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Redaktionsprogramm GIESSEREI Heft 2/2015
Erscheinungstermin: 03. Februar 2015
SPECIAL:
Anzeigenschluss: 16. Januar 2015
GIFA-Messe-Vorschauberichte 2
Zusatzverbreitung:
8. VDI-Tagung „Gießtechnik im Motorenbau, 10.-11. Februar 15, Magdeburg
FILTECH 2015, 24.-26. Februar, Köln
Z 2015, 24.-27. Februar, Leipzig
15. INTERNATIONALER DEUTSCHER DRUCKGUSSTAG 2015, 05. März, Bad Homburg
TECHNOLOGIE UND TRENDS
Beiträge zur Umsetzung von Elektromobilität mit Aluminium
von Andreas Kleine u. a.
Für die Umsetzung von Elektromobilität in einem Personenkraftwagen gibt es kein eindeutiges Konzept. Vielmehr existiert eine Vielzahl an Lösungsmöglichkeiten, die vom Mildhybrid bis hin zum vollelektrisch angetriebenen Fahrzeug
reichen. Diese Situation wirft die Frage auf, welche Bauteile heutiger Fahrzeuge, die mehrheitlich durch einen Verbrennungsmotor ausgetrieben werden, erhalten bleiben und welche Komponenten entfallen, sich verändern oder vollständig neu entstehen. Neben dem Automobilhersteller ist die oben aufgeführte Frage auch für den Werkstoffentwickler und Gießer von großer Bedeutung, da neue Bauteile und deren Anforderungen in vielen Fällen mit werkstoff- und
verfahrenstechnischen Anpassungen oder Veränderungen verbunden sind. Im vorliegenden Artikel wird am Beispiel
eines Radnabenmotors sowie einer Ölwanne für einen Range Extender aufzeigen, welchen Beitrag der Werkstoff
Aluminium sowie das Druckgießverfahren bei der Umsetzung von E-Mobilität leisten können. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass sowohl der hier beschriebene Radnabenmotor als auch der Range Extender Forschungsschwerpunkte der vom Land Sachsen-Anhalt ins Leben gerufenen Landesinitiative ELISA sind. Die Landesinitiative
ELISA hat sich zum Ziel gesetzt, die in Sachsen-Anhalt existierenden Kompetenzen auf dem Gebiet zukünftiger Antriebstechnologien, Energiegewinnung und -speicherung sowie dem Feld des Leichtbaus zu bündeln und weiterzuentwickeln.
Entwicklungsschritte in einer Gießerei – Das Leichtbau-Zylinderkurbelgehäuse trotz Gusseisen
von Horst Henkel und Milan Lampic
Die weltweit erste prozesssichere Herstellung eines echten Leichtbau-Zylinderblocks aus Gusseisen mit Vermiculargrafit (GJV) erfolgte zu Anfang der 1990er Jahre. „Echt“ bezieht sich auf eine 70%ige Reduzierung des Leistungsgewichts. Mit dem klassischen Grauguss wäre es nicht möglich gewesen. Die hervorragende Eigenschaftskombination
des GJV im flüssigen und festen Zustand ermöglichte zudem eine Konstruktion, die den Leichtbauprinzipien sehr entgegen kamen. Das wachsende Wissen über das Eignungspotenzial des jungen Werkstoffes führte dann endlich zur
Realisierung des seit den 1980er Jahren gehegten Wunsches nach „stehendem“ Gießen. Mit der Einführung eines
neuen, auf die Innenkonturen konzentrierten Formenaufbaus ist dies in idealer Weise gelungen. Am Beispiel eines 6Zylinder-Reihenmotorblocks aus Gusseisen mit Vermiculargrafit wird gezeigt, wie durch einen neuen KernFormaufbau in stehender Gießweise das Höchstmaß an Gewichtsreduzierung erzielt werden kann, der üblicherweise
praktizierten Bauweise in Aluminium-Eisen-Verbund sehr nahe kommt, den fehlenden Rest jedoch durch deutlich geringere Kosten bei und deutlich höhere Festigkeit und Steifigkeit mehr als nur Kompensiert. Zentraler Lösungsansatz
ist ein aus vier Einzel kernen montierter Innenkernblock, dessen einstückiger Mittelkern sich als wichtigste Komponente oberhalb des einstückigen Kurbelraumkernes befindet, und die Formgebung bisher unzugänglicher Konturenbereiche bis unter den Boden des in seiner Höhe minimierten Wassermantelkernes übernimmt. Nach außen folgt er der
Gehäusewandung, führt heran an die Zylinderbuchsen, und trennt jegliche Anbindung der Zuganker für die Lagerdeckel und Zylinderkopfverschraubung. Dadurch wird erreicht, dass keine Zug- und Spannungskräfte auf die Laufbüchsen einwirken. Angebunden an die Kopfplatte, und den Wassermantelboden stehen sie im Zylinderkurbelgehäuse frei.
