Kokil lengussGut in Form. Gut informiert.

K o k i l l e n g u s s | 0 30 2 | K o k i l l e n g u s s

Kokillengussteile verfügen über einbemerkenswert breites Anwen-dungsspektrum: Die Stückgewichteliegen zwischen 3 g und 35 kg. DieAbmessungen können von wenigenMillimetern bis zu 500 mm betragen.

Bei kleinflächigen Teilen sind dünnstegieß- und einhaltbare Wanddickenvon 1 mm möglich; im Normalfall je-doch 2 bis 3 mm. Aktuell werden ca.35 vergießbare Werkstoffqualitäteneingesetzt, die unterschiedlichste

Kundenanforderungen erfüllen: Fes-tigkeit, Dehnbarkeit, Härte, Korro-sions- und Verschleißfestigkeit sowieelektrische und thermische Leit-fähigkeit.

Die Maßgenauigkeit der Abgüsse istvon zahlreichen Faktoren wie Größe,Wanddicke und Schwierigkeitsgraddes Gussteils oder auch vom Guss-werkstoff abhängig. Allgemein gilt,dass die einzuhaltenden Toleranzen

gießtechnisch so eng wie nötig undso genau, wie es die Funktionsnot-wendigkeit verlangt, sein sollten. Der Bereich der Bearbeitungszu-gaben für Schwermetall-Kokillenguss-teile liegt normalerweise zwischen

0,5 und 2 mm. Das endgültige Maßlässt sich jedoch auch jederzeit vom Anwender oder Konstrukteur in Abstimmung mit den Gießereitech-nikern festlegen.

Gussteile, die einem Druck von 140 bar und mehr – beispielsweise bei Ventilgehäusen für Hochdruck-armaturen – standhalten, unterlie-gen besonderen planerischen undkonstruktiven Ansprüchen. So sollten erhebliche Wanddickenunterschiede

vermieden und vorgegebene Unter-schiede durch sanfte Übergänge ab-gemildert werden. Die Wanddickensind in Relation zur Größe des Guss-teils zu wählen. Zudem sind Verrip-pungen dünner Wandungen gieß-technisch günstiger als dicke Wände

ohne Verrippungen. Kreuzknotenund spitzwinklig aufeinander tref-fende Wände sind ebenso zu vermei-den wie Werkstoffanhäufungen undHinterschneidungen.

Ein Höchstmaß an Flexibilität

Kokillenguss: Genauigkeit ist keine Hexerei

Die gießgerechte Konstruktion von Formteilen

Alle Maßangaben sind Millimeterangaben

Nennmaßbereich (mm)

Freimaßtoleranzen für Schwermetall-Kokillengussteile (DIN 1687 BI. 3)

über

1018305080120180250315400

bis

1018305080120180250315400500

formgebunden

± 0,3± 0,35± 0,4± 0,5± 0,6± 0,7± 0,8± 0,95± 1,1± 1,2± 1,3

nicht formgebunden

± 0,4± 0,45± 0,5± 0,6± 0,8± 0,9± 1± 1,1± 1,4± 1,5± 1,6

formgebunden

± 0,18± 0,22± 0,26± 0,31± 0,37± 0,44± 0,5± 0,6± 0,65± 0,7± 0,8

nicht formgebunden

± 0,28± 0,32± 0,36± 0,41± 0,57± 0,64± 0,7± 0,8± 0,95± 1± 1,1

Genauigkeitsgrad nach GTA 15 Genauigkeitsgrad nach GTA 14

Im Kokillengussverfahren werden äußerst präzise Formteile aus metal-lischen Werkstoffen hergestellt. Die Qualitätsmerkmale der fertigen Kokillengussteile sind überzeugend:perfekte Maßgenauigkeit und Maß-haltigkeit – auch bei dünnwandigenTeilen makellose Konturenwieder-gabe und Oberflächengüte. Aufwen-dige, spanabhebende Nachbearbei-tungen können entfallen, da die Kokillengussteile ein genaues Abbildder Formoberfläche der Kokille sind.Somit ist die Oberfläche von Kokil-

lengussteilen frei von Unebenheiten,mit Richtwerten im Bereich von RZ 25bis RZ 45. Die Erstarrung des Gießma-terials vollzieht sich aufgrund derguten Wärmeleitfähigkeit der Kokilleinnerhalb weniger Sekunden. DasGussteil zeichnet sich durch ein sehrfeinkörniges, dichtes Gefüge aus. Diegeringere Korngröße beim Kokillen-guss führt im Vergleich zum Sandgusszu erhöhter mechanischer Belastbar-keit und eignet sich ganz besondersfür stark beanspruchte Konstruk-tionsteile.

