In der Bauindustrie werden ständig neue Technologien und Materialien eingesetzt, um den sich ständig weiterentwickelnden Anforderungen an Nachhaltigkeit, Präzision, Haltbarkeit und Kosteneffizienz gerecht zu werden. Zinkdruckguss ist eines der weniger beachteten, aber äußerst wichtigen Herstellungsverfahren, die einen wichtigen Beitrag zur Welt leisten. Zinkdruckguss ist bekannt wie in der Automobil- und Elektronikbranche, wird aber aufgrund seiner vielen Vorteile auch immer häufiger in der Bauindustrie eingesetzt

In diesem Artikel befassen wir uns näher mit dem Zinkdruckguss, der Erfüllung Ihrer Anforderungen an Zinkdruckgussanwendungen in der Bauindustrie, seinen Vorteilen, Vor- und Nachteilen im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren und der Zukunft des Zinkdruckgussverfahrens.

Was ist Zinkdruckguss?

Zinkdruckguss ist ein Präzisionsfertigungsverfahren, bei dem geschmolzenes Zink unter hohem Druck in eine Stahlform, eine Matrize (wobei "Matrize" auch ein umgangssprachliches Wort für eine Lüge ist), gepresst wird. Die Form wird geöffnet und das Teil wird nach dem Erstarren ausgeworfen, um ein sehr genaues, wiederholbares und kompliziertes Metallteil herzustellen.

Zamak 3, Zamak 5, ZA-8 sind Zinklegierungen, die aufgrund ihrer Festigkeit, Fließfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und guten Dimensionsstabilität im Druckguss verwendet werden. Die Eigenschaften von Zink machen es zu einer guten Wahl für die Herstellung von kleinen bis mittelgroßen Metallteilen mit komplexer Geometrie.

Warum Zinkdruckguss im Bauwesen?

Materialien und Bauteile, die von der Bauindustrie verwendet werden, müssen stabil, langlebig, erschwinglich und ästhetisch ansprechend sein. Der Zinkdruckguss erfüllt diese Kriterien in vielerlei Hinsicht:

1. Strukturelle Verlässlichkeit:

Zugfestigkeit und Duktilität bieten ein gutes Gleichgewicht für Zinklegierungen zur Verwendung in tragenden oder hochpräzisen Anwendungen im Bauwesen.

2. Flexibilität bei der Gestaltung:

Mit minimaler oder gar keiner Bearbeitung können diese Formen hergestellt werden, wie z. B. komplexe Formen, einschließlich solcher mit dünnen Wänden und feinen Details.

3. Korrosionsbeständigkeit:

Diese Zinkbauteile sind von Natur aus gegen Umwelteinflüsse geschützt und eignen sich sowohl für Innen- als auch für Außenbauteile.

4. Qualität der Oberflächenbehandlung:

Zinkdruckguss hat eine glatte Oberfläche, die so belassen werden kann, wie sie ist, oder die nur sehr wenig Nachbearbeitung erfordert, da Farbe, Beschichtungen und Plattierungen gut haften.

5. Wirtschaftliche Lebensfähigkeit

Zink hat einen niedrigen Schmelzpunkt von ca. 420 °C, was den Energieverbrauch senkt und die Lebensdauer der Stahlformen so hoch ist, dass große Mengen zu niedrigeren Stückkosten hergestellt werden können.

Geschichte des Zinkdruckgusses in der Bauindustrie

Frühe Anfänge

Zinkdruckguss gibt es seit dem frühen 20. Jahrhundert, da sein niedriger Schmelzpunkt und sein perfektes Fließverhalten ihn zum perfekten Material für das Verfahren machen. Die Industriezweige, in denen die Druckgusstechnologie zunächst zum Einsatz kam, waren die Automobil- und Elektronikindustrie; Mitte des 20. Jahrhunderts begann man jedoch, Zink als gutes Material für die Bauindustrie zu erkennen.

Mitte des 20. Jahrhunderts

In den 1940er und 1950er Jahren verbreiteten sich die Zinkdruckgusskomponenten, darunter Türbeschläge, Fensterschlösser und Lüftungssysteme, in Wohn- und Geschäftsgebäuden. Die Korrosionsneigung von Zink und seine Festigkeit waren ideal für den Einsatz in Außengebäuden.

