Bau eines Gießereimodells zur Herstellung von Gussstücken aus Aluminium

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Vergleich fertiges Modell/ Gussstück
  • Schwierigkeit
    mittel
  • Kosten
    10 €
  • Dauer
    1-2 Tage
  • Öffentliche Wertung

Hier möchte ich euch mein neustes Projekt vorstellen, welches vorgestern fertig wurde.
Um einmal etwas gänzlich Neues hier zu zeigen, habe ich hier mein Projekt zur Herstellung eines Gießereimodells beschrieben, um damit Alugussstücke fertigen zu können. Das Ganze wurde ein Vereins-Logo. Stattdessen könnte mit der Vorgehensweise aber auch ein Namensschild, Firmenschild oder was auch immer hergestellt werden.

Zuerst ein paar grundlegende Dinge:
Um ein Gussstück herstellen zu können bedarf es einer Urform, dem Gießereimodell. Dieses stellt die Form des Gussstücks dar und wird in der Gießerei von dem Former in einem speziellen Formsand eingebettet. Es ist somit das Formwerkzeug des Formers in der Gießerei. Dieses geschieht in einem offenen Kasten – dem Formkasten. Durch wenden der Formkastenhälfte, in der sich der Sand mit dem Modell befindet, schaut man auf die Unterseite des Modells. – Die Teilungsfläche. Durch herausziehen (entformen) des Modells, entsteht ein feuerfester Formhohlraum, der mit der flüssigen Metallschmelze gefüllt werden kann. Nach erstarren der Schmelze, wird der Kasten mit dem Gussstück und dem Sand ausgeschüttet. Soweit in gekürzter Form das Prinzip der Formherstellung.

Du brauchst

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Werkzeuge
  • Stichsäge
  • Tischbohrmaschine
  • Exzenterschleifer
  • Winkel
  • Feilen
  • Raspeln
  • Schraubendreher
  • Reißnadel
  • Dekupiersäge
  • Messschieber
  • Tellerschleifmaschine
  • Oszillierende Schleifmaschine
  • Metallbohrer d = 6,8 mm
  • Metallbohrer d = 10 mm
  • Metallbohrer 3,2 mm
  • Senker
  • Gewindebohrer M8
  • Schleifleinen 400er
  • Holzkitt
  • Kittkugel R1,5 mm
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Materialliste
  • 1 x Grundplatte Logo | Birke-Multiplex (250 x 250 x 6 mm)
  • 1 x Grundplatte "Bäume" | Birke-Multiplex (200 x 130 x 3 mm)
  • 1 x Restliche Konturen | Birke-Multiplex (350 x 350 x 3 mm)
  • 1 x Aushebeeisen | Aluminium oder Stahl (30 x 3 mm)

Los geht's - Schritt für Schritt

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Planung des Holzmodells

Ursprüngliche Vorlage
Skalierte Vorlage und Muster für die Schrift
Formschrägen-Beispiel

Ein gegossenes Logo soll einen hohen Wiedererkennungswert besitzen und sollte sich deshalb sehr genau am Original orientieren. Deshalb habe ich mir die Vorlage des gewünschten Logos auf die Größe skaliert in der das fertige Gussstück werden sollte. In diesem Fall 160 mm hoch. – Nein, nicht ganz! 160 mm soll das gegossene Logo hoch sein. Da alle flüssigen Metalle aber beim Erstarren schwinden, muss das Modell um den Schwindungsfaktor größer gebaut werden, um ein maßgenaues Gussstück zu erhalten. Jedes Metall hat eine unterschiedliche, spezifische Schwindung. Das Logo hatte ich vor, aus Aluminium gießen zu lassen, welches eine Schwindung von 1,2% aufweist, sodass das Modell eine Höhe von 162 mm erhält.
Nun ist eine weitere Besonderheit zu beachten! Jeder kennt Kuchenformen oder Sandförmchen. Die Seitenflächen sind alle konisch. Das heißt, dass diese Flächen in Entformungsrichtung mit einer Formschräge versehen sind, die es ermöglicht den Kuchen beschädigungsfrei zu entformen. Ein weiteres gutes Beispiel ist eine Tafel Schokolade. Alle Flächen in Entformungsrichtung sind abgeschrägt. Die Formteilungsfläche ist die ebene Fläche auf der Unterseite. Diese Erkenntnis muss also auch auf dem Modell umgesetzt werden. Dies gilt für absolut alle Seitenflächen!
Da ich von einem anderen Projekt eine 10°-Winkelauflage besaß, nutzte ich sie kurzerhand für das Modell als Auflage an der Tellerschleifmaschine oder der oszillierenden Schleifmaschine. Sehr viele Flächen konnte ich leider maschinell nicht bearbeiten, sodass ich diese zum Teil mit Stechbeiteln und/ oder kleinen Raspeln und Feilen bearbeitet habe. Das trifft vor allem auf die Buchstaben und die inneren Ecken zu.