In Bestform aus der Gussform

G U T I N F O R M I E R T

Kokil lenguss – Präzision der gegossenen Art

Präzisionsformteile aus Kupfer und seinen Legierungen erschließen Einsatzmöglichkeiten,

die weit über die bereits bekannten Anwendungen hinausgehen. Im Kokillenguss lassen sich

einbaufertige Konstruktionsteile herstellen, die exakt einstellbare Materialeigenschaften und

zusätzlich wirtschaftliche Vorteile aufweisen. Werkstoffqualität und Maßgenauigkeit eröff-

nen dem Kokillenguss immer neue Anwendungsmöglichkei-

ten und damit größere Marktchancen. Heute müssen die

Beschaffenheit und damit die Perspektiven für Schwer-

metall-Kokillenguss und seine Möglichkeiten grundlegend

neu definiert werden.

Beim Kokillenguss werden Werk-stücke aus Kupfer oder Kupfer-Legie-rungen in metallische Dauerformen,auch Kokillen genannt, gegossen.Schwergewichtige Teile werden aufKokillengießmaschinen produziert.Bei geringgewichtigen Teilen undkleinen Losgrößen hat sich zumeistder Hand-Kokillenguß bewährt.Dabei ist die Gießleistung abhängigvon der eingesetzten Legierung undvom Schwierigkeitsgrad des Gussteils.

Im Handumdrehen vom flüssigen Metall zumGussteil

Gießen mit Gießmaschine

Ziehsteinhalter 14-stufigCuAl10Fe5Ni5-C-GM4,370 kgfür denDrahtziehmaschinenbau

Gussteil aus Cu-C-GM beim Entformen auf Gießmaschine

K o k i l l e n g u s s | 0 5

Beim Vergleich von Konstruktionstei-len nach verschiedenen Fertigungs-verfahren und Werkstoffen muss aufdie Gleichwertigkeit der Lösungengeachtet werden. Aussagefähig istnur ein Vergleich, der sich auf bear-beitete, einbaufertige Ausführungen

bezieht. Die Kokillengießtechnik bie-tet fraglos viele Vorteile: geringe mechanische Bearbeitung, höherePräzision und Qualität, reduzierteOberflächenbehandlung, die meistbeträchtliche Kosteneinsparungenermöglicht.

Nur einbaufertige Ausführungen vergleichen

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M 0100S 0100S 0120S 0121S 0200S 0300S 0340S 0350S 0600S 0700A 0100A 0110A 0200A 0210A 0220B 0100B 0120B 0121

CC040ACC140Cnicht genormtnicht genormtCC767SCC766Snicht genormtnicht genormtnicht genormtCC764SCC765SCC762SCC761Snicht genormtCC330GCC331GCC334GCC333GCC332GCC480KCC483Kähnl. CC484K

Cu-C-GMCuCr1-C-GMähnl. CuNi2Siähnl. CuNi3SiCuZn38Al-C-GMCuZn37Al1-C-GMLeitmessingLeitmessingLagermessingCuZn34Mn3Al2Fe1-C-GMCuZn35Mn2Al1Fe1-C-GMCuZn25Al5Mn4Fe3-C-GMCuZn16Si4-C-GMNeusilberCuAl9-C-GMCuAl10Fe2-C-GMCuAl11Fe6Ni6-C-GMCuAl10Fe5Ni5-CGMCuAl10Ni3Fe2-C-GMCuSn10-C-GMCuSn12-C-GMähnl. CuSn12Ni2-C

40200360490130170

70125175260200480300250180250380280250160150180

150300460550380450470410330600475750500510500600750650600270270300

251012

330253030101018

88

102020

57

2010

58

4095

150180

75105100100

80140110180130115100130185150130

808095

5545201512

82018

38873655246766

8,98,98,98,88,58,58,58,58,58,68,68,28,68,57,57,57,67,67,58,78,68,6

Bei den angegebenen Werten handelt es sich um Mindestwerte

0 4 | K o k i l l e n g u s s

G U T I N F O R M I E R T

Zur Nutzung der Verfahrensvorteileist eine gießgerechte Konstruktionunverzichtbar. Um ein dichtes Gefüge zu erzielen, müssen

Verbindungsquer-schnitte zum An-guss- oder Spei-sersystem gleichgroß oder größerals der betrach-tete Querschnitt

des Gussteils sein. Nur so kann dasflüssige Metall in die erstarrende undschrumpfende Partie nachfließen.Aufschrumpfende Konturen, dieohne Kern darzustellen sind, bedür-fen einer Aushebeschräge von 5° bis10°; Kernflächen müssen eine ge-wisse Neigung haben. Bei Bohrungenund Durchbrüchen liegt die Konizitätbei 1:50.

Um zusätzlichen Kostenaufwand –das Gussteil oder die Kokille betref-fend – zu vermeiden, liefert derKunde idealerweise die Konstruktionoder die Werkstückzeichnung. Diesewird dann von PIAD entsprechendden gießtechnischen Erfordernissen

komplettiert, etwa mit Formschrä-gen, Radien, Konizität, gebrochenenKanten oder der Formteilung. VomKonstrukteur des Kunden werdenalso keine besonderen gießtechni-schen Vorkenntnisse gefordert.

