Trends und Herausforderungen
In dem Maße, in
dem Nationen auf der ganzen Welt planen, Emissionen zu reduzieren und
umweltfreundlichere, nachhaltigere Transportlösungen zu schaffen, steht auch
die Automobilindustrie unter Druck, dasselbe zu tun. Eine unmittelbare Folge
des Wunsches, die Emissionen zu reduzieren, ist die Konzentration der
Automobilindustrie auf die "Leichtbauweise" neuer Fahrzeuge. Ziel ist es,
das Gesamtgewicht der Fahrzeuge zu reduzieren, um den Kraftstoffverbrauch, die
Reichweite und die Emissionen der wachsenden Zahl von Hybrid- und
Elektrofahrzeugen auf unseren Straßen zu verbessern.
Um das
Gesamtgewicht eines Fahrzeugs zu reduzieren, setzen die Ingenieure zunehmend
eine Reihe von Werkstoffen und Produktionstechniken ein, um leichtere
Komponenten für den Antriebsstrang und die strukturellen Systeme zu entwickeln.
Der Einsatz neuer Werkstoffe wie Aluminium, Kohlefaserverbundwerkstoffe,
hochfester Stahl, Magnesium und Titan erfordert ein Umdenken bei den
traditionellen Fertigungs- und Montageverfahren und die Einführung neuer
Technologien und Techniken.
Insbesondere beim Druckgussmüssen die Ingenieure überlegen, wie sie die Qualität und Produktivität großer und komplexer Teile verbessern können. Gleichzeitig müssen die Produktionskosten gesenkt, die Gesamtbetriebskosten reduziert und die Umweltauswirkungen des Druckgussverfahrens verringert werden.
Eine Verlagerung hin zu größeren Druckgussteilen
Der Automobilindustrie ist die Automatisierung nicht fremd, und viele Produktionslinien sind bereits auf Industrie 4.0 umgestellt. Physikalische und digitale Prozesse sind zunehmend miteinander verwoben, um intelligentere und effizientere Produktionslinien zu schaffen. Der Druck, die Produktionseffizienz mit der Verwendung von leichteren Materialien zu kombinieren, führt jedoch zu Veränderungen.
Der Druckguss ist seit langem ein wichtiges Fertigungsverfahren in der Automobilindustrie. Das Verfahren, das traditionell zum Gießen von Teilen wie Motorblöcken und Getriebegehäusen verwendet wird, wird jetzt auch zum Gießen von einteiligen Strukturteilen wie Stoßdämpfern und Drehmomentstangen eingesetzt, was dem Ziel der Gewichtsreduzierung zugute kommt. Der in Kalifornien ansässige Elektrofahrzeughersteller Tesla hat kürzlich eine Umstellung der Produktionsmethoden angekündigt, die den Einsatz einer einteiligen Druckguss-Unterbodenstruktur anstelle einer Kombination aus mehreren geschweißten und gestanzten Komponenten vorsieht. Dies erfordert den Einsatz der größten Druckgussmaschine der Welt, die ein solch großes einteiliges Gussteil herstellen kann - eine Veränderung, die die Automobilindustrie revolutionieren könnte.
Druckgießen: Abwägung der Vorteile
Die Vorteile des Druckgusses in der Automobilindustrie sind hinlänglich bekannt. Als schnelles und relativ wirtschaftliches Verfahren bietet der Druckguss die für die Massenproduktion erforderliche Wiederholbarkeit, so dass identische Teile mit einer einzigen Form hergestellt werden können.
Die Umstellung auf die Konstruktion einer Fahrzeugstruktur aus einer geringeren Anzahl großer Druckgussteile anstelle großer Mengen kleinerer Teile reduziert die Produktionskomplexität und bietet erheblich geringere Kosten. Durch das Gießen größerer Teile entfallen bis zu 70 Arbeitsschritte in einem herkömmlichen Produktionsprozess. Während die Vorteile klar auf der Hand liegen, bringt das Gießen größerer Teile eine gewisse Komplexität in den Druckgussprozess. Hier sind innovative Schmierstoffe gefragt, die mit der richtigen Ausrüstung kombiniert werden.
