Aluminium-Druckguss: Prozess, Legierungen & Bauteile

Ein Gehäuseteil aus Aluminium-Druckguss soll nach der Fertigung noch eloxiert werden. Doch erst bei der Musterfreigabe zeigt sich, dass die gewählte Legierung dafür kaum geeignet ist. Solche Überraschungen entstehen fast immer, weil die Legierung erst der Gießer nach eigener Erfahrung auswählt, statt sie bereits in der Anfrage festzulegen.

Kurz & knapp: Aluminium-Druckguss nutzt das Kaltkammerverfahren, bei dem flüssiges Aluminium unter hohem Druck in eine wiederverwendbare Stahlform gepresst wird. Das Verfahren erreicht Wandstärken bis etwa 1 mm und eignet sich besonders für komplexe Gehäuse in hohen Stückzahlen, etwa für Automotive- und Elektronikbauteile. Gängige Legierungen wie AlSi9Cu3 lassen sich wegen ihres hohen Siliziumanteils allerdings nur eingeschränkt eloxieren.

Was ist Aluminium-Druckguss?

Aluminium-Druckguss ist ein Gussverfahren, bei dem flüssiges Aluminium unter hohem Druck in eine dauerhafte Stahlform gepresst wird. Der Druck liegt dabei zwischen 150 und 1.200 bar, bei einer Fließgeschwindigkeit von 10 bis 150 Metern pro Sekunde. Die Füllzeit selbst beträgt dabei nur 50 bis 200 Millisekunden, was kurze Zykluszeiten und hohe Stückzahlen ermöglicht.

Bei schwerkraftbasierten Gussverfahren fließt das Metall der Schwerkraft folgend in die Form. Eine Druckgussmaschine presst das Aluminium dagegen aktiv in die Form. Das erlaubt dünnere Wandstärken und komplexere Geometrien, verlangt aber auch teurere Werkzeuge und damit höhere wirtschaftliche Mindeststückzahlen.

Der hohe Einspritzdruck bringt allerdings auch eine Einschränkung mit sich. Er schließt feine Gasbläschen im Bauteil ein, die beim klassischen Schwerkraftguss meist entweichen können. Diese Gasporosität macht Aluminium-Druckguss ungeeignet für eine nachträgliche Lösungsglühung. Die eingeschlossenen Gase dehnen sich bei den dafür nötigen Temperaturen aus und blähen die Oberfläche auf. Aus demselben Grund lässt sich Aluminium-Druckguss auch kaum zuverlässig schweißen, was bei der Bauteilkonstruktion von vornherein mitgedacht werden sollte.

Wie unterscheidet sich das Kaltkammer- vom Warmkammerverfahren?

Aluminium wird ausschließlich im Kaltkammerverfahren verarbeitet, während Zink-, Zinn- und Blei-Legierungen meist im Warmkammerverfahren gegossen werden. Der Grund liegt im deutlich höheren Schmelzpunkt von Aluminium. Er beansprucht die im Warmkammerverfahren übliche, dauerhaft im Schmelzbad stehende Pumpeinheit stärker als bei niedrigschmelzenden Metallen.

Beim Kaltkammerverfahren wird das flüssige Aluminium für jeden Schuss neu in eine separate Gießkammer dosiert und von dort in die Form gepresst. Das Warmkammerverfahren arbeitet dagegen mit einer Kammer, die dauerhaft im Schmelzbad steht. Das erlaubt kürzere Zykluszeiten von unter 60 Sekunden, gegenüber 60 bis 120 Sekunden beim Kaltkammerverfahren.

In unseren Sourcing-Projekten fragen Einkäufer gelegentlich, ob sich Aluminium nicht auch im schnelleren Warmkammerverfahren gießen ließe. Technisch ist das nicht vorgesehen: Die Gießereien, mit denen wir zusammenarbeiten, verarbeiten Aluminium ausnahmslos im Kaltkammerverfahren.

Welche Aluminiumlegierungen kommen beim Druckguss zum Einsatz?

