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Metallgießen – Verfahren

Das Grundprinzip der Formgebung durch Gießen hat sich in rund 5.000 Jahren gießereitechnischer Geschichte nicht geändert: Das Schmelzen der Metalle und das Gießen der Formen, deren Hohlraum dem Negativ des gewünschten Abgusses entspricht. Verändert haben sich dagegen die gießereitechnischen Herstellungsverfahren, die Werkzeuge und Einrichtungen für deren Durchführung und vor allem die Vielfalt und Güteeigenschaften der Gusserzeugnisse.

Die folgenden Schritte geben eine Überblick über das grundsätzliche Verfahrensprinzip.

Schritt 1: Materialauswahl (Metallurgie)
Vielfältig in der Anwendung sind die verwendeten Werkstoffe: Eisengusswerkstoffe wie Gusseisen und Stahlguss, Leichtmetall- Gusswerkstoffe aus Aluminium- und Magnesiumlegierungen und Kupferwerkstoffe wie Bronze und Messing; zu nennen sind auch Nickel, Chrom, Silicium, Titan, Zink und Zinn als Gusswerkstoffe und Legierungszusätze. 

Schritt 2: Ideen entwickeln

Zuerst wird überlegt, welche Funktion das Gussteil erfüllen soll. Dabei werden Form, Größe, Belastung, gewünschter Werkstoff und wichtige Maße festgelegt. Die Idee wird zunächst als Handskizze oder technische Zeichnung dargestellt. So können Abmessungen und die grundlegende Geometrie festgelegt werden. Anschließend wird am Computer ein 3D-Modell erstellt. Dabei sollten bereits gießtechnische Anforderungen wie Formschrägen, Wandstärken, Radien, Schwindmaß und Bearbeitungszugaben berücksichtigt werden. Die Kombination aus CAD-Konstruktion, 3D-gedrucktem Modell und Sandguss ist praktisch, weil Änderungen am Entwurf schnell umgesetzt werden können. 

Beim Kunstguss entstehen Ideen häufig aus einer Mischung aus Inspiration, Beobachtung, Experimentieren und den Möglichkeiten des Materials. Künstlerinnen und Künstler überlegen dabei nicht nur, was sie darstellen möchten, sondern auch, wie sich die Idee überhaupt als Metallguss umsetzen lässt. Dabei hilft die Möglichkeit, sogenannte „verlorene“ Modelle aus Wachs oder Polystyrolschaum einzusetzen.

Schritt 3: Simulation

Was haben „Second Life“, Crashtest-Dummies und die Gießerei gemeinsam? – überall wird simuliert! Denn Simulation ist ein „Als ob“-Durchspielen an einer Nachbildung der Wirklichkeit. Um Erkenntnisse zu gewinnen, werden Experimente an einem Modell durchgeführt. Das Modell liefert Ergebnisse, die sich auf die Wirklichkeit übertragen lassen. Das ermöglicht Rückschlüsse auf ein Problem und neue Lösungen in der Wirklichkeit. Ein Auto-Crashtest beispielsweise ist ein Simulationsmodell für einen Verkehrsunfall. Statt der Insassen, sitzen im Wagen Crashtest-Dummies, die mit Menschen gewisse Eigenschaften gemeinsam haben. Heutzutage werden Simulationen immer mehr von Computern durchgeführt. Bei der Computersimulation werden Verhalten und Probleme des Autos und einzelner Autoteile untersucht, noch bevor es sie überhaupt gibt. Die Simulationssoftware bildet Eigenschaften und Abläufe der Wirklichkeit am Computer ab. Bekannteste Anwendungen sind „Die Sims“, „Second Life“ oder Autosimulatoren für den PC. Die Wirklichkeit wird nachgeahmt, sie wird simuliert. Für den Einsatz von Simulationen kann es mehrere Gründe geben. Beispielsweise ist eine direkte Untersuchung zu aufwändig, zu teuer oder zu gefährlich (Crashtest). Das Produkt gibt es (noch) nicht, Phänomene lassen sich nicht direkt beobachten oder sind sehr kompliziert (Gießprozess-Simulation). Für Experimente kann ein Simulationsmodell wesentlich leichter verändert und wiederholt werden. Ein Grund kann auch die gefahrlose und kostengünstige Ausbildung sein oder Spiel und Spaß. Die Simulation der Gießereiprozesse ist zusätzlich ein Beitrag zum Umweltschutz, weil Energie und Rohstoffe geschont werden und wesentlich weniger Material verbraucht wird.

Schritt 4: Modellerstellung 

Gießen gehört zu den so genannten formgebenden Verfahren. Deshalb benötigt der Gießer ein Modell, das je nach Beanspruchung und Genauigkeitsgrad aus
Metall, Kunststoff, Gips oder Holz bestehen kann. Die Maße des Modells und des zukünftigen Werkstückes weichen etwas voneinander ab. So ist für die spätere Bearbeitung des Gussstücks eine Bearbeitungszugabe notwendig. Aber auch die beim Erkalten des Gussstückes eintretende Schwindung des Metalls
muss berücksichtigt werden. Soll das Gussstück auch Hohlräume aufweisen, müssen so genannte Kerne hergestellt werden, die die Innenkontur abbilden. Sie werden vor dem Gießen in die Form eingelegt. Kerne stellen mit ihrer äußeren Gestalt den gewünschten inneren Hohlraum im Gussstück dar. Wenn das Gussstück erstarrt und abgekühlt ist, werden diese Kerne entfernt und die inneren Hohlräume dadurch freigelegt. Bei den Modellen muss immer darauf geachtet werden, dass sie keine Hinterschneidungen haben (d.h. keine Ausstülpungen, die das Ziehen des Modells aus dem Sand verhindern). Modelle müssen glatt sein und eine Teilungslinie besitzen. Die Teilungslinie, ermöglicht es, das Modell zur Mitte, also zur Formteilung hin, aus dem Sand herauszunehmen, ohne dass die Sandform beschädigt wird.

