In der industriellen Fertigung von Druckgussteilen sind Warm- und Kaltkammerverfahren zwei Methoden, um kosteneffizient leichtgewichtige Metallbauteile herzustellen. Die Verfahren unterscheiden sich hinsichtlich des Werkstoffs, der Prozessführung sowie der technischen und wirtschaftlichen Anforderungen. Dieser Ratgeber erklärt Ihnen die Unterschiede zwischen den beiden Verfahren. Wir zeigen Ihnen die klaren Vor- und Nachteile. So finden Sie heraus, welches Verfahren für Ihre Bauteile geeignet ist.
Verfahren von Warmkammerdruckguss
Das Warmkammerverfahren wird überwiegend für Zink Druckguss und Magnesium Druckguss eingesetzt, weil diese Werkstoffe nicht aggressiv gegenüber der Gießeinheit sind. Deshalb liegt die Gießeinheit direkt in der flüssigen Schmelze. Die Legierung befindet sich dauerhaft in flüssigem Zustand und wird durch einen Gießkolben unter hohem Druck in das Werkzeug gepresst.
Vorteile von Warmkammerdruckguss
Beim Warmkammerdruckgussverfahren ist die Prozesstemperatur mit unter 500 °C niedrig. Diese geringe Temperatur schont die Gießeinheit. In der Praxis führt das zu einer überdurchschnittlich hohen Werkzeugstandzeit. Darüber hinaus bietet das Verfahren mehrere weitere Vorteile:
1. Längere Werkzeugstandzeiten und hohe Wirtschaftlichkeit
Die niedrige Schmelztemperatur und die geringe Abrasivität von Zink im Kontakt mit Stahl führen zu langsamerem Werkzeugverschleiß. Dadurch verlängert sich die Standzeit der Werkzeuge und kostenintensive Folgeinvestitionen entfallen oftmals. Das macht das Verfahren wirtschaftlicher, besonders bei der Herstellung von großen Losgrößen.
2. Kurze Zykluszeiten und hohe Produktivität
Die niedrigeren Schmelztemperaturen sorgen für eine schnelle Erstarrung der Legierung. Das verkürzt die Taktzeiten im Vergleich zum Aluminiumdruckguss. Die Produktionsrate pro Maschine ist höher. In der Fertigung senkt das die Stückkosten der Bauteile erheblich.
3. Präzision, Materialeigenschaften und Designfreiheit
Zinkdruckguss überzeugt durch mechanische Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit und Elastizität. So entstehen dünnwandige Bauteile mit engen Toleranzen. Zudem erlaubt das Warmkammerverfahren die Fertigung komplexer Geometrien mit hoher Maßgenauigkeit und einer glatten Oberfläche. Das ist ideal für filigrane Bauteile oder optisch anspruchsvolle Designbauteile, etwa für die Möbel- und Beschlagindustrie.
Fazit
Das Warmkammerverfahren ist die beste Wahl für kleine bis mittelgroße Bauteile aus Zink oder Magnesium. Es erfüllt höchste Ansprüche an Präzision, Oberflächenqualität und Wirtschaftlichkeit. Das Verfahren kombiniert kurze Zykluszeiten mit hoher Maßhaltigkeit und ist damit effizienter als das Kaltkammerverfahren.
Nachteile von Warmkammerdruckguss
Der Warmkammerdruckguss eignet sich gut für Zink- und Magnesiumlegierungen, hat aber auch diverse Nachteile. Achten Sie deshalb bei der Wahl des passenden Druckgussverfahrens auf die folgenden Punkte:
1. Beschränkt auf niedrigschmelzende Legierungen
Das Warmkammerverfahren verarbeitet ausschließlich niedrigschmelzende Legierungen, wie zum Beispiel Zink und Magnesium. Aluminiumlegierungen verarbeitet das Verfahren nicht. Der Grund dafür ist, dass die flüssige Aluminiumschmelze den Werkzeugkolben der Gießeinheit angreift. Der Werkzeugkolben hat folglich einen enorm hohen Verschleiß, was Aluminium für das Verfahren ausschließt.
