Fachartikel

Einsatz dynamischer Gießverfahren bei der Herstellung hoch belasteter Zylinderköpfe
von Christian Oberschelp, Frankfurt/M., Helmut Kirchmeir und Gerhard Huber, Linz, Österreich, Alexander Wagner, Wernigerode, Johann Huber und Peter Stika, Linz, Österreich

Bei der Entwicklung von Zylinderköpfen gilt es, ein breites Anforderungsprofil zu erfüllen. Bestehen hohe Anforderungen an die Duktilität und Thermoschockbeständigkeit, sind Gießverfahren auszuwählen, die das Gießen oxid- und porositätsarmer Gussteile sowie das Einstellen feiner Gefüge auf der Brennraumseite ermöglichen. Faktoren, wie das Bauteildesign, die Bauteilkomplexität, Stückpreise, Mengenvolumen, Werkzeugkosten, Taktzeiten etc., sind ebenfalls bestimmende Faktoren bei der Auswahl von Gießverfahren. Die Gießverfahren Rotacast, NEMAK Dynamic Casting System (NDCS) und Bodenguss sind bei NEMAK seit Jahren erfolgreich im Einsatz und haben, je nach Bauteilanforderung, ihre Anwendungsberechtigung.

Von NEMAK entwickelter Zylinderkopfdemonstrator mit geteiltem Wassermantel, vorgegossenen Druckölkanälen und Ölrückläufen sowie einem integrierten Abgassammler (IEM) (Bild: NEMAK)
Von NEMAK entwickelter Zylinderkopfdemonstrator mit geteiltem Wassermantel, vorgegossenen Druckölkanälen und Ölrückläufen sowie einem integrierten Abgassammler (IEM) (Bild: NEMAK)

Die Potentiale der Gießverfahren bezüglich des Formfüllens und der Erstarrung wurden an einem von NEMAK entwickelten Zylinderkopf-Demonstrator mit integriertem Abgassammler (IEM) für einen 3-Zylinder-Ottomotor untersucht. Grundlage der Untersuchung waren Gieß- und Erstarrungssimulationen, die mit Hilfe der Simulationssoftware Magmasoft durchgeführt wurden. Auf die Auswahl eines Gießverfahrens einflussnehmende Größen, wie Stückpreise, Mengenvolumen, Werkzeugkosten und Taktzeiten, wurden bei dem Vergleich nicht berücksichtigt.

Die Ergebnisse zeigen, dass der vorliegende Demonstrator (Bild) designbedingt Vorteile für das Rotacast-Verfahren aufweist. Es zeigt sich, dass sich insbesondere mit dem Rotacastverfahren geringe Dendritenarmabstände DAS im Bereich des Brennraums einstellen lassen. Die berechneten Dendritenarmabstände ergeben für das Rotacast-Verfahren einen mittleren DAS-Wert von 18 μm. Im NDCS-Verfahren wurde ein DAS-Wert von 21 μm und im Bodengießverfahren von 23 μm ermittelt.

Bei der Simulation für das Bodengießverfahren wurde zusätzlich untersucht, ob eine Erhöhung der Wasserkühlleistung von 300 auf 600 l/h den DAS-Wert weiterhin verringert. Dies war allerdings nicht der Fall. Bei einer Erhöhung der Kühlleistung ist zu beachten, dass das Risiko zur Ausbildung von Kaltläufen und die Gefahr von Harzaufbauten in den Kernmarken zunehmen.

Dipl.-Ing. Christian Oberschelp, Nemak Europe GmbH, Frankfurt/M., Helmut Kirchmeir und Dipl.-Ing. Gerhard Huber, Nemak Linz GmbH, Linz, Österreich, Dr. Alexander Wagner, Nemak Wernigerode GmbH, Wernigerode, Dipl.-Ing. Johann Huber und Dr. Peter Stika, Nemak Linz GmbH, Linz, Österreich


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