Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Mit zunehmenden Anwendungsgebieten steigt die Bedeutung der Umweltvertr\u00e4glichkeit dieses Verfahrens. Die Entwicklung umweltrelevanter Trennstoffe und Verfahrensoptimierungen sind seit einigen Jahren ein Forschungsschwerpunkt. In wissenschaftlichen Untersuchungen konnten z. B. durch eine Optimierung des Trennstoffauftrages bis zu 20 % gespart und damit auch entsprechend weniger Energie dem Gesamtprozess entzogen werden. Die Energiebilanzierung des Druckgie\u00dfprozesses ist aber bis heute keiner systematischen und umfassenden Betrachtung unterzogen worden. In ersten Untersuchungen des Antragstellers konnten bei den in der Produktion eingesetzten Temperierger\u00e4ten Energieverluste von mehr als 80 % nachgewiesen werden. Bei einer Leistungsaufnahme von 16 kW stellt dies ein erhebliches Einsparungspotential dar.
\nDas Ziel dieses Forschungsvorhabens war daher eine Verminderung des Energiebedarfs bei der Herstellung von Aluminium-Druckgussteilen durch eine Optimierung der Energiebilanz einzelner Komponenten der Druckgie\u00dfanlage. Neben einer quantitativen Erfassung der wichtigsten Energieverbraucher und deren Wirkungsgrade ist die Optimierung der Formtemperierung unter Ber\u00fccksichtigung der komple-xen Wechselwirkung mit dem Gesamtprozess ein Schwerpunkt des Vorhabens.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Erarbeitung einer Energiebilanz des Druckgie\u00df-Prozesses wurde im ersten Schritt der Energieverbrauch von f\u00fcnf Anlage im Produktionsbetrieb erfasst. Parallel zu der Ermittlung des Energieverbrauches im Produktionsbetrieb wurden die systemspezifischen Energieverluste durch Konvektion, Konduktion oder W\u00e4rmestrahlung an der Druckgie\u00dfanlage des ifs erfasst. Aus den Untersuchungsergebnissen konnten Ansatzpunkte f\u00fcr Optimierungsma\u00dfnahmen aufgezeigt werden.
\nUm eine Optimierung des Energiebedarfs der Formtemperierung der jetzigen Systeme zu erreichen, wurden Grundlagen der Str\u00f6mungs- und W\u00e4rmelehre in Verbindung mit den sich aus der Praxis ergebenden Anforderungen korreliert. Die Wirksamkeit ver\u00e4nderter Geometrien im W\u00e4rme-Stoff-\u00dcbergang wurde experimentell untersucht. Eine Verifizierung der umsetzbaren Optimierungsma\u00dfnahmen erfolgte im ersten Schritt in Simulationen und nachfolgend im Gie\u00dfbetrieb. Au\u00dferdem wurden Gie\u00dfversuchen mit innovativen Trennstoffen, die im Gie\u00dfprozess der Form keine W\u00e4rme entziehen, durchgef\u00fchrt.
\nIn Zusammenarbeit mit dem VDG sollen die erarbeiteten Ergebnisse in das zur\u00fcckgezogene und neu zu konzipierende VDG-Merkblatt M 81 \u00fcbernommen werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Ausgehend von einer Energiebilanzierung des Ist-Zustandes im Hause des Antragstellers und der Forschungsgie\u00dferei beim Kooperationspartner sind die wesentlichen Energieverbraucher kritisch bewertet worden. Aus der nachfolgenden thermodynamischen Berechnung der spezifischen Energieverluste der Gie\u00dfzelle durch W\u00e4rmeabstrahlung, Konvektion und Konduktion wurden Verluste von bis zu 39 kWh insbesondere in Bereich der Gie\u00dfform nachgewiesen. Die zur Berechnung notwendigen Rechnungsschritte sind in eine Excel-Tabelle anwenderfreundlich eingearbeitet worden, um den Gie\u00dfereien damit eine \u00dcbersicht der Energiestr\u00f6me und Verluste zu geben. Ans\u00e4tze f\u00fcr Energieeinsparpotentiale liegen auf Grund dieser Ergebnisse in: einer Optimierung der str\u00f6mungsmechanischen Auslegung von Temperierbohrungen, einer Isolation der Gie\u00dfform zu den Aufspannplatten der Druckgie\u00dfanlage und einer Redu-zierung der W\u00e4rmeverluste durch den Trennstoff, die bauteilabh\u00e4ngig mit 0,5 bis 5 kWh erheblich sind.
