Was ist das Schleudergießen (Centrifugal Casting)?
Einführung in das Schleudergussverfahren
Das Schleudergießen (Centrifugal Casting) ist ein Metallgussverfahren, bei dem zylindrische oder symmetrische Bauteile hergestellt werden, indem flüssiges Metall in eine rotierende Form gegossen wird. Die Zentrifugalkraft verteilt das Metall gleichmäßig an der Formwand und erzeugt dichte, feinkörnige Gussteile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften.
Dieses Verfahren wird häufig zur Herstellung von Rohren, Buchsen, Ringen und Hochleistungsbauteilen in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Energieerzeugung und im allgemeinen Maschinenbau eingesetzt.
Wie funktioniert das Schleudergussverfahren?
Prozessprinzip
Beim Schleudergießen rotiert die Form mit hoher Geschwindigkeit (typischerweise 300–3000 U/min) und erzeugt Zentrifugalkräfte von bis zu 100 g. Das flüssige Metall wird in die Form eingebracht, und die Zentrifugalkraft treibt das Metall nach außen. Die resultierende Erstarrung von der Formwand nach innen fördert eine gerichtete Erstarrung und minimiert Verunreinigungen in kritischen Bereichen.
Arten des Schleudergusses
Prozesstyp | Beschreibung | Anwendungen |
|---|---|---|
Echter (horizontaler) Schleuderguss | Rotationsachse ist horizontal | Rohre, Tuben |
Vertikaler Schleuderguss | Rotationsachse ist vertikal | Ringe, Flansche, Zahnradrohlinge |
Zentrifugalguss (Schleuderguss im Feingussverfahren) | Kleine Formen auf einem rotierenden Tisch | Präzisionsschmuck, Dentalbauteile |
Typische Prozessparameter
Parameter | Bereich |
|---|---|
Formdrehzahl | 300–3000 U/min |
Metall-Gießtemperatur | 700–1600 °C (je nach Legierung) |
Formwerkstoff | Stahl, Graphit, Keramik |
Formvorwärmtemperatur | 150–500 °C |
Vorteile des Schleudergussverfahrens
Hohe strukturelle Integrität
Die Zentrifugalkraft drängt Gasblasen und nichtmetallische Einschlüsse zur inneren Oberfläche bzw. Bohrung und führt zu dichten, nahezu hohlraumfreien Außenschichten. Die fertigen Bauteile weisen eine außergewöhnliche mechanische Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit auf.
Feinkörnige Mikrostruktur
Die kontrollierte Erstarrung ergibt eine verfeinerte Kornstruktur mit hervorragender Verschleißfestigkeit und gleichmäßigen Materialeigenschaften – besonders vorteilhaft für rotierende Komponenten und druckbelastete Bauteile.
Near-Net-Shape-Effizienz
Das Schleudergussverfahren erzeugt nahezu endkonturnahe Bauteile und reduziert dadurch die Bearbeitungszeit sowie den Materialabfall. Für rohrförmige Komponenten entfällt der Bedarf an Schmiede- oder Schweißprozessen.
Vielseitige Legierungsf������������higkeit
Geeignet für eine breite Palette von Legierungen, darunter:
Häufige Anwendungen des Schleudergusses
Luft- und Raumfahrtkomponenten
Turbinenringe
Triebwerksgehäuse
Lagerbuchsen
Automobilkomponenten
Zylinderlaufbuchsen
Zahnradrohlinge
Bremstrommeln
Industrieausrüstung
Wärmetauscherrohre
Große Pumpengehäuse
Walzen für Stahlwerke
Öl & Gas
Rohrarmaturen
Druckbehälterkomponenten
Durch den Einsatz des Schleudergussverfahrens können Hersteller strenge Leistungs- und Zuverlässigkeitsanforderungen für kritische Bauteile in rauen Einsatzumgebungen erfüllen.
Vergleich mit anderen Gussverfahren
Merkmal | Schleuderguss | Sandguss | Feinguss (Investment Casting) | Druckguss |
|---|---|---|---|---|
Porosität | Sehr niedrig | Mittel | Niedrig | Mittel bis niedrig |
Mechanische Eigenschaften | Hoch | Mittel | Hoch | Mittel |
Maßgenauigkeit | ±0,3–0,5 mm | ±1–2 mm | ±0,1–0,3 mm | ±0,1–0,3 mm |
Geeignete Bauteilgeometrie | Rotationssymmetrisch | Komplexe Freiform | Komplexe Freiform | Komplexe Dünnwandstrukturen |
Typisches Produktionsvolumen | Niedrig bis mittel | Niedrig bis hoch | Niedrig bis mittel | Hoch |
Herausforderungen im Schleuderguss
Geometrische Einschränkungen
Das Schleudergussverfahren ist ideal für rotationssymmetrische Bauteile (zylindrische, rohrförmige oder ringförmige Geometrien). Für Teile mit komplexen inneren Geometrien oder dünnwandigen, nicht-symmetrischen Designs ist es weniger geeignet.
Initiale Werkzeugauslegung
Obwohl die Werkzeugkosten geringer sind als beim Hochdruck-Druckguss, erfordert die Auslegung und das Auswuchten der rotierenden Form besondere Expertise – insbesondere bei Bauteilen mit großem Durchmesser.
Prozesskontrolle
Eine präzise Kontrolle von Drehzahl, Gießgeschwindigkeit und Formtemperatur ist entscheidend. Unzureichende Prozesskontrolle kann zu Fehlern wie Segregationsbändern oder im Metallgefüge eingeschlossenen Einschlüssen führen.
Innovationen im Schleuderguss
Hybride Prozesse
Die Kombination von Schleuderguss mit Vakuumunterstützung oder elektromagnetischem Rühren verbessert die metallurgischen Eigenschaften weiter, insbesondere bei Legierungen für Luft- und Raumfahrtanwendungen.
Fortgeschrittene Simulation
Moderne Strömungsmechanik- (CFD) und Erstarrungssimulationen ermöglichen eine präzise Vorhersage von Strömungsdynamik, Fehlerentstehung und Kornentwicklung und erhöhen so die Erstteilgutquote.
Werkstoffentwicklung
Das Verfahren wird für Hochleistungs-Nickellegierungen, Titanlegierungen und sogar keramisch-metallische Verbundwerkstoffe adaptiert und eröffnet neue Anwendungen in der nächsten Generation der Energieerzeugung und fortschrittlicher Antriebssysteme.
Fazit
Das Schleudergussverfahren ist ein spezialisiertes Gießverfahren, das hochfeste, fehlerarme und verschleißbeständige Bauteile für anspruchsvolle Industrien liefert. Es bietet unübertroffene Leistungen für rotierende Komponenten, bei denen mechanische Integrität, Dauerhaltbarkeit und Maßpräzision kritisch sind.
Mit dem Fortschritt in der Werkstoffentwicklung und digitalen Fertigungstechnologien bleibt der Schleuderguss ein zentraler Enabler für hochzuverlässige Metallkomponenten in der Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Energietechnik und im industriellen Anlagenbau.
