Ein neues Wärmebehandlungverfahren verspricht leichtere und stärker ausgeführte Aluminiumteile
Bei dem Druckgießverfahren wird geschmolzenes Metall unter hohem Druck in einen Formhohlraum gepresst. Die meisten Druckgussteile werden aus NE-Metallen wie Zink, Kupfer oder Aluminium gefertigt. Das Verfahren wird aufgrund der hohen Ausrüstungskosten zwar häufig nur in der Großserienfertigung angewandt, bietet jedoch bei komplexen Formen eine höhere Produktionsgeschwindigkeit als jedes andere Herstellungsverfahren sowie Haltbarkeit und Dimensionsstabilität, was zusätzliche Vorteile für Festigkeit und Gewicht bringt. Obwohl das Druckgießverfahren ein hochproduktives Verfahren darstellt, schließt es jedoch eine herkömmliche Wärmebehandlung aus, da eingeschlossenes Gas zu Blasenbildung führt, was die Entwicklung neuer fortschrittlicher Verfahren erforderlich macht. Zu diesem Zweck wurde das EU-finanzierte Projekt HardALU ins Leben gerufen, um eine alternative Option zu schaffen, die eine thermische Behandlung mit einer homogenen Temperatur über die gesamte Oberfläche des Werkstücks mit einer maximalen Abweichung von 3 ºC ermöglicht. Die Wirbelschichttechnologie Hochleistungsfähige Leichtbauteile aus Aluminium sind besonders wichtig für die Automobilindustrie, da sie in diesem Bereich beispielsweise schwerere Eisengussteile, wie sie unter anderem für Motorblöcke verwendet werden, ersetzen und so das Gewicht reduzieren könnten. Da sie allerdings für eine herkömmliche Wärmebehandlung nicht geeignet sind (aufgrund von Blasenbildung), mussten ihre Komponenten oft dicker und schwerer sein, was entsprechende Folgen für die Wirtschaftlichkeit von Verkehrslösungen und die Umwelt hatte. Der Kern des Ansatzes von HardALU ist die Wirbelschichtlösung. Bei dieser Technologie wird Gas durch eine Schicht aus feinen Sandpartikeln geleitet, wodurch ein flüssigkeitsähnliches Verhalten hervorgerufen wird. Die Werkstücke können dann in diese Mischung eingetaucht werden – ein Vorgang, der als „Abschrecken“ bezeichnet wird – und dank der Tatsache, dass die Oberfläche des Werkstücks vollständig mit dem Sand in der Wirbelschicht in Kontakt steht, kann diese auf eine homogenere Art und Weise behandelt werden. Bei großen Motorblöcken können Temperaturen zwischen 490 °C und 540 °C in sieben bis zehn Minuten erreicht werden, wobei die Wärmeübertragungsrate drei- bis viermal höher ausfällt als bei herkömmlichen auf Luftumwälzung basierenden Techniken. Projektkoordinator Jaume Tort erinnert sich: „Die Fluidisierung des Sandes erwies sich als die größte Herausforderung des Projekts und führte zu zahlreichen Tests und Modifikationen. Letztendlich gelang es uns, den Sand mit der Unterstützung der Universität Carlos III in Madrid richtig aufzuwirbeln.“ Darüber hinaus arbeitete das Projekt auch mit dem Technologiezentrum von IK4 Azterlan zusammen, um die behandelten Werkstücke zu prüfen und die Ausrüstung zu validieren. Aus ökologischer Sicht kann dank der Technologie nun eine größere Anzahl von Werkstücken behandelt werden als zuvor. Dies reduziert ihre Dicke und damit auch ihr Gewicht, was zu einem geringeren Brennstoffverbrauch des Fahrzeugs führt, wodurch wiederum die CO2-Emissionen gesenkt werden. Zusätzlich wird durch die verkürzte Behandlungszeit auch weniger Strom während der Herstellung verbraucht. Das System befindet sich derzeit in der Obhut eines Kunden, um unter strengen industriellen Bedingungen getestet zu werden. Auf diese Weise steht es auch potenziellen Kunden zur Demonstration zur Verfügung. „Es ist besonders spannend zu sehen, dass die Technologie in Zukunft zur weiteren Etablierung des Aluminiumdruckgusses für Strukturteile beitragen wird, die derzeit noch aus Stahl gefertigt werden, wie zum Beispiel die Dämpferbrücke einer Fahrzeugaufhängung.“ Tort schließt: „Dies ist ein Durchbruch, weil komplexe Teile wie diese sehr dünn und daher auf eine effektive thermische Behandlung angewiesen sind, um robust und zuverlässig zu bleiben.“
Schlüsselbegriffe
HardALU, Komponenten, Aluminium, Motoren, Druckguss, Teile, Form, Wärmebehandlung, Fertigung, Wirbelschicht, Metall