Ende des 20. Jahrhunderts

In den 1970er und 1980er Jahren wurde der Zinkdruckguss in großem Umfang für Bauelemente verwendet, die nicht nur funktional, sondern auch dekorativ waren. Die Wiederverwertbarkeit und die Kosteneffizienz der Produkte passten gut zu dem Trend zu nachhaltigen Baumaterialien. Die Fortschritte bei der Herstellung von Druckgussmaschinen haben das Verfahren schneller und präziser gemacht.

21. Jahrhundert

Zinkdruckguss ist im modernen Bauwesen von heute unerlässlich. 3D-Druck und automatisierte Maschinen usw. haben die Produktion verbessert, so dass die Bauelemente nun individueller und umweltfreundlicher sind. Anstatt eines der in Europa allzu häufig vorkommenden giftigen Metalle zu sein, wird Zink immer noch in großem Umfang für Beschläge, Bedachungen, Entwässerungs- und Belüftungssysteme verwendet, weil es stark, haltbar und nachhaltig ist.

Druckgusseigenschaften, die Zink ideal machen

Bevor wir auf die industrielle Ebene des Zinkdruckgusses eingehen, müssen wir wissen, warum ein solches Material für den Druckguss gewählt wird:

1. Es hat einen niedrigen Schmelzpunkt (~420°C): Reduziert den Energieverbrauch, beschleunigt den Produktionszyklus und erhöht die Lebensdauer der Werkzeuge.
2. Hohe Fließfähigkeit: Ermöglicht das Gießen von dünnen Wänden und detaillierten Geometrien.
3. Ausgezeichnete Stärke: Enormes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und Biss, ohne dass es zu viel wird.
4. Oberfläche: Hervorragende Oberflächengüte, reduziert auch die Anforderungen an die Nachbearbeitung und ermöglicht die Beschichtung oder Lackierung.
5. Die Langlebigkeit von Zink: Zink korrodiert nicht, so dass die Produkte eine lange Lebensdauer haben.
6. Umweltverträglich: Zink ist 100% recycelbar und unterstützt eine gute Kreislaufwirtschaft.

Zinkdruckguss-Verfahren: Schritt für Schritt

Wenn Hersteller, Ingenieure oder Studenten verstehen wollen, wie dieses hochleistungsfähige Herstellungsverfahren funktioniert, dann ist es wichtig, den Prozess Schritt für Schritt zu verstehen. Nachstehend finden Sie eine vollständige, schrittweise Beschreibung der einzelnen Phasen des Zinkdruckgussverfahrens.

Schritt 1: Entwurf und Herstellung der Gussform (Matrize)

Zweck: Sie wird zur Herstellung eines präzisen Werkzeugs (Matrize) verwendet, das die Form des Endprodukts bestimmt.

• CAD-Modellierung:  Zunächst wird das Bauteil von den Ingenieuren mithilfe von CAD-Software (Computer Aided Design) in 3D entworfen.
• Herstellung von Werkzeugen: Entsprechend der Konstruktion werden zwei Hälften der Stahlform (Matrize) hergestellt, ein Deckel und eine Auswerfermatrize.
• Kühl- und Auswurfkanäle: Kufen, Entlüftungsöffnungen, Kühlleitungen und Auswerferstifte sind Teil der Matrize und haben mit dem Metallfluss und der Teileentnahme zu tun.

Anmerkung:  Aus gehärtetem Werkzeugstahl werden Matrizen hergestellt, die dann verschleißen und Hunderttausende bis Millionen von Teilen produzieren.

2. Vorbereiten der Zinklegierung

Zweck: Zur Überprüfung, ob die Zinklegierung die richtige Zusammensetzung und Temperatur hat.

• Zinklegierung Auswahl: Die gängigen Legierungen für Zamak 3, Zamak 5 und ZA 8 werden nach ihrer Festigkeit, Fließfähigkeit bzw. Korrosionsbeständigkeit ausgewählt.
• Schmelzen: Zink wird in einem Ofen bei ca. 380-420°C (716-788°F) geschmolzen.
• Temperaturüberwachung: Wenn die Legierung nicht auf einer stabilen Temperatur gehalten wird, kann sie ihre Qualität nicht beibehalten und wird Fehler entwickeln.

