LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen

Vollautomatisierte Versuchsanlage im Industriemaßstab zur Herstellung von hochkomplexen Druckgussbauteilen aus Aluminium- und Magnesiumwerkstoffen

Das LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen erweitert sein industrienahes Gießtechnik-Portfolio um eine Druckgießmaschine K-DAK 1100-112. Die voll automatisierte Gießzelle ist eine sinnvolle Ergänzung der installierten Druckgießmaschine der Firma Oskar Frech GmbH + Co. KG und mit allen notwendigen Peripheriegeräten ausgestattet:

• flexibler Tiegelofen Typ KLEM 1200 mit einer Schmelzkapazität von bis zu 1.000 kg
• Meltec AVDL Lineardosiersystem mit einer Kapazität von 1 - 5 kg und 5 - 20 kg
• Wollin Sprühgerät
• Robamat Heiz-/Kühlgeräte
• KUKA Entnahme- und Einlegeroboter

Die Kaltkammerdruckgießmaschine mit horizontalem Gießaggregat wird Druckgussbauteile aus Aluminium und Magnesium mit einem Gussteilgewicht von bis zu 20kg im semi-industriellen Maßstab herstellen. Mit einer Schließkraft von bis zu 12.000 kN und einer Formhöhe von bis zu 1.200 mm können Strukturgussbauteile entsprechender Größe gegossen werden. 2019 wurde die Gießzelle um ein Magnesium-Schmelz- und Dosiersystem erweitert.

Der aktuelle Forschungsfokus am LKR liegt auf der Legierungsentwicklung im Bereich Aluminium und Magnesium als auch auf der Prozessentwicklung und -optimierung. Forschungsvorhaben sind u.a. die Optimierung der Werkzeugkühlung durch Verwendung von additiv gefertigten Werkzeugen und die Verbesserung der Werkzeugstandzeiten einerseits über die Kühlung und andererseits über einen optimierten Sprühprozess.

https://www.ait.ac.at/labs/kaltkammer-druckgiessmaschine-dak1100-112/

Von der Schmelze bis zu fertig gezogenen Draht

Semi-industrielle Versuchsanlagen für horizontales und vertikales Stranggießen von Aluminium- bzw. Magnesiumlegierungen mit Echtzeitüberwachung und Datenerfassung

Nach einjähriger Entwicklungsphase wurde 2017 die neue horizontale Stranggießanlage am LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen in Betrieb genommen. Die maßgeschneiderte Anlagentechnologie wurde von LKR Wissenschaftlern gemeinsam mit Partnerfirmen im Rahmen des Fördererprojektes BAWeRIA (Bavarian-Austrian advanced Welding wire Research and Innovation Action) entwickelt. Die neue HSG ermöglicht es, hochwertiges Stangenmaterial aus Sonderlegierungen für das Strangpressen, das direkte Schmieden und auch für die Schweißdrahtherstellung im semi-industriellen Maßstab herzustellen, dies bei möglichst kurzer Lieferzeit und geringen Kosten. Der aktuelle Forschungsfokus liegt auf der Weiterentwicklung der Prozesstechnik, um kundenspezifische Formate in höchster Qualität herzustellen, die für die direkte Weiterverarbeitung ohne Zwischenschritte - vom Halbzeug zum Fertigprodukt - geeignet sind. Ziel ist es, z.B. von der Schmelze bis hin zum fertig gezogenen Draht, alle Kernprozesse integriert und dynamisch betreiben zu können. Zusätzlich zur modernen hauseigenen vertikalen Stranggießtechnologie für Magnesium- und Aluminiumlegierungen, komplettiert die horizontale Stranggießanlage das experimentelle Portfolio des LKR.

https://www.ait.ac.at/themen/casting-technologies/strangguss/

Alles unter einem Dach: die smarte Drahtfertigungsroute am LKR

Im neu errichteten Additive Manufacturing Laboratory am LKR werden komplexe 3D-Bauteile mit dem modernen Fertigungsverfahren WAAM (wire+arc additive manufacturing) hergestellt. Die notwendigen WAAM-tauglichen Schweißdrähte aus Aluminium- und Magnesiummaterialien erforschen die LKR WissenschaftlerInnen bereits seit mehreren Jahren. In der hauseigenen smarten Drahtfertigungsroute werden diese Sonderdrähte entwickelt, gepresst und aufgespult. Ein Schweißroboter fertigt daraus ein Bauteil, indem er schichtweise den Schweißdraht in mehreren Lagen übereinander legt. Im AM-Laboratory können mittels werkstoffspezifischer Prozessführung, einem mehrachsigen Robotiksystem und modernsten Brennertechnologien komplexe 3D-Bauteile aufgebaut werden.