Abhängig vom zu vergießendenWerkstoff und den jeweiligen Kon-struktionserfordernissen lässt sich Kokillenguss wirtschaftlich bereits ab Losgrößen von einigen hundertStück einsetzen. Die Standzeit eineraus hochhitzebeständigen Stählengefertigten Kokille kann unter 1.000Teilen aber auch bis zu 50.000 Teilenliegen. Nach der Produktion der ge-orderten Gussteilstückzahl wird jede

Kokille eingelagert. Der Kunde kanninnerhalb einer gemeinsam verabre-deten Anzahl von Jahren jederzeitauf seine Kokille zurückgreifen. Dafür PIAD höchste Qualitätsansprüchebereits in der Phase der Produktions-planung selbstverständlich sind,haben viele Kunden ihre Qualitäts-sicherung verstärkt in das Quali-tätsmanagement des Kokillenguss-lieferanten verlagert.

Kokillenfertigung und Gießtechnik – ein lösbares Optimierungsproblem

Konstrukteure auf Kundenseite müssen keine Gussexperten sein

Der Kokillenguss hat schon was auf Lager

2 Faltmitnehmer CuAl10Fe5Ni5-C-GM 0,347 kg und 0,200 kg für Verpackungs-maschinen

Hebellager CuAl11Fe6Ni6-C-GM

0,279 kgfür Bremssysteme in Schienenfahrzeugen

Werkstoffgruppen

Schemaskizze des Gießverfahrens

G U T I N F O R M I E R T

L e i t w e r k s t o f f e | 0 7

Da der Kokillenguss die guten Eigen-schaften des Werkstoffes Cu nichtschmälert, findet besonders das reineKupfer Cu-C-GM nach EN 1982 alshochleitendes Einsatzmaterial einbreites Anwendungsspektrum in derElektroindustrie. Schließlich über-trägt Kupfer elektrische Ströme mitextrem geringem Widerstand. Durchseine nicht minder hohe thermischeLeitfähigkeit ist es auch für Wärme-tauscher und Kühlelemente bestensgeeignet.

Reines Kupfer zeigt Festigkeiten um150 N/mm² bei einer Härte von ca. 40HB 10. Bei den folgenden physikali-schen Eigenschaften handelt es sichum Minimalwerte:

· Leitfähigkeit 55 m/mm² Ω· Festigkeit 150 N/mm²· Streckgrenze 40 N/mm²· Dehnung 25%· Härte 40 HBW 5/250

Die Werte zeigen, dass die Oxidparti-kel keinen negativen Einfluss auf diemechanische Festigkeit ausüben, solange sie sich in bestimmten Grenzenbewegen. Hinzu kommt, dass in Ko-killen gegossene Werkstücke aus rei-nem Kupfer ihre endgültige Form inden meisten Fällen bereits durch denGießprozess erhalten. Selbstverständ-lich ist eine anschließende mechani-sche Bearbeitung ohne weiteresmöglich.

Für Strom hat Kupfer beste Übertragungsqualitäten

Kupfer-Chrom-Legierungen für härtere Fälle

Die Kupfer-Chrom-Legierung CuCr1-C-GM nach EN 1982 zeichnet sichdurch hohe elektrische Leitfähigkeitin Verbindung mit höherer Festigkeitund Härte aus. Diese Legierung mitChromgehalten zwischen 0,4% und1,2% lässt sich nach Lösungsglühenund Abschrecken bei Temperaturenum 550°C aushärten. Das führt zueiner beträchtlichen Festigkeit undHärte.

· Leitfähigkeit 45 m/mm² Ω· Festigkeit 300 N/mm²· Streckgrenze 200 N/mm²· Dehnung 10%· Härte 95 HBW 5/250

Der Anwendungsbereich der Kupfer-Chrom-Legierung ist dem des reinenKupfers sehr ähnlich. Schließlich be-trägt die elektrische Leitfähigkeit dieses Materials mehr als 80% des reinen Kupfers. Die Verschleiß- undAbriebfestigkeit der Legierung ist je-doch wegen der höheren Härte umein Vielfaches verbessert – ebensoder Widerstand gegen Verformung.Daher ist der Werkstoff CuCr1-C-GMgerade im Schalterbau nahezu uni-versell einsetzbar. Und nebenbei bemerkt: Die Streckgrenze der Kup-fer-Chrom-Legierung liegt sogarsechsmal höher als die des reinen gegossenen Kupfers.