Fortsetzung siehe Rückseite
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Untersuchungen zum Einsatz des klimafreundlichen Schutzgases Novec 612 für Magnesiumschmelzen
von Sebastian Kohstädt u. a.
Die strenger werdenden Forderungen der Gesetzgebung im Hinblick auf die Umweltfreundlichkeit der Fahrzeuge und
deren Produktion sowie das steigende Umweltbewusstsein der Verbraucher verlangen von den Automobilherstellern
Maßnahmen zur Gewichts- und Treibstoffeinsparung. Zugleich darf der geläufige Verbraucherwunsch nach mehr Sicherheit und Fahrkomfort, der wiederum eine Gewichtszunahme bedeutet, nicht vernachlässigt werden. Dies verlangt
von den Automobilherstellern Lösungen, die Fahrzeuge unter Berücksichtigung der Verbraucherwünsche leichter zu
machen und zugleich hinsichtlich der Kosten wettbewerbsfähig zu bleiben. Um dieses zu realisieren stehen dem Konstrukteur verschiedene Leichtbaukonzepte wie Systemleichtbau, Formleichtbau und Stoffleichtbau zur Verfügung.
Wenn von Stoffleichtbau gesprochen wird, so ist auch der Einsatz von Metallen mit geringer Dichte wie Magnesium
und besonders Magnesiumgussteile gemeint. Aufgrund seiner Reaktivität stellt die Magnesiumverarbeitung jedoch im
Vergleich zu anderen Leichtbauwerkstoffen höhere Anforderungen an Gießereien.
Der Wandel einer Druckgießerei von Motor- zu Karosseriestrukturbauteilen
von Andreas Fent u. a.
Seit einigen Jahren steht speziell die Automobilindustrie bezüglich der Reduzierung des CO2-Ausstoßes vor großen
Herausforderungen. Die CO2-Emissionen werden durch unterschiedliche Faktoren beeinflusst. Dazu gehören beispielsweise das Gewicht, die Aerodynamik, die Rollwiderstände und die Effizienz des Antriebes. Durch das Downsizing
der Motoren, um deren Effizienz zu steigern und gleichzeitig das Gewicht zu reduzieren, steigt die Belastung der Motorkernkomponenten drastisch an. Insbesondere die im Druckguss hergestellten Kurbelgehäuse stoßen dabei bzgl.
Festigkeit und geometrischer Freiheit an ihre Grenzen. Neue Konzepte ermöglichen die wirtschaftliche Fertigung im
Niederdruck-Kokillenguss. Gleichzeitig muss das Fahrzeuggewicht deutlich reduziert werden. Dies wird durch den
Einsatz von Mischbaustrukturen aus Stahl, Aluminium und Kunststoffen realisiert. Diese Mischbaustrukturen enthalten
diverse Strukturteile aus Aluminium- und Magnesium-Druckguss. Um diese Strukturteile auf den frei werdenden Gießzellen, die ursprünglich für Motorkernkomponenten wie z. B. Kurbelgehäuse ausgelegt waren, wirtschaftlich fertigen zu
können, sind weitreichende technologische Anpassungen notwendig. Durch die massive Erhöhung der Varianten
nimmt die Bedeutung einer flexiblen Produktion weiter zu. Die Produktkosten müssen durch neue Technologien und
durch neue Prozesse weiter reduziert werden, um gegen die konkurrierenden Fertigungsverfahren wettbewerbsfähig
zu bleiben bzw. zu werden. Unter der Voraussetzung, dass durch neue Technologien das Druckgießen gegenüber
Stahl und Kunststoff wettbewerbsfähig bleibt, werden immer mehr Karosseriestrukturteile in Druckguss hergestellt und
der Verlust der Motorkernkomponenten an konkurrierende Gießverfahren wird somit mehrals kompensiert.
