11/12 - Verein österreichischer GieÃereifachleute
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GIESSEREI-RUNDSCHAU 58 (20<strong>11</strong>) HEFT <strong>11</strong>/<strong>12</strong><br />
Neukonstruktionen für den Automobilbau<br />
fordern von der Gießerei innovative Konzepte<br />
Lightweight Design for Automotive Parts with innovative Casting Concepts<br />
Dr.-Ing. Wolfgang Knothe,<br />
Studium und Dr.-Ing. Promotion an der<br />
Bergakademie Freiberg 1978. Eintritt in<br />
die Walter Hundhausen GmbH &<br />
Co.KG, Schwerte, dort Tätigkeiten als<br />
Betriebsleiter für die Giessereibereiche<br />
Gusseisen mit Kugelgraphit und Aluminium;<br />
1995 Berufung in die Geschäftsführung<br />
der Walter Hundhausen GmbH,<br />
später Mitglied der Georgsmarienhütte<br />
Holding, Hamburg; hier zuständig für Prozess- und Produktentwicklung.<br />
Seit 2009 Leiter Technologiezentrum Eisenguss<br />
der Frankenguss GmbH & Co. KG, Kitzingen.<br />
Schlüsselwörter: Gusseisen mit Kugelgraphit, innovative<br />
Konzepte, Poralguss<br />
1. Überblick<br />
Die Zeiten sind vorüber, in denen die Herstellung eines<br />
Gussstückes nach der Zeichnung des Bestellers die<br />
Dienstleistung der Gießerei war. Moderne Gusskonstruktionen<br />
im Automobilbau müssen hochbelastbar<br />
sein und dabei vielfältige Funktionen in einem Bauteil<br />
erfüllen. Gerade die Formgebung durch Gießen kennt<br />
technisch keine Einschränkungen und ist deshalb ein<br />
besonders geeignetes Fertigungsverfahren. Schon die<br />
Vielfalt der zur Verfügung stehenden Gusswerkstoffe<br />
und Verfahrenstechniken mit ihrem Einfluss auf die<br />
Bauteilfestigkeit erfordert die gießtechnische Begleitung<br />
der Bauteilentwicklung von Anfang an.<br />
Bild 1<br />
Leichtbau<br />
- Werkstoff<br />
- Auslegung<br />
- Werkstoffverbund<br />
- Pressschweißen<br />
Lastfall<br />
- Betriebslast<br />
- Arten, Frequenzen<br />
- Überlastfälle<br />
- Verschleiß<br />
- Korrosion<br />
Konstruktionsteil<br />
Prozessfähigkeit<br />
- Werkstoff (Schmelztechnik)<br />
- Formgebung (Formtechn.)<br />
- verdeckte Fehler<br />
- Eigenspannungen<br />
Hochfester Werkstoff „perlitisch“<br />
Gusseisen mit Kugelgraphit<br />
GJS 700-440-8<br />
Auslegung<br />
- Funktion<br />
- Bauraum<br />
- Maße<br />
- mechan. Eigenschaften<br />
- Oberflächensituation<br />
- mechan. Bearbeitung<br />
- Korrosion<br />
Prüftechnik<br />
- Serienprüfung<br />
- Einzelprüfung<br />
- Prüfverfahren<br />
2. Bauteileigenschaften<br />
Die Bauteilanforderungen im Automobilbau sind immer<br />
komplex. Bild 1 zeigt in einer Übersicht das Anforderungsprofil.<br />
Aus den einzelnen Einflussfaktoren muss<br />
eine Übereinstimmung zwischen konstruktiver Auslegung<br />
und der Werkstoffauswahl getroffen werden. Gerade<br />
bei Leichtbaukonstruktionen hat sich gezeigt, dass das<br />
Versagen von Bauteilen nicht allein mit höheren Werkstofffestigkeiten<br />
behoben werden kann. Entscheidend ist<br />
das Zusammenspiel von Werkstoff, Auslegung und Verfahrenstechnik,<br />
Bild 2.<br />
Im Entwurf des Bauteils müssen der Werkstoff und das<br />
Fertigungsverfahren gleichberechtigt in die Auslegung<br />
des Bauteils eingebracht werden.<br />
3. Auswahlkriterien<br />
3.1 Werkstoff<br />
In der Tabelle 1 werden Gusseisenwerkstoffe mit der in<br />
der Automobilindustrie klassischen Aluminium Gusslegierung<br />
EN-AC 46000 verglichen. Hier wird deutlich, dass<br />
die Bauteilfestigkeit nur mittelbar von der Werkstofffestigkeit<br />
bestimmt wird. Der E-Modul der Aluminiumgusswerkstoffe<br />
liegt etwa bei nur 30% von Stahl; auch die<br />
Dehnung liegt erheblich unter der von Gusseisen mit Kugelgraphit.<br />
Außerordentlich tragfähige Komponenten gegossener<br />
Aluminiumbauteile, z. B. im Werkstoff EN AC-<br />
AlSi10Mg(Fe), zeigen den bedeutenden Einfluss der Steifigkeit<br />
der Auslegung auf die Bauteilfestigkeit. Dort, wo<br />
der Auslegung Grenzen gesetzt sind, stehen heute hoch<br />
feste Gusseisenwerkstoffe nach Bild 3 zur Verfügung [1].<br />
Dieses Spektrum von Werkstoffen im Fertigungsprofil<br />
einer Gießerei ist eine Voraussetzung zur Erfüllung innovativer<br />
Entscheidungen für Neukonstruktionen.<br />
Zugfestigkeit R m<br />
≥ 700 N/mm²<br />
Streckgrenze R p 0,2<br />
≥ 440 N/ mm²<br />
Bruchdehnung ≥ 8%<br />
Brinellhärte HB 30/5<br />
220-270 HB<br />
Schlagzähigkeit (ungekerbt)≥ 40 J<br />
Gefüge:<br />
perlitisch<br />
Verfahren:<br />
Franken Guss Kitzingen GmbH & Co. KG<br />
Bild 2<br />
Bild 3<br />
Werkstoff<br />
-Mechanische Eigenschaften im Gusstück<br />
- Eigenspannung<br />
-Temperatureinflüsse<br />
-Verschleißverhalten<br />
-Korrosion<br />
Bauteilfestigkeit<br />
Verfahrenstechnik<br />
Auslegung<br />
- Steifigkeit<br />
- elastisches Verhalten<br />
- Kerbradien<br />
- Topologieoptimierung<br />
- Nutzung garantierter Werkstoffkennwerte<br />
-Übertragung der Werkstoffeigenschaften in das Gussstück<br />
- Gestaltung des Bauteils (innen und außen)<br />
- Sandguss<br />
- Kokillenguss<br />
- Druckguss<br />
- Druckguss mit laminarer Füllung<br />
- Sonderverfahren<br />
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