Niederdruck-Gießverfahren: die aktive Strömungsbremse

Das Unternehmen Fill Maschinenbau hat ein neues Niederdruck-Gießverfahren für Aluminium entwickelt. Aluminiumgussbauteile haben ein hohes Leichtbaupotenzial. Durch neue Verfahren zur Sandform- und Sandkernherstellung nimmt die mögliche Komplexität der Kavitäten und resultierend der Gussteilstrukturen zu. Gebraucht werden diese Bauteile vor allem im Automobilbau – auch nach dem Wandel zur Elektromobilität.

Das neue Verfahren nutzt ein Magnetfeld und Kurzschlussstrom am Steigrohrende direkt vor dem Kokilleneintritt, um die Aluminiumschmelze aktiv zu bremsen. Das Verfahren ermöglicht so einen turbulenzarmen, präzisen Gießprozess. Bisher wurden als eine Art mechanische Strömungsbremse sogenannte Gießsiebe genutzt, die eigentlich dem Zurückhalten von Oxiden dienen. Diese kostenverursachende passive Strömungbremse wird im neuen Niederdruck-Gießverfahren durch ein aktives Eingreifen in die Fließgeschwindigkeit der Schmelze ersetzt.

Das Unternehmen erwartet durch das neue Gießverfahren weniger Ausschuss aufgrund verbesserter Bauteilqualitäten, einen effizienteren Ressourceneinsatz, einen geringeren Hilfsstoffverbrauch (Gießsiebe) und eine optimierbare Regelungstechnik.

Wie funktioniert das neue Niederdruck-Gießverfahren?

Durch das Bewegen eines elektrischen Leiters – in diesem Fall Aluminium durch ein magnetisches Feld – werden in diesem Wirbelströme erzeugt, die durch das gebildete Gegenfeld die Schmelze bremsen. Diese Wirbelstrombremse funktioniert in Abhängigkeit der Geschwindigkeit. Bei zunehmender Strömungsgeschwindigkeit im Steigrohr erhöht sich der Bremseffekt. Wenn sich nun Kavitäten stark im Querschnitt normal zur Füllhöhe ändern, bremst die Magnetbox die Schmelze und es kommt zu einer turbulenzarmen Formfüllung. Dieser Effekt ist selbstregelnd und hat ein hohes Potenzial für die Serienproduktion gleicher oder ähnlicher Gussteile.

Neben der Wirbelstrombremse durch das Magnetfeld, kann quer zu diesem ein Kurzschlussstrom durch die Schmelze geschickt werden. Die zusätzlich aufgeprägte, senkrecht zum Magnetfeld gerichtete Stromdichte verstärkt die auf die Schmelze wirkende bremsende Kraft in erheblichem Ausmaß.

Simulation der neuen Prozessparameter

Auf Basis von OpenFOAM entwickelte das HZDR Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Dr. Vladimir Galindo, Bernd Willers, Dr. Dirk Räbiger und Dr. Sven Eckert) die Implementierung des magnetischen Feldes und des Kurzschlussstromes. Das Bild oben zeigt die Simulation des Gießprozesses in eine zylindrische Kavität: links mit Bremseffekt, rechts ohne Bremseffekt. Durch die Simulation kann eine Optimierung der Prozessparameter durchgeführt werden. Bauteile, die in Füllsimulationen Oxideinschlüsse oder kritische Bereiche zeigen, können mit Hilfe der Simulation optimiert werden. Ziel der Magnetbox ist es, bestehende Produkte zu verbessern und die Qualitätsrate zu steigern. Bei neuen Produkten erlaubt die Simulation des Gießprozesses eine Verbesserung durch virtuelles Testen und so die Ermittlung der optimalen Gießparameter. Problemstellen können dadurch frühzeitig erkannt und durch zusätzliche Möglichkeiten im Prozess gelöst werden.

Die Magnetbox wird aktuell weiterentwickelt, um als Sensor Daten zur tatsächlichen Füllgeschwindigkeit zu liefern. Dadurch soll es zukünftig möglich sein, einen detaillierten Einblick in den tatsächlichen Prozess zu erhalten.

Eine vollausgestattete Niederdruck-Gießmaschine mit Magnetbox steht für Versuchs- und Kleinserienabgüsse bei der Firma SRI d.o.o. in Slowenien (Leiter der Gießerei SRI d.o.o., Silvo Rihtarič) zur Verfügung. Das unabhängige Forschungszentrum Access e.V. (RWTH Aachen) setzt aufgrund der innovativen Technologie ebenfalls auf die Zusammenarbeit mit Fill. Der Fokus liegt dabei auf dem Niederdruckgießen in komplexe Feingussformen.


Quelle und weitere Infos: Fill Maschinenbau

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