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Messingdruckguss – bekanntes Verfahren, verkannte Vorteile

GIESSEREI PRAXIS 12/2019
Druckguss
Von der Handfessel über Lagerbuchsen bis hin zur Airbus-Tür: Mit Messinglegierungen können die Vorteile des Druckgussverfahrens voll ausgereizt werden und Geometrien im Idealfall endkonturnah umgesetzt werden.

Bei kupferhaltigen Legierungen herrscht häufig Verwunderung über die Eignung im Druckgießprozess, ausgelöst durch die besonders hohe Schmelz- bzw. Gießtemperatur, die bei diesem Werkstoff erforderlich ist. Dabei darf nicht in Vergessenheit geraten, dass Kupfer bzw. Messing zu den ältesten verwendeten Werkstoffen in der Geschichte des Menschen gehören.
Schon früh erkannten die Menschen, dass sich durch das geschickte Mischen von verschiedenen Metallen, Legierungen herstellen lassen, die dann verbesserte Eigenschaften als die jeweiligen Ausgangsmaterialien aufweisen. In Palästina entstanden bereits um ca. 1400 v. Chr., die ersten Kupfer-Zink-Legierungen, indem Zinkkarbonat beim Schmelzen von Kupfer hinzugefügt wurde. So liegt der Ursprung von Messing mehr als 3.000 Jahre zurück.
Um 150 n. Chr. wurden nach dem gleichen Verfahren auch auf deutschem Boden Kupfer-Zink-Legierungen hergestellt. Die industrielle Herstellung dieser Legierung lässt sich in Deutschland bis in das 15. und 16. Jahrhundert zurückverfolgen.

Auch das Druckgießverfahren ist keineswegs eine neuere Erfindung. Bereits seit mehr als 200 Jahren sind wir in der Lage, flüssiges Metall in eine Gießkammer zu dosieren und von dort mit hoher Geschwindigkeit in eine metallische Dauerform zu füllen. Dort erstarrt die Schmelze dann unter einem einstellbaren hohen Druck. Daher kommt auch der verfahrensprägende Name Druckguss.
Der beschriebene Prozess dauert nur wenige Sekunden, sodass große Ausbringungsmengen bei geringen Taktzeiten möglich sind. Zudem ist das Gussgefüge, das im Druckgießverfahren entsteht, sehr fein und die fertigen Gussstücke sind endkonturnah produzierbar.
Die Vielfältigkeit dieses Verfahrens spiegelt sich auch in der Auswahl der Legierungen wider. Etabliert haben sich heute Legierungen aus den Hauptelementen Aluminium, Zink und auch Magnesium sowie Legierungen aus den Basiselementen Kupfer-Zink (Messing). Gerade diese Legierungsgruppe bringt enorme Vorteile im Druckguss mit sich.

Komplexe Geometrien und Abbildungstreue

Mit Messinglegierungen lassen sich die Vorteile, die für das Druckgießverfahren typisch sind, voll ausreizen – wie beispielsweise die Umsetzung von komplexen Geometrien und die genaue und prozesssichere Abbildungstreue der Bauteile. Konstruktiv anspruchsvolle Komponenten
mit dünnen Wandstärken sind problemlos gießbar und führen zum Entfall einer aufwendigen und kostenintensiven Nacharbeit. Bauteile mit einem Stückgewicht von wenigen Gramm bis zu mehreren Kilogramm sind problemlos gießbar.
Im Druckguss haben sich zwei Messinglegierungen in der Norm DIN EN 1982 etabliert: die Messinglegierung CuZn39Pb1Al-C-GP und die Sondermessinglegierung CuZn16Si4-C-GP, letztere auch bekannt unter der Bezeichnung Silizium-Tombak. Der relativ hohe Bleigehalt von 0,5 % bis 2,5 % verbessert entscheidend die Zerspanbarkeit.
Für den Einsatz in Sanitär- bzw. wasserdurchfließenden Bereichen wird durch die gute Beständigkeit gegen Korrosion eine ausgezeichnete Langlebigkeit erreicht. Und dies ohne zusätzliche Oberflächenveredelungsprozesse.
Die Zusammensetzung der Sondermessinglegierung CuZn16Si4-C-GP unterscheidet sich deutlich von vorher genannten. Der Kupfergehalt ist mit einem Wert im Bereich von 78,0 - 83,0 Massenprozent zwischen 15 % und 20 % höher als bei der Messinglegierung. Die Legierung Tombak ist zudem extrem entzinkungsbeständig und durch die Seewasserbeständigkeit gerade für den Offshore-Bereich geeignet. Der relativ hohe Anteil an Silizium im Bereich von 3,0 % - 5,0 % steigert, neben der Dünnflüssigkeit, die Zugfestigkeit auf einen Wert von bis zu 500 N/mm². Diese Eigenschaften machen Messinglegierungen somit zu optimalen Konstruktionswerkstoffen mit guten Festigkeitswerten.

Synergie aus Material
und Gießtechnik

Die Bündelung von Synergien aus den beiden Welten, also der Materialeigenschaften und der Gießtechnik, ist das positive Ergebnis. Doch die Einsatzzwecke sind noch vielfältiger und die damit verbundenen Vorteile sorgen für einen wirtschaftlichen Einsatz, der von der Verbindung verschiedener Materialien über die antimikrobielle Wirkung bis zur Substitution aus anderen Verfahren reicht.

