Mikrosprühen im Druckguss: Potenziale, Produktivität und Umweltbilanz – CHEM-TREND 2023

Nach der Begrüßung und offiziellen Eröffnungsrede durch Darko Tomazic und Joachim Breit, Field Sales Manager von Chem-Trend, folgte ein Vortrag von Dr. Norbert Hoffmann, Geschäftsführer des Leichtmetallzentrums Soltau der Technischen Universität Braunschweig, zur Produktion in der Druckgussindustrie unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit. Dabei beleuchtete Hoffmann die Auswirkungen auf die Lebenszyklusanalyse eines Gussteils bei konventionellem Sprühen, übermäßigem konventionellen Sprühen, Mindermengen-Sprühen und Mikrosprühen.

Der Erfolgsfaktor des Mikrosprühens von HERA™

Im anschließenden Vortrag stellten Darko Tomazic und Albrecht Vogel HERA™ vor, eine innovative Mikrosprühanwendung, die von Chem-Trend entwickelt wurde. HERA™ ermöglicht Gießereien, ihre Trennmittel zu modifizieren, was zu immensen Verbesserungen von Produktivität, Effizienz und Nachhaltigkeit führt. „HERA™ hat einen Einfluss auf die Gefügestruktur der gegossenen Bauteile, hinterlässt wenig Rückstände auf den Oberflächen und ist somit perfekt geeignet für Bauteile, die gefügt oder beschichtet werden“, so Darko Tomazic

„Bei der Umstellung auf Mikrosprühen muss jedoch der Faktor berücksichtigt werden. Denn, wenn die Mitarbeiter davon nicht überzeugt sind, oder den Prozess nicht kennen, wird die Mikrosprühanwendung schwierig umsetzbar sein. Deswegen rät Tomazic dazu, die Mitarbeiter an den Gießmaschinen in die Technologieumstellung mit einzubinden und ausreichend zu schulen, sodass sie ein Verständnis für diesen Prozess bekommen. Aus technischer Sicht ist es wichtig, den Temperaturhaushalt stetig zu kontrollieren. In Kombination mit den passenden Mitarbeiterschulungen ist das der Erfolgsfaktor zum Mikrosprühen von HERA™.

GIGA-CASTING Projekt in Planung: Fünf neue Gießereien für VOLVO

Für Überraschung sorgte der Beitrag von Klaus Hansen, technischer Leiter von VOLVO, der zum Chem-Trend Forum 2023 per Video zugeschaltet war. Daraus ging hervor, dass VOLVO insgesamt fünf neue Gießereien in Schweden, Belgien, der Slowakei und China plant. Beeindruckend ist die Größe der Werke! Die größte der fünf Gießereien entsteht in China, mit einer Länge von sage und schreibe 1,8 Kilometer und einer Schmelzkapazität von 60 Tonnen pro Stunde!

Kosteneinsparpotential durch moderne Hydraulikflüssigkeiten

Eine Einführung in moderne Hydraulikflüssigkeiten bot Tanja Huge, Vertrieb & Technische Beratung im Druckguss von Chem-Trend. Denn die Wahl der Hydraulikflüssigkeit beeinflusst u. a. die Kavitation. Und Kavitation bedeutet in hydraulischen Systemen die Zerstörung von innen, wie zum Beispiel in Schläuchen. Die Lösung liegt lt. Huge deshalb in der Reduktion der Kavitation, einhergehend mit einer besseren Schmierung der fluidführenden Komponenten. In der Vergangenheit wurden HFC-Schmierstoffe genutzt, da sie als feuerbeständig, günstig und biologisch abbaubar gelten. Der Nachteil ist jedoch, dass die wasserbasierten Medien eine geringere Schmierleistung gegenüber HFD-U Medien bieten und gesundheitsgefährdend sind.

