Ein produktives Gießverfahren für Automobilkomponenten

Ein produktives Gießverfahren
für Automobilkomponenten
A productive casting process for automobile components
Der überwiegende Anteil an Aluminiumprodukten (in Deutschland
43%) geht in den Verkehrssektor.
Dort wiederum dominiert Aluminiumguss mit ca. 75%. Es liegt mithin nahe, Rationalisierungspotenziale im Gießereibereich mit besonderem Nachdruck aufzuspüren.
Der überwiegende Teil von gegossenen Motorenkomponenten
aus Aluminium wird heute weltweit in metallischen Dauerformen
hergestellt. Deren Vorteile sind vor
allem der günstige Einfluss der
Metallform auf den Erstarrungsvorgang bzw. auf die Gefügeausbildung, weiterhin die hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte
sowie die Fertigungstiefe der Teile, welche Nacharbeiten weitgehend reduziert. Dem stehen allerdings konstruktive Einschränkungen bei der Formgebung gegenüber. Vor allem aber sind Metallkokillen teuer.
Diese Nachteile versuchte man
mit modifizierten Sandgussverfahren mit verlorenen Formen zu
umgehen. Dabei hat sich vor allem
das bei der damaligen VAW Aluminium AG entwickelte Kernpaketverfahren durchgesetzt, das
heute in steigendem Maße für Motorblöcke und Zylinderköpfe verwendet wird – neuerdings auch,
und zwar mit gutem Erfolg, bei
Dieselmotoren.
Dass sich automatische Grünsandformanlagen (mit denen weit
über 200 Formen je Stunde hergestellt werden können) für diese
Anwendung
zunächst
nicht
durchsetzen konnten, liegt vor allem daran, dass sich mit der klassischen
Formfüllung
durch
Schwedische Gießereifachleute vor
der Versuchsanlage im Hause hws
in Bad Laasphe
Swedish foundry specialists by the
experimental unit at hws in
Bad Laasphe
Als gegen Ende 2005 eine Gruppe schwedischer Gießereifachleute die Firma hws in Bad Laasphe
- führender Hersteller kastengebundener Formanlagen - besuchte, galt das Interesse vor allem
dem neuen MPS-Verfahren. MPS
(Multi Pouring System) bezeichnet eine neue Anlagentechnik
zum automatisierten Sandguss
von Großserien, wie sie in der
Automobilindustrie zunehmend
gefragt sind. Inzwischen hat dieses Verfahren seine Praxistauglichkeit mehrfach unter Beweis
gestellt.
When a group of Swedish foundry specialists visited the company hws – a leading manufacturer
of box-type moulding machines –
in Bad Laasphe towards the end
of 2005, the new MPS process
attracted particular interest. MPS
(Multi Pouring System) is the
name of a new plant technique
for the automated sand casting of
large series, as increasingly
called for in the automobile industry. Since its inception the
process has many times demonstrated its suitability for industrial use.
The preponderant fraction of aluminium products (43% in Germany) go to the transport sector.
There, in turn, aluminium castings
are dominant, with around 75%.
Consequently it makes sense to
make the most of rationalisation
potentials in the foundry sector.
All over the world today, most
aluminium cast engine components are produced in permanent
metallic moulds. Their advantages
are above all the favourable influence of the metal mould on the solidification process and the structure produced, the good dimensional accuracy and surface quality, and the production depth of the
components which largely reduces
the need for subsequent finishing
work. However, these advantages
are offset by certain design limitations in the shaping of the moulds.
Above all, moreover, metal moulds
are expensive.
Attempts have been made to circumvent those drawbacks with
modified sand casting methods in
which the moulds are lost. Among
these the most successful has been
the core pack process developed by
the former VAW Aluminium AG,
which is today used increasingly
for engine blocks and cylinder
heads – and more recently for diesel engines too, and successfully
so.
The fact that automatic green
sand moulding machines (with
which many more than 200
moulds per hour can be produced)
did not at first become established
for this application, is mainly because classical mould filling by
gravity can no longer satisfy all the
quality parameters demanded. Accordingly, in the second half of the
1990s hws took up the challenge
of combining the ideal mould filling attainable by the low-pressure
casting process with the advantages of automatic moulding machines.
In low-pressure casting a riser
tube is immersed in a closed, pressure-tight casting furnace, under
the oxide layer and into the clean
melt. When pressure is admitted
into the furnace, the melt is pushed
upwards into the mould. The filling process takes place very quietly and, by regulating the pressure,
can be controlled and reproduced
precisely – ideal conditions. The
disadvantage, however, is that after every filling process there is a
waiting time while the melt in the
inlet riser solidifies. The resultant
cycle times are not acceptable for
high-performance
automatic
moulding machines.
