Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Weltweit werden bis zu rund 4 Mio. t\/a Leichtmetalllegierungen zu R\u00e4dern verarbeitet. Leichtmetallr\u00e4der werden heute fast ausschlie\u00dflich mit dem Niederdruck-Kokillengussverfahren hergestellt. Eine langsame Formf\u00fcllung und lange Erstarrungszeiten sorgen dabei f\u00fcr ein grobes Gef\u00fcge. Technologische Defizite (minimal erreichbare Wandst\u00e4rken, Festigkeitseigenschaften) m\u00fcssen durch Zerspanungsprozesse und anschlie\u00dfende W\u00e4rmebehandlung ausgeglichen werden. Aufgrund der hohen Anforderungen f\u00fcr R\u00e4der im Automotive-Bereich (u.a. hinsichtlich Zugfestigkeit oder Dehnung) kann in der R\u00e4derproduktion im Niederdruckguss kein Recyclingmaterial eingesetzt werden. Es wird lediglich max. 30 % – 50 % vom Gussgewicht als direktes Kreislaufmaterial gereinigt und wieder aufgeschmolzen. Beim Niederdruckguss fallen in der Nachbearbeitung bisher verfahrensbedingt ausschlie\u00dflich Sp\u00e4ne (von bis zu 50 %), und damit minderwertiges verunreinigtes Sekund\u00e4rmaterial, an.
\nBeim TURBU-DRUCK-GIESSEN wird verfahrensbedingt nahezu konturnah gegossen und es f\u00e4llt somit \u00fcberwiegend h\u00f6herwertiges Sekund\u00e4rmaterial (Anguss und \u00dcberl\u00e4ufe mit 25 %) an. Dieses h\u00f6herwertige Sekund\u00e4rmaterial besteht aus einem St\u00fcck und ist frei von Schmiermitteln, sodass ein Wiederaufschmelzen mit einem sehr hohen Wirkungsgrad realisiert werden kann.
\nZiel des Vorhabens war es, das Sekund\u00e4rmaterial vollst\u00e4ndig wieder aufzuschmelzen und zus\u00e4tzlich 100 % Recyclingmaterial f\u00fcr die Herstellung von R\u00e4dern im TURBU-DRUCK-Gussverfahren zu verwenden. Um dies bei sicherheitsrelevanten Bauteilen wie Leichtmetallr\u00e4dern mit einem hohen Anspruch an Qualit\u00e4t in Kombination mit der Verfahrenskomplexit\u00e4t sicherstellen zu k\u00f6nnen, bedarf es einer genauen \u00dcberwachung aller hierf\u00fcr relevanten Einflussparameter. Daher verfolgte das Projekt auch das Ziel der ganzheitlichen Qualit\u00e4tskontrolle bereits beim Gie\u00dfen. Mit dieser Transparenz soll gezielt gegengesteuert werden, um den Ausschuss zu minimieren. Je fr\u00fcher innerhalb der Wertsch\u00f6pfungskette ein Abweichen der Einflussparameter zu erkennen ist, umso weniger Ausschuss entsteht.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm ersten Teil wurden die Einflussfaktoren auf Basis von Expertenwissen sowohl auf der Legierungsseite als auch auf der Verfahrensseite erarbeitet und je nach Einfluss auf das Gesamtergebnis untergliedert und priorisiert. So wurden beispielsweise bei der Legierung sowohl die Legierungsbestandteile als auch die Spurenelemente untersucht und bewertet. Neben der Bewertung der Zugfestigkeit und Dehnung wurde auch der Einfluss auf Biegewechselfestigkeit und Steifigkeit bewertet, da diese Einflussfaktoren wesentlich f\u00fcr die Erf\u00fcllung der Anforderungen der Anwender sind. Nachdem alle Grundlagen, Voruntersuchungen und Bewertungen auf der Materialseite ausgewertet waren, wurden diese unter wirtschaftlich realisierbaren Bedingungen gewichtet und festgelegt.<\/p>\n
Nach Abw\u00e4gung aller Einflussgr\u00f6\u00dfen wurden dann weitergehende Untersuchungen am Gussteil durchgef\u00fchrt, um diese Thesen auf Basis von Expertenwissen und Materialpr\u00fcfungen zu validieren. Des Weiteren wurde auch hierbei ber\u00fccksichtigt, was prozessseitig unter Serienbedingungen wirtschaftlich realisierbar ist. Hierbei wurde festgestellt, dass bereits bei der Aufbereitung der Schmelze (Oxidbildung), bei der Bereitstellung (Umsch\u00fctten\/Ruhen vor dem Abgie\u00dfen) und dem Abguss (Vorerstarrung\/turbulenzarmes Gie\u00dfen) bis zur vollst\u00e4ndigen Erstarrung (Abschreckrate und Polymere) sehr viele Einflussgr\u00f6\u00dfen das Gesamtergebnis beeinflussen. F\u00fcr diese Einflussparameter wurden Kategorien festgelegt und mit Gewichtung bewertet.
