Niederdruck als Beispiel für einen nachhaltigen Prozess

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24. Februar 2025

Nachhaltiges Produzieren nimmt einen immer höheren Stellenwert in unserer Gesellschaft ein. Die Gründe dafür sind vielfältig. Maßgeblich sind Auswirkungen, die der Klimawandel mit sich bringt, wie bspw. Unwetterkatastrophen oder der weltweite Temperaturanstieg der Meere.

Lesedauer: min | Bildquelle: Kurtz Holding GmbH & Co. Beteiligungs KG

Nachhaltiges Verfahren für die Automobilindustrie: Niederdruckguss

Auch neue Gesetze, die auf nachhaltiges Wirtschaften ausgelegt sind, geben den Ton für zukünftige Produktionen an. Entwicklungen in Richtung "saubere" Technologien sind erforderlich, werden gefördert und lösen in vielen Branchen frühere Standards ab. Ebenso sind Energieeinsparungen ein wesentlicher Ansporn für Unternehmen, um laufende Kosten zu sparen.

Für die Luftfahrt als auch den Automobil-Sektor spielt das Thema Leichtbau eine wichtige Rolle. Denn ein im Hinblick auf Leichtbau optimiertes Flug- oder Fahrzeug hat einen reduzierten Energie- und Treibstoffbedarf. Aluminiumgussteile haben ein hohes Leichtbaupotenzial. Speziell für den Leichtbau gilt die Forderung: gleiche oder sogar höhere Stabilität der Teile bei reduziertem Gewicht. Dies lässt sich zum einen durch Materialersparnis erreichen oder mit Hilfe der Hohlgusstechnologie durch Umgießen und anschließendem Entkernen von Sandkernen. Die anhaltende Entwicklung hin zur Minimierung des Bauteilgewichtes und damit zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes, treibt diesen Trend noch immer voran.

Niederdruckprozess

Mit dem Kurtz Niederdruckprozess kann ein signifikanter Beitrag zum Einsparen von Ressourcen geleistet werden. Nicht nur dünnwandige Teile von 3 mm oder dünner sind möglich. Auch Teile in Kombination mit Materialanhäufungen und in Verbindung mit hohen mechanischen Eigenschaften und reduziertem Kreislaufmaterial.

Die Schlüsselfaktoren für einen erfolgreichen Guss sind:

Perfekte Formfüllung mittels Niederdrucks
Kühlungstechnologie
Ofentechnologie
Intelligentes und flexibles Maschinendesign

KEY FACTOR Perfekte Formfüllung mittels Niederdrucks

Das Herzstück des Niederdruckprozesses ist die turbulenzfreie Formfüllung. Die Schmelze, welche im Ofen vor Umgebungseinflüssen geschützt ist, wird durch Druckbeaufschlagung des Ofens im Millibar-Bereich bis max. 1 bar über ein Steigrohr in den Formhohlraum, meist eine Kokille, gegossen. Nach der Formfüllung setzt die Randschalenerstarrung ein, wobei zum Dichtspeisen der Speisungsdruck nochmals erhöht wird.

Dies bringt gegenüber anderen Gießverfahren folgende Vorteile:

Saubere Schmelze
Turbulenzarme / freie Formfüllung
Weniger Kreislaufmaterial durch Dichtspeisen
Deutlich bessere Gussqualität

Der Niederdruckprozess gewährleistet eine turbulenzfreie Formfüllung

Im Vergleich zum Schwerkraftguss ist nicht selten eine Ersparnis an Kreislaufmaterial von bis zu 70% möglich (abhängig von der Bauteilgröße), sowie eine höhere Ausbringung an Gussteilen bei zugleich geringerem Ausschuss. Da Luft das teuerste Medium in der Gießerei ist, ist auch hier großes Sparpotenzial vorhanden. Mit der Kurtz Vordrucktechnologie wird der benötigte Luftverbrauch für den Gießprozess auf ein Minimum reduziert und zugleich die Zykluszeit für die Formfüllung durch immer gleichbleibenden Gießstartpunkt optimiert. Der Ofen wird nach einem Abguss nicht komplett entlüftet, was eine Energieeinsparung von ca. 80% bedeutet und gleichzeitig die Zykluszeit bei besserer Schmelze-Qualität reduziert.

