Open Days von Bühler Druckguss AG und SCHAUFLER Tooling GmbH & Co. KG

Vertreter vieler namhafter, internationaler Autobauer und Zulieferer haben am 14./15. Februar ein von der Bühler Druckguss AG in Zusammenarbeit mit der Schaufler-Vertreter vieler namhafter, internationaler Autobauer und Zulieferer haben am 14./15. Februar ein von der Bühler Druckguss AG in Zusammenarbeit mit der Schaufler-Tooling GmbH & Co.KG neu entwickeltes Druckgusskonzept für Motorblöcke im Druckguss Center Laichingen begutachtet. Das Konzept verspricht kürzere Zykluszeiten, einfachere und günstigere Formen sowie erhöhte Standzeiten des Wassermantels.

"Höhere Produktivität, geringere Kosten pro Motorblock und weniger CO2-Ausstoß": So beschreibt Siegfried Heinrich, Geschäftsführer von Schaufler Tooling, die wichtigsten Vorteile des neu entwickelten Druckgusskonzepts für Motorblöcke, das während der beiden Tage in der Laichinger Firma vorgestellt wurde.

Das im Druckguss Center Laichingen gemeinsam mit der Bühler Druckguss AG und der Daimler AG entwickelte Verfahren könnte zukünftig die Serienproduktion von Motoren deutlich günstiger gestalten, meint Heinrich. Jedenfalls steht man damit an der Spitze der technischen Entwicklung im Motorenbau.

Ende der 70er des letzten Jahrhunderts wurden erstmals Motorblöcke nicht mehr aus Grauguss, sondern aus Aluminium hergestellt. Ausschlaggebend für diesen Wechsel des Rohmaterials war die Gewichtseinsparung durch die deutlich geringere Dichte von Aluminium - trotz höherer Materialkosten. Seither spielen Leichtmetalle wie Aluminium und vermehrt auch Magnesium im Motorenbau eine immer wichtigere Rolle. Für die Verwendung von Leichtmetallen spricht nicht zuletzt auch die stetig strenger werdende Umweltgesetzgebung. Im Jahre 2006 liefen in Europa erstmals mehr Personenwagen mit Motorblöcken aus Aluminium vom Band als solche mit Grauguss-Motoren.

Vorteile des Aluminiumdruckgiessens
Der Motorblock, in der Fachsprache auch Zylinderkurbelgehäuse genannt, besteht aus den beiden Funktionseinheiten Zylinderblock (oberer Bereich, die Zylinder umschliessend) und Kurbelgehäuse (unterer Bereich, den Kurbelraum umschliessend).
Bei der Herstellung von Motorblöcken aus Aluminium hat sich das Druckgiessverfahren gut bewährt. Es überzeugt durch seine hohe Ausbringung und die Flexibilität in der Bauteilgestaltung. Zudem dürfte das Druckgiessverfahren noch an Attraktivität gewinnen, ist doch das Potenzial des Konstruktionswerkstoffs Aluminium - mindestens bei den Ottomotoren - noch nicht ausgereizt.
Moderne Druckgiessmaschinen mit neuster Echtzeitregelung, wie sie von Bühler hergestellt werden, ermöglichen eine hoch variable Einstellung und Anpassung der Formfüllung. Zudem erlauben sie in Verbindung mit einer Vakuumunterstützung sogar eine festigkeitssteigernde Wärmebehandlung.

Suche nach weiteren Verbesserungen
Im Wissen um die Attraktivität des Druckgiessens haben sich die Schweizer Bühler Druckgiess-Spezialisten zusammen mit ihren Kollegen vom deutschen Formenbauer Schaufler Tooling auf die Suche nach weiteren Verbesserungsmöglichkeiten gemacht. Das Projektteam setzte sich zum Ziel, die noch feststellbaren Nachteile der konventionellen Fertigung auszumerzen und damit den Druckgiessprozess für die Herstellung von Motorblöcken noch wirtschaftlicher zu gestalten.
In einer ersten Analyse wurden folgende Kostentreiber identifiziert und bearbeitet:
- Lange Zykluszeiten
- Schwere, grosse Formen
- Hoher Verschleiss der Kühlwassermantel-Einsätze
- Lange Produktionsunterbrüche aufgrund
- aufwendiger Formwartung (z.B. mühsame Demontage der beweglichen Formhälfte für den Wassermantelwechsel)
- häufigen Hinterspritzens von Schieberführungen
- häufigen Formleckagen
- häufigem Abbrechens von Auswerferstiften
- unkontrollierte Formheiz- und -Kühlsysteme

Basierend auf dieser Analyse und den Erfahrungen, welche Bühler mit mittlerweile über 30 gelieferten Druckgussanlagen für Motorblöcke und die Firma Schaufler Tooling mit der Lieferung von mehreren Motorblockformen hatten sammeln können, wurden zwei neue, kostenoptimierte Motorblockkonzepte für die Herstellung von Reihen- und V-Motoren entwickelt. Beide Konzepte sind inzwischen patentiert.

