Aus der Werkstatt: Schleuderguss-Apparat
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Ich hab mich dazu entschlossen, einen Schleuderguss-Apparat zu brauchen, um damit feine Teile für mein nächstes Projekt gießen zu können. Der Guss wird mit Zink in Silikonformen gemacht. Dieses Silikon ist eine spezielle hitzebeständige Rezeptur, die Temperaturen bis 500°C aushält. Die Gießtemperatur von Zink beträgt etwa 400°C. Eine Form hält etwas 20 Abgüssen stand.
Zink ist ein relativ hartes Material und seine Mechanischen Werte können etwa mit Messing verglichen werden. Man darf Zink nicht mit Zinnguss verwechseln, der sehr weich ist und für das beabsichtige EInsatzgebiet ungeeignet ist. Der Nachteil von Zink ist die niedrige maximal zulässige Betriebstemperatur von ca. 100°C und das hohe Gewicht.
Ich werde hier nicht beschreiben, wie man Gussformen aus Silikon anfertigt. Ganz einfach weil ich damit noch keine Erfahrung habe. Ich werde den Teil aber später hinzufügen. Das Ergebnis das ich mit einer Gipsform erhalten habe, ist aber so vielversprechend, daß ich sicher bin mit Silikon sehr gute Resultate zu erhalten.
Was ist Schleuderguss?
Schleuderguss ist nur eine Art von Druckguss. Heutzutage werden Massenteile in Stahlformen gegossen. Das Herstellen solcher Formen ist aber sehr zeitaufwendig und teuer. Der Druckguss in Stahlformen verwendet Drücke über 80 bar. Der Schleuderguss ist viel älter und wird hauptsächlich für Kleinserien, Vorserien und Einzelabgüsse verwendet. Er ist in Dentallabors und Goldschmieden weit verbreitet. Allerdings dort wieder in einer abgewandelten Form.
Der Schleuderguss bedient sich der Zentrifugalkräfte um den Druck zu erzeugen.
Etwas Rechnen hilft:
Ich habe mich in news:rec.crafts.metalworking umgehört und mich in Büchern informiert. Aufgrund der Informationen ist mein Entwurf entstanden.
Ich habe mich entschieden für:
Durchmesser der Scheibe: 300mm
Drehzahl: 1400
Andere Drehzahlangaben die ich fand waren 400 UpM, 800 UpM für etwa den gleichen Durchmesser, aber auch 1000 UpM für größere Scheiben. Eine weitere Drehzahlangabe war "Ich weiß nicht"
Somit ist die Drehzahl etwas, mit dem man sich beschäftigen kann Etwas Physik zeigt was passiert.
Wie gesagt entsteht der Druck durch die Fliehkräfte.
ar = w2 • r (radiale Beschleunigung = Winkelgeschwindigkeit • Radius)
w = 2p • f (Winkelgeschwindigkeit = 2 Pi * Frequenz)
f = UpM / 60
Mit r = 150mm und 1400 UpM erhält man:
ar = (6.28 • 1400 / 60)2 • 0.15 = 3220 [m/s2]
3220 m/s2 entspricht der 328-fachen Erdbeschleunigung!
Mit der Beschleunigung läßt sich der Druck in der Gussform errechnen:
p = F / A (Druck = Kraft / Fläche)
F = m • a (Kraft = Masse • Beschleunigung)
m = V • r (Masse = Volumen • spez. Gewicht)
V = A • h (Volumen = Fläche • Höhe)
Einsetzen …
p = m • a / A
p = V • r • a / A
p = A • h • r • a / A
p = h • r • a
Einheiten…
m • kg • m-3 • m • s-2 = kg • m-1 • s-2 = N / m2 = Pa
Mit …
r(zink) = 7 kg/dm3 = 7000kg/m3
a = 3220m/s2 / 2 = 1610m/s2 (die mittlere Beschleunigung zwischen Drehpunkt und Radius ist die halbe maximale Beschleunigung)
h = 0.15m
… erhält man:
p = h • r • a = 0.15 • 7000 • 1610 = 1690500 [Pa] (das sind 16.9 bar)
Was man in obigen Formeln erkennen kann, ist einfacher als es für manchen aussehen mag:
Wenn man den Radius um den sich die Gussform bewegt verdoppelt, erhält man den doppelten Druck, halbiert man den Radius, erhält man den halben Druck.
Verdoppelt man die Drehzahl, erhält man den vierfachen Druck, bei Drehzahlhalbierung den viertelten Druck.
Somit sind die UpM ein Parameter zum Verstellen, wenn man entweder zu viel Verformung der Form hat, oder die Form nicht vollständig ausgefüllt ist.
Der Bau:
Ich habe hauptsächlich Quadratrohr 30*30*1,5 verwendet. Man könnte auch 20*20 verwenden, das zusätzliche Gewicht und die Steifigkeit sind aber nicht schädlich.