SPEKTRUM
Reduzierung von strömungsbedingten Gussfehlern
von Stephan Giebing u. a.
Formerosion und Entstehung von Reoxidationsprodukten wie zum Beispiel Dross stellen die wesentlichen Gussfehler
dar, deren Ursachen auf ungünstige Strömungsverhältnisse bei der Formfüllung zurückzuführen sind. Durch die Bildung
von Wirbeln und Spritzern wird die Entstehung von Reoxidationsprodukten durch erhöhtes Sauerstoffangebot begünstigen. Die Hauptaufgabe keramischer Filter in Schaumstruktur ist die Abscheidung nichtmetallischer Verunreinigungen
aus der Schmelze. Darüber hinaus wird durch die strömungsberuhigende Wirkung der Filter eine Erosion der Form und
Reoxidation der Schmelze eingeschränkt. Durch den gemeinsamen Einsatz von keramischen Filtern in Schaumstruktur
und eingusskontrollierter Gießsysteme wird unter Beachtung bewährter Querschnittsverhältnisse eine Reduzierung turbulenter Strömung erreicht. Auch unter Berücksichtigung der zuvor genannten Maßgaben ist der Gestaltung von Gießsystemen eine entscheidende Bedeutung beizumessen. Ziel ist es, durch eine geeignete Auslegung des Gieß- und Anschnittsystems eine möglichst ruhige, turbulenzarme Formfüllung während der gesamten Gießzeit aufrechtzuerhalten.
Besonders kritisch sind häufig die ersten Sekunden, wenn das Metall in den Formhohlraum einströmt. Aber auch hohe
Strömungsgeschwindigkeiten über die gesamte Dauer der Formfüllung können zu Gussfehlern führen. An dieser Stelle
werden gießtechnische Maßnahmen zur Reduzierung von strömungs-bedingten Gussfehlern anhand von je einem Fallbeispiel einer Formanlage mit horizontaler sowie einer Formanlage mit vertikaler Formteilung vorgestellt.
Die Produktion von Bremsscheiben – Ist eine Optimierung möglich?
von Michael Colditz u. a.
Jedes Jahr werden neue Rekorde im weltweiten Absatz von Kraftfahrzeugen gemeldet, die aber nicht alle Regionen
der Erde gleichermaßen betreffen. Neben den etablierten Herstellern drängen neue Fahrzeugproduzenten auf den
Weltmarkt, die aus ihren Heimatmärkten heraus exportieren wollen. Zunehmend werden alle Firmen, die Kraftfahrzeuge in den jeweiligen Absatzmärkten fertigen, auch die Zulieferindustrie dazu bringen, ebenfalls lokal zu produzieren. In
den Industrie-staaten gibt es durch die Sättigung der Heimatmärkte freie Produktionskapazitäten. Der Wettbewerb und
Fortsetzung Seite 3
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somit auch der Preisdruck wachsen rasant! Dieser wird an die Zulieferindustrie weitergegeben und verschont auch die
Automobil-Gießereien nicht; speziell die Hersteller von Bremsscheiben und Bremstrommeln werden gezwungen, neue
Strategien zu entwickeln. Der ausgeübte stete Preisdruck auf die Gießereiindustrie ist alles andere als neu. Es ist beachtlich, wie detailliert die Produktion ständig aufs Neue hinterfragt wird und man immer wieder versucht, jeden einzelnen Prozessschritt in der Gießerei zu optimieren. Trotzdem gibt es grundsätzliche Entscheidungen, an denen festgehalten wird, als ob es sich um eine Religion handele. Wer sich einmal für ein Formverfahren entschieden hat, wird sich
davon nicht abbringen lassen. Wahrheiten und Gerüchte über die einzelnen Formverfahren variieren und vermischen
sich oft.