0 6 | L e i t w e r k s t o f f e

In der Elektrotechnik wird Kupferaufgrund seiner elektrischen Leitfä-higkeit vielfältig eingesetzt: alsDraht, Blech, Band und Profil oder als spanend bearbeitetes Werkstück.Entsprechende Formteile wurdenlange Zeit im Sandguss hergestellt,obwohl dieses Verfahren bei Bau-teilen für die Elektrotechnik gravie-rende Mängel aufweist: Die gegosse-nen Materialien büßen erheblich anLeitfähigkeit ein. Und die Sandfor-

men sind nur einmal benutzbar.Grund genug, den Sandguss durchden Kokillenguss zu ersetzen. DiesesVerfahren ist nach jahrzehntelangerEntwicklung so ausgereift, dass es aufdas gesamte Programm der Kupfer-Legierungen anwendbar ist. Die besondere Spezialität dabei: Im Kokillenguss kann Kupfer ohne Desoxydationselemente vergossenwerden. Eine Leitfähigkeit von min-destens 55 m/mm² Ω ist garantiert.

Kupfer-Kokillenguss: Ein idealer Werkstoff für die Elektrotechnik

Kein Problem mit der Desoxydation von Kupfer

Das Vergießen von reinem Kupfer istnoch nicht lange möglich, da die be-sonderen Eigenschaften des Kupferseine oxydierende Schmelzweise er-fordern – die Schmelze enthält Sau-erstoff, der aus dem flüssigen Kupfermittels Desoxydationselementen (P,Ca, Mg) entfernt werden musste. Ausmetallurgischen Gründen war es frü-her jedoch unumgänglich, diese Ele-mente im Überschuss zuzugeben. Dieunvermeidliche Folge: Ein Teil davonblieb im Kupfer gelöst, und seineLeitfähigkeit wurde dadurch aufWerte um 45 m/mm² Ω begrenzt.Beim Cu-Sandguss liegen die Wertebis heute in diesem Bereich.

Derzeit wird der Schmelzprozess imKokillenguss so geführt, dass eine be-grenzte Menge Sauerstoff in Formvon Kupferoxid „Cu2O“ anwesendbleiben kann. Kupfer und Kupferoxidbilden ein Eutektikum, das mit Hilfemetallographischer Untersuchunggut nachweisbar ist. So kann der Gehalt an Sauerstoff in der Schmelzeabgeschätzt und eingestellt werden.Das Ergebnis: Beim Elektrolyt-Kupfer sind Leitfähigkeitswerte bis58,0 m/mm² Ω realisierbar!

Für das Denken in Guss unterscheidet PIAD zwei verschiedene Werkstoff-Kategorien, die sich

durch spezifische Merkmale auszeichnen: Leitwerkstoffe und Konstruktionswerkstoffe.

Entsprechend ihrer Eigenschaften sind sie für unterschiedliche Anforderungen geeignet.

Leitwerkstoffe

Kontakte, Cu-C-GMKontaktmesser nach dem Gießen kaltverfestigt, für Mittel-spannungsschaltgeräte

KlemmeCuCr1-C-GM

0,746 kg für Mittelspannungsschaltgeräte

Fester und beweglicher Kontakt CuCr1-C-GM 0,390 kgfür Mittelspannungs-schaltgeräte

Kontaktarm, Cu-C-GM, 9,060 kg, in Schalt- geräten für den Mittelspannungsbereich

Beweglicher Kontakt, Cu-C-GM, 2,100 kgKontakt für Hochspannungsanwendungpartiell versilbert, Oberfläche nach dem Versilbern definiert kaltverfestigt

G U T I N F O R M I E R T

K o n s t r u k t i o n s w e r k s t o f f e | 0 9

Schnelle Anpassung an veränderte Marktbedingungen

Neben den Leitwerkstoffen vergießt PIAD Konstruktionswerkstoffe in Kokille: Messinge,

Sondermessinge, Aluminiumbronzen und in geringem Umfang Zinnbronzen werden auf-

grund ihrer hohen mechanischen Belastbarkeit in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt.

Da auch ganze Bauteile aus diesen Werkstoffen produziert werden, ist der Kokillenguss eine

lohnende Fertigungsalternative für diese Konstruktionswerkstoffe.

Konstruktionswerkstoffe

Neue Ideen statt alter Vorstellungen

Das Segment der allgemein bekann-ten Konstruktionswerkstoffe ist nachwie vor von Eisen und Stahl geprägt.Obgleich Kupfer-Gusswerkstoffe be-reits in den unterschiedlichsten Bauteilen zum Einsatz kommen, sinddie konstruktiven Möglichkeiten bei Weitem noch nicht ausge-schöpft. Neben den – aufgrund seinerhohen Leitfähigkeit – prädestinierten

Anwendungsbereichen von Kupferentwickeln Konstrukteure zuneh-mend neue Ideen und Anforderun-gen, die auf Basis innovativerLegierungselemente neue, moderneKupfer-Werkstoffe hervorbringen.