Komponentengussverfahren

Hierbei werden Eingießteile aus in die Messingteile mit eingegossen. Diese können aus den Materialien Stahl, Kupfer oder Ähnlichem bestehen. Sie werden für Bereiche verwendet, die z. B. die Festigkeit des reinen Druckgussteils übersteigen (Lagerbuchsen, Stehbolzen, Gleit- oder Reibflächen). Für Bauteile, die in Teilbereichen dynamisch hochbeansprucht werden, wie z. B. die Lagerungen von Schaltgabeln, lassen sich Buchsen eingießen, um so die Langlebigkeit der Gabel zu gewährleisten. Für die Eignung müssen die Eingießteile eine entsprechende sichernde Oberfläche aufweisen, die ein Verdrehen oder Herausziehen während des Ausstoßens oder danach verhindert.
Da eine Kombination aus verschiedenen Materialien, z. B. eine Messinglegierung mit Edelstahleingießteil, möglich ist, sind die Einsatzgebiete für Druckgussteile aus Messinglegierungen damit derart vielfältig, dass in vielen Fällen über eine zukünftige Verfahrens- und Materialsubstitution nachgedacht werden sollte. Messing Druckguss ist in diesen Fällen mehr als empfehlenswert.

Antimikrobielle Wirkung

Im Gegensatz zu einfachen, sich mit der Zeit abnutzenden Beschichtungen mit bioziden Inhaltsstoffen anderer Materialien, wie sie durchaus schon eingesetzt werden, bieten massive Kupferlegierungen z. B. aus Messing und Bronze ein unerschöpfliches Reservoir für die hochwirksamen Kupferionen und weisen damit eine besonders nachhaltige Effizienz auf. Denn offenbar können Kupferwerkstoffe mit ihrer antimikrobiellen Wirksamkeit die indirekte Kontaktübertragung unterbrechen. Diese Eigenschaft geht auch im Fall nutzungsbedingter Beschädigungen der Oberfläche nicht verloren, welche bei in Gesundheitsinstitutionen häufig verwendeten anderen metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen als bevorzugte Rückzugsmöglichkeit für Keime fungieren. Durch seine antimikrobielle Wirkung wird effektiv das Wachstum von Mikroorganismen (z. B. Bakterien) gehemmt oder sogar verhindert.

Vollmaterial – Substitution

Druckguss aus Messinglegierungen hat, wie bereits erwähnt, gleich mehrere unschlagbare Vorteile. Zum einen können sämtliche Vorteile des Druckgießverfahrens ausgenutzt werden. So ist die Herstellung bereits ab einer Losgröße von 1.000 Stück wirtschaftlich. Zum anderen werden die Gussstücke mit der für Druckguss üblichen sehr guten Abbildungstreue hergestellt. Hierbei können Geometrien umgesetzt werden, die im Idealfall sehr endkonturnah sind und nur wenig oder sogar keine mechanische Nachbearbeitung erfordern und somit einbaufertig sind. Bei der herkömmlichen Herstellung von Werkstücken „aus dem Vollen“ durch spanabhebende Verfahren ist mit langen Durchlaufzeiten zu rechnen, was sich im Vergleich zu den kurzen Zykluszeiten im Druckguss, negativ auf die Serienherstellung auswirkt. Auch der hohe Anteil an Materialabfall (Späne während der Bearbeitung) ist ein Kostenfaktor, der auf keinen Fall zu vernachlässigen ist.

Handfesseln, Airbus-Tür oder
Flugfeldbefeuerung

Der Messingdruckguss ist vielfältig und typisch zugleich, sozusagen eine Kombination aus verfahrenstechnischen Eigenschaften und guten metallurgischen Eigenschaften. Die Herausforderung besteht darin, diese Bedingungen zu beherrschen und langjährige Erfahrung sowohl im Druckguss als auch mit Kupfer-Zink-Legierungen aufzubauen.
Alles aus einem Guss − das Motto der Matthies Druckguss GmbH & Co. KG ist für das Rendsburger Unternehmen Anspruch und Ansporn zugleich. Das Familienunternehmen ist seit mehr als sechs Jahrzehnten bekannt für genaue Druckgussprodukte aus dem Herzen Schleswig-Holsteins. Mittlerweile gehört das Familienunternehmen mit seinen mehr als 24 Beschäftigten bundesweit zu den ersten Ansprechpartnern, wenn es um die präzise Fertigung von Druckgussteilen in zahlreichen Legierungen geht. So bietet das Unternehmen Produkte in neun verschiedenen Aluminium-, Zink-, und Messing-Legierungen. Gerade der Messingdruckguss gehört seit der Firmengründung zum festen Bestandteil der Gießerei. Dank ihrer Fertigungstiefe und Logistik ist die Matthies Druckguss GmbH & Co. KG in der Lage, schnell und flexibel auf Kundenwünsche und Anfragen zu reagieren. Das zeigen Beispiele aus dem breiten Angebotsportfolio des Unternehmens: Ob robuste Handfesseln für die Bundespolizei, die Flugfeldbefeuerung auf den größten Airports der Welt oder die tragenden
Kleinteile für den Einbau in hochwertige Markisen: Rund um den Globus sind kleine und große Gussteile aus dem Hause Matthies verbaut − meist unsichtbar, aber immer entscheidend. So gibt es beispielsweise keine Airbus-Tür, die sich ohne die Mechanik „Made by Matthies“ öffnen ließe. Auch unzählige Sprinkleranlagen weltweit würden ohne die wichtigen Bauteile aus dem Hause Matthies nicht funktionieren.

Matthies Druckguss verarbeitet bereits seit der Firmengründung 1955 die im Druckguss am besten geeignetsten Kupfer-Zink-Legierungen. Das Unternehmen ist damit die älteste Messing-Druckgiesserei in Deutschland.
Mehr Informationen finden Sie unter: www.druckgiesser.com