Automobiler Leichtbau mit Strukturteilen aus Druckguss aus der Sicht eines Werkzeugstahlherstellers
von Ingolf Schruff
Die Verpflichtung der Europäischen Union zur Verringerung von Treibhausgasemissionen gibt der Automobilindustrie
vor, bis zum Jahr 2020 die CO2-Emissionen neuer Pkw auf 95 g/km zu reduzieren. Eine direkte Auswirkung auf die
CO2-Emission ergibt sich aus der konsequenten Umsetzung des Leichtbaugedankens. Diese Motivation hat die Verwendung druckgegossener Strukturbauteile aus Leichtmetallen in den vergangenen Jahren stark gefördert. Die
Druckgusstechnologie steht im Wettbewerb zu alternativen Verfahren, z. B. dem Einsatz von Tailored Blanks, beanspruchungsgerecht ausgewählter und zusammengefügter Stahlbleche, oder der Verwendung pressgehärteter hochfester Stahlbleche. Leistungsfähige und störungsarm arbeitende Formen sind eine Grundvoraussetzung dafür, dass
sich Strukturbauteile aus Druckguss in diesem Wettbewerb behaupten. Der besondere Vorteil druckgegossener Strukturbauteile darin, dass die Gussteile mit hoher Präzision nahezu einbaufertig gefertigt werden und im Vergleich zu
gestanzten Schweißkomponenten zahlreiche Fertigungsschritte entfallen.
Selektives Identifizieren
von Detlef Zienert
Mit der Installation eines Ultrahoch-Frequenz Industrial RFID Systems von BALLUFF an einer Montagelinie für Heizkessel, hat die zur Viessmann-Gruppe gehörende Gießerei WESO eine der schwierigsten Aufgaben zur Ermittlung
von OEE Kennzahlen gelöst. „Voraussetzung für den Erfolg war das Know-how der Spezialisten von BALLUFF, die mit
ihrem Power-Scan-Verfahren die Prozessparameter des Lesesystems vor Ort optimal eingestellt haben“, resümiert
Michael Kreide, der bei WESO für das IT-Management zuständige Abteilungsleiter.
Extrem cool – Neue Schaltschrank-Klimatisierung bei Bosch Rexroth
von Hans-Robert Koch
Zu hohe Schaltschranktemperaturen sind nicht selten Ursache für Ausfälle in industriellen Fertigungsprozessen. Besonders betroffen sind Gießereien, wo Extremtemperaturen vorherrschen. Bislang war dies auch in der Sandaufbereitungsanlage der Gießerei von Bosch Rexroth in Lohr am Main der Fall. Beeinträchtigungen der Anlagentechnik und
Leistungsverluste machten den Einsatz neuer Klimalösungen erforderlich. Heute gewährleisten flüssigkeitsbasierte
Kühltechnologien von Rittal hohe Prozesssicherheit und deutliche Kostenminimierung.
UNTERNEHMEN & MÄRKKTE
Ganzheitliche Ansätze zur Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz in der Produk-tion am Beispiel des
Aluminimdruckguss
von Christoph Hermann u. a.
