Open Hybrid LabFactory: Niederdruck-Gießanlage

Ansprechpartner:

M. Sc. Robin van der Auwera

Hybridguss und Faserintegration

Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg
c/o Open Hybrid LabFactory e. V.
Hermann-Münch-Str. 2
38440 Wolfsburg, Deutschland

Telefon +49 421 2246-178

M. Sc. Simon Schmidt

Gießereitechnologie und Leichtbau

Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg
c/o Open Hybrid LabFactory e. V.
Hermann-Münch-Str. 2
38440 Wolfsburg, Deutschland

Telefon +49 421 2246-7155

Automatisierte und seriennahe Herstellung von hybriden Verbundbauteilen im Aluminiumguss

Niederdruck-Gussanlage im OHLF-Technikum. — Die Niederdruckgießanlage mit hydraulisch betriebener Schließeinheit und ausfahrbarem Schmelz- und Warmhalteofen dient dem Vergießen von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen. *Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg, Czichy*

Im Zuge aktueller Leichtbauentwicklungen steigt der Bedarf an hochintegrierten Leichtbaustrukturen und neuen Multi-Material-Design-Konzepten. Eine besondere Schlüsselrolle ist die Fügetechnologie für Gussteile mit verschiedenartigen Leichtbauwerkstoffen.

Im Niederdruck-Gießverfahren können Bauteile mit höchsten Anforderungen an die Gussqualität, Gussteil-Komplexität, Werkstoffauswahl und werkstofflichen Eigenschaften hergestellt werden. Im Fokus der Forschung stehen aktuell verschiedenste Technologie-Ansätze. Beispiele sind der Verbundguss zur Integration metallischer Strukturen und Profile (aus Aluminium oder Stahl) direkt in das Gussbauteil, die Kombination der Prozesse Niederdruckguss mit artfremden Ur- oder Umformprozessen (z.B. Blechumformung oder Kunststoffspritzgießen) oder die Herstellung gegossener Rotoren für elektrische Antriebe im Niederdruckguss – eine Technologie, die bisher vom Druckgießverfahren dominiert wird. Die neuartigen Möglichkeiten zum Gießen von Kupfer im Niederdruckguss bieten neue Potenziale zum Herstellen von Komponenten mit hoher thermischer und elektrischer Leifähigkeit – insbesondere für die elektrisch angetriebene Zukunft.

Mit der Niederdruck-Gießanlage in der Open Hybrid LabFactory kann ein automatisierter Gießbetrieb dargestellt werden. Durch die hohe Stückzahlflexibilität ist die Herstellung von Prototypen ebenso möglich wie eine Serienfertigung.

Praxisbeispiel: Angießen von Profilen und Blechen

Niederdruckgießwerkzeug zur Herstellung von Kleinproben zur Charakterisierung von Metall-Metall- Verbundguss. Metallographischer Schliff einer Kleinprobe zur Charakterisierung von Metall-Metall-Verbundguss. — Niederdruckgießwerkzeug zur Herstellung von Kleinproben aus Metall-Metall-Verbundguss und metallographischer Schliff einer Kleinprobe zur Charakterisierung von Metall-Metall-Verbundguss.
*Fraunhofer IFAM*

Aluminiumgussbauteile können direkt mit einem metallischen Profil oder einer Blechstruktur direkt im Herstellungsprozess des Gussbauteils verbunden werden. Dabei wird das Profil oder die Blechstruktur aus beispielsweise einer Aluminiumknetlegierung sowie aus Stahl im Gießwerkzeug positioniert und partiell über die Formhälften gehalten. Die Kavität im Werkzeug ermöglicht dann während des Gießvorgangs einen Teil des Profils oder Blechstruktur mit Schmelze zu umschließen. Dadurch entsteht ein direkter Verbund zwischen Profil/Blech und Gussbereich. Zur sicheren Übertragung von Lasten können Formschlusselemente in die Profil- oder Blechstruktur eingebracht werden. Über diesen technologischen Ansatz lassen sich in nachgeschaltete Fügeprozesse eliminieren, wodurch eine Reduktion von Zeit und Kosten erreicht werden kann. Ebenfalls können durch die Kombination mit Blechstrukturen besonders dünnwandige Strukturen innerhalb der Bauteile erzielt werden, die bei der reinen Umsetzung im Gießprozess, aufgrund der fertigungstechnischen Restriktionen, nicht möglich wären.

Technische Daten:

Verarbeitung von: Aluminium, Magnesium, Kupfer, Gusseisen, Stahl, Salzmischungen
Direkte/indirekte Induktionsheizung im ND-Tiegelofen (bis 1.650°C Heizleistung) mit bis zu 130 kW Schmelzleistung
Tiegelvolumen: 110l
Aufspannfläche Gießtisch:1.200 x 1.200 mm, max. Formhöhe: 1.000 mm
Schließkraft: 60 t

Anwendungsbeispiele:

Ausgezeichnete Bauteilqualität durch langsame, turbulenzarme Formfüllung entgegen der Schwerkraft
Speisung der Bauteile über Steigrohr durch Aufrechterhaltung des Prozessdrucks während der Erstarrung möglich
Hohe Reproduzierbarkeit der Bauteileigenschaften durch gezielt einstellbare Erstarrung der Bauteile von oben nach unten
Einsparung von Energie durch Reduzierung des Kreislaufmaterials gegenüber Schwerkraftguss und damit Erhöhung der Ausbringung
Mit dem Einsatz von Luft- oder Wasserkühlungen kann die Erstarrung der Schmelze gelenkt und die Zykluszeit reduziert werden
Flexibler Einsatz von Kokillen und schneller Kokillenwechsel möglich, schnelle Werkzeug-Bemusterungen und Prototypenherstellung
Entwicklung neuer Produkte und Fertigungsmöglichkeiten für E-Maschinen (z.B. gegossene Spulen, Statorgehäuse, infiltrierte Blechpakete)
Hybride Gussbauteile (Aluminium-FVK, Al-Stahl, Al-AI, AI-Kunststoff)