BREKIGS

Schmelze wird über einen Einguss in eine Kokille eingegossen (Bild: Martin Luck Metallgiesserei GmbH)

Die Gussindustrie produziert Kupfer-Zinn-Blei-Legierungen aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie hoher Schmelzpunkt, gute Fließfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit, weshalb die Nachfrage stark bleibt bzw. ansteigt. Hier ist vor allem der Offshore Bereich und die Verwendung der Werkstoffe in Gleitlagern von Anlagen zur Gewinnung erneuerbarer Energie zu nennen. In der neuen Studie der BDG - Bundesverband der deutschen Gießerei-Industrie e.V. von 2022 „Guss 2035 - Neue Perspektiven für die Gießerei-Industrie"^[1] liegt der Fokus auf Klimaschutz. In diesem Zusammenhang wird eine hohe Anfrage an Gusskomponenten für den Straßenverkehrsbau, den Maschinenbau, die Elektrotechnik, die Bauwirtschaft, die Stahlindustrie, den Schiffsbau, die Medizintechnik, die Schienentechnik und für die Luft- und Raumfahrt prognostiziert.

Projektziel ist die Entwicklung eines neuartigen emissionsarmen, energie- und materialsparenden sowie kompakten Schleudergussverfahrens, dass mit einer KI- und simulationsgestützten Automatisierung für die Observation und optimale Prozessführung gekoppelt wird. Dadurch sollen optimierte Bauteile mit einem möglichst geringen bzw. fast ohne Nachbearbeitungsbedarf entstehen, um den Bedarf der Industrie nach kleinen, komplexen Gussteilen, zu decken. Dabei soll der Bleigehalt auf ein Minimum (von ca. 13-17% (Pb15) auf ca. 6,5-8,5% (Pb10, untere Grenze) reduziert werden. Die Entwicklung der KI erfolgt durch das Institut für Automation & Industrial IT (Pof. Dr. Christian Wolf). Während die Simulationen von dem Institut für Werkstoffanwendung durchgeführt werden (Prof. Dr. Stefan Benke).

Des Weiteren ist die Entwicklung eines Prototyps durch die MLS zur Herstellung von Probegussteilen ein wesentlicher Bestandteil des Projektes. Der Prototyp soll auf den vertikalen Schleuderguss ausgerichtet werden und auf die schnelle, aufeinanderfolgende Herstellung von kleineren Gussteilen spezialisiert sein (ca. bis 25 cm Höhe und 25 cm im Durchmesser). Der neue Prototyp soll die Effizienz signifikant verbessern, um Energie und Rohstoffe zu sparen. Es soll zudem ein energiesparendes Aufheizsystem integriert werden, das über ein Luft-Gasgemisch die Kokille gleichmäßiger erwärmt.

Unerlässlich für den Erfolg dieser Entwicklung ist die Legierungsmodellierung, die die entsprechenden Materialkenndaten für die Prozesssimulation liefert. Die reale Gefügeentwicklung in den verschiedenen Bereichen der Gussstücke muss zudem mit den Ergebnissen der Simulation abgeglichen und zu deren Optimierung und Validierung genutzt werden. Die veränderte Zusammensetzung erfordert ggf. eine Anpassung der Probenpräparation, die für die unverfälschte Gefügecharakterisierung essenziell ist. Die Untersuchung der Abgüsse erfolgt im Labor für Werkstoffe am Institut für Allgemeinen Maschinenbau (Prof. Dr. Danka Katrakova-Krüger).

Die Neuartigkeit des FuE-Projektes besteht in der neuen Entwicklung des automatisierten, vertikalen Schleudergusses im Kleinformat, außerdem in dem modell- und simulationsgestützt ermittelten neuen Zusammensetzung der bleihaltigen Cu-Sn-Legierung (innerhalb der Norm) und den daraus entstehenden hochwertigen kleinen Gussteilen. Die Punkte Ressourcenschonung, durch ein im ersten Guss hochwertiges produziertes Bauteil und die Energieeinsparung durch die Integration des Aufheizsystem und dem Verhindern von Mehrgüssen ist das Resultat der angehenden Entwicklung. Zusätzlich soll die zu entwickelnde Kokillenform eine schnelle Erhitzung begünstigen und den ge­samten Verarbeitungsprozess in seiner Effizienz steigern.

_{[1] http://www.guss.de/guss-2035}

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