Aus ökonomischen und ökologischen Motiven kommt der bewussten Betrachtung von Energie- und Ressourcenverbräuchen in der Produktion eine immer wichtigere Bedeutung zu. Eine realistische und zielgerichtete Analyse und Ableitung von Effizienzpotentialen verlangt allerdings ein ganzheitliches, systemorientiertes Verständnis, um z. B. Zielkonflikte zu lösen und Problemverschiebungen vermeiden zu können. Dies umfasst z. B. ein erweitertes Prozessverständnis mit allen Eingangs- und Ausgangsgrößen und realistischem Verbrauchs-/Emissionsverhalten sowie die notwendige
Berücksichtigung von Wechselwirkungen mit der technischen Gebäudeausstattung. Im Themenfeld Energie- und
Ressourceneffizienz ergeben sich verschiedene Handlungsfelder: basierend auf einmaliger oder permanenter Datenerfassung, dem Verstehen von Zusammenhängen sowie geeigneten Methoden zur Bewertung und Vorhersage von
Betriebsverhalten (z. B. über energieorientierte Simulation) gilt es letztendlich, Energie- und Ressourcenverbräuche
neben klassischen Zielgrößen (z. B. Auslastung, Durchlaufzeiten/Termintreue, Qualitätsraten) als weitere Dimension in
die betriebliche Entscheidungswelt zu integrieren. Beispiele für ganzheitliche Betrachtungsansätze finden sich in den
BMBF-geförderten Projekten ProGress und EnHiPro. ProGRess (Gestaltung ressourceneffizienter Prozessketten am
Fortsetzung siehe Rückseite
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Beispiel Aluminiumdruckguss, http://www.progress-aluminium.de) fokussierte die Bewertung und Gestaltung der energieintensiven Prozesskette Aluminiumdruckguss hinsichtlich des Energie- sowie des Materialeinsatzes. In EnHiPro
(Energie- und Hilfsstoffoptimierte Produktion, http://www.enhipro.de) lag das Ziel in der notwendigen Integration vonEnergie- und Hilfsstoffverbräuchen in das betriebliche Produktionsmanagement mit besonderem Fokus auf produzierende KMU. Diese wurden auf kontinuierlicher Basis in die Lage versetzt, organisatorische und technische Maßnahmen zur Effizienzsteigerung zu ermitteln und die Auswirkungen zu bewerten.
ae group – Erfolg mit Aluminium-Druckgussteilen
von Robert Piterek
Die ae group ist ein kompetenter Zulieferer der Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie. Von Rohteilen bis hin zu montagefertigen Aluminium-Druckgussteilen und Komponenten liefert die Gießerei Kunden alles, was sie wünschen. Die
Kompetenz und das große fachliche Know-how ermöglichen, außergewöhnlich anspruchsvolle AluminiumDruckgussteile zu gießen und zu bearbeiten.
JAHRESÜBERSICHT
Leichtmetall- , Sand- und Kokillenguss (49. Folge) Teil 2: Magnesiumguss
von Günter Rienaß
REPORT
Dossmann blickt optimistisch in die Zukunft
von Michael Franken, Klaus Bolz
Der Name Dossmann steht seit 1954 für zuverlässigen und hochwertigen Eisenguss im badischen Walldürn-Rippberg.
Für Kunden aus den Bereichen Werkzeugmaschinenbau, Baumaschinen- und Sondermaschinenbau und Windkraftanlagenbau sowie aus der papierverarbeitenden Industrie, der Pumpenindustrie und Antriebstechnik-Produktion fertigen wir komplexe Gussteile in Klein- und Mittelserie.
BERUF & KARRIERE
Heiße Branche – coole Berufe: Schülergießerei Harz macht Lust auf Guss
von Karin Handtke
Die Kleinstadt Wernigerode im Harz – knapp 34.000 Einwohner zählt sie und mehr als zwei Millionen Besucher jährlich. Doch die Region ist mehr als nur ein Touristenmagnet, sie ist auch florierender Industrie- und Wirtschaftsstandort:
Weltweit agierende Automobilzulieferer wie die Gießereibetriebe KSM Castings Wernigerode GmbH oder Nemak
Wernigerode GmbH haben hier ihre hoch entwickelten Produktionsstandorte. Fehlender Nachwuchs und Fachkräftemangel werden zunehmend zum Problem. Um bei jungen Menschen frühzeitig das Interesse für die Arbeit mit dem
heißen Metall zu wecken, wurde hier ein neues, erfolgreiches Projekt ins Leben gerufen: Die Schülergießerei Harz.
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