Mit Niederdruckguss Höchstleistungen erbringen

Mit Niederdruckguss Höchstleistungen erbringen

 

ABP Induction hat für das spezielle Verfahren des Niederdruckgießens ein angepasstes System entwickelt. Das OCN Ofensystem ist die bislang einzige Anlage für den Niederdruck-Stahlguss, die in industrieller Praxis im Dauerbetrieb bewährt ist. Im Aluminium ist dieses Verfahren seit langem bekannt, hier sind Anteile des Kreislaufmaterials von weniger als 50 Prozent des Gussteilgewichts erreichbar – beim Schwerkraftgießen sind es 100 Prozent. Die dadurch freiwerdenden Kapazitäten im Schmelzbereich generieren für die Gießereien wertvolle Einsparpotenziale oder zusätzliche Umsatzpotenziale.

Mit Blick auf den Leichtbau im Automotive Bereich ist gerade der Materialeinsatz interessant: Verbundmaterialien wie CFK und Leichtbaumaterialien wie Aluminium oder Magnesium weisen zwar ein hervorragendes Leichtbaupotenzial auf, beide Materialien haben gegenüber Stahl allerdings zahlreiche Nachteile. Durch die Möglichkeit, Stahl im Niederdruckguss lastgerecht und dünnwandiger herstellen zu können, kann der Werkstoff einen wesentlichen Vorteil ausspielen: In den gängigen und weltweit verfügbaren Verfahren der Endmontage und auch bei Reparaturen ist er einfach zu handhaben. Deswegen lohnt sich der Blick auf die Stahlverarbeitung im Niederdruckguss-Verfahren.

Auch der Umweltfaktor spielt eine Rolle: Durch die verringerten Raten von Kreislauf und Ausschussmaterial sinkt die benötigte Energie pro Kilogramm gutem Guss um bis zu 50 Prozent. Zusätzlich ist durch die geringeren Mengen an Flüssigmaterial und die geringeren Temperaturen weniger Formstoff notwendig, ebenfalls ein wesentlicher Treiber von Energieverbrauch und Kosten.

Unterschiede zum bekannten Schwerkraftgießverfahren

Für die Füllung der Gießform mit Schmelze wird im herkömmlichen Gießverfahren die Schwerkraft benutzt. Die Form an sich weist Öffnungen nach oben auf, damit die sich in der Form befindende Luft beim Füllen entweichen kann. Grundsätzlich ist ein direktes Gießen der Schmelze in die Form möglich, allerdings können auch verschiedene Anschnitt-Systeme genutzt werden. Und: Es kann eine Unterscheidung zwischen der fallenden Formfüllung und der steigenden Formfüllung getroffen werden.

Bei der fallenden Formfüllung fließt die Schmelze von oben in den zu füllenden Raum. Ein Manko: Die Regulierung der Geschwindigkeit und die Beeinflussung der Füllstrecke sind bei dieser Vorgehensweise nicht möglich.

Das ist der signifikante Unterschied zum Niederdruckguss. Hierbei wird die Gießform durch eine pneumatische Druckaufgabe entgegen der Schwerkraft durch ein Steigrohr mit Schmelze gefüllt. Die Gießform „steht“ sozusagen auf dem Steigrohr, welches in der Schmelze eingetaucht ist. Wichtig im Betrieb: Es ist darauf zu achten, dass das gesamte Ofensystem druckdicht abgeschlossen ist.

Was sind die nächsten Schritte? Über ein Ventil kann der Innendruck des Ofens erhöht werden. Das führt dazu, dass die Schmelze entgegen der Schwerkraft das Steigrohr hinaufsteigt. Ist jetzt die Form mit Schmelze aufgefüllt, muss sichergestellt werden, dass die Schwerkraft keinen Effekt auf die eingefüllte Schmelze hat. Im Prozess wird deswegen der Druck des Ofens solange gehalten, bis die Schmelze im Übergang vom Anguss in die Form erstarrt ist. Die Herausforderung ist, dass die Schmelze im Steigrohr wiederum flüssig bleiben soll, denn sie fließt nach dem Druckausgleich zurück in den Tiegel. Zur Sicherstellung, dass die Schmelze im Steigrohr wieder abfließen kann, gibt es heute verschiedene Lösungsansätze, die sich in der Praxis bewährt haben. Denkbar sind Methoden der Wärmeisolierung oder der Beheizung des Steigrohrs. Das Vergießen ist, im Gegensatz zu manuellen Gießverfahren im Stahlguss, vollständig automatisiert. Die Prozessparameter der Temperatur und des Füllstandes im Steigrohr werden dabei immer konstant gehalten. Dadurch ist die Reproduzierbarkeit des Gießprozesses vollständig gewährleistet und sichert den Qualitätsstandard.

Das OCN Ofensystem von ABP Induction

Um eine Anwendung des Niederdruckverfahrens im Stahlguss ermöglichen zu können, hat ABP Induction das OCN Ofensystem entwickelt. Das Ofensystem mit der modernen IGBT-Umrichtertechnik ist für den Stahl-, Eisen- und Nicht-Eisen-Guss konzipiert. Auch die Anwendung für die Herstellung von Bronze- und Kupferbauteilen ist mit den genannten Vorteilen möglich.

Im Niederdruckguss sind Bauteile mit einer Stärke von bis zu 0,8 Millimetern realisiert worden. In der Praxis hat sich der Durchschnitt aktuell bei 1,5 bis 2 Millimetern eingependelt, bei Bauteilen mit einer Länge von bis zu 1,2 Metern. Durch die ABP Drucksteuerung lassen sich entsprechende Gussformen innerhalb weniger Sekunden vollständig füllen, bei richtiger Prozessteuerung ohne die Gefahr von Lunker oder Porenbildung.

Damit ermöglicht der Niederdruckguss komplexe und gewichtsoptimierte Geometrien in einem ähnlichen Maße wie der Feinguss. Dem gegenüber stehen sowohl die signifikant niedrigeren Herstellkosten von Bauteilen im Niederdruckguss, als auch die Möglichkeit, dünnwandige Bauteile in nahezu beliebiger Größe herzustellen.

Der OCN Niederdruck-Gießofen ist nach dem Teapot-Prinzip aufgebaut. Das hat wesentliche Vorteile im Betrieb: Da ist natürlich die Pufferfähigkeit zu nennen. Bewährt haben sich in der Praxis auch die Möglichkeit der Abscheidung mitlaufender Schlackereste im Ofenkessel und das schlackefreie Abgießen, ohne die Gefahr des Einfrierens. Was auch positive Rückmeldungen aus der Praxis mit sich bringt: Durch den Tiegelinduktor lässt sich die OCN schnell vollständig entleeren, z.B. für einen Legierungswechsel. Weiterhin ist der Ofen modular aufgebaut, sodass die einzelnen Elemente am Ende der Feuerfesthaltbarkeit einfach und zeitsparend ausgetauscht werden können und das System hochverfügbar ist.

Weitere Informationen:
Markus Hagedorn, ABP Induction Systems GmbH
Sales Manager Liquid Metals
Phone: +49 231 997 2295
Cell: +49 175 5538500
markus.hagedorn@abpinduction.com