Formen- und Maschinenbau
Der Unterschied zwischen Reihen- und V-Motor besteht in der Anordnung der Zylinder. Während beim Reihenmotor die Zylinder in einer Reihe angeordnet sind, stehen sie beim V-Motor in zwei Reihen unter einem bestimmten Winkel zueinander versetzt.
Das Revolutionäre an den beiden neuen Bühler Konzepten ist, dass dabei erstmals modernste Formenbau- und Maschinenbautechnologie verschmelzen und in diesem Verbund eine wirtschaftlich optimale Produktionslösung für die Herstellung von Motorblöcken dargestellt wird. So ermöglicht das Konzept zum Beispiel, dass der Wassermantel- und Pinolenschieber (Konturschieber) bereits nach einer Teilerstarrungszeit einen gewissen Hub gezogen und somit der Wärmeeintrag vom Aluminium in den Wassermantel reduziert werden kann. Dadurch wird die Standzeit des Wassermantels deutlich erhöht.

Konstruktive Verbesserungen
Weiter wurden im Projektteam diverse konstruktive Massnahmen am Werkzeug umgesetzt, welche sich positiv auf die Verfügbarkeit des Werkzeugs und damit positiv auf den Nutzungsgrad der Giesszelle auswirken. So wurden zum Beispiel die Konturschieber so konstruiert, dass sie problemlos auf der Maschine innerhalb kürzester Zeit ausgewechselt werden können. Ein spezielles Verriegelungskonzept hat eine um bis zu 50% reduzierte Durchbiegung der Aussenschieber zur Folge, was sich wiederum positiv auf das Hinterspritzen der Schieber mit flüssigem Aluminium und die Masshaltigkeit der Motorblöcke auswirkt. Eine neue Technik für das Abdichten der Kühlbohrungen reduziert die Leckageanfälligkeit, und ein Konzept, welches beim Reihenmotor ohne Auswerfer auskommt, verhindert zusätzlich Produktionsstillstände.

Maschine übernimmt Werkzeugfunktionen
Ein grosses Problem bei der konventionellen Motorblockproduktion sind die sehr massiven, grossen und damit teuren Werkzeuge. Da beim neuen Bühler Konzept die Maschine gewisse Funktionen des konventionellen Werkzeugs übernimmt, werden bei neuen Formen zukünftig keine Auswerferkästen und Auswerfertische mehr benötigt. Mit dieser und weiteren, das Gewicht einschränkenden Optimierungen können die Werkzeugkosten bei V-Motor-Formen um 25% und bei Reihenmotorformen um 10% reduziert werden.
Zu guter Letzt verbessern die neuen Konzepte auch die Produktivität deutlich. Ein optimiertes Temperierkonzept, das neu entwickelte Sprühsystem «Flextool» der Firma Acheson sowie synchronisierte Maschinenbewegungen, mit den beide Formhälften gleichzeitig gesprüht werden können, sparen wertvolle Sekunden ein. Die Zykluszeit kann je nach Gewicht des Rohlings um 10 bis 20% reduziert werden.
Die Bauhöhe der Gussformen insgesamt reduziert sich von 2,15 auf 1,4 Meter und das Gewicht dieser Formen geht von 70 Tonnen und mehr auf 40 bis 45 Tonnen zurück. Kein Wunder also, dass Vertreter von Autobauern auch aus den USA und Japan nach Laichingen kamen.
Seit rund zwei Jahren beschäftigt sich eine achtköpfige Projektgruppe der zwei Firmen Schaufler und Bühler mit dem jetzt vorgestellten Gusskonzept, immer wieder stießen auch Experten der Daimler AG dazu.

Testphase
Zusammen mit Schaufler Tooling hat Bühler das Konzept bereits Anfang 2006 bei diversen renommierten Motorblockproduzenten präsentiert und daraus Projekte lanciert, welche bereits teilweise umgesetzt werden konnten.

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