Accordingly, the special process
development task consisted in developing a suitable sealing method
for the inlet riser such that immediately after the filling process, the
mould can be moved on and replaced by the next one.
For this, an amazingly simple
method was found: through the
back of the mould an opening
is bored as far as shortly before
the riser. As soon as the mould
has filled, a pneumatically or hydraulically actuated cylinder
presses the remaining mould material – like a plug – into the riser. When the riser is squeezed, the
furnace can be vented immediately without the liquid content of the
mould running back down into the
furnace. A ceramic filter ensues
that when the seal is formed, no
crumbling sand can fall back into
the furnace. The full mould can be
moved on at once and the required
short cycle time is therefore
achieved.
Gegossene
Bauteile aus
Aluminium
Cast aluminium
components
Schwerkraft nicht mehr alle Qualitätsparameter erfüllen lassen. Bei
hws sah man sich deshalb in der
zweiten Hälfte der neunziger Jahre herausgefordert, die ideale
Formfüllung des NiederdruckGießverfahrens mit den Vorzügen
automatischer Formanlagen zu
verbinden.
Beim Niederdruckguss taucht
ein Steigrohr in einem druckdicht
verschlossenen Gießofen unter die
Oxidschicht in die saubere
Schmelze ein. Wird der Ofen mit
Die im Wittgensteinischen Bad
Laasphe ansässige Heinrich
Wagner Sinto Maschinenfabrik
hat ihren Ursprung in der 1937
von Heinrich Wagner gegründeten Fabrik für Gießereimaschinen. Nach dem Kriege entwickelte sich die Firma zum
namhaften Anbieter von Formmaschinen und- anlagen.
Im Jahre 1983 - die stürmische Entwicklung der Gießereitechnik zur industriellen, automatisierten Produktion zeigte
dem mittelständischen Unternehmen seine Grenzen auf entschloss man sich zu einer
strategischen Partnerschaft mit
der japanischen Firma Sintokogio, dem weltweit größten Hersteller von Gießereimaschinen.
Es entstand die Firma Heinrich Wagner Sinto Maschinenfabrik, die sich auf der Grundlage dieser strategischen Allianz neue, weiterreichende Ziele
setzen konnte. Mit eigenen Entwicklungen und mit der erfolg-
Druck beaufschlagt, wird die
Schmelze nach oben in die Form
gepresst. Der Füllvorgang verläuft
extrem ruhig und ist über die
Drucksteuerung präzise steuerund reproduzierbar – ideale Bedingungen. Nachteilig ist jedoch,
dass nach jedem Füllvorgang eine
Wartezeit entsteht, während der
die Schmelze im Einguss erstarrt.
Die daraus resultierenden Taktzeiten sind für leistungsfähige automatische Formanlagen nicht akzeptabel.
reichen Vermarktung von Technologien des Stammhauses in
Nagoya entwickelte sich Heinrich Wagner Sinto - oder kurz:
hws - zum führenden Hersteller
von kastengebundenen Formanlagen für Eisen-, Leichtmetall- und Buntmetallgießereien.
Jetzt verfügte das Unternehmen
über eine Basis, wie sie zur
Durchführung von Großprojekten heute erforderlich ist. hws
vermarktet in Europa eigenständig seine Technologie; außerhalb Europas agiert hws in
Abstimmung mit Sintokogio.
Die Entwicklung des MPSVerfahrens (Multi Pouring System) bedeutet für hws den Aufbau eines völlig neuen Geschäftsfeldes. Hier handelt es
sich um eine Anlagentechnik,
bei der die Sandformen mittels
eines Niederdruck-Verfahrens
gefüllt werden.
Eine Entwicklung, die insbesondere im Automobilbereich
neue Perspektiven eröffnet.
reproducible filling process,
ideal, uncomplicated feeding
behaviour,
a striking saving of recycling
material,
fully enclosed casting process.
Vorführung der Versuchsanlage
Demonstration of the experimental unit
Die spezielle Aufgabe bei der
Verfahrensentwicklung bestand
deshalb darin, einen geeigneten
Verschluss für den Einguss zu entwickeln, damit die Form sofort
nach dem Füllvorgang weitertransportiert und durch die nächste ersetzt werden kann.
Dafür wurde eine verblüffend
einfache Methode gefunden:
Durch den Formrücken wird eine
Öffnung bis kurz vor den Einguss
gebohrt. Ein pneumatisch oder
hydraulisch betätigter Zylinder
presst unmittelbar nach beendeter
Formfüllung den verbliebenen
Formstoff - gewissermaßen als
Pfropfen - in den Einguss. Wenn
der Einguss zugequetscht ist, kann
der Ofen sofort entlüftet werden,
ohne dass der flüssige Forminhalt
in den Ofen zurückläuft. Ein Keramikfilter verhindert, dass beim
Verschließen eventuell abbröckelnder Sand in den Ofen gelangt. Die gefüllte Form kann sofort weitertransportiert werden
und die geforderten kurzen Taktzeiten werden erreicht.