2. Verschleiß an der Gießkammer durch ständigen Schmelzekontakt
Die direkte Integration der Gießeinheit in das Schmelzbad führt zu einer permanenten thermischen und chemischen Belastung. Beim Vergießen von Zinklegierungen spielt das eher eine untergeordnete Rolle. Lange Produktionszeiten oder unzureichende Wartung können die Kolbenringe, die Mutterdüse und das Düsenmundstück verschleißen. Am stärksten verschleißen die Kolbenringe und die Mutterdüse, da dort die Schmelze mit hoher Geschwindigkeit durch einen dünnen Querschnitt fließt. Außerdem bewegen sich die Kolben wegen der kurzen Taktzeiten sehr oft auf und ab.
3. Eingeschränkte Bauteilgrößen und Materialvielfalt
Das Verfahren eignet sich primär für kleinere, filigrane Bauteile. Bei großvolumigen oder mechanisch hoch beanspruchten Bauteilen stößt es an seine Grenzen: Der Grund sind die höhere Dichte und demzufolge das schwerere Gewicht von Zink. Für den Leichtbau, wie z. B. Fahrwerkskomponenten im Automotive-Bereich, ist Zinkdruckguss im Warmkammerverfahren daher nicht die erste Wahl.
Fazit
Das Warmkammerverfahren eignet sich nicht für Bauteile aus Aluminium. Außerdem hat die Gießeinheit immer Kontakt mit der flüssigen Schmelze, diese thermische und chemische Belastung führt zu höherem Verschleiß. Auch bei großvolumigen oder mechanisch stark belasteten Bauteilen hat das Verfahren Nachteile. Zink ist wegen seiner hohen Dichte für diese Bauteile oft zu schwer.
Verfahren von Kaltkammerdruckguss
Das Kaltkammerverfahren wird vor allem für den Aluminium Druckguss genutzt. Bei diesem Verfahren sind die Gießeinheit und der Schmelzofen voneinander getrennt. Zuerst schmilzt die Aluminiumlegierung in einem Schmelzofen. Ein Dosierroboter füllt das flüssige Aluminium anschließend in die Gießkammer, bevor es danach die Kaltkammermaschine mit hohem Druck in die Form einspritzt.
Vorteile von Kaltkammerdruckguss
Das Kaltkammerverfahren verarbeitet Aluminiumlegierungen mit Schmelztemperaturen von bis zu 700 °C, die sich aus dem Schmelzpunkt ergeben. Aluminium ist leichtgewichtig, fest und lässt sich gut mechanisch bearbeiten. Das Kaltkammerverfahren selbst bietet ebenfalls mehrere Vorteile:
1. Verarbeitung von Aluminiumlegierungen und große Bauteile
Das Kaltkammerverfahren ist notwendig, um Aluminiumlegierungen im Druckguss zu verarbeiten. Der Grund dafür ist, dass Aluminium den Stahl im Gießkolben angreift. Deshalb funktioniert das Warmkammerverfahren hier nicht. Das Verfahren löst dieses Problem, weil es den Schmelzofen und die Gießeinheit räumlich voneinander trennt. So lassen sich auch großvolumige Bauteile fertigen, die hohen mechanischen und dynamischen Belastungen standhalten.
2. Hohe Präzision, Serienkonstanz und geringe Nacharbeit
Das Kaltkammerverfahren ermöglicht die Herstellung dünnwandiger, komplexer Bauteile mit hoher Maßhaltigkeit und Formstabilität. Durch den endkonturnahen Guss ist weniger Nachbearbeitung notwendig, was die Kosten senkt. Auch bei mittleren und großen Stückzahlen bleibt die Bauteilqualität unverändert gleich. Glatte Oberflächen und sehr genaue Maße sind ideal für Hersteller und Zulieferer, die große Losgrößen benötigen.
3. Geringe Dichte und niedriges Gewicht
Ein großer Vorteil des Verfahrens ist der Einsatz von Aluminiumlegierungen. Sie haben im Vergleich zu Zink eine geringere Dichte und wiegen deshalb weniger. Dadurch können wir auch großvolumige Bauteile fertigen, ohne dass sie zu schwer werden. Diese Eigenschaft macht den Aluminiumdruckguss ideal für den Leichtbau, denn ein geringeres Gewicht erhöht die Energieeffizienz. Mit Zinkdruckguss funktioniert weder technisch noch wirtschaftlich.
Fazit
Ohne das Kaltkammerverfahren könnten wir keine Aluminiumlegierungen im Druckguss einsetzen. Wir stellen damit großvolumige Bauteile her, die leichtgewichtig und trotzdem sehr formstabil sind, besonders in hohen Stückzahlen. Das ist mit dem Werkstoff Zink in diesen Dimensionen nicht möglich.
