ND-Guss vs. Druckguss
Niederdruckguss vs. Druckguss!?
Seit dem frühen 20. Jahrhundert kommen Aluminium-Bauteile im Automobilbau zum Einsatz. Fast ebenso lang vergleichen Automotive-Experten die verschiedensten Prozesse zur Herstellung dieser Teile auf Wirtschaftlichkeit und Eignung – ein Vergleich von Niederdruckguss und Druckguss.
Eins vorneweg: Sowohl Niederdruckguss als auch Druckguss verfügen über Einsatzfälle, in denen das jeweilige Verfahren am besten geeignet ist. Das hängt stark von Bauteilkomplexität, Stückzahl und den verfügbaren Herstellkosten ab. Deshalb an dieser Stelle eine Gegenüberstellung: Wie funktionieren die Prozesse Niederdruckguss und Druckguss?
Druckguss
Die Hälften der Druckgießform sind jeweils auf einer festen und einer beweglichen Maschinenplatte der horizontal ausgerichteten Druckgießmaschine montiert. Für das Zusammenhalten der Druckgießform sind – wegen des hohen Drucks von bis zu 1.200 bar beim Gießen – Verriegelungen mit großen Zuhaltekräften erforderlich. Da diese einen verhältnismäßig hohen Schmelzpunkt haben, werden für Aluminiumlegierungen hauptsächlich Kaltkammerdruckgussmaschinen verwendet. Hier befindet sich die Gießgarnitur außerhalb der Schmelze. Das flüssige Metall wird in die Füllkammer dosiert und der Kolben schießt das Metall in die Form. Wenn das Metall erstarrt ist, öffnen sich die beiden Formhälften und das Gussstück wird mit Hilfe von Ausdrückstiften automatisch aus der Form geschoben.
Druckguss
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Niederdruckguss (ND-Guss)
Wie beim Druckguss werden auch hier die Hälften der Form (Kokille) auf einer festen und einer beweglichen Maschinenplatte angebracht, die Maschine ist jedoch vertikal angeordnet. Unter der festen Aufspannplatte befindet sich der Halteofen für die Schmelze – durch Beaufschlagung des Ofens mit Druck von bis zu max. 1 bar steigt die Metallschmelze (vornehmlich Aluminium, aber auch Magnesium) mittels Steigrohr(en) von unten her in den Formhohlraum, meist eine Kokille (Dauerform). Aber auch Sandformen sind möglich. Dabei wird die Aufwärtsbewegung des flüssigen Metalls entgegen der Schwerkraft bewirkt. Nach der Formfüllung bleibt auch während der Erstarrung der Druck aufrechterhalten, um die Nachspeisung zum Ausgleich des Volumendefizits (Lunker) beim Übergang vom flüssigen in den festen Zustand zu ermöglichen. Dies setzt naturgemäß eine möglichst gerichtete Erstarrung von oben nach unten voraus.
Niederdruckguss
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Ansprüche an die Automotive-Welt
Wie allgemein bekannt, ist die Branche gezwungen, die Effizienz zu erhöhen und den CO2-Ausstoß zu verringern. Für die Motorentechnik nutzt ND-Guss die Möglichkeit, Sandkerne einzusetzen, um ein Closed-Deck-Design des Motorenblocks umzusetzen – das heißt, die bisher im Druckguss benötigten Öffnungen an der Zylinderkopffläche im Motorblock zum Entformen der Kühlmantelkontur werden im Niederdruck-Prozess nicht mehr benötigt. Das ermöglicht eine steifere Konstruktion des Motorblocks, zusammen mit den besseren Materialeigenschaften kann Gewicht gespart und Leistung erhöht werden. Ein maßgeblicher Beitrag zum „Downsizing“. Auch im Struktur- und Fahrwerksteilebereich findet diese Technik Anwendung, indem man große Rahmenteile durch Sandkerneinsatz „hohlgießt“ und das Bauteilgewicht deutlich reduziert.
Von der Oberklasse ins Massensegment
Aufgrund der hervorragenden Materialeigenschaften ist das Niederdruckverfahren seit Jahrzehnten in der Automobilbrache bekannt, kam aber bis vor wenigen Jahren wegen der relativ langen Gießzyklen nur im Oberklasse-Segment zum Einsatz, wo man mit geringeren Stückzahlen und höheren Stückkosten rechnet. Trotz der erreichbaren Qualitäten musste man sich so im Massensegment dem Druckguss wegen der extrem schnellen Zykluszeiten geschlagen geben. Zum Hintergrund: Zwar kostet eine Druckgussmaschine etwa vier Mal so viel wie eine Niederdruckgussanlage – bis vor wenigen Jahren war diese aber etwa 4 bis 6 Mal so schnell im Gießzyklus. Es galt also, den Niederdruck-Prozess wirtschaftlicher, sprich: schneller zu machen. Ein großer Schritt war die Vergrößerung der gesamten Maschine. Da man im Niederdruckguss keine enormen Schließkräfte aufgrund der hohen Gießdrücke benötigt, ist die Maschinengröße nicht durch das Gewicht des Gussteils diktiert – im Niederdruckgussbereich werden z.B. 110 kg in Kokille gegossen.
Das Kurtz Team konnte die für die Kokille benötigte Plattendimensionen so vergrößern, dass Werkzeuge mit Mehrfachbelegung zum Einsatz kommen. Heute werden zum Beispiel Motorblöcke zweifach gegossen – das entspricht einer Reduzierung des Gießzyklus um satte 50%! Durch zusätzliche Optimierung etwa der maschinenseitigen Kühlkreise zur Beschleunigung der Erstarrung konnten weitere 25% Zykluszeit eingespart werden. Mit Blick auf den Platzbedarf der Maschinen punktet die Niederdruckguss-Anlage weiter, denn aufgrund der vertikalen Maschinenausrichtung können zwei Niederdruckguss-Maschinen dort aufgestellt werden, wo vorher eine Druckgussmaschine stand. Ganz nebenbei reduziert sich auch das Kreislaufmaterial erheblich und spart somit bares Geld. Diese Entwicklungen machen den Niederdruckprozess in vielen Bereichen mehr als wettbewerbsfähig. Sprechen Sie uns an und lassen Sie uns gemeinsam Ihre Spezifikationen in die richtige Form bringen!