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Herstellung des Gießereimodells

Modellaufbau und Strategie
Detail des Aufbaus
Modell ohne Abrundungen und Hohlkehlen

Da ja jedes Modell individuell ist, beschreibe ich hier nur die Vorgehensweise für den Modellaufbau für das hier gezeigte Modell eines Logos für einen Naturschutzverband. Andere Modell-Geometrien erfordern gegebenenfalls einen etwas anderen Aufbau.
Die Grundplatte habe ich aus 6 mm starkem Birkenmultiplex geplant. Diese Platte habe ich deutlich größer zugeschnitten, als das fertige Modell werden sollte. Auf die Gründe gehe ich noch genauer ein! Wichtig ist, dass die Seiten der Platte alle rechtwinklig zueinander sind, da sie zum Messen und anreißen des Modells sehr wichtig sind.
Anhand des Ausdrucks des Logos im Maßstab 1 : 1 wird auf die Platte die Mittenlinie, die Position der stilisierten Bäume und der inneren Umrandungsrippe angerissen und mit einer schräg angeschliffenen Mine eines Fallminenbleistifts nachgezogen.
Sowohl die Schrift, die Umrandungen und die stilisierten Bäume habe ich aus 3mm starkem Birken-Multiplex hergestellt.
Begonnen habe ich mit den Laubbäumen indem ich mit einem Zirkel die Innen- und Außenlinie auf die 3mm Platte gerissen habe. Das Ganze mit dem Fallminenbleistift ausgebleit und mit der Lochsäge die Innenkontur herausgesägt, wobei die Säge noch so viel Material bis zum inneren Riss stehen lassen muss, dass die 10° Formschräge mit der oszillierenden Schleifmaschine noch herausgeschliffen werden kann. Die Außenkontur der Laubbäume habe ich mit ca. 15 mm großzügig stehen lassen. Die so entstandenen „Ringe“ legte ich auf meinen Ausdruck und zeichnete mir die Stellen an, an denen die gerade Rippe des Nadelbaumes und der Welle den Ring schnitten.
Stück für Stück setzte ich so die Teile zusammen. Die Grundplatte der Bäume besteht ebenfalls aus 3mm starkem Birkensperrholz. Hier leimte ich also die Teile der Bäume drauf. Danach arbeitete ich nur die Konturen aus, die sich im Bereich der rechteckigen Grundplatte befinden. Das hat den Vorteil, dass die Seitenflächen (Rippen und Grundplatte der Bäume) in einem Stück durchgearbeitet werden können, ohne das Absätze entstehen. Der Bereich der Bäume, welche außerhalb des rechteckigen Rahmens sich befinden, hatte ich auch wieder breiter gelassen, um sie später zusammen mit der Grundplatte zu bearbeiten.
Nun riss ich die Innenkonturen des rechteckigen Rahmens an und schnitt mir ca. 15 mm breite Sperrholzstreifen um sie für die Innenfläche seitlich mit 10° Schräge zu versehen. Das Ganze entsprechend anpassen, auf Gehrung arbeiten und an dem Riss auf der Grundplatte leimen. Dabei sowohl die Rechtwinkligkeit zur Außenkante und die Maße überprüfen! Von diesem Baustand existiert das Bild.
Als der Rahmen fest geleimt war, riss ich mir die Rippenstärke von 1,9 mm an, bleite den Riss aus und sägte das überschüssige Holz mit der Dekupiersäge weg. Anschließend schliff ich die Formschräge außen an und arbeitete einige Stellen von Hand nach. Auch die Schrift baute ich in Stücken auf. Hier war das meiste aber Handarbeit.