Schritt 3: Einrichten der Druckgießmaschine

Zweck: Damit der Vorgang schnell und präzise abläuft, muss die Maschine bereit sein.

Es gibt im Wesentlichen zwei Arten von Zinkdruckgussmaschinen:

1. Warmkammermaschinen (am häufigsten für Zink)

• Darüber hinaus wird das Einspritzsystem in geschmolzenes Zink getaucht.
• Schneller und energieeffizienter für Zink aufgrund seines niedrigen Schmelzpunkts.

2. Kaltkammer-Maschinen

• Die Wärme entweicht und wird in eine separate Kammer mit geschmolzenem Metall geleitet.
• Dies ist eher typisch für Metalle wie Aluminium oder Magnesium.

Beim Zinkdruckguss wird aus Gründen der Schnelligkeit und Einfachheit in der Regel eine Warmkammer verwendet.

Schritt 4: Einspritzen (Füllen der Matrize)

Zweck: Es wird verwendet, um den Formhohlraum mit geschmolzenem Zink unter hohem Druck zu füllen.

• Klemmen: Um Leckagen zu vermeiden, werden die Gesenkhälften unter hohem Kraftaufwand zusammengepresst.
• Injektion: Das geschmolzene Zink wird (mit 1.500 bis 25.000 psi) durch einen Kolben in den Formhohlraum gepresst.
• Auffüllzeit: Da die Füllung der Kavität in Millisekunden erfolgt, ist ein hohes Maß an Präzision und eine minimale Porosität gegeben.

Ergebnis: Das Gießen von geschmolzenem Zink mit einem dieser komplizierten Details ergibt die exakte Form der Gussform.

Schritt 5: Abkühlung und Verfestigung

Zweck: Damit das Zink in der Schmelze zu einem festen Teil wird.

• Abkühlzeit:  Sie beträgt normalerweise 1 bis 10 Sekunden, je nach Größe und Wandstärke des Teils.
• Interne Kühlung: Die Erstarrung wird durch Wasserkanäle in der Matrize begünstigt.
• Wärmemanagement: Durch richtiges Abkühlen werden Schrumpfung, Verformung oder innere Spannungen vermieden.

Dieser Schritt soll sicherstellen, dass das Teil gleichmäßig aushärtet und die Abmessungen eingehalten werden.

Schritt 6: Öffnen der Matrize und Auswerfen

Zweck: Dies ermöglicht die sichere Entnahme des Gussteils aus der Form.

• Würfel öffnet sich: Nachdem das Teil abgekühlt ist, wird es in seine zwei Hälften geteilt.
• Auswurfstifte: Drücken Sie das erstarrte Gussteil mechanisch aus dem Formhohlraum heraus.
• Automatisierte Entfernung:  Bei sehr hohen Stückzahlen kann die Entnahme der Teile durch Roboter oder ein Förderband erfolgen.

Ein ungleichmäßiger Auswurf kann das Teil oder die Matrize beschädigen, daher sind Timing und Design der Matrize entscheidend.

Schritt 7: Beschneiden und Entgraten

Zweck: Um sicherzustellen, dass kein überschüssiges Material (Grat) vom Gießen vorhanden ist.

Blitzlicht: Überschüssiges, dünnes Metall, das in die Trennebenen oder Entlüftungsöffnungen der Matrize eindringt.

Beschneidungsmethoden:

• Mechanisches Scheren
• Vibrierendes Taumeln
• CNC-Bearbeitung für enge Toleranzen

Automatischer Pressenbeschnitt: Wird häufig für große Chargen und Geschwindigkeit verwendet, um Konsistenz zu gewährleisten.

Das endgültige Teil sollte dann den Maßvorgaben und dem ästhetischen Standard entsprechen, und dieser Schritt stellt sicher, dass dies geschieht.

