Maximale Gestaltungsfreiheit

Innovatives Gießverfahren eröffnet vielfältige Möglichkeiten

Mit einem neu entwickelten Gießverfahren geht die KS HUAYU AluTech GmbH an den Markt. Für die Produktion im neuen chinesischen Werk in Guangde wurde ein Verfahren erarbeitet, das sich besonders für sehr komplexe Motorblockkonstruktionen und Elektromotorengehäuse eignet.

In der Neckarsulmer Versuchsgießerei hat der Prozess inzwischen seine Serienreife erlangt. Die Spezialisten um Entwicklungschef Dr. Christian Klimesch und Prozessingenieur Ludger Urhahn kombinieren dabei die Vorteile verschiedener Gießprozesse. Das Ergebnis sind qualitativ hochwertige, hochbeanspruchbare Zylinderkurbelgehäuse, die zudem in vergleichsweise kurzen Taktzeiten gegossen werden können.

Die neue Hightech-Sandgusslösung wird aktuell bei einem Vier-Zylinder-Reihenmotor mit einer übergossenen Graugussbuchse erprobt. Die eingesetzten Buchsen werden dabei zum Zylinderkopf hin um einige Millimeter übergossen, weil man vermeiden will, dass sich der Fräser bei der anschließenden Bearbeitung durch unterschiedliche Materialien bewegen muss. Diese Bauform ließe sich im klassischen Niederdruck-Kokillenguss nicht realisieren.

Für Klimesch ist der Prozess dennoch kein komplettes Neuland, „denn mit dem gleichen Verfahren werden im chinesischen Werk in Guangde bereits die Elektromotorengehäuse eines batteriebetriebenen Wagens für den chinesischen Markt hergestellt.“ Auch diese Entwicklung stammt aus Neckarsulm und wurde anschließend an den rund 300 Kilometer westlich von Shanghai gelegenen Standort übertragen.

Hohe Anforderungen an den Prozess

Als Herausforderung bei der Weiterentwicklung des Verfahrens für Kurbelgehäuse erwiesen sich unter anderem die hohen Anforderungen an die Positionierung der Buchsen im Sand. Sie müssen im komplett montierten Kernpaket beheizt werden, nachdem sie in kaltem Zustand exakt zwischen den rund 22 Sandkernen des Pakets zentriert wurden. Dabei muss die thermische Ausdehnung der Buchsen berücksichtigt werden.

Außerdem müssen im Bereich des Lagerstuhls, der im späteren Motorbetrieb die Hauptbelastung tragen soll, Kühleisen eingebracht werden. Da man nicht aktiv kühlt wie im Kokillenguss, muss der benötigte Wärmeentzug über die Masse der Kühleisen gesteuert werden. Auf diese Weise erzielt man sehr hohe Festigkeiten bei gleichzeitig großer Dehnung des fertigen Blocks – genau das, was Motorenbauer sich für ihre heutige hochbelastete Motorengeneration wünschen.

Das Ergebnis sind hochwertige, hochbeanspruchbare Zylinderkurbelgehäuse

Nach der Niederdruckfüllung ruht der Block für ein paar Sekunden und wird anschließend unter Druck durch einen Roboter um 180 Grad gedreht. Dieser Druck ist notwendig, um eine Bewegung der Schmelze während der Drehbewegung und daraus resultierende Qualitätsprobleme zu vermeiden.

Weniger Material

„Der große Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es dem Konstrukteur maximale Gestaltungsfreiheit gibt“, erläutert Urhahn. „Es sind beispielsweise Hinterschnittgeometrien und alle Formen von Kanälen darstellbar.“ Hinzu kommt, dass weniger Material zum Einsatz kommen muss und so eine Gewichtseinsparung von drei bis fünf Prozent realisiert werden kann. Aufgrund der äußerst geringen Wärmeleitung von Sand kann man bei gleicher Füllgeschwindigkeit und Temperatur der Schmelze außerdem geringere Wandstärken darstellen als beim Kokillenguss.

Als vorteilhaft erweist sich auch, dass der Niederdruck-Sandguss ein sehr stabiles Verfahren mit vergleichsweise wenigen Variablen ist, wenn man Themen wie die Anbindung des Kernpakets an die Formfüllung im Griff hat. Dazu Klimesch: „Da greift unsere jahrelange Erfahrung und unsere führende Position im Niederdruckguss.

Das Niederdruck-Sandguss-Verfahren läuft sehr stabil und benötigt ein Viertel weniger Zeit als die klassische Methode

Wenn man die entsprechenden Parameter einmal eingestellt hat, ist es wie das Brezelbacken.“ Und wie die Uhr zeigt, ist es auch ähnlich produktiv, denn statt einer Zykluszeit von rund acht Minuten beim Niederdruck-Kokillenguss benötigt das neue Verfahren maximal ein Viertel dieser Zeit.