In ihrer Präsentation hob Tanja Huge deshalb die Vorteile der wasserfreien, schwer-entflammbaren HFD-U-Hydraulikflüssigkeit hervor. „Mit HFD-U erreichen wir eine Reduzierung von Kavitationsschäden um 80 Prozent. Maschinenstillstände wegen Hydraulikstörungen sind um 74 Prozent reduziert“, so Huge. Zudem ist HFD-U frei von gefährlichen Inhaltsstoffen, bietet exzellenten Korrosionsschutz, ist biologisch abbaubar und weniger aufwändig in der Abwasserbehandlung.

Das zeigte auch der Praxistest, in dem zwei Gießmaschinen jeweils über ein Jahr lang unter den gleichen Gießparametern eingestellt waren. In der Maschine, in der HFC angewendet wurde, zeigten sich bereits nach 14 Monaten Schäden, während in der HFD-U betriebenen Gießmaschine keinerlei Kavitationsschäden festgestellt wurden.

Gleichzeitig wurden monetäre Differenzen sichtbar. Mit der HFD-U betriebene Maschine wurde eine Stromkostenersparnis von ca. 10 Prozent erreicht. Einsparungen sind ein wichtiger Faktor in Zeiten, in denen die Energiepreise auf einem hohen Niveau liegen. „Es gibt einen extremen Kostendruck auf Zulieferbetriebe, da OEMs die Kostenerhöhungen nur bedingt mitgetragen haben“, so Huge.

Wie die Simulation das Mikrosprühen unterstützen kann

Wie die Simulation das Mikrosprühen unterstützen kann, veranschaulichte Dr. Götz Hartmann, Prokurist der MAGMA Gießereitechnologie GmbH. Simulation, das ist stetiges Prüfen, Ausprobieren und Optimieren auf virtuellen Plattformen. Dabei bietet Simulation eine Fülle an unbegrenzten Informationen - vergleichsweise zu Crashtest-Ergebnissen, die nur limitierte Informationen liefern. Hervorzuheben ist, dass Mikrosprühen und Simulation synchron entwickelt werden können. Dabei stellte sich die Frage, inwiefern Simulation mit der Realität übereinstimmt. „Das ist nicht einfach zu beantworten. Wenn ich einen Parameter habe, muss ich fragen: Wie ändert sich das Ergebnis in Abhängigkeit zur Temperatur? Bei Trends würde ich meine Hand ins Feuer legen. Nicht kritiklos, aber mit Verlaub“, so Hartmann. Hartmanns Prognose für die Zukunft: „Was wir möchten, ist eine Bauteil-, Prozess- und Wirtschaftlichkeitsoptimierung durch effiziente Werkzeugoptimierung mit Fokus Mikrosprühen.“

Was die Kolbenschmierung beim Mikro-Sprühprozess können muss

Um die Vorteile der Minimalmengenschmierung beim Kolben ging es im Vortrag von Gerhard Kanzok von der Wieland Caro GmbH. Lt. Kanzok verursacht der Mikro-Sprühprozess weniger Verunreinigung am Bauteil. Zudem läuft der Kolben nicht trocken, sondern permanent in benetzter Füllkammer. Folglich erhöhen sich die Kolben-/Kammerstandzeiten. Durch die Prozessüberwachung lässt sich auch die Wiederholgenauigkeit messen, da die Daten jederzeit abrufbar sind.

ROBAMAT: Leistungsstarke Pumpe und Kühltechnik

Competence in heating, cooling and cleaning – bietet die Firma ROBAMAT aus Österreich. In seinem Vortrag informierte CEO Norbert Obermair über das innovative Mehrkreis-Temperier System zum konturnahen Kühlen in Druckgießformen. „Unsere Geräte verfügen über eine leistungsstarke Pumpe (200 l pro Minute), sowie eine sehr starke Kühltechnik. Durch die Reduktion der thermischen Spannungen innerhalb der Druckgussform reduziert der ROBAMAT die Risiken eines Wasserschusses so weit wie möglich“, erklärt Obermair. Dies geschieht durch die permanente Zirkulation des Wärmeträgers, worin lt. Obermair der Schlüssel des erfolgreichen Druckgusses liegt. Mikromengen-Sprühkonzepte sind somit problemlos möglich und reduzieren die Zykluszeit.

