Schussgewicht und Gießvolumen: Die Gießeinheit richtig auswählen
Meist wird zuerst die Schließkraft verglichen. Eine Druckgießmaschine muss aber auch bei jedem Schuss die richtige Metallmenge mit dem richtigen Druck liefern. Schussgewicht, Kolbendurchmesser, Gießkammervolumen und spezifischer Gießdruck hängen eng zusammen. Wer diese Zusammenhänge kennt, kann beurteilen, ob eine Gießeinheit wirklich zu Werkzeug und Bauteil passt.
Wie prüft man, ob die Gießeinheit groß genug ist?
Zuerst wird der gesamte Schuss addiert: alle Gussteile plus Läufe, Anschnitte, Überläufe und Gießrest. Diese Masse wird mit der Dichte der flüssigen Legierung in ein Metallvolumen umgerechnet. Anschließend wird es mit dem nutzbaren Gießkammervolumen beim geplanten Kolbendurchmesser verglichen; geprüft werden der Füllgrad und der spezifische Gießdruck, den die Gießeinheit mit diesem Durchmesser erzeugen kann.
Ein zu großer Kolben senkt den erreichbaren Gießdruck, ein zu kleiner fasst womöglich nicht genug Metall. Die richtige Wahl ist ein Ausgleich zwischen beidem, bestätigt durch Maschinendaten und Werkzeugkonstruktion.
Was gehört zum Schussgewicht?
Das Schussgewicht ist die gesamte Metallmasse, die in einem Zyklus eingeschossen wird, nicht nur das Gewicht des fertigen Gussteils. In der Praxis können Anschnittsystem und Überläufe einen erheblichen Anteil ausmachen, besonders bei dünnwandigen Teilen oder Mehrfachwerkzeugen.
| Bestandteil | Funktion | Hinweis |
|---|---|---|
| Gussteile | Die eigentlichen Bauteile, eines oder mehrere pro Schuss. | Rohgewicht vor der Bearbeitung ansetzen. |
| Läufe und Anschnitte | Führen das Metall von der Gießkammer in die Kavität. | Durch die Werkzeugkonstruktion festgelegt. |
| Überläufe und Entlüftungen | Nehmen kaltes, oxidiertes Metall auf und unterstützen die Entlüftung. | Werden in frühen Berechnungen oft unterschätzt. |
| Gießrest (Pressrest) | Restmetall vor dem Kolben, das den Druck überträgt. | Seine Dicke schwankt mit der Dosiergenauigkeit. |
Warmkammermaschinen haben keinen Gießrest; der Schuss wird über Gießbehälter und Düse zugeführt, und an die Stelle des Gießrests tritt in der Rechnung der Anguss.
Schussgewicht in Metallvolumen umrechnen
Die Gießkammer fasst ein Volumen, keine Masse. Das Schussgewicht muss daher durch die Dichte der Legierung im flüssigen Zustand geteilt werden, die niedriger ist als die Dichte des erstarrten Gussteils. Bei Aluminiumlegierungen liegt die Flüssigdichte nahe der Gießtemperatur bei etwa 2,3 bis 2,4 g/cm³; der genaue Wert sollte den Legierungsdaten entnommen werden.
VMetall = mSchuss / ρflüssig
VMetall in cm³, mSchuss in g, ρflüssig in g/cm³. Annahme: Der gesamte Schuss einschließlich Gießrest wird betrachtet, und das Metall ist beim Eingießen vollständig flüssig.
Maschinendatenblätter nennen häufig ein maximales Schussgewicht je Kolbendurchmesser. Bevor diese Werte mit der eigenen Rechnung verglichen werden, sollte geklärt sein, auf welche Legierung und welche Bezugsbedingungen sie sich beziehen.
Füllgrad: Wie voll ist die Gießkammer?
Der Füllgrad beschreibt, welcher Anteil des nutzbaren Gießkammervolumens nach dem Eingießen mit Metall gefüllt ist. Er beeinflusst stark, wie viel Luft sich in der Kammer befindet und wie sich die Metallwelle in der langsamen ersten Phase des Schusses verhält.
Füllgrad = VMetall / (AKolben × Leff)
AKolben = π × d² / 4 in cm² (d = Kolbendurchmesser in cm); Leff = nutzbare Kammerlänge in cm zwischen Kolbenstirn in Startposition und werkzeugseitigem Kammerende.
Ein niedriger Füllgrad lässt ein großes Luftvolumen über dem Metall, was Wellenbildung und Lufteinschlüsse wahrscheinlicher macht und eine sorgfältig abgestimmte Vorlaufphase erfordert. Ein sehr hoher Füllgrad verringert das Luftvolumen, lässt aber weniger Spielraum beim Eingießen und kann das Risiko erhöhen, dass Metall aus der Einfüllöffnung austritt. Geeignete Zielwerte hängen von Kammerlänge, Vorlaufprofil und Bauteil ab und sollten im Prozess bestätigt werden. Wie sich die anschließenden Füllphasen auf die Qualität auswirken, erklärt unser Beitrag zu Formfüllung und Vakuum.
