Eisengießereien für grundlegende Technik und Recycling
Metalle zu schmelzen und zu gießen gehört zu den bereits im Altertum entwickelten Technologien der Menschheit. Auch heute ist diese Technik noch wichtig. Sie birgt immer noch zu erforschende Probleme und spielt in der Energiewende eine wesentliche Rolle.
Metalle mit niedrigerem Schmelzpunkt als Eisen wie Bronze wurden auch in Europa schon im Altertum gegossen. Die Eisengießerei kam im europäischen Hochmittelalter auf, während sie im chinesischen Kulturkreis bereits über 1500 Jahre früher beherrscht wurde.
Der Werkstoff und seine Eigenschaften
Gusseisen zeichnet sich im Vergleich zu Stahl durch einen höheren Kohlenstoffgehalt aus, der mindestens 2 % beträgt.
Gusseisen ist sehr hart und widerstandsfähig gegenüber hohen Temperaturen. Es bietet sich an, wenn Sie verschleißbeständige und vibrationsdämpfende Teile herstellen müssen.
Die Verarbeitung in einer Eisengießerei
Durch seinen niedrigeren Schmelzpunkt im Vergleich zu Stahl und seine dünnflüssige Schmelze lässt sich Gusseisen gut in Formen gießen. Dieser Formguss bedient sich oft der Hohlformen aus Sand.
Eine Eisengießerei kann mit Rohmaterial in Barrenform aus einer Mine oder mit Alteisen arbeiten. In dieser Verarbeitung sind komplexe Formen herstellbar. Im Gegensatz zum Zerspanen, also Verarbeitungsschritten wie Fräsen oder Bohren aus Vollmaterial, fällt beim Gießen durch die endkonturnahe Formgebung ein wesentlich geringerer Materialverlust an. Außerdem kommen Eisengießereien mit einer verhältnismäßig kleinen Zahl von Verarbeitungsschritten aus.
Die Eigenschaften von Gusseisen können sich durch die Zugabe von Legierungsmetallen verändern. Die Korrosionsbeständigkeit erhöht sich durch die Zulegierung von Silizium. Weitere Legierungsmetalle sind Kupfer, Magnesium, Chrom und Nickel. Wird Gusseisen in geschmolzenem Zustand entschwefelt, besitzt das fertige Produkt aus Gusseisen bessere mechanische Eigenschaften.
Die durch Eisengießerei erreichbare Präzision der Fertigung kann als endkonturnah beschrieben werden. Eine noch höhere Genauigkeit lässt sich jedoch leicht durch eine Kombination von Gussteil und Zerspanung erreichen. Beim Abfräsen oder Schleifen entsteht wesentlich weniger Ausschuss, als wenn das Werkstück nur durch Fräsen erzeugt wurde.
Hinzu kommt noch der Vorteil der Energieeffizienz. Im Vergleich zum Fräsen braucht die Herstellung eines Gussstücks nur etwa ein Drittel des Energieaufwands.
Anwendungen von Gussstücken aus Eisen
Zu den frühesten Anwendungen der Eisengießerei gehören die Herstellung von Glocken, Briefkästen und Standbildern. Etwas mehr praktische Verwendungszwecke hatten Teile für Gebäude und Waffen wie Kanonen.
Heute ist Gusseisen aus dem gesamten Maschinenbau und dort besonders der Autoindustrie nicht wegzudenken. Seit der Frühzeit des Automobils bis heute bestehen Motorblöcke fast ausschließlich aus Gusseisen. Auch andere motornahe Teile wie Kurbelwellen und Zylinderköpfe sind üblicherweise Produkte aus der Eisengießerei. Hinzu kommen Autofelgen, die zwar auch aus Aluminium bestehen können, für die aber immer noch oft auf Gusseisen zurückgegriffen wird.
Größere Teile aus Gusseisen sind Schiffsschrauben. Unabhängig von der Größe werden Turbinen oft aus Gusseisen gefertigt, ob es sehr kleine für einen Turbolader oder große für ein Kraftwerk sind. Hier befinden wir uns schon an der vorderen Front der Technik. Mit den endkonturnahen Formverfahren der Gießerei können komplexe Bauteile erzeugt werden, die hochbeanspruchbar sind. Gusseisen mit Kugelgraphit spielt bei der Herstellung von Windturbinen eine wesentliche Rolle.
Das Material Gusseisen ist aber nicht nur für die Erzeugung von erneuerbarer Energie von Bedeutung. Auch in seiner Verarbeitung entspricht es der heutigen Suche nach einer Kreislaufwirtschaft, da es sich gut zum Recycling eignet.
Technischer Fortschritt in der Gusstechnologie
Seit den achtziger Jahren wird eine computergestützte numerische Simulation des Gießprozesses in der Industrie verwendet. Das spart Probegüsse und damit Material. Die Eigenschaften des Endprodukts sind damit vorhersagbar und daher können Eisenteile mit bestimmten Eigenschaften durch die entsprechende Einstellung von Parametern gegossen werden.
Allerdings ist auch heute noch keine vollständige Simulation aller Aspekte möglich. Dabei handelt es sich um ein aktives Forschungsgebiet. Besonders bei großen Gussteilen kühlen innere und äußere Bereiche sehr verschieden schnell ab, was die Simulation vor große Herausforderungen stellt.
Deswegen gilt das Resümee: Gussteile aus Eisen herzustellen ist energieeffizient und kann Alteisen gut zu neuen und hochwertigen Eisenteilen verarbeiten. Diese Technologie ist mit diesen Eigenschaften ein natürlicher Teil der angestrebten no-waste Gesellschaft. Dazu leistet sie mit ihren Eisenteilen einen wesentlichen Beitrag zur Erzeugung von Maschinen und unterstützt damit auch die Elektromobilitäts- und Energiewende.
