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Leichtbau-Gipfel 2017 Leichtbauteile gießen

| Autor / Redakteur: Hartmut Hammer / Thomas Günnel

Gießen ist zwar ein uraltes Verfahren, aber kein langweiliges. Für den Leichtbau bieten Gießprozesse zahlreiche Lösungsmöglichkeiten, wie Dr. Achim Keidies und Dr. Wolfgang Knothe von Franken Guss auf dem Leichtbaugipfel in Würzburg verdeutlichten.

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Dr. Achim Keidlies (r.) und Dr. Wolfgang Knothe von Frankenguss zeigten auf dem Leichtbaugipfel Giessverfahren, die den Leichtbau unterstützen.
Dr. Achim Keidlies (r.) und Dr. Wolfgang Knothe von Frankenguss zeigten auf dem Leichtbaugipfel Giessverfahren, die den Leichtbau unterstützen.
(Bild: Stefan Bausewein)

Die beiden Führungskräfte der Franken Guss GmbH & Co. KG, Dr. Achim Keidies und Dr. Wolfgang Knothe, zeigten auf dem Leichtbaugipfel anhand vieler Beispiele auf, wie vor allem die dem Gießprozess vorgelagerte Bauteilauslegung erheblich Masse einsparen kann. Dafür sind aber umfassende Kenntnisse der Werkstoffe und ihrer Eigenschaften, sowie das Wissen um die Vorteile bestimmter Bauteilgeometrien erforderlich. Insbesondere das Auslegen der Bauteile nach bionischen Prinzipien bietet noch große Leichtbaupotenziale, viel größere als die Werkstoff- und Verfahrensentwicklung. Hier kommt vor allem der Kerbfestigkeit große Bedeutung zu, da angepasste Radien die Bauteilfestigkeit signifikant erhöhen. Ein anderer Leichtbauaspekt ist das Entfernen von nicht erforderlichen Materialschichten an gering belasteten Bauteilzonen.

Das Gegenteil kann auch zielführend sein, wenn man etwa im Bereich lokaler maximaler Spannungen gezielt mehr Material vorsieht, um durch dessen Stützwirkung die hohen strukturellen Belastungen aufzufangen. Hierfür setzt Franken Guss auf umfangreiche und sehr detaillierte Simulationsverfahren, mit denen sich in Iterationsschleifen die optimale Geometrie schon am Bildschirm ermitteln lässt. Gießen ist für derartige Auslegungsverfahren der ideale Partner, da es eine maximale Gestaltungsfreiheit bietet, sodass sich die neuen Bauteile exakt an die vorausberechneten Lastfälle anpassen lassen.

Schlüsselparameter für die Werkstoffauswahl

Neben der Auslegung der Bauteile kann eine geschickte Werkstoffauswahl den Leichtbau unterstützen. Insbesondere das Materialverhalten bei statischen und dynamischen Lastfällen sowie im Crashereignis sind Schlüsselparameter für die Werkstoffauswahl. Hier kommt nicht nur der Festigkeit des Werkstoffs, sondern auch seinem E-Modul, also der Elastizität, eine sehr hohe Bedeutung zu. Denn ein hochfester Werkstoff mag zwar die Festigkeit des Bauteils signifikant erhöhen – aber gleichzeitig dessen Kerbfestigkeit verschlechtern. Die Werkstoffauswahl hängt aber auch von der Bauteilgeometrie und den Gießprozessen ab. Für extrem dünnwandige Leichtbauteile empfiehlt Franken Guss zum Beispiel Vermikulargraphit, da dessen Gefügestruktur optimal für diese kritischen Gießprozesse und die sehr geringen Toleranzen geeignet ist.

Aufgrund seiner fast hundertjährigen Expertise im Eisen- und Aluminiumguss hat Frankenguss schon viele innovative Bauteile entwickelt. Ein aktuelles Beispiel ist ein Schwenklager für Nutzfahrzeuge, das durch die Geometrieoptimierung 30 Prozent leichter geworden ist, als der erste Bauteilentwurf. Ein anderes Highlight ist die Verstärkung am Rahmenkopf einer Lkw-Baureihe. Das bisher geschmiedete Bauteil ist als Gussteil nicht nur 15 Prozent leichter, sondern integriert jetzt auch die Funktionen von bisher neun separaten Einzelteilen. Selbst mit dem eigentlich prototypischen Leichtbau-Werkstoff Aluminium kann es ein Leichtbau-Eisengussteil aufnehmen. So hat Franken Guss ein Eisenguss-Schwenklager für Audi bionisch so optimiert, dass es annähernd so leicht wie ein vergleichbares Aluminiumbauteil wurde.

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