Ohne Schwermetall-Kokillenguss sindviele technische Entwicklungspro-jekte und Konstruktionsaufgabenkaum denkbar. Im Kokillenguss sindBauteile mit Fertigteilcharakter dar-stellbar; spanabhebende Bearbei-tung, Einzelmontage oder andere

kostenintensiveFertigungswei-sen entfallen.Unter Berück-

sichtigung werk-stoffgerechter, gieß- und

fertigungstechnischer Konstruktions-

erfordernisse können die Einsatz-möglichkeiten von Präzisionsform-gussteilen aus Kupfer und Kupfer-Legierungen optimiert werden.Durch den intensiven Erfahrungsaus-tausch mit den Gießereifachleutenwerden so auch die Anwender-konstrukteure in das Kokillen-Guss-verfahren eingebunden. Da sich konstruktive Änderungen am Produktsehr schnell umsetzen lassen, könnensich Kokillengießereien rasch auf veränderte Kundenwünsche undMarktbedingungen einstellen. Denn:Die Kokille lässt sich in relativ kurzer Zeit anpassen und umbauen!Die Gussproduktion kann nach Musterfreigabe ohne zusätzlicheRüstzeiten wieder aufgenommenwerden.

0 8 | L e i t w e r k s t o f f e

Wenn die Anforderungen an Härteund Festigkeit noch höher sind, werden entweder Kupfer-Nickel-Silizium- oder Kupfer-Zink-Legie-rungen eingesetzt. Kupfer-Nickel-Silizium enthält im wesentlichen 3% Nickel und 1% Silizium und ermöglicht sehr hohe Härten. Dabeibleibt die elektrische Leitfähigkeit fürdie in Frage kommenden Anwendun-gen immer noch ausreichend gut.

· Leitfähigkeit 17 m/mm² Ω· Festigkeit 460 N/mm²· Streckgrenze 360 N/mm²· Dehnung 12%· Härte 150 HBW 5/250

Kupfer-Nickel-Silizium ist als Kokillen-gusswerkstoff nicht genormt. DerGrund dafür liegt in der Warmrissan-fälligkeit dieses Werkstoffs; das wie-derum bedeutet, dass nur relativeinfache Gussteile erfolgreich in Ko-kille gegossen werden können.

Kupfer-Nickel-Silizium- und Kupfer-Zink-Legierungen (Leitmessing) für höhere Festigkeit bei gleichzeitighoher Leitfähigkeit

3 Lager ähnl. CuNi3Si 0,068 bis 0,097 kgVakuumleistungs-schalter für den Mittel-spannungsbereich

Kugelanschlussbolzen und ElektrodenhalterCuCr1-C-GM und ähnl. CuNi3Si0,280 kg bis 1,080 kg Sicherheitsausrüstung für Hochspannungs-anlagen und Punktschweißanlagen

ZahnstangeCuAl11Fe6Ni6-C-GM0,350 kg für Torantriebe

ZahnstangeCuZn37Al1-C-GM

0,271 kg für die Medizintechnik

FederlaschenaufnahmeCuAl10Fe5Ni5-C-GM

0,624 kgfür den Schienen-

fahrzeugbau

Diese spezielle Kupfer-Zink-Legierungentspricht ungefähr der in EN 1982genormten CuZn38Al-C-GM mit er-höhtem Zinkanteil.

· Leitfähigkeit 20 m/mm² Ω· Festigkeit 470 N/mm²· Streckgrenze 70 N/mm²· Dehnung 20%· Härte 100 HBW 5/250

KontaktbügelCuZn37Al1-C-GM 0,497 kgSicherheitsausrüstung für Hochspannungs-anlagen

KontaktbügelCuCr1-C-GM 0,520 kg Sicherheitsausrüstung für Hochspannungs-anlagen

G U T I N F O R M I E R T

K o n s t r u k t i o n s w e r k s t o f f e | 1 1

Sie sind fürs Schweißen gemacht ohne zu verzundern

Kupfer-Aluminium-Legierungenzeichnet eine weitere positive Beson-derheit aus, die für Konstrukteurevon besonderem Interesse sein kann:

Diese Werkstoffgruppe lässt sich untereinander und sogar mitStahl verschweißen. Das Ver-

bindungsschweißen von Alu-miniumbronze-Gussstücken mit

Fremdteilen aus beispielsweise St37,Automatenstahl oder Chrom-Nickel-Stahl wird vorzugsweise bei Gusstei-len angewandt, die mit wesentlichgrößeren, sperrigen Bauteilen unlös-bar verbunden werden müssen.Dabei ist das WIG-Verfahren beson-

ders günstig, bei dem unter inerterAtmosphäre geschweißt wird. Durch entsprechende Lichtbogenfüh-rung können die unterschiedlichenSchmelzpunkte von Stahl und Alumi-niumbronze berücksichtigt werden.

Ihrer Warmfestigkeit entsprechendkönnen Kupfer-Aluminium-Legierun-gen bei Temperaturen von bis zu300°C eingesetzt werden und auchdie Hochtemperatur-Oxydationsbe-ständigkeit ist mehr als überzeugend– ein Verzundern lässt sich erst ab800°C beobachten.

sehr günstigen Kombination von Fes-tigkeit und Dehnung kann bei extre-mer Belastung Energie absorbiertwerden, ohne dass das Bauteil zuBruch geht. Diese Eigenschaft bleibtauch bei sehr tiefen Temperaturenerhalten; bis –200°C tritt keine nennenswerte Versprödung auf.

