Schulgießerei - Technik
Raum und Mobiliar
Ein Raum für den Sandguss sollte gut belüftet, trocken, brandschutzgerecht, ausreichend groß, gut beleuchtet und auf den sicheren Umgang mit heißem beziehungsweise flüssigem Metall ausgelegt sein. Besonders wichtig ist eine wirksame Absaugung von entstehenden Stäuben und Dämpfen.
Ferner ist darauf zu achten, dass flüssiges Metall nicht unkontrolliert mit Wasser oder Feuchtigkeit in Kontakt kommt, da dies zu gefährlichem Verspritzen oder explosionsartigen Reaktionen führen kann.
Der Boden sollte tragfähig, eben, möglichst rutschhemmend und für die thermischen und mechanischen Belastungen geeignet sein. Stolperstellen sind besonders beim Transport von heißem Metall gefährlich.
Zwischen Schmelzofen, Formbereich und anderen Arbeitsplätzen müssen ausreichend Bewegungs- und Transportflächen vorhanden sein. Formsand, Metalle, Werkzeuge und weitere Betriebsstoffe müssen geordnet und sicher gelagert werden.
Material zum Gießen
Grundsätzlich lassen sich beim Sandguss viele verschiedene metallische Werkstoffe eingesetzt werden, da die Sandform sehr hohe Temperaturen aushält. Häufig werden Aluminium-, Kupfer-, Bronze und Magnesiumlegierungen vergossen, selten auch Eisen- und Stahllegierungen.
Üblicherweise wird Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen mit einer Schmelztemperatur von etwa 660 °C verwendet. Vorteile sind geringes Gewicht, gute Korrosionsbeständigkeit, relativ niedrige Gießtemperaturun die gute Gießbarkeit. Demgegenüber steht eine geringere Festigkeit und Temperaturbeständigkeit als bei Stahl.
Zinn eignet sich grundsätzlich ebenfalls gut für den Sandguss, besonders für kleine Gussteile, Modelle, Figuren oder Kunstguss. Besonders vorteilhaft ist es neben der gute Gießbarkeit und gute Korrosionsbeständigkeit , der niedrige Schmelzpunkt von 232°C, besitzt. Nachteile sind vor allem seine geringe Festigkeit, seine Weichheit und der vergleichsweise hohe Preis (ca. 10x so teuer wie Aluminium).
Modelle
Grundsätzlich unterscheidet man „verlorene“ und wiederverwendbare Modelle.
Verlorene Modelle eignen sich für Komplexe Geometrien. Das Modell bleibt in der Form und wird beim Gießen zerstört, z. B. ein Modell aus Wachs oder Polystyrolschaum beim Lost-Foam-Verfahren.
Die wiederverwendbaren Modelle können aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen: Holz ist günstig und gut für Einzelstücke oder Kleinserien, Kunststoff ist formstabil und verschleißfester, Metall eignet sich wegen seiner hohen Haltbarkeit besonders für große Stückzahlen.
Aufgrund der rasanten Entwicklung im Bereich der 3D-Drucker werden häufig gedruckte Kunststoffmodelle eingesetzt, insbesonder für Prototypen und individuelle Bauteile.
Einfache Bauteile (z.B. Relief-Plaketten) lassen sich am besten aus einem Vollmodell erstellen. Ein oder mehrere Modelle können auch fest auf einer Platte angebracht werden, auf der auch Teile des Angusssystems integriert sind.
Für komplexere Teile eignen sich geteilte Modelle, bei denen eine Trennebene bereits berücksichtigt ist.
Material, Geräte und Werkzeuge zum Formen
Beim Formen für den Sandguss werden verschiedene Materialien, Werkzeuge und Geräte benötigt, um aus einem Modell eine Gussform herzustellen.
- Formsand: Er bildet die eigentliche Gussform. Der Sand muss gut formbar, ausreichend fest und hitzebeständig sein.
- Bindemittel: Sie sorgen dafür, dass die Sandkörner zusammenhalten. Je nach Formverfahren werden beispielsweise Ton/Bentonit oder chemische Binder verwendet.
- Trennmittel: Es verhindert, dass Formsand am Modell haftet, und erleichtert das Herausnehmen des Modells.
- Kerne: Sie werden nur benötigt, wenn das Gussteil Hohlräume oder innenliegende Konturen besitzen soll.
- Formkasten: Ein meist zweiteiliger Rahmen, in den der Formsand eingefüllt und verdichtet wird. Die Teile werden häufig als Unterkasten und Oberkasten bezeichnet.
- Sieb: Damit kann feiner Formsand gleichmäßig über das Modell verteilt werden.
- Stampfer oder Verdichtungsgerät: Damit wird der Formsand verdichtet, sodass eine stabile Form entsteht.
- Abziehwerkzeug: Damit wird überschüssiger Formsand entfernt und die Oberfläche des Formkastens geglättet.
- Modellziehwerkzeuge: Sie helfen dabei, das Modell vorsichtig aus dem verdichteten Sand zu entfernen, ohne die Form zu beschädigen.
- Werkzeuge für das Angusssystem: Mit geeigneten Werkzeugen (Rohre, Lanzetten) werden Anguss, Lauf und Speiser hergestellt, damit das flüssige Metall in den Formhohlraum gelangen und die Erstarrung unterstützt werden kann.
Werkzeuge und Geräte zum Gießen
Der wichtigste Baustein für das Metallgießen ist ein geeigneter Ofen. Er hat die Aufgabe, das Rohmaterial zu schmelzen. Auf dem Markt sind verschiedene elektrische oder gasbetriebene Öfen erhältlich.
Kleine elektrische Schmelzöfen sind vorrangig für niedrigschmelzende Metalle wie Zinn oder Aluminium geeignet. Sie sind kompakt und für kleine Metallmengen geeignet. Nachteil ist die recht geringe Kapazität und Leistung.
Gasbeheizte Tiegelöfen haben einen vergleichsweise einfachen Aufbau, sind flexibel einsetzbar und leistungsfähig. Nachteile sind die Verbrennungsgase, eine hohe Wärmebelastung und entsprechende Lüftungs-/Abgasanforderungen.
Für eine Schulgießerei mit kleinen Gussteilen wäre daher ein elektrischer Tiegelofen für Zinn oder Aluminium sinnvoller als eine Anlage zum Schmelzen von Eisen oder Stahl.
Werkzeuge und Geräte zum Putzen
Beim Putzen von Gussteilen werden nach dem Gießen Formsandreste, Grate, Angüsse, Speiser und andere unerwünschte Materialreste entfernt. Je nach Größe, Werkstoff und gewünschter Oberfläche kommen unterschiedliche Geräte und Werkzeuge zum Einsatz, z.B. Bandsäge, Trennschleifer, Schleifmaschine, Feilen, Drahtbürsten, Bohrmaschine, sowie spezielle Entgratungswerkzeuge.
Zusätzlich wird eine geeignete persönliche Schutzausrüstung benötigt, beispielsweise Schutzbrille oder Gesichtsschutz, Gehörschutz, Sicherheitsschuhe und geeignete Handschuhe. Beim Schleifen und Strahlen können außerdem Staub und Partikel entstehen, weshalb eine geeignete Absaugung und gegebenenfalls Atemschutz erforderlich sind.