Für Aluminiumdruckguss garantieren wir eine Standzeit von bis zu 100.000 Schuss pro Werkzeug. Unsere Erfahrung zeigt, dass bei einfachen, konturabhängigen Bauteilen auch 120.000 bis 150.000 Schuss möglich sind. Besonders Mehrfachwerkzeuge mit mehreren Kavitäten erzielen eine sehr hohe Ausbringungsmenge, sodass sich das Werkzeug schnell amortisiert.
Die tatsächliche Standzeit hängt stark von den Anforderungen an das Bauteil ab. Werden kritische Maße nachträglich spanend bearbeitet, ist eine höhere Ausbringung möglich. Anders sieht es bei Sicht- oder Funktionsflächen aus, die ohne Nachbearbeitung verwendet werden: Hier sind die Werkzeuge höheren Belastungen ausgesetzt. Der Verschleiß an konturprägenden Bereichen, wie zum Beispiel Wechselkernen, erfordert dann frühzeitigere Instandsetzungsmaßnahmen.
Nachteile von Kaltkammerdruckguss
Das Kaltkammerverfahren ist für den Aluminiumdruckguss unverzichtbar. Im Vergleich zum Warmkammerverfahren hat es aber diverse Nachteile, die die Zykluszeit, die Energieeffizienz und die Werkzeugbeanspruchung betreffen. Achten Sie auf die folgenden Nachteile:
1. Höherer technischer Aufwand durch externes Dosieren
Beim Kaltkammerdruckguss transportiert und dosiert ein Dosierroboter die Charge vom Schmelzofen in die Gießkammer. Dieser zusätzliche Prozessschritt erfordert Dosierroboter, Schöpfsysteme oder Löffelarme. Bei hohen Losgrößen lässt sich das zwar wirtschaftlich kompensieren, der initiale technische Aufwand bleibt jedoch höher.
2. Längere Zykluszeiten durch physikalisch bedingte Prozesspausen
Die Aluminiumlegierung bestimmt die Taktzeit beim Kaltkammerverfahren. Nach dem Einspritzen erstarrt das Material unter hohem Druck in der Gussform. Erst dann öffnet sich die Form wieder. Die hohe Schmelztemperatur (circa 700 °C) von Aluminium verlängert deshalb die Taktzeit, was sich durch großvolumige oder dickwandige Bauteile nochmals verlängert. Der Vorgang dauert deutlich länger als beim Warmkammerdruckguss.
3. Erhöhter Energiebedarf durch offene Schmelzführung
Aluminium muss auf circa 700 °C erhitzt werden, damit es flüssig wird. Die flüssige Schmelze strahlt anschließend sehr viel Wärme ab. Beim Kaltkammerverfahren entnehmen wir die Schmelze offen aus dem Ofen und dosieren sie in das Werkzeug. Dabei entstehen Energieverluste und zudem müssen wir Schmelzofen, Dosiersystem und Gießkammer einzeln beheizen. Darum verbraucht dieses Verfahren mehr Energie als das Warmkammerverfahren.
Fazit
Für den Druckguss von Aluminiumlegierungen ist das Kaltkammerverfahren alternativlos. Dieses Verfahren ist jedoch technisch aufwändiger, wartungsintensiver und verbraucht mehr Energie als das Warmkammerverfahren. Moderne Prozessautomation, intelligente Temperiersysteme und eine bessere Konstruktion der Werkzeuge können diese Nachteile zum größten Teil ausgleichen.
Turbulente Füllung
Sowohl im Warm- als auch im Kaltkammerverfahren wird die Metallschmelze unter hohem Druck in die Werkzeugform eingespritzt. Die Metallschmelze prallt mit hoher Geschwindigkeit gegen die Werkzeugwände, was zu einer “turbulenten Strömung” im Formhohlraum führt. Durch diese turbulente Strömung schließen sich kleine Sauerstoffbläschen in der Schmelze ein.
Das führt zu Poren, also kleinen Hohlräumen im Gefüge. Technisch lässt sich das nicht vollständig vermeiden. Im Aluminiumdruckguss verstärkt sich dieser Effekt zusätzlich durch die chemische Reaktivität der Aluminiumschmelze mit den Stahlbauteilen der Gießeinheit. Eine intelligente Steuerung des Prozesses verringert die Bildung der Poren jedoch deutlich und begrenzt sie auf ein Minimum.