Steigende Aluminiumgehalte führenzu steigenden Festigkeits- und Härte-werten, wobei die Dehnung aller-dings abnimmt. Durch Zulegieren

von Eisen und Mangan können dieFestigkeitswerte noch weiter erhöhtwerden. Zugleich bietet diese Werk-stoffgruppe hervorragende Korrosi-onsbeständigkeit gegenüber leichtsauren bis schwach alkalischen Salz-lösungen und industriellen Abwäs-sern. Bei Zugabe von Nickel kann dieohnehin gute Korrosionsbeständig-keit noch gesteigert werden.

Wegen des großen Erstarrungsinter-valls sind Kupfer-Zinn-Legierungenund Zinnbronzen warmrissanfälligund daher für Konstruktionsteile imKokillenguss-Verfahren weniger gutgeeignet. Durch Messing und Alu-miniumbronzen lassen sich Zinn-bronzen gezielt substituieren.

Kupfer-Zinn-Legierungen werden substituiert

1 0 | K o n s t r u k t i o n s w e r k s t o f f e

Die Gruppe der Messingwerkstoffewird durch Legieren des reinen Kupfers mit Zink gebildet. Sonder-messinge enthalten zusätzliche Legierungselemente. Entgegen derverbreiteten Auffassung, dass Mes-sing nur geringen Festigkeitsanforde-rungen Genüge leisten kann, wirddiese Legierungsgruppe für Kon-struktionsteile mit mittlerer bis hoherFestigkeit verwandt. Die Festigkeitenreichen von etwa 380 N/mm² bis zu

750 N/mm² bei Sondermessingenmit Aluminium, Mangan oderEisen. (Bleihaltige Messingewurden nicht berücksich-tigt.) Darüber hinaus lässtsich Messing sehr gut gie-ßen, ist somit auch fürkomplizierte Formteilegeeignet und zeichnetsich durch gute Korrosions-beständigkeit aus.

Messing – ein Werkstoff mit guten Festigkeitswerten

Kokillen-Gussteile aus Kupfer-Aluminium-Legierungen sind verschleißfest, korrosionsbeständig und nicht spröde

Allrounder: Messing und Sondermessinge

Messing und Sondermessinge wer-den in fast allen Bereichen der Investitionsgüterindustrie und imMaschinenbau z.B. als Gehäuse,Hebel, Getriebeelemente und Schalt-gabeln eingesetzt. Außerdem eig-nen sich Messing-Werkstoffe beiTeilen mit fertig gegossener Verzah-nung (Zahn- und Kegelräder) besonders gut.

Die Festigkeiten der Kupfer-Alu-minium-Legierungen, besser bekanntals Aluminiumbronzen, beginnen bei 500 N/mm² und lassen sich über 750 N/mm² steigern. Bei der Verschleißfestigkeit erreichen Kup-fer-Aluminium-Legierungen Wertedeutlich oberhalb von Baustählenund werden zumeist im allgemeinen

Maschinenbau, im Fahrzeugbau,Elektromotorenbau, in der Fein-mechanik, Medizintechnik sowie imVerpackungs-, Druck- und Textil-maschinenbau eingesetzt. Außerdemist bei Kupfer-Aluminium-Legie-rungen eine weitere, für den Konstrukteur wichtige Werkstoff-eigenschaft gegeben: Aufgrund der

Führung CuZn37Al1-C-GM 0,910 kg für Reinigungsmaschinen

Riemenlasche CuZn25Al5Mn4Fe3-C-GM

0,221 kgfür die Medizintechnik

GehäuseCuZn38Al-C-GM, 2,550 kgfür den Druckmaschinenbau

Schwenklager (die nach unten gekröpften Laschen sind angeschweißt)CuAl11Fe6Ni6-C-GM, 5,542 kgfür die Medizintechnik

2 Ventilgehäuse (unterschiedliche Ausführungen aus ein und derselben Kokille)CuAl10Fe5Ni5-C-GM, 1,540 kg und 1,190 kgfür den Schienenfahrzeugbau

2 PleuelCuSn12-C-GM

0,475 kg und 0,376 kgfür Hydraulikmotoren

Ventilgehäuse CuAl10Fe5Ni5-C-GM1,022 kgfür den Schienen-fahrzeugbau

G U T I N F O R M I E R T

Ve r b u n d k o n s t r u k t i o n e n | 1 3

Die Eingießtechnik von FremdteilenDas Umgießverfahren

Mit Sicherheit kein Drehen und Verschieben

Entsprechend seiner Beanspruchungist es zweckmäßig am Eingießteileinen Formschluss herzustellen,damit eine Sicherung gegen Drehenund Verschieben gegeben ist. BeimEingießen von gehärteten Stahlteilenist zu berücksichtigen, dass das Ein-gießteil im Eingießbereich eine Teil-enthärtung erfahren kann. Dieerreichbaren Toleranzen der einge-

gossenen Teile entsprechen den nichtformgebundenen Abweichungennach DIN 1687 oder liegen sogarnoch günstiger.Bei Eingießteilen ist die Bearbeitungnach dem Eingießen nicht mehrnötig, aber dennoch möglich! Denndie Genauigkeit, mit der die Teile ein-gegossen werden, liegt innerhalbsehr eng gesetzter Toleranzen.

