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Nachbau alter Gussteile für Oldtimer in Grauguss und Sphäroguss


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Einzelstücke in Grauguss sind bis anhin nur mit grossem zeitlichen und finanziellen Aufwand herstellbar. Zum Giessen benötigte man immer eine Sandform. Gemacht wird diese von einem Modell, meist aus Holz oder Kunstharz und mit diversen Kernen. Oder aber im Wachsausschmelz-Verfahren als sogenannter Präzisionsguss. Mit Kernen belaufen sich die Modellkosten meist auf 20'000.- bis 40'000.- CHF für einen Zylinderkopf. Eine Automatisierung gibt es heute üblicherweise bei der Modell-Herstellung: Mehrachsiges Fräsen des Modelles ab 3D-Daten ist heute Standard. Mit 3D-Printern werden meist Wachsmodelle für das Präzisionsgussverfahren abgebildet.

Mit den modernen 3D Print-Verfahren ist das Giess-Verfahren einfacher geworden. Der Guss-Sand wird direkt ab 3D-Daten aufgebaut in einem Printer, ähnlich einem grossen Tintenstrahldrucker. Das Verfahren ist sehr schnell und daher preisgünstig. Eingespart wird immer ein Modell und mehrere Kernbüchsen. Mit dem Wegfallen der Kernlager und der Schrägen für das Ausformen des Modells bieten sich ganz neue Möglichkeiten in der Gussteil-Konstruktion. Wandungen können dünner gemacht werden. Die Wasserkammer des Zylinders gewinnt an Volumen. Eine bessere Umspühlung der Ventilsitze ergibt weniger thermische Probleme im Betrieb. Selbst Verbesserungen an der Original-Konstruktion sind möglich.

Zur Erklärung des Verfahrens dient uns folgendes Beispiel:

Die Nachfertigung eines Grauguss-Zylinderkopfes für einen Vorkriegs-Rennwagen. Der alte Kopf war irreparabel. Die offerierten Modellkosten ab 3D-Daten lagen bei 32'000.- CHF.

Zylinderkopf Salmson VAL3, Brennkammern / Oberseite / Schnitt durch 3D-Modell des Rohgusses / CAD-Bild des bearbeiteten Gusses

Ein erster Teil war ein Ausmessen des alten Kopfes und dessen Aufbauen im 3D-System. Dazu muss die Geschichte aller Veränderungen am Gussteil nachvollzogen werden können. In diesem Projekt wendete ich erstmals das Rapid-Protyping-Verfahren für Grauguss an. Die Giesstechnik muss schon im 3D-CAD-Modell gemacht werden. Anschnitte, Steiger, Speiser und Entlüftungen werden dimensioniert und plaziert. Der Giesser hat später keinen Einfluss mehr auf den Guss.

3D-Daten des Rohgusses: Links Rohguss komplett / Mitte: fertige virtuelle Sandform / Rechts: Sandform-Unterteil

Direkt ab 3D-Daten wurde hier die Sand-Giessform im Laser-Sinter-Verfahren hergestellt. Das Material ist Quarzsand mit Binder, ähnlich dem Kernsand. Dieses STL-Verfahren ist heute abgelöst worden durch das Sand-Printing-Verfahren. Heute wird Quarzsand mit dem Binder direkt dotiert. Die Form ist nach dem Giessen verloren. Zum Ausformen des Gusses wird sie zu Sand zerklopft.

Laser-Sintern: Links ehemalige EOS-Lasertechnik / Mitte: fertige Sandform-Hälften / Rechts: Sandform-Detail

In der Giesserei wird der Sinterblock in einen Formkasten eingebettet. Die Anschnitte werden verlängert. Ein Schlackenlauf und der Anguss werden eingeformt. Die Steiger und Speiser werden verlängert. Die Giesstemperatur war wegen der Dünnwandigkeit über 1340° C.

Das Giessen und der Rohguss. Im Detail sind sogar die Treppen der Sinterform abgezeichnet!

Der fertige Rohguss hat eine enorm hohe Qualität, ähnlich dem Präzisions-Guss. Das gezeigte Teil hatte keinen messbaren Verzug! Die Mass-Abweichungen gegenüber den Rohdaten waren unter 0,2mm. Alle Details waren sehr klar ausgezeichnet. Sogar die charakteristischen Treppenstufen des Rapid-Prototypings waren klar gezeichnet.

Links im Bild ist das virtuelle 3D-Modell der Kerne des konventionellen Giess-Modells. Das Ganze besteht aus einem horizontal zweigeteilten (Aussen-)Modell mit 2 zusammengesetzten Kernen aus 7 Einzelhälften! Kosteneinsparung gegenüber diesem konventionellen Modell: über CHF 25'000.-

Die Bearbeitung des Rohgusses war sehr einfach dank des äusserst verzugsfreien Gusses. Die Ventile und Ventilsitze werden noch in einem Zylinderschleifwerk gemacht.

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