Formguss

Unter Formguss versteht man die Summe technisch gegebener Möglichkeiten, geschmolzene Metalle, oder auch Legierungen solcher, die zumeist Eisen, Kupfer oder Aluminium, aber auch Zink als Basismetall aufweisen, in eine von der Verwendung bestimmte Form zu bringen.

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Geschichtliches

Die Formgebung metallischer Gegenstände war bereits in der Bronzezeit bekannt. Durch die Verflüssigung des Metalls und das Vergießen konnten detailreiche Formen gefertigt werden, die sich in Schmuck- und Gebrauchsgegenständen finden. Technische Bedeutung erlangte der Formguss mit dem Beginn der ca. 150 Jahre zurückliegenden Gusseisenzeit, aus der sogar noch eine gegossene Brücke über den britischen Fluss Sewern erhalten geblieben ist. Heute hat Eisenformguss höheren Ansprüchen zu genügen. Neue Entwicklungen erlauben es sogar, den bisherigen Gewichtsnachteil gegenüber Aluminiumguss auszugleichen und bei extremer Dünnwandigkeit, die Ansprüche moderner Motorentechnik zu erfüllen (ADI, austenitisches, duktiles Gusseisen).

Formherstellung und Modellbau

Einfach ausgedrückt ist jede Gussform (gleichbedeutend auch Gießform), ein Hohlraum, der mit geschmolzenen Metall gefüllt wird und ihn bei der Erstarrung unter Berücksichtigung ihm von seiner Ausformung vorgegebener Einzelheiten wiedergibt. Diese oft sehr verwickelte Ausformung geschieht mit Hilfe eines Modells, das dem späteren Gussstück unter Berücksichtigung der Erstarrungsschwindung bei der Abkühlung der Schmelze genauestmöglich und Nachbearbeitung einsparend entspricht. Der Modellbau ist ein technisches Spezialgebiet. Früher fertigte man die Modelle zumeist nur aus Holz ("Modellschreiner"), dann auch aus Metall. Heute setzt man die Digitalisierung ein, um aus einer Zeichnung mittels Computers ein dreidimensionales Modell entweder aus Kunstharzschichten aufzubauen oder auch aus dem vollen Material herauszufräsen. Je nach dem Material aus dem die Modelle bestehen, können mehr oder weniger Gussstücke damit hergestellt werden. Komplizierte Gussstücke, wie etwa der Motorblock oder der Zylinderkopf eines Automobilmotors, verlangen zusätzlich im Forminneren Kerne aus Sand, Metall oder auch mineralischen Stoffen, die spätere Hohlräume des Gussstücks wiedergeben.

Der Formstoff

Eine wichtige Unterscheidung beim Formguss bezieht sich auf den sogenannten Formstoff, also das Material aus dem die Form, gebildet wird. Aus Sand gefertigte Formen, immer noch eine weit verbreitete Technik, dienen einem einzigen Abguss, danach wird der Sand wieder aufbereitet (recycling) und in den Formherstellungsprozess zurückgeführt. Unter viel Zeitaufwand gemauerte Formen verwendet man für den Guss von Kirchenglocken (Glockenguss), auch sie werden nur einmal benutzt (verlorene Form).

Fast ein Jahrhundert lang war die die Sandform die nahezu ausschließliche Technik und - inzwischen hoch mechanisiert - ist sie es auch heute noch zu einem nicht geringen Teil, aber schon bald traten ihr auch metallische Dauerformen zur Seite, aus hitzeresistenten Werkstoffen, zumeist sind dies Spezialstähle, deren ausgefräster und an entscheidenden Stellen mit ebenfalls metallischen Kernen bestückter Hohlraum dem gewünschten Gussstück entspricht und bei Großserien fertigungswirtschaftliche Vorteile bietet. Die wohl erste metallische Dauerform war das Sturzgussverfahren, das besonders bei Zinkguss angewendet wurde: man füllte eine Form mit Schmelze, wartete die von der Formwand her einsetzende Erstarrung ab, kippte (stürzte) die Form und ließ das noch nicht erstarrte Restmetall in die Schmelze zurückfließen.

Der Oberbegriff der verlorenen Form als Gegensatz zur Dauerform umfasst auch Formen aus Gips, Kunstharz und einigen anderen Materialien, sofern sie nur für einen Abguss beständig sind. Die Entwicklung der Formtechnik erlaubte es schon vor mehr als 100 Jahren, wo auch immer benötigte Armaturen - die bekannteste vielleicht der Wasserverbrauchsmesser und sonstige Gerätschaften, die bisher aus Blech zusammengelötet wurden, nun weitgehend als Formguss herzustellen und heute in der Aluminiumzeit fährt kein Auto mehr ohne aus einer "hochfesten" Aluminiumlegierung gegossene Formteile.

Die derzeitige Spitzenstellung nimmt dabei auf dem Leichtmetallsektor der weitgehend automatisierte Druckguss ein, der mit speziell geeigneten Legierungen inzwischen sogar einer die mechanischen Werte stark verbessernden Wärmebehandlung zugänglich ist und in vielen Fällen ohne Nachbearbeitung einbaufähige Gussteile liefert. (Anteil am Gesamtformguss bei Leichtmetallen von ca 700.000 t p.a. in 2005 ca 65%).

Produktionsmengen

Hinsichtlich der Produktionstonnage liegt Eisenguss zwar weiter an der Spitze, Leichtmetallguss rangiert erst an zweiter Stelle, wobei man allerdings die von der Dichte beeinflussten Gewichtsunterschiede beachten muss (1 kg Aluminiumguss kann 3 kg Eisenguss ersetzen).

Formateguss

Dem hier besprochenen Formguss, also der für Klein- bis Großserien vordefinierten Formgebung bei gleichzeitig entweder "verlorener" oder in vorbestimmten Grenzen "dauerhafter" Form ist der mengenmäßig bedeutendere Formatguss, auch Formateguss/Halbzeugguss genannt nur insoweit verwandt, dass Flüssigmetall in eine Form gebracht wird, die zur Weiterverarbeitung günstig ist. Die Formgebung erfolgt dabei über runde, recht- oder viereckige Kokillen, die ungeachtet völlig anderer Giesstechnik ebenfalls den metallischen Dauerformen zuzuordnen sind. Formateguss kommt sowohl aus den Hütten-Gießereien (cast-houses), die an die Primäraluminium aus Tonerde erzeugenden Primärhütten angeschlossen sind, aber auch aus mit Recycling von Altaluminium und Aluminiumabfällen befassten Sekundärhütten. Erzeugt werden für die verschiedensten Zwecke bestimmte Walz- und Pressbarren, die dann ihrerseits Vormaterial für weitere Bearbeitung wie Ziehen, Walzen, Pressen, Schmieden sind, bis hin zu Endprodukten in Form von Blechen, Profilen, Dosen, Folien.