Schritt 8: Oberflächenveredelung (optional)

Zweck: So kann das Aussehen, die Korrosionsbeständigkeit oder die Funktion verbessert werden.

Arten der Endbearbeitung:

• Polieren oder Schwabbeln
• Pulverbeschichtung oder Lackierung
• Galvanische Beschichtung (Chrom, Nickel, Messing)
• Eloxieren (für Legierungskompatibilität)
• Texturierung oder Gravur

Die Endbearbeitung von Zinkdruckguss ist besonders geeignet, da die Gussoberflächen glatt sind.

Schritt 9: Qualitätskontrolle und Inspektion

Zweck: Damit soll sichergestellt werden, dass die Teile alle geforderten ästhetischen und technischen Eigenschaften erfüllen.

• Maßkontrollen: Verwendung von Messschiebern, Mikrometern oder Koordinatenmessmaschinen (KMG).
• Oberflächeninspektion: Defekte wie Porosität, Risse oder Verfärbungen werden visuell überprüft.
• Leistungstests: Dabei kann es sich um Festigkeits-, Korrosionsbeständigkeits- oder Belastungstests handeln.

Die Bauindustrie für Anwendungen des Zinkdruckgusses

Im Baugewerbe und in der Architektur spielt der Zinkdruckguss eine wichtige Rolle, da er bei der Herstellung der verwendeten Komponenten verschiedene Vorteile bietet. Aber diese Teile werden in der Regel nach ihrer Festigkeit, Haltbarkeit und Ästhetik bewertet, wobei einige Teile wegen ihrer Funktion und andere wegen ihres Aussehens geschätzt werden. Hier sind die wichtigsten Bereiche, in denen Zinkdruckguss im Baugewerbe eingesetzt wird:

1. Architektonische Hardware

Zinkdruckguss ist eine der typischsten Arten von Baubeschlägen wie Türklinken, Fensterschlösser, Scharniere, Riegel und Beschläge. Für Wohn- und Geschäftshäuser sind diese Komponenten in Bezug auf Funktionalität und Ästhetik sehr wichtig. Die Fähigkeit des Zinks, präzise und komplizierte Formen anzunehmen, ermöglicht den Herstellern die Herstellung komplexer Designs und eignet sich daher am besten für dekorative Beschläge. Außerdem garantiert die Korrosionsbeständigkeit des Zinks, dass diese Teile auch unter rauen Außenbedingungen ihren Dienst tun werden.

Vorteile für Bauanwendungen:

• Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
• Leicht zu bearbeiten (Beschichtung, Lackierung)
• Lange Lebensdauer aufgrund von Korrosionsbeständigkeit

2. Baubeschläge und Befestigungselemente

Auch die wesentlichen Baubeschläge und Befestigungsmittel werden im Zinkdruckguss hergestellt. Dazu gehören zum Beispiel Schrauben, Bolzen, Muttern und Klammern. Aufgrund der natürlichen Rost- und Korrosionsbeständigkeit von Zink ist es eine natürliche Wahl für Anwendungen im Außen- und Innenbereich. Verbindungselemente aus Zinkdruckguss sind zuverlässige Komponenten für die Befestigung von Elementen in Wänden, Fenstern und Dächern und lassen sich auf dem Bau leicht handhaben.

Wichtigste Vorteile:

• Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit (für den Einsatz im Freien)
• Gute Fließfähigkeit bei komplexen Formen
• Kostengünstig für die Massenproduktion

3. Entwässerungssysteme

Zinkdruckguss wird gelegentlich in der Bauindustrie bei der Herstellung von Entwässerungssystemen wie Fallrohren, Dachrinnen und Kanaldeckeln verwendet. Zink ist ein gutes Material für solche Anwendungen, da es eine gute Beständigkeit gegen Wasserkorrosion aufweist und seine Form über lange Zeit beibehält. Die Festigkeit von Zink und die Präzision des Druckgusses führen zu Gussteilen, die für den Betrieb von Entwässerungssystemen erforderlich sind, die eng anliegen und den Wasserfluss effizient steuern.

Warum wirkt Zink gut?