KEY FACTOR Kühlungstechnologie

Luft kommt auch bei der Kühlungstechnologie zum Einsatz, wobei die Luftkühlung wegen der geringeren Effizienz und der hohen Kosten mehr und mehr vermieden wird. Stattdessen wird der Fokus vermehrt auf Wasserkühlung gelegt. Die Prozesskühlung soll Temperatur- und oder Zeitgeführt sein, um die Aktivierung der Kühlung nur bei Bedarf zu realisieren. Falsches oder zu starkes Kühlen wird somit verhindert. Um eine gleichbleibende Kühlungsqualität zu gewährleisten, kommen hierfür geregelte und nicht nur gesteuerte Kühlkreisläufe zum Einsatz. Mit dem prozessoptimierten Kühlungskonzept und der gelenkten Erstarrung erreicht man somit ein feinkörniges Gefüge im Gussteil. Die Wasserkühlung bringt nicht nur bessere Gussqualität und kürzere Taktzeiten mit sich, sondern auch eine Einsparung der Energiekosten von ca. 64%.

Die Niederdruckgießmaschine Kurtz AL18-16FSC mit Ofenshuttle

KEY FACTOR Ofentechnologie

Ein weiterer Key Factor ist die richtige Ofentechnologie. Durch den Einsatz von großen und hoch isolierten Tiegelöfen mit einer Fassungskapazität von 600 bis 4.000 kg ist nicht nur langes, kontinuierliches Gießen gewährleistet, sondern auch die Verwendung von Mehrfachsteigrohren dank eines großen Teilkreises. Die Platzierung der Steigrohre kann somit jeweils dort realisiert werden, wo diese für die Formfüllung und Speisung bei großen oder Mehrfachkavitäten benötigt werden.

Komplexe Anschnittsysteme oder auch teure Feeder-Boxen können durch das direkte Anschneiden mittels Steigrohrs vermieden werden. Dies hat zur Folge, dass das Kreislaufmaterial und die nachgelagerten Prozessschritte wie Sägen, Schleifen etc. auf ein Minimum reduziert werden. Der Ofenwechsel erfolgt parallel zur Erstarrung des Gussteils, um eine stabile und gleichbleibende Formtemperatur zu gewährleisten. Anfahrteile, um die Form auf Temperatur zu bekommen, sind somit nicht notwendig.

Die Befüllung und Schmelze-Behandlung der Öfen erfolgt außerhalb der Gießmaschine mittels eines Wechselofenkonzepts, wodurch die Stillstand-Zeit der Maschine auf ein Minimum reduziert wird und der Gesamtanlageneffektivität (OEE) zugutekommt. Durch die bevorzugte Lösung der „In-line“- Befüllung vom Schmelzofen direkt in den Tiegelofen (Gießofen) wird der innerbetriebliche Staplerverkehr deutlich reduziert. Zugleich kann die Schmelze-Temperatur im „In-line“-Schmelzofen um bis zu 40°C reduziert werden, da kein weiterer Zwischentransport nötig ist. Dies wirkt sich positiv hinsichtlich Energieeinsparung aus. Nach dem Befüll-Vorgang wird die Schmelze-Behandlung direkt im Tiegelofen – der zugleich der Gießofen ist – durchgeführt. Hierdurch wird die beste Schmelze-Qualität erreicht. Das Verschließen des Tiegelofens mit dem Steigrohrdeckel führt nicht nur dazu, dass die aufbereitete Schmelze unter einer Art Schutzatmosphäre ist, sondern spart gleichzeitig auch Energiekosten.

KEY FACTOR Intelligentes und flexibles Maschinendesign

Verrippungen ermöglichen Leichtbaukonstruktionen nicht nur bei Gussteilen, sondern auch im Maschinenbau. Die beweglichen Massen werden reduziert. In Kombination mit einer intelligenten Ansteuerung wird maximale Effizienz erreicht. Ganz nach dem Motto „better data – better decisions“, ermöglicht die Maschinensteuerung dem Bediener schnellere Intervention, sowie eine hohe Wirtschaftlichkeit in der Serienfertigung durch steuerbare Prozesse. Im Zusammenspiel mit dem Datenmanagement erfolgt auch das Quality Management für die Dokumentation eines jeden einzelnen Abgusses. Die Erfassung der Daten ist nicht nur die „Geburtsurkunde“ des Gussteils, sondern auch ein Spiegel der Ergebnisse, welche zur Prozessoptimierung verwendet werden. Dieses intelligente Datenhandling ermöglicht es, die Ausschussrate zu verringern und einen höheren OEE zu erzielen.

Die aufgezeigten Vorzüge der Niederdruck-Technologie machen deutlich, dass Niederdruckguss eine sehr gute Lösung darstellt, den Gießprozess nachhaltiger zu gestalten. Produktionskosten werden beim Niederdruckprozess reduziert, eine größtmögliche Flexibilität dabei aufrechterhalten. Nachhaltigkeit macht sich beim Niederdruckguss nicht nur im Geldbeutel durch bspw. die Produktionskosten bemerkbar, sondern schont vor allem Ressourcen wie Energie und Wasser.

Begleiten Sie uns, wenn wir in eine grünere Zukunft starten!