Für Aluminium-Druckguss haben sich in Europa vor allem zwei Legierungen etabliert: AlSi9Cu3 (EN AC-46000) und AlSi12 (EN AC-44300). In Asien wird häufig die vergleichbare Legierung ADC12 nach dem japanischen Standard JIS H 5302 verwendet. Bei Stahllegierungen steuern die Legierungselemente vor allem Festigkeit und Härte. Beim Aluminium-Druckguss entscheidet dagegen vor allem der Siliziumanteil über Gießbarkeit und Eloxierbarkeit.

AlSi9Cu3 gilt als Universallegierung mit gutem Verhältnis aus Festigkeit und Zerspanbarkeit, büßt dafür aber bei Korrosionsbeständigkeit und Dehnung etwas ein. AlSi12 punktet mit exzellenter Gießbarkeit und der besten Korrosionsbeständigkeit der drei Legierungen. Es eignet sich also besonders für dünnwandige, verwinkelte Bauteile und Anwendungen mit Feuchtigkeitskontakt. Welche der beiden Legierungen sich für ein Aluminium-Druckguss-Bauteil eignet, hängt letztlich vom Einsatzzweck ab und sollte immer gemeinsam mit der Gießerei festgelegt werden.

Welche Wandstärken und Toleranzen sind beim Aluminium-Druckguss möglich?

Aluminium-Druckguss erreicht Wandstärken bis etwa 1 mm und zählt damit zu den maßgenauesten Gussverfahren überhaupt. Die tatsächlich erreichbare Toleranz hängt aber stark von Bauteilgröße, Geometrie und gewählter Legierung ab. Ein einzelner Wert lässt sich also nicht für alle Fälle nennen.

Für die allgemeine Tolerierung von Gussteilen gilt die Norm DIN EN ISO 8062-3. Wie bei anderen Gussverfahren empfiehlt es sich aber, kritische Maße direkt mit der Gießerei abzustimmen, statt sich allein auf allgemeine Toleranzklassen zu verlassen.

Möglich werden die dünnen Wandstärken durch genau die Kombination aus hohem Druck und hoher Fließgeschwindigkeit, die auch die kurzen Zykluszeiten erlaubt. Das flüssige Aluminium füllt dabei selbst enge Formkavitäten vollständig aus, bevor es erstarrt. In der Bauteilkonstruktion wird die Wandstärkenreduktion meist durch Verrippung ausgeglichen, um die Steifigkeit trotz dünnerer Wände zu erhalten. Das ist auch der Grund, warum viele Aluminium-Druckgussgehäuse die charakteristischen Rippen tragen, die zugleich der Kühlung und der Versteifung dienen.

Für welche Bauteile wird Aluminium-Druckguss eingesetzt?

Aluminium-Druckguss dominiert überall dort, wo komplexe Gehäusegeometrien in hohen Stückzahlen gefragt sind. Die folgende Übersicht zeigt typische Bauteilgruppen aus der Automobilindustrie:

Ein bekanntes Beispiel für Letzteres ist der Integralträger, der sich vom Kompakt- bis zum Oberklassefahrzeug in unterschiedlichsten Fahrzeugsegmenten findet.

In unseren Beschaffungsprojekten sehen wir Aluminium-Druckguss besonders häufig bei Gehäusen für Elektronik- und Antriebskomponenten. Kunden suchen hier meist ein gutes Verhältnis aus Stückkosten und Maßgenauigkeit. Die hohen Werkzeugkosten lohnen sich dabei erst ab deutlich höheren Stückzahlen. Deshalb stimmen wir die zu erwartende Serienproduktion immer im Rahmen einer Gesamtkostenbetrachtung vor der Werkzeugfreigabe mit dem Kunden ab.

Was bedeutet der aktuelle Trend zum Gigacasting für den Automobilbau?

Beim sogenannten Gigacasting ersetzt ein einzelnes, großformatiges Aluminium-Druckgussteil bis zu 70 bis 100 einzelne Komponenten in der Fahrzeugstruktur. Tesla, Volvo sowie Toyota, Honda und Nissan setzen die Technologie bereits ein oder haben sie für kommende Modelle bestätigt. Mercedes, BMW und Stellantis bleiben dagegen bislang zurückhaltend.