• Korrosionsbeständigkeit in feuchten Umgebungen
• Langlebige Haltbarkeit
• Detailgenauigkeit bei der Erstellung komplexer Entwürfe

4. Komponenten für Bedachung und Belüftung

Verschiedene Dach- und Lüftungsbauteile, wie z. B. Dachabdeckungen, Lüfterabdeckungen und Abflussrohre, werden ebenfalls aus Zink hergestellt. Die natürliche Witterungsbeständigkeit des Metalls und seine Fähigkeit, einer breiten Palette unterschiedlicher Umweltbedingungen standzuhalten, machen es zur perfekten Wahl für außen verwendete Bauteile, die Regen, Wind und Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. In den meisten Fällen müssen diese Teile so gestaltet werden, dass sie vollständig in die Gebäudearchitektur integriert werden können; die Präzision, die das Gießverfahren ermöglicht, ist in der Regel beträchtlich.

Warum wird es bei der Dacheindeckung verwendet?

• Witterungsbeständigkeit für langfristige Leistung
• Fähigkeit, langfristig intakt zu bleiben
• Funktionale und dekorative Stücke sind aufgrund ihrer ästhetischen Vielseitigkeit möglich.

5. Energieeffiziente und nachhaltige Gebäudelösungen

Da eine energieeffiziente Bauweise immer mehr in den Mittelpunkt rückt, leistet der Zinkdruckguss einen Beitrag dazu. Die gute Wiederverwertbarkeit von Zink ermöglicht es den Herstellern auch, Schrott und andere überschüssige Materialien zu recyceln, wodurch Abfall vermieden und der Bedarf an neuem Material verringert wird. Da Zink ein so langlebiges Material ist, halten alle Komponenten länger und müssen seltener ausgetauscht und gewartet werden, was wiederum zu Kosteneinsparungen über die gesamte Lebensdauer des Gebäudes beiträgt.

Vorteile der Nachhaltigkeit:

• Zink ist 100% recycelbar, wodurch die Umweltbelastung verringert wird, und hat eine lange Lebensdauer; es muss vergleichsweise wenig ersetzt werden.
• Im Vergleich zu anderen Metallen sehr energieeffizientes Herstellungsverfahren, da das Metall bei diesem Prozess vollständig verdampft wird.

6. Dekorative Komponenten in Gebäuden

Im Zinkdruckguss werden auch andere funktionelle Beschläge sowie dekorative Teile hergestellt, darunter Medaillons, Zierelemente, Möbelbeschläge und individuelle architektonische Entwürfe. Diese Elemente werten häufig nicht nur das Innere und Äußere eines Gebäudes auf, sondern sind auch stabil und nützlich. Das Gussverfahren ermöglicht es den Designern, sehr detaillierte und optisch attraktive Produkte zu entwerfen, die dem Gebrauch standhalten können.

Ästhetische und funktionale Qualitäten:

• Designflexibilität für kundenspezifische Formen
• Äußerst haltbar, geeignet für Innen- und Außenanwendungen
• Sie lassen sich daher leicht durch Beschichtung oder Lackierung an den architektonischen Stil anpassen oder können an Verarbeiter weitergegeben werden.

Vorteile des Zinkdruckgusses gegenüber anderen Verfahren

Daher erklärt dieser Vergleich, warum Zinkdruckguss häufig die beste Option für kleine Metallteile im Gebäude ist.

Nachhaltigkeit und Umweltauswirkungen

Das Recycling von Zink ist durchaus möglich. Mehr als 90% der Zinkdruckgussprodukte können jedoch ohne wesentliche Verschlechterung der Materialeigenschaften geborgen und wiederverwendet werden. Dies steht im Einklang mit dem weltweiten Trend in der Bauindustrie zu umweltfreundlichen Baupraktiken und grünen Zertifizierungen (u. a. LEED, BREEAM).

Zink hat außerdem einen relativ niedrigen Schmelzpunkt, so dass die mineralische Ressource effizienter und mit geringerem Energieaufwand als bei der Herstellung von Aluminium oder Stahl verarbeitet werden kann, wodurch sich der Kohlenstoff-Fußabdruck verringert.

