Fachartikel

Prozessoptimierung im Druckgießverfahren
von Nancy Gerth, Andreas Fischer, Ingolf Hamann und Helfried Sauer, Dohna, Bernhard Müller, Thomas Rädel, Mathias Gebauer und Thomas Töppel, Dresden

Im Premiumsegment der Motorenklassen bringt die AUDI AG mit dem neuen 4.0 l-V8-TFSI-Motor nicht nur Fahrspaß auf die Straße, sondern auch ein umweltfreundliches Hochleistungsaggregat auf den Markt. Um den hohen Ansprüchen an Gewicht, Leistung und Emissionsverhalten gerecht zu werden, liefern auch Leichtbaukomponenten wie Gussteile aus Aluminium hierbei einen bedeutenden Beitrag. Die zunehmende Komplexität der Bauteile stellt eine große Herausforderung für die Druckgießindustrie dar, da komplizierte Bauteile zunächst zu Nachteilen in der Produktqualität und hinsichtlich der Herstellungskosten führen können. Um die Wirtschaftlichkeit der Gussteile zu sichern, sind oftmals neue Wege im Entwicklungs- und Fertigungsprozess zu gehen.

In der Druckgießform verbauter, Laserstrahl geschmolzener Werkzeugeinsatz unter Produktionsbedingungen.
Bild: In der Druckgießform verbauter, Laserstrahl geschmolzener Werkzeugeinsatz unter Produktionsbedingungen. (Foto: DGH Group)


Für den 4.0 l-V8-TFSI-Motor ist an dieser Stelle exemplarisch die Lagertraverse anzuführen (Bedplate). Das Bauteil wird im Druckgießverfahren in der Legierung EN AC-Al Si9Cu3(Fe) hergestellt. Die Lagertraverse stellt das Unterteil des Zylinderkurbelgehäuses dar und beinhaltet eingegossene Kurbelwellenlagerdeckel aus EN-GJS (Gusseisen mit Kugelgraphit). Im herkömmlichen Druckgießverfahren hergestellt, kann das Bauteil nur schwer die anspruchsvollen Qualitätskriterien des Premiumsegments erfüllen. Im Rahmen einer prozessorientierten Betrachtungsweise wurden in mehreren Schritten der Prozesskette erfolgreich Optimierungen durchgeführt, sodass die Produktqualität der Lagertraverse kontinuierlich gesteigert werden konnte.  Dennoch stellt das Hauptproblem im Druckgießverfahren – das Auftreten von Porosität – ein zentrales Ausschussthema dar, wie in den Betrachtungen des Bedplates nachgewiesen werden konnte.

In mehreren Optimierungsschleifen konnten sowohl die Temperierung des Werkzeugeinsatzes angepasst als auch Prozessparameter infolge einer neu eingesetzten Technologie angeglichen werden. Durch die Anwendung der konturnahen Kühlung konnten der Porositätsanteil im Bereich Ölfiltertopf deutlich reduziert und weitere prozessrelevante Parameter wie die Zykluszeit gesenkt werden. Der wesentliche Ausschussfaktor wurde minimiert, wodurch eine Reduzierung der Herstellungskosten herbeigeführt werden konnte.

Dipl.-Ing. Nancy Gerth, Andreas Fischer, Dipl.-Ing. (FH) Ingolf Hamann, Dipl.-Ing. (FH) Helfried Sauer, DGH-Group Druckguss Heidenau GmbH, Dohna, Dr.-Ing. Bernhard Müller, Dipl.-Ing. Thomas Rädel, Dipl.-Ing. (FH) Mathias Gebauer, Dipl.-Wi.-Ing. (FH) Thomas Töppel, Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Dresden


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