Kränze für Zahn-, Stirn- oder Schnek-kenräder werden in erster Linie durchUmgießen von Naben aus Graugussoder Stahl hergestellt.

Das Verfahren wird meist erst beieinem Nenndurchmesser von 100 mminteressant, wenn sich die Einsparungvon teuren, metallischen Werkstoffenwie z.B. Zinnbronze oder Aluminium-bronze besonders lohnt. Zum Ein-legen in die Kokille werden solcheNaben nur seitlich und in der Boh-rung bearbeitet, um festen Sitz zu erzielen. Erhöhungen auf dem Außen-durchmesser zur Herstellung desFormschlusses betragen unabhängigvom Durchmesser 3 bis 4 mm.

Bolzen, Gewindestifte, Gewindeein-sätze, Kühlrohre und Bleche lassensich optimal eingießen. Dabei richtetsich die Eingießtiefe nach der späte-ren Beanspruchung: Bei Bolzen,Buchsen und vergleichbaren Bautei-len sollte sie mindestens dem einfa-chen bis anderthalbfachen Durch-messer der Teile entsprechen.

Um einwandfreien, festen Sitz zu er-zielen, werden die Eingießteile zum Beispiel mit Nuten versehen, die sotief sein sollten, dass sie vom Guss-werkstoff gut gefüllt werdenkönnen. Bei dünnenBolzen bis ca.10 mmDurchmesser ist eine

Tiefe von 1 bis 2 mm und eine Breitevon 1 bis 4 mm ausreichend. Anstellevon Nuten können auch Rände-lungen angebracht werden, die überdie gesamte Eingießtiefe reichen.

Bei schwereren, größeren Eingießtei-len aus schweißbaren Werkstoffen ab ca. 40 mm Durchmesser werden füroptimierte Sicherheit zum BeispielSchweißraupen aufgebracht. DieseRaupen sollten einen halbkreisförmi-gen Querschnitt von etwa 6 mm beieiner Länge von ca. 20 mm haben.

Werden mehrere Bolzen oder Buch-sen in ein Gussteil eingegossen, so istimmer ein Mindestabstand zu wah-ren. Nur dann kann das Metall wirk-lich voll ausfließen, bevor es infolgeallzu raschen Abkühlens sein Fließ-vermögen verliert. Dieser Abstand istabhängig von Größe, Wanddicke undGestaltung des Gussstückes, und erliegt im Allgemeinen zwischen 4 und10 mm. Konstrukteur und Gießer soll-ten den Abstand genau absprechen,um das bestmögliche Ergebnis zu er-zielen.

1 2 | Ve r b u n d k o n s t r u k t i o n e n

Nichts ist unmöglich: Ein- und Umgießen

Grundsätzlich lassen sich Fremdteilevorzugsweise aus metallischen Werk-

stoffen umgießen. Die Ober-fläche der Teile muss metal-lisch sauber sein. DerSchmelzpunkt darf nicht

niedriger sein als der desGusswerkstoffes – das gilt auch

für galvanische oder sonstige Über-züge. Daher lassen sich verzinkte,verzinnte oder kadmierte Stückenicht eingießen. Verchromte odervernickelte Stücke können dagegenproblemlos verwendet werden.

Beim Ein- oder Umgießen entstehtkein Verbundguss im Sinne einer metallischen Verbindung. Durch dieAufschrumpfung des erkalteten Guss-werkstoffes kommt es zu einer sogenannten Schrumpfhaftung. Dieentstehenden Spannungen sind hin-reichend groß, so dass ein fester Sitzerzielt wird. Im Verhältnis zur Belast-barkeit des Gusswerkstoffes sind sie jedoch sehr gering. Die Spannungensind mit denen vergleichbar, die beimEintreiben eines Bolzens in eine ent-sprechend enge Bohrung entstehen.

Der Anwendungsbereich der Kupferguss-Legierungen lässt

sich durch Verbundguss mit eingegossenen und umgossenen

Fremdteilen erweitern; denn das Einbringen, Positionieren

und Festhalten der Eingießteile erfolgt gerade im Kokillen-

guss sehr präzise. Diese Fertigungsvariante bezeichnet PIAD

als Verbundkonstruktion.