Diese innovative, nur bei Grünsandformen realisierbare Lösung
war der Durchbruch für das Gießen von unten mit kurzen Taktzeiten. In gießtechnischer Hinsicht
vereinigt das Verfahren alle entscheidenden Vorteile:
This innovative solution, which
can only be implemented with
green sand moulds, was the breakthrough for bottom-pouring with
short cycle times. From the standpoint of casting technology the
process combines all the important
advantages:
saubere Metallentnahme,
optimale, ruhige und steigende
Formfüllung,
programmierbare Füllkurve,
cleaner metal extraction,
optimum, quiet and upward
mould filling,
programmable filling curve,
Heinrich Wagner Sinto Maschinenfabrik, located in Bad Laasphe in Wittgenstein, had its origin in 1937 when Heinrich
Wagner founded a factory for
foundry machinery. In the first
post-war decades the company
developed into a noted supplier
of moulding machines and
equipment. In 1983, when the
headlong development of foundry technology for industrial,
automated production brought
the medium-sized company up
against its limits, it was decided to conclude a strategic partnership with the Japanese company Sintokogio, the world’s
largest manufacturer of foundry
machinery.
This resulted in Heinrich
Wagner Sinto Maschinenfabrik
which, on the basis of that
strategic alliance, was able to
set more far-reaching aims.
With developments of its own
From the standpoint of plant technology a further advantage is that
the new process can be converted
relatively easily for use with boxtype moulding equipment. Starting
from a standard concept, only
some adaptations are necessary for
this. In the first step hws installed
an experimental and demonstration unit at the technical centre.
This gave interested foundry companies the opportunity to learn
about details of the process and
concrete application options – a
possibility which the Swedish
foundry specialists too took advantage of not long ago. Interest in
the process is great, and it can be
expected that in the near future
contracts for such units will be
awarded. A few noted foundry
companies have already decided to
adopt MPS technology. For example, Eurotec in the Netherlands recently announced that it has installed a hws unit.
and the successful marketing of
technologies from the parent
company in Nagoya, Heinrich
Wagner Sinto – hws for short –
became one of the leading manufacturers of boxed moulding
machines for iron, light-metal
and other non-ferrous metal
foundries Now the company
was based on solid ground, as
is necessary nowadays for carrying out major projects. Within Europe the company markets
its own hws technology, and
outside Europe hws acts in concert with Sintokogio.
For hws the development of
the MPS (Multi Pouring
System) process is a completely
new field of business. This is a
plant technology in which sand
moulds are filled by a lowpressure method.
A development which opens
up new prospects, especially in
the automotive sector.
reproduzier- und dokumentierbarer Füllvorgang,
ideale, unkomplizierte Speisungsverhältnisse,
markante Einsparung von
Kreislaufmaterial,
völlig geschlossener Gießvorgang.
Aus Sicht der Anlagentechnik kam
ein weiterer Vorteil hinzu: Das
neue Verfahren lässt sich relativ
leicht in die Praxis kastengebundener Formanlagen umsetzen.
Ausgehend von einem Standardkonzept sind dazu lediglich Anpassungen erforderlich.
Im ersten Schritt installierte hws
im Technikum des Werkes eine
Versuchs- und Demonstrationsanlage. Diese bietet interessierten
Gießereiunternehmen Gelegenheit, sich detailliert über das Verfahren und über konkrete Anwendungsmöglichkeiten zu informieren – eine Möglichkeit, von der
auch die schwedischen Gießereifachleute unlängst Gebrauch
machten. Das Interesse an dem
Verfahren ist unverkennbar groß;
man darf erwarten, dass in naher
Zukunft weitere Anlagen in Auftrag gegeben werden.
Bisher haben sich bereits einige
namhafte Gießereiunternehmen
für die MPS-Technologie entschieden. So hat beispielsweise die
niederländische Eurotech unlängst mitgeteilt, dass sie in der
neuen Sandgießerei in Venlo-Blerick eine Niederdruckguss-Sandgießanlage von hws installiert hat.
Im allgemeinen sind die Kunden,
die diese Technik in den letzten
Jahren investiert haben, mit Informationen zurückhaltend gewesen.
Dennoch sollte es gelingen, in einer der nächsten Ausgaben dieser
Zeitschrift die neue Technik anhand einer ausführlichen Anlagenbeschreibung vorzustellen.