Foundry Colloquium 2014 in Aalen

Wieder kamen über 260 Teilnehmer zum Aalener Gießerei Kolloquium an die Hochschule  Aalen. An insgesamt 22 Ständen zeigten Zulieferer neue Produkte im Rahmen der Fachausstellung. Highlight war sicherlich der von der Fa. Mulfinger zur Verfügung gestellte BMW I3, der eine Menge innovative Leichtmetalldruckgussteile enthält. Das hintere Seitenteil an dem die Karosserie, der Plattformrahmen und die Hinterachse mit dem starken Elektromotor verbunden sind hat dieses Jahr den ersten Platz im Internationalen Druckgusswettbewerb erhalten, in dessen Jury auch Prof. Kallien von der Hochschule vertreten ist. Ebenso ist der zweiteilige Elektromotor aus Druckguss gefertigt, mit dem Gießverfahren das im Gießereilabor der Hochschule im Forschungsmittelpunkt steht. Der erste Refernet kam denn auch von der Fa. BMW. Herr Martin Schübel, der Leiter der konzerneigenen Gießerei in Landshut diskutierte die Motivation für die Elektromobilität und die Entwicklung des BMW I3.  Gerade in den schnell wachsenden Mega-Citys in China ändert sich das Umfeld für die individuelle Mobilität und die Elektromobilität ist eine nachhaltige Antwort auf die sich ändernden Anforderungen – aber nicht die einzige, so Schübel. Durch intelligenten Leichtbau im Bereich des Motors, der Struktur und des Fahrwerks muss das systembedingte Mehrgewicht eines Elektroantriebs mindestens kompensiert werden, denn noch immer gilt, dass der Energieinhalt eines Liters Benzin in Form von elektrischem Strom das 74-fache des Gewichts bedeutet. So besteht der BMW I3 neben den Carbonteilen hauptsächlich aus Aluminium.

„Leichtbau ist in der heutigen Generation geprägt durch intelligenten Multimaterialmix im gesamten Fahrzeug“ so Dr. Marcel Pfitzer von Daimler im zweiten Vortrag. Er referierte  über die Strukturbauteile aus Aluminiumdruckguss in der neuen C-Klasse, die weltweit an vier Standorten gefertigt wird. Dies stellt auch eine besondere Herausforderung an die Entwicklung der 4 Zulieferer dar. Dies bedeutet Sicherstellung des termingerechten weltweiten Anlaufs der neuen C-Klasse mit optimierter Kostenstruktur, Supply Chain und Qualifizierungskonzepten für die Druckgussteile bei vergleichbarer Vorgehensweise und Ergebnissen durch Definition eines gemeinsamen Standards für Prozesse, Werkzeuge, Vorgaben und Prüfungen, nicht nur für die Gießtechnologie sondern auch für die sich anschließende Wärmebehandlung. Dazu gehören ein gemeinsames Verständnis von Normen und Anforderungen ungeachtet der Zeitverschiebung, der Sprache der lokalen Feiertage und der kulturellen Unterschiede. Dieser internationale Produktionsverbund musste Strukturguss in Großserie weltweit verfügbar machen und vier SOPs innerhalb von 7 Monaten verdauen.

Dipl.-Ing. Harald Eibisch sprach über die Sekundäreffekte, die ein leichteres Fahrzeug mit sich bringt, dazu gehören unter anderem ein kleinerer Tank wegen des geringeren Verbrauchs, kleinere Bremsen wegen des kleineren Gewichts und so weiter. Bei AUDI war man mit dem A8 Vorreiter bei der Herstellung von leichten Aluminiumkarosserien. Wie aber kann das Fahrzeug noch leichter gestaltet werden? Ein Ansatz ist die - auch in Aalen erforschte - Verwendung von Salzkernen zur Darstellung hohler Strukturen aus Aluminiumdruckguss. Dies ermöglichte die Verwendung von Teilen mit geringerer Wandstärke bei gleichzeitig erhöhter Steifigkeit. Herr Eibisch untersuchte die Anwendung unterschiedlich hergestellter Salz- und Keramikkerne in der AUDI-Gießerei in Ingolstadt. Seiner Aussage nach sind jedoch die Prozessstabilität und die Wirtschaftlichkeit noch nicht erreicht.