Einige Maße:
Gestell: 400mm * 400 * 410mm
Grundscheibe: ø300mm, 8mm dick
Deckscheibe: ø315mm, 5mm dick
Motor : 400W. Der Motor war zur Hand. Man benötigt aber nicht einen so kräftigen Motor, 200W genügen wohl auch. Mit 400W ohne Gussform benötigt der Motor ca. 3 Sekunden zum Hochdrehen.
Die Bolzen die die Deckscheibe halten: M6, 100mm lang.
Die Maximalmaße der Gussform sind: ø260, 80mm dick. Diese 80mm sind möglicherweise etwas viel. Wird sich später noch zeigen.
Noch etwas, was man nicht sofort erkennen kann:
Ich habe kein Gestell für den Apparat gebaut. So kann man ihn zum Ausbalancieren auf die Seite legen.
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Das Grundgestell des Schleuderguss-Apparates mit der eingebauten Bremse. Der Hebel der links unten herausragt gehört zur Bremse. |
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Der Gussapparat mit eingebauten Motor und Grundscheibe. Hier erkennt man, wie das Kunststoffteil auf die Grundscheibe drückt.
Keine Angst! Die elektrische Installation ist nicht die endgültige. Natürlich ist das Metallgehäuse geerdet. |
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Noch mal eine andere Ansicht des Schleuderguss-Apparates mit der Bremse. Die Aufnahme wurde in einem früheren Stadium gemacht, als der Rahmen noch nicht lackiert war.
Man beachte, daß der Motor voll gekapselt ist, somit kann kein Metall in ihn kommen. Wenn ich mich nicht täusche hat der die Schutzart IP 54. |
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Der fertige Schleuderguss-Apparat. Der Hebel links unten ist für die Bremse. Der Schalter unten rechts ist … der Schalter. Das Loch im Deckel ist für den Einguss in die Form. |
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Mit genügend Unfreundlichkeit kann man den Schleuderguss-Apparat auch als Zentrifugal-Katzen-Klo bezeichnen. Aber vorsicht, entweder ich oder Hamdi -der Kater- beißen!
Wenn schon Kritik, dann muß ich zugeben, das der Schleuderguss-Apparat eher wie ein Möbelstück oder ein Schachtel-Teuferl-Gerät aussieht. Nächstes mal werde ich eine "werkzeugigere" Farbe verwenden. |
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Hier ein Blick in den Arbeitsraum des Schleuderguss-Apparates. Man erkennt die Grundscheibe mit der (der 6 möglichen) Bolzen. Die Deckscheibe sieht man von der Unterseite, Durch das Loch in der Mitte kommt das flüssige Zink in die Gussform.
Man erkennt auch die RIllen in der Grundscheibe die helfen die Form auszurichten. Da meine Drehbank nicht groß genug ist, habe ich die Scheiben auf der Fräsmaschine mit einem Drehtisch bearbeitet. |
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Die Deckscheibe in Arbeitsposition. Hier erkennt man wie der Schnellverschluß funktioniert.
Der größere Durchmesser des "Schlüsselloches" ist so groß, daß die Mutter durchpasst. Die Scheibe wird gedreht und ein Bund an der Unterseite der Mutter greift in das kleinere Loch des "Schlüsselloches" ein.
Ja, ich werde noch einen Rändel auf die Muttern machen.
Das Rohr in der Scheibenachse ist etwas Aluminiumrohr das am oberen Ende konisch geschmiedet wurde, damit das flüssige Metall nicht nach oben austritt, sondern nach unten gedrückt wird. |
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Das ist mein erster (und bis jetzt einziger) Guss. Man beachte, daß ich dafür eine Gipsform verwendet habe. Vor dem Guß ist sie mir gebrochen, also mußte ich sie mit Sekundenkleber wieder zusammenkleben. Das ist also der Grund für den starken Gussgrat. Am Knopf rechts erkennt man auch, das ich zu wenig Zink geschmolzen hatte und in der Form reichlich Blasen waren.
Wenn man aber all die Fehler die ich gemacht habe (lies: Ich wollte sehen was man falsch machen kann), sind die Güsse recht gut geworden. Das Teil links zeigt die Feilstriche des Originals, die 2 Binkel sind auch im Original. |
Was man besser machen kann:
Soweit bin ich mit dem zufrieden was ich gebaut habe. Aber es gibt immer etwas zu verbessern oder beim Nachbau des Schleuderguss-Apparates zu beachtendes.
- Einen Motor verwenden, der (später) drehzahlgeregelt werden kann.
- Die Formeln von oben verwenden, um die richtige Beschleunigung/Druck zu bekommen. Noch höher zu gehen als hier scheint mir unnötig.
- Ich werde sehen, ob das Loch im Deckel noch größer werden muß. Ich hatte zunächst ein längeres Eingussrohr, darin kühlt aber das flüssige Zink zu sehr ab. Vielleicht könnte man das Rohr auch an der Innenseite geeignet isolieren.
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