\nDurch die komplexe Belastung der Leichtmetallr\u00e4der im Fahrbetrieb sind viele Pr\u00fcfstandsversuche notwendig, um die Einfl\u00fcsse aller materialseitigen Bestandteile (prim\u00e4r, sekund\u00e4r und recycelt) und auch der verfahrensseitigen Einflussparameter zur optimalen, ressourcenschonenden Felgenherstellung festzulegen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
In Summe wurde nachgewiesen, dass es mit dem TURBU-DRUCK-GIESSEN, einem druckbeaufschlagten, turbulenzarmen Gie\u00dfprozess f\u00fcr Leichtmetall-Legierungen erstmals m\u00f6glich wird, komplexe Bauteile mit unterschiedlichen Wandst\u00e4rken produktnah zu gie\u00dfen. Der Prozess kann mit 100 % Recyclingmaterial und minimalem Ausschuss umgesetzt werden. Der Umweltentlastungseffekt betr\u00e4gt beim Rohmaterial bis zu – 40 % und beim Energieverbrauch bis zu – 50 %. Die Verk\u00fcrzung der Prozesskette bei der Nachbehandlung (Zerspanung, W\u00e4rmebehandlung) f\u00fchrt zu weiteren Vorteilen. Der Prozess verzichtet auf die Energiebereitstellung durch Gas und unterst\u00fctzt damit die Decarbonisierung in dieser Branche.<\/p>\n
Bei allen Gie\u00dfversuchen innerhalb des Projekts wurden Leichtmetallr\u00e4der in unterschiedlichen Ausf\u00fchrungen erzeugt und auf den Pr\u00fcfst\u00e4nden im direkten Vergleich zum Stra\u00dfeneinsatz verifiziert. Die auf den Pr\u00fcfst\u00e4nden erzeugten Testergebnisse wurden anschlie\u00dfend bewertet, sodass nun die Materialspezifikationen und deren Einflussgr\u00f6\u00dfen vorliegen und f\u00fcr den Anwendungsfall TURBU-DRUCK-GIESSEN als Serienprozess verwendet werden k\u00f6nnen. Die unterschiedlichen Gussteile und die damit erzielten Ergebnisse auf den Pr\u00fcfst\u00e4nden innerhalb des F\u00f6rderprojektes waren zielf\u00fchrend und zeigten das enorme Potenzial dieses Verfahrens gerade beim ersten Produktansatz – dem Leichtmetallrad – auf. Dies gilt sowohl f\u00fcr den Einsatz von bis zu 100 % Recyclingmaterial als auch f\u00fcr die Prozessparameter, um auch in der Serienfertigung ein ganzheitliches Optimum umzusetzen. Diese Erkenntnisse sind direkt in die Konstruktion eingeflossen und werden zuk\u00fcnftig in Serienprozessen ber\u00fccksichtigt.<\/p>\n
Ein enormer Vorteil gegen\u00fcber dem Niederdruckgie\u00dfen ist, dass es nun m\u00f6glich ist, bereits zu Beginn der Wertsch\u00f6pfungskette die wesentlichen Einflussparameter zu \u00fcberwachen und gegebenenfalls gegenzusteuern, sodass sich alle bauteilspezifischen Parameter innerhalb ihrer Grenzen bewegen, um Ausschuss zu minimieren.<\/p>\n
Nach div. Machbarkeitsstudien gibt es nun zeitnah erste Fahrzeuge von namhaften Automobilherstellern, die mit Leichtmetallr\u00e4dern ausgestattet werden, die mit dieser Technologie produziert werden. Aus \u00f6kologischer und wirtschaftlicher Sicht sind damit enorme Vorteile verbunden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Zus\u00e4tzlich zu den direkten Ansprachen von Anwendern in der Automobilindustrie wird der Prozess \u00fcber soziale Medien national und international bekannt gemacht.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Bereits in 2025 und 2026 sollen die ersten Serien umgesetzt werden. Ebenfalls sagen Fahrzeughersteller, dass langfristig Niederdruckguss komplett durch TURBU-DRUCK-GUSS ersetzt werden soll.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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