Dr.-Ing. Stuart Wiesner von der Georg Fischer Automotive GmbH referierte danach über AluSiDur eine neue höherfeste Aluminiumlegierung für Strukturbauteile. Die untersuchten Legierungen basieren prinzipiell auf der AlSi10MnMg. Variiert wurden die Anteile an Legierungselementen und die Wärmebehandlung. Untersucht wurden Testgeometrien in Form eines Hutprofils und einer Kugelformprobe als auch drei Strukturbauteile. Gemessen wurden die konventionellen Festigkeiten als auch die Biegewechselfestigkeit, das Impactverhalten im Fallturmtest und das Korrosionsverhalten. Die neue Legierungsfamilie zeigte Rp0,2 Werte von 180 N/mm² bei einer Dehnung von 7 % am Bauteil, wobei bis zu 210 N/mm² möglich sind. Die Wandstärken sind bis zu 1,4 mm gut giessbar und die Kostenneutralität hinsichtlich der Festigkeitssteigerung ist gewährleistet.
 
Dr. Norbert Erhard von der Firma Oskar Frech GmbH & Co KG in Schorndorf referierte danach über die Innovative Maschinentechnologie im Druckguss. Zu den allgemeinen Trends gehören Modulare Maschinenkonzepte, standardisierte Schnittstellen zu Peripheriegeräten, Energieoptimierung bei Antrieben, Öfen und Heiz-/Kühlgeräte sowie die Prozessüberwachung. Schon heute kann man das innovative Frech Gating System bei der Herstellung von Magnesiumteilen einsetzen und erhält  damit enorme Kreislaufeinsparungen. Ein besonderes Highlight ist jedoch die neue Entwicklung auf dem Gebiet des Warmkammergießens von Aluminium. Frech hat hier schon Versuchsreihen durchgeführt und über 2000 Teile mit diesem neuen Ansatz hergestellt.

Nach den Fachvorträgen des ersten Kolloquiumstages wurde den Ausstellern die Möglichkeit gegeben ihre Produkte und Entwicklungen in einer kurzen Präsentation vorzustellen. Dieses Angebot wird hauptsächlich von Herstellern von Peripheriegeräten oder Verbrauchsmaterialien für die Druckgussindustrie genutzt, um Informationen zu Neuentwicklungen direkt an die Interessenten weiterzugeben.
Als Ausklang fand nach dem Veranstaltungsprogramm der traditionelle Giesserabend statt, bei dem das Networking im Vordergrund steht. Darüber hinaus nutzten Studierende der Hochschule den Abend um Kontakte zur Industrie zu knüpfen.

Eine innovative Möglichkeit zur umfassenden Kontrolle des thermischen Haushalts im Druckgießwerkzeug Luca Baraldi von der Firma Motul am zweiten Tag des Kolloquiums vor. Zur Überwachung der Formtemperatur werden zwei Thermokameras eingesetzt,  die jeweils vor und nach dem Sprühzyklus ein Wärmebild beider Formhälften aufzeichnen. Im Vordergrund steht hier die Kontrolle und Optimierung des Sprühprozesses, die zu einer Reduzierung der Zykluszeit und zur Verhinderung von Gussfehlern wie Klebestellen führen kann. Auch die Aufwärmphase und das Anfahren konnte bei einigen Kunden durch das „Total Thermal Vision“ System verkürzt werden, wodurch ein Einsparpotenzial von bis zu 70% entsteht.

Der hohe Energieverbrauch in Gießereien bietet die Ausgangssituation des Vortrags von Timo Stock, der an der Hochschule Aalen in der Arbeitsgruppe von Prof. Schillig an der Energieeffizienz von industriellen Maschinen und Prozessen forscht. Um die Energie, die von der Druckgießmaschine während eines Zyklus verbraucht wird darzustellen wurde der Leistungsverlauf über die Zeit bzw. über die Prozessschritte aufgetragen. Anhand dieser Darstellung wurde die Energie zum Befüllen der Speicherung die Urformenergie, das heißt die Energie während der Formfüllung, welche eine reale und eine ideale Druckgießmaschine benötigt, aufgezeigt. Diese Analyse verdeutlicht, dass nur ein Bruchteil des realen Energieverbrauchs wertschöpfend ist, das heißt, direkt zur Herstellung des Gussteils beiträgt. Einsparpotenziale finden sich darüber hinaus bei der hohen Grundlast, die anfällt sobald eine Maschine eingeschaltet ist.

Einen Überblick über die Struktur- und Fahrwerksteile, die von der Firma Brabant Alucast hergestellt werden gaben Erik Feijen und Andreas Weidler. Der Schwerpunkt des Vortrags lag hierbei auf der Vacural Technologie, die es ermöglicht schweißbare Gussteile mit sehr hohen mechanischen Eigenschaften zu produzieren. Auch die Streuung der Bruchdehnungswerte ist bei diesem Verfahren deutlich geringer als beim vakuumunterstütztem Druckuss. Durch die Anwendung des Vacuralverfahrens konnten beispielsweise die Festigkeitseigenschaften eines Motorradkurbelgehäuses von Ducati so verbessert werden, dass dadurch das Gewichts um drei Kilogramm reduziert werden konnte.