Wasserfreie Schmierstoffe: Eine nachhaltige Lösung für große und komplexe Gussteile
Um Qualitätseinbußen und Kostensteigerungen bei der Herstellung großer, komplexer Teile zu vermeiden, ist die Wahl der richtigen Schmierstofftechnologie für die Druckgießform von entscheidender Bedeutung, damit sich ein ausreichender Trennschmierstofffilm auf der Oberfläche der Druckgießform bildet.
Mit zunehmender Größe und Komplexität der Werkzeuge wird es immer schwieriger, sie mit herkömmlichen Schmierstoffsystemen auf Wasserbasis zu schmieren. Die Sicherstellung, dass der Schmierstoff alle Teile des komplexen Werkzeugs erreicht, um ein Versagen des Gussteils zu verhindern, ist eine große Herausforderung, die nicht leicht zu bewältigen ist.
Die mangelnde Penetration des Schmierstoffsprühstrahls in Bereiche wie Rippen in Verbindung mit dem geringen Filmbildungsvermögen von Schmierstoffen auf Wasserbasis ist eine echte Herausforderung für Druckgießer. Darüber hinaus sind die Sprühköpfe, die zum Auftragen von Schmiermitteln auf Wasserbasis verwendet werden, einfach zu groß, sperrig und unflexibel, um das Schmiermittel erfolgreich auf alle Bereiche der Formoberfläche aufzutragen.
Für eine Industrie, die größere Bauteile gießen und gleichzeitig die Herausforderungen der Aufrechterhaltung der Produktqualität, der Verbesserung der Produktivität und der Kostensenkung bewältigen will, bieten wasserfreie elektrostatische Schmierstoffsysteme die beste Lösung. Solche Systeme kombinieren ein leistungsstarkes Trennmittel, das nicht die Nachteile herkömmlicher Schmiermittel aufweist, mit einem kompakten Sprühsystem mit geringem Gewicht.
Wenn ein wasserfreies elektrostatisches Schmierstoffsystem durch eine einzigartige elektrostatische Sprühpistole aufgetragen wird, tragen die Schmierstofftröpfchen eine elektrostatische Ladung, die in Verbindung mit einer geerdeten Matrize zu einer unübertroffenen Schmierstoffablagerung in allen Bereichen der Matrize führt. Dies gilt auch für tiefe Rippen und andere vertiefte Stellen, die mit anderen Schmiermitteltechnologien nur sehr schwer zu erreichen sind. Das geringe Gewicht und die kleine Stellfläche des Sprühkopfs in Verbindung mit den Steuerungsfunktionen des Auftragssystems bedeuten, dass der Schmierstoffauftrag über die gesamte Formfläche leicht eingestellt werden kann, um einen optimalen Schmierfilm zu erzeugen.
Da das Schmierstoffprodukt außerdem wasserfrei ist, wird der Leidenfrost-Effekt, der bei Schmierstoffen auf Wasserbasis ein erhebliches Problem darstellt, so gut wie ausgeschlossen, was zu einer unübertroffenen Schmierstoffabscheidung und -haftung auf der Formoberfläche führt. Die sehr hohe Haftleistung des elektrostatischen Sprühens reduziert die Menge der benötigten Trennmittel um bis zu 99,9 % pro Zyklus.
Neben der Senkung der laufenden Betriebskosten wird auch die Menge des Schmiermittels erheblich reduziert, was in Verbindung mit wachsfreien Schmiermittelformulierungen zu einer wesentlich geringeren Ablagerung auf den Anlagen führt. Im Gegenzug wird der Reinigungsaufwand für die Sprühkopfdüsen und die Formen erheblich reduziert.