\nIn Laborversuchen wurden an Modellen verschiedene Ans\u00e4tze zur Beeinflussung des W\u00e4rme\u00fcberganges in Temperierungsbohrungen erfolgreich entwickelt und getestet: Dabei wurden folgende grunds\u00e4tzlichen Ans\u00e4tze verifiziert:
\n\tOptimierung des W\u00e4rme\u00fcbergangskoeffizienten durch Ver\u00e4nderung des Bohrungsdurchmessers
\n\tBeeinflussung des W\u00e4rme\u00fcberganges in Steigbohrungen durch unterschiedliche Eins\u00e4tze
\n\tBeeinflussung des W\u00e4rme\u00fcbergangskoeffizienten durch Einsch\u00fcbe
\nDiese Ergebnisse sind insbesondere f\u00fcr die Konstruktion von neuen Formen wichtig und werden in Form von Leitlinien in ein Merkblatt des VDG einflie\u00dfen.
\nIm abschlie\u00dfenden Praxistest wurden die wichtigsten Ansatzpunkte zur Reduzierung des Energiebedarfs im Bereich der Form \u00fcber eine Simulation und Gie\u00dfversuche verifiziert
\n\tIn einer Simulation konnte bei str\u00f6mungstechnisch optimierter Auslegung der Temperierbohrungen ein Einsparpotential von 2,3 kWh (5%) bei einer Form mit einem Schussgewicht von 1650g theoretisch nachgewiesen werden. Eine Umsetzung in die Praxis des Formenbaus wird durch Ergebnisse der Laborversuche erleichtert, erfordert aber zus\u00e4tzlich die Weiterentwicklung von CAD- und Simulationsprogrammen.
\n\tDurch den Einbau von Isolationsplatten zwischen der festen und beweglichen Formplatte und dem Formenrahmen konnten Einsparpotentiale von 5,5 kWh bei einer Leistungsaufnahme von insgesamt 73,5 kWh erreicht werden. Die Kosten f\u00fcr die Isolationsplatten sind mit ca. 200 \u0080 sehr gering. Weiterer Vorteil der Isolierung war eine Zeiteinsparung von 30 % im Aufheizbetrieb der Gie\u00dfform
\n\tDer Einsatz von trockenen und gasf\u00f6rmigen Trennstoffen f\u00fchrt durch eine Reduzierung der Vorlauftemperatur zu einem Einsparpotential von 4 kWh (10%) bei einer guten Gussqualit\u00e4t und zus\u00e4tzlicher Produktivit\u00e4tssteigerung. Allerdings setzt die Umsetzung eine homogene Temperaturverteilung in der Kavit\u00e4t voraus und kann daher nur bei einfach strukturierten Bauteilen Verwendung finden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
W\u00e4hrend der Bearbeitung des Vorhabens sind folgende Ver\u00f6ffentlichungen und Pr\u00e4sentationen erfolgt:
\n\tVortr\u00e4ge bei den Sitzungen der F\u00f6rdergemeinschaft Druckgie\u00dfforschung am Institut als begleitender Ausschuss in halbj\u00e4hrlichen Abst\u00e4nden.
\n\tVortr\u00e4ge auf den Sitzungen des Fachausschuss Druckguss, VDG
\n\tInternationaler Deutscher Druckgusstag 2005
\n\tTeilaspekt Einfluss der Trennstoffe auf die Schwei\u00dfeignung von Aluminium-Druckguss, Messe Schwei\u00dfen und Schneiden, Innovationsforum, Essen 2005
\nGeplant ist eine Ver\u00f6ffentlichung im Heft 18 der Gie\u00dferei mit den wichtigsten Ergebnissen dieser Forschungsarbeit und eine Pr\u00e4sentation auf der n\u00e4chsten Plenarsitzung des VDG Fachausschusses Druckguss im Fr\u00fchjahr 2007. Eine Fachtagung zu diesem Thema ist am 14. November 2006 im Zentrum f\u00fcr Umweltkommunikation in Vorbereitung.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens erarbeiteten Ergebnisse sind in vielen Punkten schnell und ohne gro\u00dfe Probleme in die gie\u00dftechnische Praxis umsetzbar. Dazu geh\u00f6ren insbesondere der Einsatz von Isolationsplatten und ein optimierter Einsatz von Trennstoffen. Am Beispiel von 5 Gie\u00dfzellen des An-tragstellers wurde ein Einsparpotential von 15%-20% bei zus\u00e4tzlicher Produktivit\u00e4tssteigerung ermit-telt. Eine Verifizierung der Ergebnisse im Langzeittest in der Gie\u00dferei des Antragstellers ist geplant und soll nachfolgend im Fachausschuss Druckguss des VDG vorgestellt werden<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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