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Effizientes Sprühen im Druckguss
Das Einsparpotenzial eines Druckgussprozesses wird immer geringer. Signifikante Verbesserungen erzielen Unternehmen bei der Thermoregulierung und beim Sprühen von Formen, die eng miteinander verzahnt sind. Hier lassen sich neben Ressourcen auch Kosten sparen.
Präzision und Wiederholbarkeit sind entscheidend
Was das Sprühen von Formen betrifft, so sind neue Trennmittel (Öle oder Konzentrate) auf dem Markt erhältlich, die die Sprühphilosophie verändern: Während früher das Sprühen zur Kühlung der Formoberfläche eingesetzt wurde, wird das Sprühen heute nur noch zur Erzeugung des Trennfilms zwischen Form und Gussteil verwendet.In diesem Fall ist das Unterscheidungsmerkmal die Technologie, die für die Anwendung dieser Produkte verwendet wird: Um maximale Ergebnisse zu erzielen, müssen die Trennmittel mikrodosiert werden. Die Präzision und Wiederholbarkeit des Mikrosprühens ist entscheidend und kann nur mit geeigneten Technologien erreicht werden.
Sprühtechnologie richtet sich nach den Zielen
Die Sprühtechnologie der Wollin GmbH kann auf verschiedene Weisen zum Ziel gelangen, die sich an die unterschiedlichen Bedürfnisse der Gießerei anpassen, egal ob langfristige Produktion oder häufiger Werkzeugwechsel.Die Ziele sind vielfältig:
- Zykluszeit verkürzen
- Trennmittel-, Wasser- und Luftverbrauch reduzieren
- Lebensdauer verlängern und Verfügbarkeit der Form erhöhen
- Qualität der Gussteile verbessern
- Ausschusses reduzieren
Eine Umstellung von Gießprozessen dauert erfahrungsgemäß ein bis zwei Jahre und bindet Kapazitäten in der Prozesstechnologie. Wer dies auf sich nimmt, wird durch stabilere Prozesse, eine Reduzierung der Ausschussrate und bessere Gussoberflächen belohnt.
Wo Effizienzpotentiale vergraben sind…
Der Druckgussprozess ist seit vielen Jahren etabliert und bietet selbst wenig Potenzial für Einsparungen. Es ist die Peripherie, die weiterhin Möglichkeiten zur Optimierung bietet. Neben Öfen sind hier explizit die Formtemperierung sowie der Sprühprozess zu erwähnen.Mehrkreistemperiergeräte, bei denen jeder einzelne Kühlkanal geregelt werden kann, der Einsatz von Jet-Cooling-Systemen sowie von 3D-Druck bei der Formherstellung schaffen neue Möglichkeiten. Noch mehr Ansätze finden sich, wenn Unternehmen temperaturbeständigere Trennmittel für den Sprühprozess einbeziehen. Dieser wird erheblich verbessert, wenn er nur für gute Trenneigenschaften und eine gute Entformbarkeit sorgen muss.
FormtemperierungSprühen ohne Kühlen
Wasser- und ölbasierte Mehrkanal-Formtemperiersysteme ermöglichen einen Gießprozess, der thermisch wesentlich stabiler verläuft als in der Vergangenheit. Das heißt, die Temperaturdifferenz der Form – zwischen Befüllphase und Erstarrungsphase – ist wesentlich geringer. Dank formnaher Temperierkanäle und Jet-Cooling-Systemen für Squeezer und Hotspots muss die Form durch den Sprühprozess nicht mehr gekühlt werden.Die deutlich geringere Abkühlung der Form spart Energie, da die Form nach der Entnahme des Teiles und dem Sprühen wesentlich weniger Wärmeenergie verloren hat. Diese muss nicht erneut zugeführt werden.
Neue Trennmittel erlauben größere Temperaturspreizung
Die in den letzten Jahren neu entwickelten wasser- oder ölbasierten Trennmittel erlauben eine deutlich größere Temperaturspreizung bis zu 400 Grad Celsius. Je nach Anwendungsfall werden wachshaltige, wachsfreie oder auch wachsreduzierte Trennmittel angeboten. Allen gemeinsam sind sehr gute Trenneigenschaften.Wachsreduzierte Trennmittel bieten zusätzlich eine verbesserte Entformungsschmierung, eine deutliche Verbesserung der Oberflächenqualität, eine geringe Maschinenverschmutzung, saubere Oberflächen und reduzierte Ausschussraten.