Verbundkonstruktionen

Eingießrohr mit Nuten und Rändel für

zusätzlichen Formschluss im Eingießbereich

Zahnrad CuAl10Fe2-C-GM 0,238 kgfür den Nutzfahrzeugbau

Greifer mit eingegossenem Rohr

CuAl10Fe5Ni5-C-GM0,232 kg

für Öl-Wasser-Separatoren

Federführung mit eingegossenem RohrCuZn37Al1-C-GM0,074 kg für die Elektrotechnik (Mittelspannung)

DüsenhalterungCuZn38Al-C-GM, 0,213 kgfür den Textilmaschinenbau

Daher ist die gründliche Vorberei-tung und genaue Absprache zwi-schen Konstrukteur und Gussexpertenötig, um optimale Ergebnisse zu er-zielen und gleichzeitig Zeit und Geldzu sparen. Denn mit steigendem Ge-nauigkeitsgrad steigen in der Regelauch die Kosten.

Bei der Beurteilung, ob das Ein- undUmgießen von Komponenten in Kokillengussteile bei einem bestimm-ten Bauteil ratsam ist, stehen nicht nur wirtschaftliche Beurtei-lungskriterien im Vordergrund. DieFrage nach der besten konstruktiven Lösung, für den Einsatz von Kupferund Kupfer-Legierungen entscheidetsich durch Einsparungen in der weiteren mechanischen Bearbeitungund durch mögliche weitere Prozess-kostenvorteile.

Die Kokille passt wie angegossen zum Kostenbewusstsein

Schwenkhebel und Federhebel (vorne) jeweils mit eingegossenen BolzenCuAl10Ni3Fe2-C-GM undCuZn25Al5Mn4Fe3-C-GM, 2,050 kg und0,700 kg, für den Waggonbau und den Mittelspannungsschaltgerätebau

G U T I N F O R M I E R T

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Kokillenguss – das haben Sie davon!

MotorplatteCuZn34Mn3Al2Fe1-C-GM

Motorhalterung für Kernbohrgeräte

KontakthalterCu-C-GM8,795 kgLeistungsschalter für die Mittelspannungstechnik

Unterer AnschlussCu-C-GM (versilbert)

2,644 kgfür die Mittelspannungstechnik

KlemmstückCuZn38Al-C-GM0,274 kgfür Verpackungsmaschinen

Klemmstück DeckelCuZn38Al-C-GM0,100 kgfür Verpackungsmaschinen

KlemmstückCuZn38Al-C-GM0,420 kgfür Verpackungs-maschinen

KlemmstückCuZn38Al-C-GM

0,421 kgfür Verpackungs-

maschinen

ScheidetellerCuAl10Ni3Fe2-C-GM

1,290 kgfür Öl-Wasser-Separatoren

Unterer Anschluss Cu-C-GM9,215 kg

für die Mittel-spannungstechnik

KontakthalterCu-C-GM1,458 kg

für dieMittelspannungstechnik

KontaktCu-C-GM, 3,759 kg, für die Mittel-spannungstechnik

Fester KontaktCu-C-GM, 10,142 kgfür Gleichstrom-Leistungsschalter

Vielfach sind Kupfer und Kupfer-Legierungen nur als „Buntmetalle“ bekannt, aus denen

Armaturen oder Baubeschläge gefertigt werden. Die positiven Eigenschaften dieser Werk-

stoffe als Kokillengussteile kennen immer noch viel zu wenige Konstrukteure und Entscheider.

Dennoch erlangen der Kokillenguss und seine Werkstoffe immer größere Bekanntheit in den

relevanten Branchen. Zahlreiche namhafte Hersteller setzen – mit steigender Tendenz –

Bauteile aus dem Kokillengussverfahren ein: in der Elektro-

technik zu 40%, im Maschinenbau und in der Druck-

maschinenherstellung zu jeweils 20%. Auch in

anderen Industriezweigen ist der Kokillenguss

auf dem Vormarsch: Fahrzeug-, Medizin- und

Verpackungstechnik, Textilmaschinenbau,

Feinmechanik und Optik.

Unterer Anschluss, Cu-C-GM, 11,120 kgfür die Mittelspannungstechnik

Klemmstück mit DeckelCuZn38Al-C-GM

0,420 kg und 0,100 kgfür Verpackungs-

maschinen

Piel & Adey GmbH & Co. KGMetall-Kokillen-Gießerei Lehner Straße 19–23D- 42655 SolingenTel.: +49 212 20631-0Fax: +49 212 20631-29info@piad.dewww.piad.de

PIAD Produktions-gesellschaft Solingen mbH & Co. KGLehner Straße 19–23D - 42655 SolingenTel.: +49 212 20631-0Fax: +49 212 20631-29info@piad.dewww.piad.de

PIAD Produktions-gesellschaft Buchen mbH & Co. KGFriedrich-List-Straße 5D - 74722 BuchenTel.: +49 6281 5239-0Fax: +49 6281 5239-18info@piad.dewww.piad.de

Feingießerei Spremberg GmbHGeschwister-Scholl-Straße 14 -15D - 03130 SprembergTel.: +49 3563 6081-30Fax: +49 3563 6081-43info@feinguss-spremberg.de www.feinguss-spremberg.de