„Das LKR ist Vorreiter in der Erforschung und Weiterentwicklung des WAAM-Verfahrens als zukünftige Schlüsseltechnologie der Industrie. Der Vorteil liegt darin, dass komplizierte Geometrien bei reduziertem Materialeinsatz und wenig Ausschuss realisiert werden können“, sagt DI Martin Schnall, WAAM-Experte am LKR. Die LKR WissenschaftlerInnen verfolgen einen ganzheitlichen Forschungs- und Entwicklungsansatz, um die eingesetzten Drahtwerkstoffe prozessspezifisch zu verbessern und für Aluminium- und Magnesiumdrähte gesteigerte mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Der Entwicklungsprozess umfasst die gesamte Wertschöpfungskette. Angefangen von der Legierungsdefinition und -herstellung, über die Drahtherstellung mit Sonderlegierungen, Schweiß- und WAAM-Prozessanpassungen bis hin zu finalen Prototypen und deren werkstoffkundlicher und mechanischer Charakterisierung.

Dr. Stephan Ucsnik, Thematic Coordinator Material Based Design ergänzt: „Zusätzlich zu den experimentellen Schweiß- und WAAM-Entwicklungen werden im LKR die verwandten Themen FEM-basierte Werkstoff- und Prozesssimulation, Online-Monitoring, Data Management, CAD-CAM-Schnittstelle und Inline-Prozessregelung erforscht.“

Ein Schwerpunkt des LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen ist die Entwicklung von hochwertigen Leichtmetalllegierungen für zukünftige industrielle Anwendungen. In einem Forschungsprojekt ist es LKR Wissenschaftlern gelungen, schwer entflammbare Magnesiumlegierungen zu entwickeln, die im etwaigen Brandfalle auch wieder von selbst verlöschen. Diese Verbesserung der Brandbeständigkeit konnte erreicht werden durch die gezielte Zugabe von Elementen, die das Oxidationsverhalten des Materials positiv beeinflussen: „Wir forschen dabei vor allem in Richtung calciumhaltige Legierungen, da Calcium kostengünstig und allgemein gut verfügbar ist. Um weitere Materialeigenschaften positiv zu beeinflussen und die Legierung auf eine bestimmte Anwendung hin zu optimieren, können wir zusätzlich gezielt Elemente, bspw. aus der Gruppe der Seltenen Erden oder konventionelle Metalle, in die Legierungen einbringen“, erklärt Stefan Gneiger, Wissenschaftler am AIT. Aufgrund seiner geringen Dichte und seiner hohen spezifischen Festigkeit eignet sich Magnesium besonders gut für den Einsatz im Mobilitätsbereich, wenn es um Gewichts- und Emissionsreduktion geht – z.B. im Flugzeugbau. Ein mögliches zukünftiges Einsatzgebiet dieser neuen Legierungen sind z.B. Arm- und Rückenlehnen von Flugzeugsitzen.

https://www.ait.ac.at/themen/casting-technologies/projekte/brandbestaendige-magnesium-legierungen/

Moderne Hochleistungswerkstoffe erschließen permanent neue, immer stärker fordernde Einsatzgebiete, welche eine umfassende Kenntnis der Materialien und deren Herstellprozesse notwendig machen. Das LKR Leichtmetallkompetenzzentrum ist nach EN 17025 akkreditiert und bietet ein vollständiges Spektrum an modernen Methoden zur Gefüge-, Werkstoff- und Prozesscharakterisierung an.

Analysemethoden:

Materialografie

• Analyse komplexer Materialverbunde
• Topologiecharakterisierung

Spektrometrie

• Al- und Mg-Basislegierungen

Dilatometrie

• miniaturisierte Probengeometrien
• Simulation und Charakterisierung von Umform- und Wärmebehandlungsprozessen

Kerbbruchanalyse

• vollinstrumentierter Kerbschlagversuch

Verformungsanalyse

• vollinstrumentierte Verformungsanalyse von

Blechwerkstoffen

• Nakajima- und Näpfchenziehversuch

Prüfverfahren:

Mechanische Werkstoffprüfung

• Zug-, Druckprüfung von -170°C bis 300°C
• Härteprüfung nach Brinell

Ermüdungsprüfung

• an Materialproben und Bauteilen

Metallografie

• Schliffcharakterisierung
• Korngrößenmessung
• Mikrohärteanalyse

DSC

• Phasenbildung und –umwandlung
• Charakterisierung von Wärmebehandlungsparametern

https://www.ait.ac.at/labs/materialpruefung-und-charakterisierung/