Zentrifugalguss: Typen (Echt, Halb, Zentrifuge), Funktionsweise & Anwendungen

Zentrifugalguss umfasst drei Hauptvarianten, die sich in Geometrie der Teile, Maschinentyp und Erstarrungsverhalten unterscheiden. Alle nutzen Zentrifugalkraft zur Formfüllung und Gefügebildung. Dieser Artikel differenziert die Typen und erklärt das gemeinsame Funktionsprinzip.

Die drei Typen des Zentrifugalgusses

1. Echter Zentrifugalguss (True Centrifugal Casting)

Prinzip: Zylindrische Kokille rotiert um ihre Längsachse (horizontal oder vertikal). Schmelze wird axial in die Mitte gegossen → Fliehkraft drückt sie radial an Wand.
Merkmale:

• Achssymmetrische Hohlkörper mit konstantem Innendurchmesser (freie Erstarrungsoberfläche).
• Kein Kern nötig! Wanddicke = f(Gießmenge).
• Gerichtete Erstarrung: Außenseite (Kokille) → Innenseite (frei) → feinkörnig, dicht, lunkerfrei.
• Verunreinigungen (Oxide, Gase, Schlacke – geringere Dichte) zentrifugieren zur freien Innenoberfläche → sauberes Wandgefüge.
• Hohe Produktionsrate (kurze Zyklen, einfache Entnahme).
• Sehr hohe Güte (oft 100 % röntgenfrei).

Anwendungen: Rohre (Druckrohre, Ofenrohre), Buchsen, Laufbuchsen (Zylinder), Ringe, Lagerhülsen, Walzenmäntel.
Nachteile: Hohe Investition (rotierende Kokille, Antrieb, Sicherheit), Fachpersonal, Innendurchmesser ungenau/rau (Nachbearbeitung zwingend), nur rotationssymmetrisch.

2. Halbzentrifugalguss (Semi-Centrifugal Casting)

Prinzip: Vertikal rotierende Form (Konzentrisch), aber niedrigere Drehzahl (180–200 min⁻¹). Form hat zentralen Anguss (Gateway) → Schmelze fließt radial in Kavitäten.
Merkmale:

• Für nicht-hohle, scheiben-/radförmige Teile (Zahnräder, Scheiben, Flansche, Schwungräder, Pulley).
• Kern erforderlich für Innenkontur (Bohrungen, Naben).
• Gerichtete Erstarrung: Von außen (Kokille) nach innen (Anguss/Kern) → gute Speisung.
• Mehrere Teile pro Zyklus durch Stapeln mehrerer Formen (Stacking) auf gemeinsamer Welle.
• Geringere Zentrifugalkraft → weniger Segregation als Echter ZG, aber besser als Schwerkraftguss.

Anwendungen: Zahnräder, Riemenscheiben, Flansche, Kupplungsteile, Pumpenlaufräder (klein).

3. Zentrifugenformguss (Centrifuge Casting / Centrifugal Mold Casting)

Prinzip: Mehrere Formkavitäten (nicht achsensymmetrisch!) auf einem Kreis um die Drehachse angeordnet (wie Karussell). Rotation → Fliehkraft drückt Schmelze in alle Kavitäten gleichzeitig.
Merkmale:

• Für unsymmetrische Teile in Gruppenfertigung (Ventilkörper, Armaturen, Pumpengehäuse, Verbinder).
• Rotationsachse ≠ Teileachse. Zentrifugalkraft wirkt als Fülldruck in alle Kavitäten.
• Gleichmäßige Füllung & Erstarrung in allen Kavitäten.
• Hohe Ausbeute, geringer Angussverlust, gute Qualität (besser als Sandguss).
• Reinigung/Nacharbeit reduziert (keine Formkästen, kein Sand).

Anwendungen: Kleinteile-Serien (Armaturen, Verteiler, Gehäuse) aus NE-Metallen (Al, Cu, Zn) und Grauguss.

Gemeinsames Funktionsprinzip (Arbeitsweise)

1. Kokille vorbereiten: Reinigen, Beschichten (Trennmittel/Isolierung), Vorheizen (150–300 °C, vermeidet Kälteschluss/therm. Schock).
2. Rotation starten: Elektromotor bringt Kokille auf Soll-Drehzahl (Drehzahlregelung kritisch!).
3. Gießen: Schmelze (temp. kontrolliert, entgast) über zentrale Gießrinne in rotierende Form.
4. Füllung & Erstarrung: Fliehkraft (F = m·ω²·r) presst Schmelze an Wand / in Kavitäten. Erstarrung unter Druck (Nachdruck durch Fliehkraft).
5. Abkühlen: Rotation oft während Erstarrung beibehalten (geringere Segregation).
6. Entnehmen: Rotation stoppen, Gussteil(e) entnehmen (mechanisch/thermisch).
7. Nachbearbeitung: Innenbearbeitung (Drehen/Honen bei Echtem ZG), Entgraten, Wärmebehandlung, ZfP.

Prozessparameter & Steuerung

• Drehzahl (n): Bestimmt Fliehkraft (g-Effekt). Echter ZG: 300–3000 min⁻¹ (↓ bei ↑ Durchmesser). Halb: 180–200 min⁻¹. Zentrifuge: 100–500 min⁻¹.
• Gießtemperatur: 50–100 K über Flüssigkeitstemperatur (geringer als Sandguss dank Fliehkraft).
• Gießmenge/Zeit: Bestimmt Wanddicke (Echter ZG) / Füllung (Halb/Zentrifuge).
• Kokillentemperatur: Beeinflusst Erstarrungsgeschwindigkeit, Gefüge, Anhaftung.

Die Wahl des Typs wird durch Bauteilgeometrie (Hohl vs. Voll, Symmetrisch vs. Unsymmetrisch), Stückzahl und Qualitätsanforderung bestimmt. Echter ZG für Rohre/Ringe, Halb für Räder/Scheiben, Zentrifuge für unsymmetrische Kleinserienteile. Alle bieten überlegene Gefügequalität gegenüber Schwerkraftguss durch gerichtete Erstarrung und Zentrifugation von Verunreinigungen.