Vakuumdruckguss
Neben der klassischen Werkzeugentlüftung hilft die Vakuumtechnik dabei, die Porenbildung im Druckguss deutlich zu reduzieren. Das System saugt die Luft im Formhohlraum ab, bevor und während die flüssige Schmelze einströmt. So bleiben weniger Sauerstoffbläschen in der Schmelze eingeschlossen. Das verbessert die Gefügedichte und die mechanischen Eigenschaften der Druckgussteile, die dadurch schweißbar werden und sich mit Wärme behandeln lassen.
Zusätzlich lassen sich Vakuum- und Peripheriegeräte in passende Werkzeuge integrieren, die den Prozess gezielt unterstützen. Allerdings braucht die Vakuumtechnik eine sorgfältige Abstimmung. Wenn das System nicht optimal ausgelegt ist, gelangen unerwünschte Partikel oder Verunreinigungen in das Bauteil. Mit unserer langjährigen Erfahrung in der Prozessführung verhindern wir die Risiken des Vakuumdruckgusses nahezu vollständig.
Das führt zu Poren, also kleinen Hohlräumen im Gefüge. Technisch lässt sich das nicht vollständig vermeiden. Im Aluminiumdruckguss verstärkt sich dieser Effekt zusätzlich durch die chemische Reaktivität der Aluminiumschmelze mit den Stahlbauteilen der Gießeinheit. Eine intelligente Steuerung des Prozesses verringert die Bildung der Poren jedoch deutlich und begrenzt sie auf ein Minimum.
Fazit
Die Wahl des Verfahrens hängt vom Werkstoff ab. Für Aluminium ist ausschließlich das Kaltkammerverfahren geeignet. Das liegt an der hohen Schmelztemperatur und an der starken Reaktion mit Stahl. Zink und Magnesium werden dagegen im Warmkammerverfahren verarbeitet. Das funktioniert, weil die Werkstoffe über niedrigere Schmelztemperaturen verfügen.
Eine echte Wahl zwischen Warm- und Kaltkammerverfahren besteht nicht, denn der Werkstoff gibt den Prozess vor. Der Vergleich wird interessant, wenn für ein Bauteil Aluminium und Zink zur Auswahl stehen. In diesem Fall spielen neben den mechanischen Eigenschaften auch Faktoren wie Gewicht, Maßhaltigkeit, Werkzeugstandzeit und Oberflächengüte eine Rolle.
Aluminiumdruckguss im Kaltkammerverfahren bietet Vorteile im Leichtbau und für großvolumige, belastbare Bauteile. Zinkdruckguss im Warmkammerverfahren überzeugt mit sehr genauen Maßen und filigrane Strukturen. Im direkten Vergleich halten die Werkzeuge hier circa doppelt so lange.
Zusätzlich lassen sich Vakuum- und Peripheriegeräte in passende Werkzeuge integrieren, die den Prozess gezielt unterstützen. Allerdings braucht die Vakuumtechnik eine sorgfältige Abstimmung. Wenn das System nicht optimal ausgelegt ist, gelangen unerwünschte Partikel oder Verunreinigungen in das Bauteil. Mit unserer langjährigen Erfahrung in der Prozessführung verhindern wir die Risiken des Vakuumdruckgusses nahezu vollständig.
Das führt zu Poren, also kleinen Hohlräumen im Gefüge. Technisch lässt sich das nicht vollständig vermeiden. Im Aluminiumdruckguss verstärkt sich dieser Effekt zusätzlich durch die chemische Reaktivität der Aluminiumschmelze mit den Stahlbauteilen der Gießeinheit. Eine intelligente Steuerung des Prozesses verringert die Bildung der Poren jedoch deutlich und begrenzt sie auf ein Minimum.
Sie haben Fragen zu einem der beiden Verfahren?
Unser Expertenteam berät Sie gerne bei allen Fragen zu Druckguss aus Aluminium und Zink. In den letzten Jahren konnten wir zahlreiche OEMs, Zulieferer und Maschinenbauer mit Druckgussbauteilen beliefern.
Ob technische Beratung, Machbarkeitsanalyse oder ein individuelles Angebot für Ihren Anwendungsfall: Wir stehen Ihnen jederzeit als Ansprechpartner zur Verfügung. Sprechen Sie uns unverbindlich an. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage.
Präzise Gussteile
in höchster Qualität
Kontaktdaten
Roelckestr. 91, 13088 Berlin
+49 (0) 30 9210885 20