Der ideale Sprühprozess
Idealerweise wird beim Mikrosprühen eine Sprühmaschine mit hoher Traglast eingesetzt, die ein der Gießform angepasstes Maskensprühwerkzeug tragen kann. Eine separate Druckregelung für Blas- und Sprühluft ist für ein gutes Ergebnis ebenso vorteilhaft wie eine Druckerhöhungsstation für Steuerluftdrücke von bis zu acht Bar.Beim Einfahren des Sprühwerkzeugs werden die beiden Formhälften mit hohem Druck ausgeblasen. Das an die Gießform angepasste Maskenwerkzeug, bestückt mit DDV-Düsen, sorgt für einen gleichmäßigen Trennmittelauftrag beim Sprühen. Beim Mikrosprühen werden patentierte Dosierdüsen verwendet, welche mit verschiedenen Dosiervolumen angeboten werden, sodass für jeden Teil der Form ein passender Trennfilm erzielt wird.
Die Vorteile von guten Trennmitteln
Heutige Trennmittelkonzentrate haben eine hervorragende Kriecheigenschaft, sodass auch schwer erreichbare Formbereiche einen ausreichenden Trennmittelauftrag erfahren. Der Trennmittelauftrag erfolgt in einem Impuls: Die Sprühdüse in der Kammer sprüht das Trennmittel unter hohem Druck sehr fein zerstäubt in die Form.Hierbei darf der Blasluftdruck nicht zu hoch eingestellt sein, damit das Trennmittel nicht wirkungslos verdampft. Entgegen einer ersten Vermutung ist eine Ionisierung von Trennmittel und Form dabei nicht erforderlich, sondern in vielen Fällen sogar hinderlich. Bedingt durch den Verlauf der Feldlinien lagert sich der größte Teil des Trennmittels im vordersten Bereich der Form ab.
Durch die feine Vernebelung des Trennmittels tritt beim Mikrosprühen praktisch kein Leidenfrost-Effekt auf. Ein weiterer Vorteil dessen, dass nur die für die Trennwirkung erforderliche Trennmittelmenge aufgetragen wird, ist, dass nur sehr geringe Mengen an Stoffen in der Luft gemessen werden.
Ein Nachblasen nach dem Sprühen erübrigt sich, da kein überschüssiges Wasser versprüht wurde. Die Entstehung von Rissen durch den thermischen Schock beim konventionellen Sprühen wird vermieden, was in einer deutlichen Verlängerung der Formstandzeit resultiert.
Kein Wasser, dafür mehr Qualität
Der Entfall von Wasser beim Sprühen ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung des Trennmittels in der Form, was zu einer deutlichen Verbesserung der Teilequalität beiträgt. Die Oberfläche und das Gefüge werden deutlich homogener, es entstehen praktisch keine Lunker, die Porosität wird auf ein Minimum reduziert.Klimabilanz im Druckgießprozess reduzieren
Heute ist das Bewusstsein für eine umweltverträgliche und ressourcenschonende Produktion größer denn je. Die Aluminiumindustrie hat durch die sehr gute Recyclingfähigkeit von Druckgussteilen hier bereits einen großen Vorteil.
Allerdings entstehen beim klassischen Gießprozess nicht unerhebliche Umweltbelastungen, welche sich auch in den Kosten niederschlagen. Hier sind zu erwähnen: die Energiekosten durch das Abkühlen und Wiedererwärmen der Formen, sowie der enorme Wasser- und Druckluftverbrauch beim Sprühen.
Beim Mikrosprühen hingegen werden nur geringste Mengen des Trennmittels verdampft, es wird kein Frischwasser benötigt und was ganz entscheidend ist: Es entsteht kein Abwasser. Der Verbrauch der energieintensiven Druckluft wird enorm reduziert. Der Druckgießprozess wird dadurch wesentlich besser hinsichtlich seiner Klimabilanz.
Umweltfreundliche Verfahren sparen Kosten
Das umweltfreundliche Verfahren des Mikrosprühens schafft bei nur geringfügig höheren Investitionskosten für die Formen und deren Temperierung erhebliche Kostenvorteile. Die Energieeinsparungen bei der Formtemperierung erzielen einen Return-of-Invest oft schon in wenigen Monaten. Die Erzeugung von Druckluft ist sehr teuer, eine Ersparnis von 70 bis 80 Prozent bietet enorme finanzielle Entlastung.Die Kosten für die Frischwasseraufbereitung entfallen, die Trennmittelmischung in der Gießerei ist nicht mehr erforderlich. Neben Kostenersparnissen wird das Risiko von Bakterienbefall erheblich minimiert. Die teure Entsorgung von Abwasser entfällt komplett. Es werden bereits neue Gießereien ohne das Equipment für die Abwasserentsorgung ausgelegt.
Dadurch dass das Nachblasen beim Sprühprozess entfällt, können bis zu zehn Sekunden und mehr an Taktzeit eingespart werden. Die Verlängerung der Formstandzeit sorgt ebenfalls für erhebliche Einsparungen für den Erhalt oder die Erneuerung der Gießformen.