Neben der Zuverlässigkeit, Wiederholbarkeit und Genauigkeit des Systems bietet ein inhärent leichterer elektrostatischer Sprühkopf die einzige praktikable Lösung für die Herstellung immer größerer Strukturteile in Druckgussmaschinen, die zwischen 4.000 und 6.500 Tonnen wiegen können.
Sobald die praktischen Probleme des komplexen, einteiligen Druckgusses durch den Einsatz neuer Technologien und Lösungen gelöst sind, kommen die Vorteile für die Automobilhersteller erst richtig zum Tragen.
Geringere Spritzzeit, längere Lebensdauer der Gussform und eine niedrige Ausschussrate führen zu höheren Vorteilen und Kosteneinsparungen für die Hersteller. Kombiniert man dies mit abwasserfreien Prozessen und reduzierten
CO₂-Emissionen (als Ergebnis des reduzierten Luftstroms), und die Umweltauswirkungen des Einsatzes eines effizienten Trennschmierstoffs für den Druckguss sind nicht zu übersehen.
Elektrostatisches Sprühen: Bis zu sechsfacher Erhöhung der Standzeit von Großdruckgusswerkzeugen
Neben der Qualität ist die Standzeit der Werkzeuge ein wichtiges Thema beim Druckguss. Dies gilt insbesondere für Mittel auf Wasserbasis, die die Formoberfläche zwischen den Schüssen schnell abkühlen, was zu extremen Temperaturschwankungen des Druckgusswerkzeugs führt. Diese Schwankungen können aufgrund der wiederholten Druck- und Zugspannungen schnell zur Bildung von Rissen auf der Formoberfläche führen.
Die Rissbildung beginnt in der Regel nach mehreren hundert Schüssen und begrenzt die Lebensdauer des Werkzeugs, bevor es repariert werden muss. Dieses Problem kann durch den Einsatz wasserfreier elektrostatischer Schmiermittel fast vollständig beseitigt werden.
Bei wasserfreien elektrostatischen Schmiermitteln entfällt die schnelle Abkühlung der Matrizen sowie der Wärme- und Spannungszyklus, der bei herkömmlichen wasserbasierten Schmiermitteln auftritt, wodurch die Rissbildung drastisch reduziert wird. Dies bedeutet, dass wasserfreie Schmierstoffe die Standzeit der Werkzeuge erheblich verlängern und zu Kosteneinsparungen von mehr als 500.000 € pro Jahr beitragen können. Mit einer verlängerten Werkzeugstandzeit sinken auch die Kosten für Wartung und Instandhaltung, was zu weiteren Einsparungen von bis zu 20 Prozent führt, während die Betriebszeit des Prozesses erhöht und die Zykluszeit verringert wird.
Die Zukunft des Druckgusses
In allen Branchen, die auf Metallverarbeitung angewiesen sind, war der Druckguss schon immer eine beliebte Wahl. Seine weite Verbreitung verdankt er der Tatsache, dass er vielseitig, zuverlässig, genau und wiederholbar ist. Da sich die Automobilindustrie jedoch immer mehr zu größeren und komplexeren Druckgussteilen entwickelt, müssen die neuesten Technologien und Ausrüstungen für die Druckschmierung eingesetzt werden. Nur so lassen sich die Prozesse verbessern, die Wahrscheinlichkeit von Porosität verringern, die Gesamtkosten und die Effizienz maximieren und die Auswirkungen auf den Planeten verringern.
Die Umstellung von herkömmlichen Schmiermitteln auf Wasserbasis auf eine wasserfreie elektrostatische Lösung ermöglicht es den Anwendern, größere Bauteile mit höheren Prozesstemperaturen zu gießen und gleichzeitig die Herausforderungen der Aufrechterhaltung der Produktqualität, der Verbesserung der Produktivität und der Kostensenkung zu bewältigen. Durch den Einsatz neuester Technologien können Druckgießer die aktuellen Anforderungen erfüllen, um die Auswirkungen ihrer Produkte und Prozesse auf den Planeten zu verringern - und gleichzeitig ihren Gewinn zu steigern.