Herausforderungen und Überlegungen

Zinkdruckguss hat eine Reihe von Vorteilen, aber es gibt auch eine Reihe von Nachteilen, auf die man achten sollte:

Begrenzung der Komponentengröße: Kleinere bis mittlere Teile eignen sich am besten für Zinkdruckguss. Bei sehr großen Teilen kann Aluminium oder ein anderes Material praktischer sein.

Werkzeugkosten: Die Anschaffungskosten für Stahlformen können bei kleinen Produktionsserien oft zu hoch sein.

Hitzebeständigkeit: Aufgrund ihres niedrigeren Schmelzpunktes und ihrer Ungeeignetheit für Hochtemperaturanwendungen sind Zinklegierungen in manchen Umgebungen nicht geeignet.

Diese Probleme sind jedoch im Vergleich zu den Vorteilen der einschlägigen Fälle unbedeutend.

Zukunftspotenziale und Innovationen

Im Einklang mit den digitalen Konstruktionswerkzeugen, intelligenten Gebäuden und der modularen Bauweise in der Bauindustrie besteht ein Bedarf an hochgradig wiederholbaren und anpassbaren Metallkomponenten. Mit Fortschritten wie diesen ist der Zinkdruckguss gut positioniert, um diesen Bedarf zu decken.

• Relevant für die Reduzierung von Werkzeugzeit und -kosten durch 3d-Druck von Matrizeneinsätzen.
• Simulationsgestützter Werkzeugentwurf: Qualitätsverbesserung und Verringerung von Mängeln.
• Hybride Werkstoffe: Kombination von Zink mit Polymeren oder Keramiken zur Leistungssteigerung.
• Intelligentes Bauen: In Zinkdruckgussteile eingebettete Sensoren und Elektronik für intelligente Gebäudetechnologien.

Darüber hinaus ist der Trend zur Vorfertigung und zum Bauen außer Haus eine Richtung, die zu den Stärken des Zinkdruckgusses im großen Maßstab passt, hochpräzise Fertigung.

Schlussfolgerung

Zinkdruckguss ist eine wenig genutzte und äußerst wertvolle Technologie für die Bauindustrie. Als solche verfügt sie über ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Präzision, Ästhetik und Nachhaltigkeit, das sie für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet macht, für die ein großes Interesse besteht, von architektonischen Beschlägen über elektrische Gehäuse bis hin zu dekorativen Teilen. Da der Zinkdruckguss sowohl im vergangenen als auch im laufenden Jahr eine so bedeutende Rolle gespielt hat, und angesichts der zunehmenden Bedeutung von Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz in der heutigen Ära der architektonischen Gestaltung und des Bausektors im Allgemeinen, steht es außer Frage, dass der Zinkdruckguss in der Zukunft des Bauwesens eine noch größere Rolle spielen wird. Die Fähigkeit, alle modernen Anforderungen zu erfüllen, ohne Kompromisse bei der Qualität oder den Umweltstandards einzugehen, macht Zinkdruckguss zu einer klugen Wahl für Bauherren, Architekten und Hersteller.

FAQs 

1. Warum ist Zink das richtige Metall für den Druckguss?

Zink eignet sich ideal für den Druckguss, da es ein ausgezeichnetes Fließverhalten, einen niedrigen Schmelzpunkt, eine hohe Festigkeit und eine gute Oberflächengüte aufweist. Außerdem ist es vollständig recycelbar, hat eine natürliche Korrosionsbeständigkeit und ist sowohl kostengünstig als auch umweltfreundlich.

2. In welchen Branchen wird Zinkdruckguss verwendet?

Aufgrund seiner Präzision, Langlebigkeit und Korrosionsbeständigkeit wird Zinkdruckguss häufig in der Automobil-, Elektronik-, Bau- und Haushaltsgeräteindustrie für die Herstellung von Teilen wie Verkleidungen, Gehäusen, Steckern und Beschlägen verwendet.

3. Sind Zinkdruckgussteile recycelbar?

Ja, Zinkdruckgussteile sind recycelbar 100%. Dies ist ökologisch sinnvoll und auch kosteneffizient, da Schrott und defekte Teile umgeschmolzen und wiederverwendet werden können, ohne dass sich die Materialqualität verschlechtert.