Filippo Voltazza, der Konstruktionsleiter des italienischen Formenbauers Saen s.r.l., referierte in seinem Vortrag über die Möglichkeiten zur Verbesserung der Qualität und zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit des Druckgießprozesses durch Standardisierung in der Konstruktion. Wie diese Standardisierung zu einer Preisreduzierung der Werkzeuge und zu einer Verkürzung der Lieferzeit führen kann wurde anschaulich am Beispiel eines Werkzeugs für ein Lagerschild, das für die Firma Bosch hergestellt wurde, dargestellt. Durch die hohe Variantenvielfalt und die Anpassung der Gussteile an Kundenanforderungen wurde schon bei der Teilekonstruktion eine Modularisierung vorgenommen. Dadurch wird die Standardisierung der Druckgießformkonstruktion deutlich erleichtert. Unabhängig von der Anzahl der Nester in einer Druckgießform wird ein Standardanschnitt verwendet, der an das jeweilige Angusssystem adaptiert werden kann. Durch solche Vereinfachungen können nicht nur die Komplexität gesenkt, sondern auch die Qualität des gesamten Prozesses gesteigert werden.

Die Preisträger des Internationalen Aluminium-Druckguss-Wettbewerbs 2013/2014, die bei der Euroguss 2014 in Nürnberg preisgegeben wurden, wurden von Jörg H. Schäfer vom Gesamtverband der Aluminiumindustrie vorgestellt. Durch diesen Wettbewerb soll die breite Öffentlichkeit auf die Möglichkeiten und den hohen Qualitätstand von Aluminiumdruckguss aufmerksam werden. Die insgesamt 17 eingereichten Gussteile aus Deutschland, Italien, Österreich und der Schweiz wurden von einer siebenköpfigen Jury aus Forschung und Praxis bewertet. Der erste Preis wurde, wie schon erwähnt, für den Hinterachsträger des neuen BMW i3 an BMW in Landshut verliehen.

Nach den Vorträgen aus der Industrie stellten auch die Mitarbeiter des Gießereilabors der Hochschule Aalen ihre aktuellen und neuen Forschungsthemen vor.

Zu Beginn referierte Thomas Weidler über die Entwicklungen im Magnesium Druckguss. Dabei wurde nicht nur der Einsatz verschiedener Magnesiumlegierungen, sondern auch die Verwendung unterschiedlicher Druckgusstechnologien und Wanddickeneinflüsse thematisiert.

Ein Forschungsschwerpunkt, der auch schon von Herrn Eibisch, AUDI Ingolstadt, thematisiert wurde, ist die Herstellung hohler Leichtbauteile durch den Einsatz von Salzkernen im Druckguss. Über die Untersuchungen der thermomechanischen Eigenschaften der Salzkerne referierte Sebastian Momper.

Auf die Qualität eines Gussteils haben unzählige Parameter einen Einfluss. Wie die komplexen Zusammenhänge zwischen Einflussparametern und Gussteilqualität erkannt und nachgewiesen werden können zeigte Martina Winkler durch den Vergleich grundlegender Data-Mining-Ansätze mit statistischen Auswertemethoden auf.

Über die Ergebnisse des Europäischen Forschungsprojekts StaCast, das die Standardisierung von mechanischen Eigenschaften und Gussfehlern von Aluminium-Legierungen zu Ziel hatte, referierte Walter Leis. Die Ergebnisse des Projekts sind nun als ‚technical report‘ der europäischen Norm (EN1706) angehängt.

Als Alternative zu Salzkernen bei der Herstellung hohler Geometrien im Druckguss bietet sich die Gasinjektionstechnik im Aluminiumdruckguss als mögliches Verfahren an. Im Magnesiumdruckguss sollen durch das Einbringen versteifender Kanäle in Strukturbauteilen Leichtbaupotenziale ausgeschöpft werden. Die Schwierigkeiten bei der Adaption dieses Verfahrens auf den Magnesiumwarmkammerdruckguss stellte Marcel Becker in seinem Vortrag vor.

Thomas Feyertag referierte in seinem Vortrag über den Einsatz innovativer Sensorik im Druckgießprozess. In den von ihm präsentierten Versuchen wurden zusätzlich zu den Standardparametern Kolbenweg, Kolbengeschwindigkeit und Maschinendruck weitere Prozessgrößen wie die Beschleunigung des Kolbens, der Schall während der Formfüllung und die von der Schmelze verdrängte Luftmenge gemessen.

Zuletzt stellte Walter Leis einen Vergleich der Kriechvorgänge und der Alterung verschiedener Zinkdruckgusslegierungen an. Im Fokus standen dabei die Legierungen ZA8 und Z410, wobei die Legierung ZA8 eine langsamere Alterung bei größerem Zugfestigkeitsverlust aufweist.

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