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Metallgießen für den Modellbau

Dienstag, 06.04.2021 von Josef Mittermeier Metallgießen für den Modellbau

Wohl viele Modelbauer träumen davon die Gussmodelle für Ihren Motor oder eine Dampfmaschine selbst herzustellen. So auch ich. Ich hatte keinerlei Erfahrung im Bau der Urmodelle oder dem Formenbau, hatte weder einen Tiegel noch einen Schmelzofen, aber Gießen wollte ich doch. Sehr viel Zeit verbrachte ich mit der Recherche der richtigen Vorgehensweise. Dann baute ich mir meinen ersten Ofen.

Diesen stellte ich auf ganz einfache Weise her. Dafür schweißte ich einen Würfel aus Winkelstahl zusammen, den ich anschließend mit Schamottsteinen ausmauerte. Als Ofentür diente ebenfalls ein ausgemauerter Stahlrahmen. Beheizt wurde mit einem großen Gasbrenner. Den Tiegel schweißte ich aus Stahlblech zusammen, was sich aber im Laufe der Zeit als keine gute Idee herausstellte, da flüssiges Aluminium Stahl auflöst.

Jetzt konnte ich erstmals Aluminium schmelzen und in kleine runde Barren abgießen. Die Idee eine Dampfmaschine aus Gussteilen aus der Zeit um 1830-1870 zu bauen hatte ich nun im Kopf.

Urmodellbau

Ich fertigte ein paar Handskizzen an, die ich mit einem CAD-Programm ins Reine zeichnete und begann mit dem Urmodellbau für meine „Simplex“-Dampfmaschine. Folgende Teile sind als Gussteile ausgeführt:

  • Fundament
  • Maschinenständer
  • Zylinder
  • Zylinderdeckel
  • Schieberkastendeckel
  • Lagerböcke mit Lagerdeckeln

Die Urmodelle für die Lagerböcke, Zylinderdeckel, Schieberkastendeckel und das Fundament wurden einteilig ausgeführt. Der Maschinenständer und der Zylinder wurden zweiteilig ausgeführt, das heißt eine Modellhälfte für den Unterkasten und eine für den Oberkasten. Für die Urmodelle verwendete ich Buchenholz, das gespachtelt und lackiert wurde. Die Bohrung im Zylinder wurde auch abgeformt. Hierfür verwendete ich Quarzsand, der mit Wasserglas gebunden und mit Kohlendioxid gehärtet wurde.

Einformen

Die Urmodelle waren nun fertig zum Einformen. Ein passender zweiteiliger Sandformkasten, ölgebundener Formsand und ein Stampfer sind notwendig zum Herstellen der Form, aber auch Siebe, Löffel, Pinsel usw. Damit der Sand zwischen den beiden Formkastenhälften nicht zusammenklebt, wird eine Trennschicht aus Talkum aufgepudert.

Nach dem Öffnen des Formkastens und Herausnehmen der Urmodelle werden Speiser, Steiger und der Angusskanal in den Sand geschnitten. Hier verwende ich kleine Spachtel und Löffel.

Gießen

Der Ofen wird befeuert und der Tiegel mit den kleinen Aluminiumbarren befüllt. Nachdem die Schmelze eine Temperatur zwischen 680°C und 720°C erreicht hat, kann abgekrätzt werden. So nennt man den Vorgang, bei dem das oben schwimmende Aluminiumoxid und andere Verschmutzungen abgeschöpft werden. Gleich im Anschluss wird in die Form gegossen.

Ausformen

Dieser Vorgang ist immer etwas spannend, ob der Guss gelungen ist, aber eigentlich recht unspektakulär. Der Kasten wird geöffnet und der Gussbaum kann entnommen werden. Die rohen Maschinenteile werden abgesägt und können weiterbearbeitet werden.

Bei genauer Betrachtung des Bildes kann man auch noch den Wasserglaskern in der Zylinderbohrung erkennen.

Formsand aufbereiten

Durch die hohen Temperaturen wird der Sand unbrauchbar. Man kann ihn aber wieder aufbereiten, indem man Formsand-Öl und Formsand-Binder zusetzt und untermischt. Leider funktioniert das nicht in einer Betonmaschine oder einer Rührmaschine. Dafür braucht man einen Kollergang. Bei diesem wird der Sand mit schweren Walzen gedrückt und gequetscht, wieder aufgelockert, umgedreht usw. Die Aufbereitung dauert mit meinem selbst gebauten Kollergang für 3-4 kg Sand etwa 10 Minuten.

Bearbeitung

Die Bearbeitung der Gussteile war teilweise eine große Herausforderung. Denn einfach so in den Schraubstock einspannen funktioniert hier nicht wirklich. Ich fertigte einige Aufspannvorrichtungen an, um die Gussteile sicher spannen zu können. Nachdem alle Teile der „Simplex“ Dampfmaschine mit Drehmaschine und Fräsmaschine bearbeitet waren, wurde die Maschine montiert und mit einer elastischen Kupplung auf der Fräsmaschine zum Einlaufen angetrieben. Anschließend erfolgten der Drucklufttest und das Feineinstellen des Schiebers und des Exzenters. Die „Simplex“-Dampfmaschine wurde wieder zerlegt, entfettet und lackiert.

Technische Daten der „Simplex“-Dampfmaschine

  • Bohrung       30 mm
  • Hub    32 mm
  • Länge 165 mm
  • Breite 110 mm
  • Höhe  245 mm
  • Schwungrad 80 mm

Fazit

Mittlerweile hab ich meinen Schmelzofen etwas umgebaut. Befeuert wird er jetzt mit einem Heizölbrenner. Ich kann damit deutlich höhere Temperaturen erreichen und auch Messing und Bronze gießen. Auch verwende ich nur noch Grafitschmelztiegel. Man darf aber eines nie vergessen: Selbst wenn man nur mit kleinen Mengen flüssigen Metalls hantiert ist das Gefahrenpotenzial sehr hoch. Ich trage immer einen Hitzeschutzmantel, Hitzeschutzstiefel, Hitzeschutzhandschuhe und einen Gesichtsschutz – unterschätzen Sie das Risiko geschmolzenen Metalls niemals! Im Zweifelsfall beauftragen Sie lieber eine gewerbliche Gießerei mit der Anfertigung Ihrer Bauteile.

Weitere Informationen finden Sie auf www.kunst-mit-mechanik.de

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