Je nach Gießverfahren, Stückzahl, Größe und gewünschter Genauigkeit gibt es verschiedene Möglichkeiten, ein solches Modell herzustellen. Für ein einfaches Einzelstück eignet sich oft ein Holz- oder 3D-gedrucktes Modell. Für größere Stückzahlen sind Kunststoff- oder Metallmodelle sinnvoll. Für besonders komplexe Geometrien kommen Wachsmodelle im Feinguss oder Schaumstoffmodelle im Lost-Foam-Verfahren infrage.

Schritt 5: Formerstellung

Das Herstellen einer Form ist der erste Arbeitsgang in der eigentlichen Gießerei. Die Form ist als Gefäß zu betrachten, dessen innere Gestalt dem räumlichen Negativ des Abgusses entspricht und welches das flüssige Metall bis zur Erstarrung zusammenhält. Man unterscheidet bei den Form- und Gießverfahren „verlorene Formen“ und „Dauerformen“. Beim Gießen mit verlorenen Formen ist für jeden Abguss die Herstellung einer neuen Form notwendig. Dies ist beispielsweise auch beim so genannten Handformen der Fall. Das Handformen eignet sich besonders für Einzelstücke, sehr kleine Serien und sehr große Gussstücke. Das Modell ist in der Regel geteilt, damit Formunterteil und Formoberteil getrennt hergestellt und die beiden Modellhälften vor dem Zusammenfügen der Formteile aus diesen entnommen werden können. Dabei wird tonhaltiger Formsand verwendet, mit dem die im ersten Schritt hergestellten Modelle aus Fimo, Gips oder Holz abgebildet werden.

Schritt 6: Gießen

Beim Schmelzen geht das Metall vom festen in den flüssigen Zustand über. Physikalisch gesehen erfolgt das Schmelzen durch Zuführung von Wärmeenergie, bis der schmelzflüssige Zustand erreicht ist. Der dafür notwendige Wärmebedarf hängt von der chemischen Zusammensetzung des Gießwerkstoffes und seinen phyikalischen Eigenschaften ab. Er setzt sich im Allgemeinen aus der Erhitzungswärme, der Schmelzwärme und der Überhitzungswäme zusammen. Um das Metall zu Schmelzen sind hohe Gießtemperaturen erforderlich:

  • für Aluminiumguss ca. 680 – 770°C
  • für Bronzeguss ca. 1.100 – 1.200 °C
  • für Eisenguss ca. 1.300 – 1.500 °C


Das Füllen der Formen mit flüssigem Metall, das eigentliche Gießen, nimmt nur sehr kurze Zeit in Anspruch. Formen bis zu einigen hundert Kilogramm Metallgewicht benötigen eine Fülldauer von höchstens 40 Sekunden. Aber auch die Formen für die größten und schwersten Gussstücke, die jemals erzeugt
wurden, mit Gießgewichten bis zu 500 t sind in wenigen Minuten gefüllt.

Nachdem die Formen mit Metall gefüllt sind, beginnt die wesentlich längere Zeitspanne des Erstarrens und Abkühlens. Kleine Formen mit etwa 20 kg Metallgewicht sind in ca. 30 Minuten so weit abgekühlt, dass sie ausgeleert werden können. Dann sind sie noch nicht erkaltet. Große Gussstücke mit mehreren hundert Tonnen Gewicht verbleiben einige Wochen in der Form und haben dann immer noch eine Temperatur von etwa 200°C. 

Industriell werden viele verschiedene Gießverfahren eingesetzt. Welches Verfahren gewählt wird, hängt unter anderem von Werkstoff, Stückzahl, Bauteilgröße, Form, Oberflächenqualität und Kosten ab. Eine einfache Zuordnung ist:

  • Sandguss → flexibel und auch für große Teile
  • Druckguss → hohe Stückzahlen,
  • Niederdruckguss → kontrollierte Formfüllung,
  • Kokillenguss → Serienfertigung mit Dauerform,
  • Feinguss → komplexe und präzise Bauteile,
  • Schleuderguss → rotationssymmetrische Teile 
  • Strangguss → kontinuierliche Herstellung von Halbzeugen

Schritt 7: Putzen

Nach dem Erkalten des gegossenen Teils werden Einguss, Lauf und Anschnitt entfernt und der Abguss wird rundum sauber geputzt. Im einzelnen unterscheidet man dabei das „Rohputzen“ und das „Fein putzen“. Bei komplizierten und kernintensiven Gussstücken muss diese Tätigkeit überwiegend noch von Hand ausgeführt werden. Diese Arbeit verrichtet dann der Gussputzer. Bei großen Serien dagegen kommen in der Regel automatische Putzautomaten zum Einsatz.