Wirtschaftlich lohnt sich Gigacasting erst bei sehr hohen Fahrzeugstückzahlen pro Modell und Jahr. Die Werkzeugkosten für ein einzelnes großformatiges Druckgussteil liegen erheblich über denen konventioneller Karosseriebauteile. Laut Euroguss verspricht die Technologie dafür Kosteneinsparungen von bis zu 40 Prozent. Der Markt für Gigacasting-Karosserieteile wird laut Future Market Insights von 2,1 Milliarden US-Dollar 2025 auf 5,8 Milliarden US-Dollar 2036 wachsen. Aluminiumlegierungen halten daran einen Materialanteil von rund 54 Prozent.

Lässt sich Aluminium-Druckguss eloxieren?

Aluminium-Druckguss lässt sich eloxieren, allerdings nur eingeschränkt und stark abhängig von der gewählten Legierung. Gängige Druckgusslegierungen wie AlSi9Cu3 enthalten deutlich mehr Silizium als klassische Knetlegierungen. Silizium selbst oxidiert beim Eloxieren kaum, wodurch die Oxidschicht sichtbar ungleichmäßig und grau statt gleichmäßig glänzend ausfällt.

Wer eine gleichmäßige, dekorative Eloxalschicht benötigt, sollte das bereits bei der Legierungsauswahl berücksichtigen und nicht erst nach dem ersten Musterbauteil. Für rein funktionale Zwecke wie Korrosionsschutz ist eine unregelmäßigere Optik dagegen meist unproblematisch.

Für die Ausschreibung heißt das konkret: Wer eine gleichmäßige Optik verlangt, sollte diese Anforderung schon im Lastenheft festhalten. So kann die Gießerei entweder eine geeignetere Legierung wählen oder alternative Oberflächenverfahren wie eine Pulverbeschichtung vorschlagen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Spritzguss und Druckguss?

Spritzguss verarbeitet Kunststoffe, Druckguss verarbeitet Metalle wie Aluminium, Zink oder Magnesium. Beide Verfahren pressen das flüssige beziehungsweise plastifizierte Material unter hohem Druck in eine wiederverwendbare Form. Sie unterscheiden sich aber grundlegend im verarbeiteten Werkstoff und in den Prozesstemperaturen.

Wie funktioniert Aluminium-Druckguss?

Flüssiges Aluminium wird im Kaltkammerverfahren mit hohem Druck in eine dauerhafte Stahlform gepresst und erstarrt dort innerhalb weniger Sekunden. Nach dem Öffnen der Form entnimmt die Gießerei das Bauteil und bereitet die Form für den nächsten Schuss vor.

Kann man Aluminium-Druckguss eloxieren?

Ja, aber nur eingeschränkt. Gängige Druckgusslegierungen wie AlSi9Cu3 enthalten viel Silizium, das sich kaum eloxieren lässt, wodurch die Oberfläche ungleichmäßiger ausfällt als bei Knetlegierungen.

Ab welcher Stückzahl lohnt sich Aluminium-Druckguss?

Eine pauschale Mindeststückzahl gibt es nicht, dafür geben Bauteilgröße und Werkzeugkomplexität zu unterschiedlich den Ausschlag. Als Faustregel gilt: Aluminium-Druckguss wird erst bei deutlich höheren Stückzahlen wirtschaftlich als andere Gussverfahren, weil die Druckgusswerkzeuge in der Herstellung teurer sind.

Fazit: Aluminium-Druckguss lohnt sich bei hohen Stückzahlen und komplexen Geometrien

Aluminium-Druckguss verbindet enge Toleranzen und dünne Wandstärken mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten. Wer Legierung, Wandstärke und geplante Stückzahl schon bei der Anfrage festlegt, statt sie dem Hersteller zu überlassen, vermeidet spätere Überraschungen. Das gilt vor allem für Oberflächenqualität und Werkzeugkosten.

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