Neue Anforderungen im Druckguss an Peripheriegeräte

Die Bewältigung neuer Herausforderungen im Druckguss durch innovative Peripheriegeräte ist Teil der Philosophie der Fondarex Europe GmbH. In seinem Vortrag betonte Dr. Andreas Mertz, Forschungs- und Entwicklungsingenieur von Fondarex, die Wichtigkeit der Peripheriegeräte. „Es gibt eine starke Tendenz zum Mikrosprühen zur Verringerung von Wärmeverlusten und Temperaturschocks.“ Die neuen Anforderungen im Druckguss sind lt. Mertz lange Fließwege, große Sprengflächen, Wanddicken von 3 bis 5 mm, hohe Füllgeschwindigkeiten sowie eine niedrige Druckspritze am Ende der Formfüllung. Lt. Mertz erfüllt das Vakuumsystem von Fondarex diese Anforderungen durch hohe Absaugvolumina, deren hochdynamische Punktkühlung eine effiziente Kühlung von lokalen Hotspots wie zum Beispiel an Kernen für vorgegossene Bohrungen sowie die Echtzeitdatenübertragung an externe Systeme via OPC-UA. Das Portfolio von Fondarex verfügt ebenfalls über Squeezpin-Einrichtungen. Das ist ein mobiles System zum lokalen Nachverdichten der Schmelze beim Druckgießen mit Warm- und Kaltkammer Druckgießmaschinen. Ein weiteres Thema ist KI. „Eine Datenerfassung ist auch bei Peripherie-Geräten wichtig. Die KI-Auswertung von Druckgießmaschinen ist heutzutage gut, doch es gibt noch eine große Grauzone bei Peripherie-Geräten“, so Mertz.

Mikrosprühen und seine Varianten: Die Wahl des passenden Trennstoffs

Einen direkten Vergleich der Sprühvarianten bot der Vortrag von Joachim Breit, Field Sales Manager von Chem-Trend. Dabei ist wasserbasiertes Mikrosprühen lt. Breit aktuell die beste Lösung auf dem Markt, da es effizienter und formschonender, sowie in sehr geringen Mengen (ml) möglich ist. Dafür ist beim Sprühen ein geringer Druck ausreichend. Beim Mindermengensprühen ist hingegen ein Kompromiss notwendig, da das Trennmittel aus größerer Entfernung und mit höherem Druck aufgetragen wird. Hybridsprühen ist dagegen ineffizient, da der Prozess technologisch aufwändiger und der Energieverbrauch höher ist. „Chem-Trend unterstützt Sie bei der Wahl des passenden Trennstoffs für bessere Produktionsergebnisse und mehr Nachhaltigkeit im Druckguss“, betont Breit zum Abschluss seiner Präsentation.

24 / 7 Verfügbarkeit und 0 Prozent Ausschuss

Last but not least – war der Vortrag von Christian Alexander Hermann, Senior Instructor der Bühler Group. „Der Aufstieg der Federbeinstütze beschleunigte den Bedarf an Strukturteilen im Druckguss. Aluminium hat das Potenzial zur CO₂ Neutralität. Unsere Nachhaltigkeitsziele sind: 80 Prozent weniger Wasser, 50 Prozent weniger Energie, 80 Prozent weniger Ausschuss. Wir arbeiten an der Optimierung der Zykluszeiten, einer 24 / 7 Verfügbarkeit und 0 Prozent Ausschuss.“

Abgeschlossen wurde das Chem-Trend-Forum 2023 durch eine Podiumsdiskussion mit Dr. Götz Hartmann als Moderator. Die Teilnehmer waren Dr. Norbert Hoffmann, Christian Hermann, Klaus Hansen (virtuell) und Darko Tomazic. Dass Mikrosprühen in Zukunft unverzichtbar wird – darin waren sich alle einig.

Diana Engelmann