Schlankheitskuren im Automobilbau durch leichte Werkstoffe sollen helfen, Gewicht und damit Treibstoffverbrauch zu reduzieren. Strukturteile, hergestellt im Druckgussverfahren, bieten dazu entscheidende Gewichtsvorteile sowie Freiheitsgrade in der Konstruktion im Vergleich zu herkömmlichen Blechumformteilen.

Wie begründet die derzeit geführte Diskussion auch immer um das ökologische Sparprogramm bzw. die CO2-Diät in der Automobilindustrie sein mag – neben Risiken birgt sie auch Chancen. Technologien und Werkstoffe, die bislang als zu aufwendig und zu teuer betrachtet wurden, rücken nun vermehrt in den Fokus und sollen helfen, den Treibstoffverbrauch bei Personenwagen und Nutzfahrzeugen zu senken.

Eine neue Herausforderung

«DGS goes structural» ist nur eine von vielen neuen Aktivitäten beim Druckgussspezialisten DGS in St. Gallen-Winkeln. Aber die entscheidende rund um das Thema Karosserie-Leichtbau. Dabei werden hoch beanspruchte Aluminiumknoten intelligent in Verbundkonstruktionen durch Kleben, Nieten oder Schweissen implementiert. Gerade für die gewichtsreduzierten Materialien ist die Fügetechnik von besonders hoher Wichtigkeit. Durch die hohe Integrationsfähigkeit von Domanbindungen und die Minimierung von Einzelteilen bietet die Verfahrensanwendung Hochvakuumdruckguss mit ihren duktilen Werkstoffeigenschaften Vorteile, so etwa die hohe Massgenauigkeit.

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Durch die Möglichkeit der kraftflussgerechten Auslegung der Geometrie sind dabei trotz des geringen Gewichts gar noch Verbesserungen bei der Gestaltfestigkeit sowie bei der dynamischen Belastbarkeit erzielbar.

Aber auch durch kontinuierliche Verbesserungsprozesse hat das Unternehmen DGS dafür gesorgt, diese Eigenschafts- und Kostenpotenziale nutzbar zu machen. Bereits in der Entwicklungsphase setzt DGS auf modernstes Equipment sowie auf die breite Erfahrung und Innovation der eigenen Ingenieure in Forschung und Entwicklung. Beispielsweise über Formfüllsimulationen und Festigkeitsberechnungen werden diese Bauteile schon in sehr frühen Phasen bezogen auf Gewicht und Festigkeit hin optimiert. Mit Füll-, Erstarrungs- und Festigkeitsanalysen können lokale Strömungsgeschwindigkeiten, Verwirbelungen, Gasporositäten oder Kaltfliessstellen und deren Ursachen erkannt und verringert werden.

Das Ziel ist also die optimale Auslegung des Giessprozesses in Hinblick auf Qualität und Wirtschaftlichkeit. Durch die Hochvakuum-Technik ist es gelungen, Porositäten durch Gaseinschlüsse prozesssicher zu eliminieren. Somit giesst DGS bereits heute grossflächige Bauteile in Aluminium und Magnesium mit Wandstärken von nur 1,5 mm.

DGS ist heute aber auch im Bereich Magnesium-Druckguss einer der führenden Verarbeiter. Bereits vor mehr als zehn Jahren wurde mit den Aktivitäten zur prozesssicheren Verarbeitung dieses Leichbauwerkstoffes aus der Flugzeugindustrie begonnen.

Durch die exzellenten Giesseigenschaften von Magnesium-Legierungen lassen sich vielteilige Konstruktionen in einem einzigen Gussteil produzieren. So können zusätzlich Rohmaterialkosten eingespart werden. Und nicht zu vergessen: Auch Magnesium ist vollständig rezyklierbar. Die Umwelt profitiert also in doppelter Weise.

DGS stellt zudem neben Leichtmetall-Druckguss für bestimmte Anwendungen auch Zink-Druckgussteile her. Beispiel dazu sind Stahl-Zink-Verbundteile für Lenkungsverstellsysteme.

Vollintegrierte Prozesskette

Die Vermeidung von Prozessschnittstellen, die lückenlose Qualitätsüberwachung und Dokumentation, die Reduktion von Transportkosten – das waren nur einige Punkte, welche die DGS zur Installation einer solchen hochmodernen und komplexen Prozessverkettung bewegten. Diese umfasst neben der Giesszelle auch die Wärmebehandlung, die mechanische Bearbeitung, die Komponentenmontage und die Bauteilreinigung mit Passivierung, die übrigens Cr-6-frei läuft. Heute ist die DGS weltweit einer der wenigen Giesser, der diesen entscheidenden Vorteil zum Kundennutzen einsetzt. Zudem sind eine prozessorientierte Qualitätssicherung und die dadurch entstehende Produktsicherheit massgeblich. Dazu gehört unter anderem auch eine Zertifizierung nach IS0 TS 16949 sowie ISO 9001. Die organisatorische Voraussetzung zur Schaffung von qualitativ hochwertigen Produkten mittels zertifiziertem Qualitätsmanagementsystem ist aber nur eine Seite. Die andere Seite ist die effektive Erfüllung der Qualitätsanforderungen der Null-Fehler-Strategie. Diese wird während der Fertigung, basierend auf der mit den Kunden zusammen durchgeführten Produkt- und Prozessentwicklung, sichergestellt.

Produktion sauber dokumentiert

Über eine fortlaufende Teilekennzeichnung und eine Erkennung, die bereits beim Giessen eingebracht wird, stellt DGS eine lückenlose, fehlerfreie und nachvollziehbare Produktion sicher.

Über die Dokumentationen der Prozessführung sowie der einzelnen Laboraufzeichnungen aller Prozessschritte kann rasch auf Schwankungen reagiert werden. Eingriffgrenzen zeigen den Mitarbeitern und Führungskräften in der Produktion, wann ein Prozess optimiert werden muss.

Durch ein breites Spektrum an Wärmebehandlungen können die mechanischen Kennwerte entsprechend verändert werden. Der Werkstoff kann somit sehr hohe Energien, wie zum Beispiel in einem Crash-Fall, durch Verformung abbauen.

DGS setzt auf eine zweistufige Wärmebehandlung mit Lösungsglühen und erreicht heute so Dehnwerte bis über 20%. Die Kundenforderungen liegen in der Regel bei 10%. Um auch der Forderung nach möglichst verzugsarmen Bauteilen nachzukommen, muss das Gussteil einem speziellen Abkühlprozess beim Giessen unterzogen werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil beim Hochvakuum-Druckguss ist durch die Unterdrückung der Gasporositäten die Schweissbarkeit der Gussteile, die auch durch eine optimale Schmelzbehandlung erzielt wird.