Druckgießen Leichte Gießkolbenstange aus Aluminium schlägt Stahlversion

Der Thinking Oktober geht an die Aage Aalener Gesellschaft für Leichtbauteile. Denn das Unternehmen hat eine Leichtbau-Gießkolbenstange geschaffen, die mehr kann, als die üblichen.

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Rhenus Lub GmbH & Co KG

Gutekunst Formfedern GmbH

Leichtbau BW GmbH Landesagentur für Leichtbau

Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg (Leichtbau-BW) präsentiert hier die Innovation, die den Thinking im Oktober 2021 würdig ist: Beim sogenannten Kaltkammer-Druckgießen wird Metallschmelze per Gießkolben in eine Form gedrückt, in der sie dann erstarrt – fertig ist das Bauteil. Der Kolben muss aber mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 50 Metern pro Sekunde bewegt werden, weil die Metallschmelze sonst an Fließfähigkeit einbüßt, heißt es weiter. Die Aage-Experten vergleichen das mit einer Badewanne, die in einer Sekunde gefüllt werden muss. Unterstützt wurde die Entwicklung durch die Oskar Frech GmbH + Co. KG aus Schorndorf, welche die Druckgießmaschine für die Versuche zur Verfügung stellte.

Stoßdämpfende Eigenschaften bringen viele Vorteile ins Druckgießen

Weil die Metallschmelze inkompressibel ist, wie Wasser, muss die kinetische Energie des Gießkolbens dabei blitzschnell abgebaut werden. Denn in dem Augenblick, in dem die Form voll ist, geht es dem Gießkolben, als fahre er voll auf eine Stahlwand, heißt es weiter. In einem Bruchteil einer Millisekunde verzögere das System dabei von 5 Meter pro Sekunde auf null. Bisherige Gegenmaßnahmen nutzen zum Energieabbau die Hydraulik der Maschine und tolerieren die auftretende elastische Verformung der stählernen Gussform, erklärt Prof. Friedrich Klein, Gründer und Geschäftsführer der Aage.

Die mittlerweile patentierte Aluminium-Gießkolbenstange, die im Rahmen eines ZIM-Projektes entwickelt wurde, ist für horizontale Kaltkammer-Druckgießmaschinen ausgelegt.

Das E-Modul der verwendeten Alu-Legierung beziffert sich auf 75.000 Newton pro Quadratmillimeter, was sie im Vergleich zu Stahl (200.000 Newton pro Quadratmillimeter) sehr elastisch macht. Deshalb absorbiert sie den Druckstoß am Ende der Formfüllung, wie Klein erklärt. Ihre Hülse werde dabei höchstens 30 °C warm. Mit der 600 °C warmen Schmelze komme nur der Gießkolben in Berührung. Der Gießkolben wird dabei nur elastisch gestaucht und fungiere wie ein Stoßfänger. Auch die Gussform wird so kaum belastet. Sie bleibt also unbeschädigt und hält länger durch.

Das Kaltkammer-Druckgießen wird materialeffizienter

Die Gussform wird unter diesen Umständen auch nicht mehr überfüllt, was Material einspart. Das Gussbauteil an sich werde leichter und weise weniger Porositäten auf. Die Bauteile können deshalb auch enger toleriert werden. So hergestellt, seien sie mikrometergenau und gratärmer, was den Nacharbeitsaufwand reduziert und die Abfallbeseitigungskosten. Auch die Kräfte für das Auswerfen des Bauteils können geringer angesetzt werden.

Als Beispiel nennt Klein eine Dichtplatte, bei der man so rund 150 Gramm Aluminium pro Formfüllung einspart. Das Bauteil wiegt bei gleicher Funktionsfähigkeit 4 Kilogramm und nicht, wie vorher, 4,15 Kilogramm. Das summiert sich, wenn man bedenkt, dass davon durchaus 100.000 Teile im Jahr gefertigt werden: Rund 15 Tonnen Aluminium sind das im Endeffekt! Das schont auch die Umwelt, denn zur Aluminiumverhüttung werden rund 16 kWh pro Kilogramm aufgewendet. Entsprechend weniger CO₂ wird außerdem emittiert. Generell können solche Bauteile ohne Designänderung durchaus 4 Prozent leichter werden.

Mit fast jeder Druckgießsmaschine kompatibel

In den letzten Jahren wurde das System aus Gießkolben und Gießkolbenstange, seine Abdichtungen und Prozessfähigkeit auch noch verfeinert, Druckgießereien heute durch einen Austausch alle Vorteile der leichten Gießkolbenstange nutzen könnten, denn das System aus Gießkolben und Gießkolbenstange sei problemlos in fast jede Druckgießmaschine implementierbar. Die Anwendung ist dabei branchenunabhängig, denn viele Gussteile finden sich im Automobil- und Maschinenbau. Nach kompetenter Beratung durch die Aage GmbH werden die Komponenten außerdem auf den konkreten Anwendungsfall hin ausgelegt, angepasst und gefertigt.

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