Spezifischer Gießdruck und Kolbendurchmesser
Der Gießzylinder liefert eine Kraft. Der auf das Metall wirkende Druck ergibt sich aus dieser Kraft geteilt durch die Kolbenfläche. Bei gleicher Gießkraft erzeugt ein kleinerer Kolben daher einen höheren spezifischen Druck, fasst aber weniger Metall.
p [bar] = 100 × FGieß [kN] / AKolben [cm²]
Da 1 kN/cm² 100 bar entspricht. Reibungsverluste und dynamische Effekte bleiben in dieser vereinfachten Beziehung unberücksichtigt.
Der spezifische Druck bestimmt auch den Schließkraftbedarf, denn der Metalldruck wirkt auf die projizierte Fläche von Gussteil und Anschnittsystem. Gießeinheit und Schließeinheit müssen deshalb immer gemeinsam bewertet werden.
Eine vereinfachte Berechnung
Die folgenden Zahlen sind hypothetisch und veranschaulichen nur die Methode. Angenommen werden ein Aluminiumschuss von 3,5 kg (Gussteile, Anschnitt, Überläufe und Gießrest), eine Flüssigdichte von 2,4 g/cm³, eine nutzbare Kammerlänge von 50 cm und eine Nachdruckkraft von 400 kN.
| Kolben-Ø | Kolbenfläche | Kammervolumen | Füllgrad | Spezifischer Druck |
|---|---|---|---|---|
| 70 mm | 38,5 cm² | 1.924 cm³ | ca. 76 % | ca. 1.040 bar |
| 80 mm | 50,3 cm² | 2.513 cm³ | ca. 58 % | ca. 800 bar |
Metallvolumen in beiden Fällen: 3.500 g / 2,4 g/cm³ ≈ 1.458 cm³. Der Vergleich zeigt den Zielkonflikt: Der kleinere Kolben liefert mehr Druck und eine vollere Kammer, der größere lässt mehr Volumenreserve bei niedrigerem Druck. Welche Variante zum Bauteil passt, hängt von dessen Qualitätsanforderungen und der Werkzeugauslegung ab.
Checkliste zur Bewertung einer Gießeinheit
- Vollständiges Schussgewicht ermittelt, einschließlich Überläufen und Gießrest
- Flüssigdichte aus Legierungsdaten verwendet, nicht die Dichte im festen Zustand
- Verfügbare Kolbendurchmesser und Gießkammern der Maschine ermittelt
- Nutzbare Kammerlänge gemessen oder der Dokumentation entnommen
- Füllgrad für jeden infrage kommenden Kolbendurchmesser berechnet
- Gießkraft und resultierender spezifischer Druck mit dem Bedarf abgeglichen
- Schließkraft für den resultierenden Druck und die projizierte Fläche geprüft
- Dosiergenauigkeit von Löffel oder Ofen ausreichend für gleichmäßigen Gießrest
- Bei Gebrauchtmaschinen Zustand von Gießkammer, Kolben und Gießzylinder geprüft
Gleichmäßiges Dosieren ist Voraussetzung für reproduzierbare Füllgrade. Die Unterschiede zwischen Dosier-, Schmelz- und Warmhalteöfen behandelt unser Beitrag Dosierofen, Schmelzofen oder Warmhalteofen?
Häufige Fragen
Lässt sich der Kolbendurchmesser an einer vorhandenen Maschine ändern?
Oft ja, innerhalb des vom Hersteller vorgesehenen Bereichs. Gießkammer, Kolben, Kammeraufnahme und gegebenenfalls die Werkzeugschnittstelle müssen zusammenpassen. Welche Größen für die jeweilige Maschine freigegeben sind, sollte geprüft werden.
Warum wird mit der Flüssigdichte gerechnet?
Die Kammer wird mit flüssigem Metall gefüllt, das bei gleicher Masse mehr Volumen einnimmt als im festen Zustand. Mit der Dichte des Feststoffs würde das benötigte Volumen unterschätzt.
Ist eine größere Gießeinheit immer die sicherere Wahl?
Nicht unbedingt. Eine überdimensionierte Einheit kann einen niedrigen Füllgrad oder einen größeren Kolben mit geringerem spezifischem Druck erzwingen. Ziel ist eine passende Auslegung, nicht der Maximalwert.
FISS gleicht die Daten der Gießeinheit mit Ihrem Bauteil ab.
Senden Sie uns Schussgewicht, Legierung und Werkzeugabmessungen Ihres Bauteils. FISS prüft, welche gebrauchten Kaltkammer-Druckgießmaschinen eine passende Kombination aus Gießkapazität, Kolbengrößen und Schließkraft bieten.