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Finishen des Modells

Selbstgebaute Kittkugel
Detail: Abrundungen und Hohlkehlen
Formschrägen am Modell
Fertige Modellkontur
Einlassen des "Aushebeeisens"
Detail des Aushebeeisens

Für ein Gießereimodell gibt es aber noch Weiteres zu beachten. Um zu vermeiden, das scharfe Sandkanten im Formhohlraum abbrechen, was ein unsauberes Gussstück ergäbe, sowie die spanende Bearbeitung erschwert, wenn sich im Guss mineralische Teilchen befinden, werden alle Außenkanten abgerundet (mit Ausnahme an der Teilungsfläche!) und alle innenliegenden Kanten mit einer Hohlkehle versehen. Nur wie bekommt man eine Hohlkehle nachträglich in das Modell?
Für solche Fälle werden sogenannte Kittkugeln verwendet. Dies sind metallische Griffstücke mit kugeligen Enden. Leider besitze ich so etwas nicht und da es spezielle Werkzeuge sind, sind diese auch unnötig teuer. Also habe ich mir aus einem 4 mm Messingstab meine Kittkugel selbst hergestellt. So habe ich nun eine Kugel angearbeitet, die einen Durchmesser von 3 mm aufweist, sodass ein Radius von 1,5 mm eingezogen werden kann.
Als Hohlkehlenmaterial verwendete ich normalen Holzkitt. Alternativ kann aber auch 2K Feinspachtel aus dem KFZ-Bereich verwendet werden. Der Nachteil liegt darin, dass jeweils nur kleine Mengen verarbeitet werden können, da es sehr schnell aushärtet.
Um den Holzkitt besser in die Kante zu drücken wird die Kittkugel mit Nitroverdünnung angefeuchtet und der Kitt mit drehender Bewegung der Kugel in die Körperkante hineingedrückt. Seitlich ausgetretener Holzkitt wird mit einem Stechbeitel weggekratzt, bevor es aushärtet. Ist der Kitt getrocknet, wird er vorsichtig nachgeschliffen. Hier können kugelig geschliffene Rundhölzer sehr nützlich sein, um die das Schleifpapier gelegt wird.
Formtechnisch fehlt noch eine entscheidende Sache am Modell. Um das Modell aus dem Formsand entformen zu können muss auf der Teilungsebene ein „Aushebeeisen“ angebracht werden. Dies kann eine metallische eingelassene Scheibe mit einem Gewinde sein. Hier dreht der Former sein Werkzeug hinein, um das Modell aus dem Sand herauszuziehen. Diese speziellen Aushebeeisen gehören zum Lieferprogramm von Gießerei- und Modellbauzulieferern. Ich habe sie aus Alu selbst hergestellt.
Zum Schluss habe ich das Modell noch farblos lackiert. Zur farblichen Kenntlichmachung, mit welchem Metall das Modell abzugießen ist, ist dies eigentlich nach DIN ISO-Norm für Aluminium mit grüner Farbe zu lackieren. Aber da ich die Gussstücke in einer Alugießerei in Auftrag gegeben habe, gab es ja keine Alternativen die zu Verwechslungen beim Material führten.

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Finishen der Gussstückkontur

Fertiges Alugussstück
Sandgestrahltes Teil
Oberfläche patinieren
Fertiges Gussstück vom Logo

Zwei Wochen später konnte ich die Gussstücke bei der Gießerei in Empfang nehmen. Ein Gussstück hatte mich sensationelle 12 EUR gekostet. Dafür, dass es dort eine Handformerei ist, finde ich den Preis mehr als angemessen!
Auf dem Bild kann man erkennen, dass sich beim Gießen auf der Gussoberfläche Schlieren gebildet haben. Da ich die Oberfläche patinieren wollte und ich nicht wusste, ob die Schlieren danach noch sichtbar sind, habe ich die Oberfläche bei einem Freund sandgestrahlt. Dadurch haben auch die Stellen, an denen sich der Anguss befand und in der Gießerei abgeschnitten und beigeschliffen (geputzt) wurden, eine homogene Oberflächenstruktur erhalten. Das war jedoch mein persönlicher Geschmack und muss nicht gemacht werden.

Um nun das Ganze zu patinieren habe ich anthrazitfarbenen Lack sehr stark mit Aceton vermischt und dieses mit einem Pinsel auf die Gussstücke aufgetragen. Anschließend mit einem Lappen abgewischt und trocknen lassen. Selbstverständlich könnte man das Gussstück auch nach seinen Vorstellungen lackieren.

Wenn von euch jemand eine bessere Lösung kennt, mit der man Aluteile patinieren kann, bin ich für jede Anregung dankbar!


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