoffe: Höhere Schmelztemperatur, eisenangreifend: Aluminium (Al), Magnesium (Mg), Kupfer (Cu).
Vorteile: Keine Verunreinigung durch Tiegelmaterial. Für hochfeste Al-Legierungen (AlSi10Mg, AlSi9Cu3).
Nachteile: Langsamerer Zyklus (Dosierzeit), höhere Investition (Dosierofen, Roboter).

Varianten & Weiterentwicklungen

• Vakuumdruckguss: Gesenk evakuiert → weniger Lufteinschlüsse (Porosität), bessere mechanische Eigenschaften, wärmebehandelbar.
• Squeeze Casting / Pressguss: Schmelze in offenes Gesenk → Stempel presst zu → hoher Druck, keine Turbulenzen → sehr dicht, feinkörnig, wärmebehandelbar. Für strukturelle Bauteile (Fahrwerksteile).
• Halbfestguss (Thixocasting / Rheocasting): Schmelze im halbflüssigen Zustand (Kügelchen in Schmelze) → laminares Füllen, extrem geringe Porosität, hohe Festigkeit.
• Niederdruckguss (LPDC): Form wird von unten unter Druck (0,5–3 bar) gefüllt. Für Al-Räder, Zylinderköpfe. Gute Speisung, wärmebehandelbar.

Typische Anwendungen

• Automobil: Motorblöcke, Zylinderköpfe, Getriebegehäuse, Räder (Al), Tragarm, Lenkgehäuse, Bremszangen, Ölwannen.
• Elektronik/Gehäuse: Laptop-Gehäuse, Handyrahmen, Kühlkörper, Steckverbinder.
• Haushalt/Geräte: Kaffeemaschinenteile, Werkzeuggehäuse, Armaturen.
• Maschinenbau: Pumpengehäuse, Ventilkörper, Getriebekomponenten.
• Beleuchtung: LED-Gehäuse, Reflektoren.

Wirtschaftlichkeit

Hohe Werkzeugkosten (Gesenk: 20k–500k €) → Break-even ab ~5.000–50.000 Stk. (Komplexität). Dann: Niedrigste Stückkosten, hohe Wiederholgenauigkeit, minimaler Nachbearbeitungsbedarf. Lebensdauer Gesenk: 100k–1M Schuss (Al), bis 5M (Zn).

Druckguss ist das Rückgrat der NE-Metall-Serienfertigung. Die Wahl zwischen Heiß- und Kaltkammer sowie modernen Varianten (Vakuum, Squeeze, Thixo) wird durch Werkstoff, Bauteilgeometrie, Qualitätsanforderung (Porosität, Festigkeit) und Losgröße bestimmt.