RundschauGiesserei

Jhg. 57heft 9/10

2010

Das nächste Heft der

GIESSEREI RUNDSCHAU

Nr. 11/12

erscheint am 13. Dezember

2010

zum Thema:

„Eisen- und Stahlguss“

Redaktionsschluss:

15. November 2010

Ausbildung für Radioskopie am ÖGI nach EN 473ACHTUNG! TERMINÄNDERUNG!

Das ÖGI ist nach einem Audit durch die Österreichische Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung(ÖGfZP) als Ausbildungs- und Prüfzentrum für Radioskopie nach EN 473 zertifiziert.

Das ÖGI ist damit die einzige Ausbildungsstelle in Österreich, die Fachkurse nach ÖNORM M3041 fürRadioskopie bzw. Digitale Radiologie der Stufen 1 und 2 anbietet. Diese Ausbildungskurse sind mit den in Deutschland von der Deutschen Gesellschaft für zerstörungs-freie Prüfung (DGZfP) angebotenen Seminaren gleichwertig.

Die Kurse sind multisektoriell (gießen, schmieden, schweißen) und beinhalten zusätzlich eine Vertie-fung bei Gussprodukten. Die in 5 Werktagen durchgeführte Ausbildung umfasst sowohl Theorie alsauch praktische Übungen und schließt, bei erfolgreicher Prüfung, mit einem Personenzertifikat nachEN 473 ab.

Der nächste Kurs für RT1 (Radioskopie Stufe 1) findet vom 29. November bis 3. Dezember 2010 inLeoben statt. Qualifizierungsprüfung am 3. Dezember. Dieser Kurs ist bereits ausgebucht.

Eine Wiederholung 2011 wird geplant. Voranmeldungen sind erwünscht.

Weitere Informationen: DI Dr. Thomas Pabel, Tel.: 03842/4310124Anmeldung: Österreichisches Gießerei-Institut, 8700 Leoben, Parkstraße 21, Tel.: 03842/43101-0, E-Mail: office@ogi.at

– Simulation von Verzug und Eigenspannungen im Druckguss

– Verkürzung von Entwicklungszeiten durch Einsatz gießtechnischer Simulation

– Hybrid- u. Elektromobilität – Chancen und Herausforderungen für die Gießereiindustrie

– Verkürzung des Entwicklungsprozesses von Gussteilen durch Einsatz von virtueller Versuchsplanung

INHALT

RundschauGiesserei

Jhg. 58heft 9/102010

Wir sind DUKTUS!Die Duktus Gruppe entwickelt, produziert undvermarktet hochwertige Systeme aus duktilemGuss für den Wassertransport und die Tiefgrün-dung von Bauwerken.Mit Duktus wachsen die Buderus Gussrohrtechnikund die Tiroler Röhren- und Metallwerke zusam-men. Unter der Marke Duktus tritt die Unterneh-mensgruppe nun mit einem einheitlichen Namenauf.An den zwei Produktionsstandorten in Hall, Öster-reich und Wetzlar, Deutschland sowie in Vertriebs-tochtergesellschaften in Europa und im MittlerenOsten beschäftigen wir mehr als 500 Mitarbeiter.Duktus gehört zu den größten europäischen An-bietern von Rohrsystemen aus duktilem Guss.Die nachhaltigen Eigenschaften des duktilen Guss-eisens, innovative Produkttechnologien sowie pro-fessionelle Kompetenz in den Anwendungsberei-chen unserer Kunden machen uns zum führendenProblemlöser in der Wasserwirtschaft und im Tief-bau.www.duktus.com

BEITRÄGE 182

Organ des Vereines Österreichischer Gießereifachleute und desFachverbandes der Gießereiindustrie, Wien, sowie des Österrei-chischen Gießerei-Institutes und des Lehrstuhles für Gießerei-kunde an der Montanuniversität, beide Leoben.

ImpressumHerausgeber:Verein Österreichischer Gießereifachleute, Wien, Fachverbandder Gießereiindustrie, Wien Österreichisches Gießerei-Institut desVereins für praktische Gießereifor-schung u. Lehrstuhl für Gießereikundean der Montanuniversität, beide Leoben

Verlag Strohmayer KG A-1100 Wien, Weitmosergasse 30Tel./Fax: +43 (0)1 61 72 635E-Mail: giesserei@verlag-strohmayer.at

Chefredakteur:Bergrat h.c. Dir.i.R.Dipl.-Ing. Erich Nechtelberger Tel./Fax: +43 (0)1 44 04 963Mobil: +43 (0)664 52 13 465E-Mail: nechtelberger@voeg.at

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Nachdruck nur mit Genehmigung desVerlages gestattet. Unverlangt einge-sandte Manuskripte und Bilder werdennicht zurückgeschickt. Angaben undMitteilungen, welche von Firmen stam-men, unterliegen nicht der Verantwort-lichkeit der Redaktion.

VÖG-VEREINS-NACHRICHTEN 213

TAGUNGEN/SEMINARE/MESSEN 199

Rückblick auf50. Slowenische Gießerei-Tagung Portoroz.2010Veranstaltungskalender

Aus dem ÖGIAus dem Fachverband der GießereiindustrieAus den BetriebenFirmennachrichten

VereinsnachrichtenPersonalia

AKTUELLES 202

ZusammenfassungIm Rahmen eines am Österreichischen Gießerei-Institut(ÖGI) durchgeführten Forschungsprojekts mit dem Zielder Vorhersage von Verzug und Eigenspannungen imDruckguss mittels numerischer Simulation wurden Kon-zepte zur Verifikation von Simulationsergebnissen erstelltund in die Praxis umgesetzt. Es wurden zwei druckgussge-rechte Werkzeuge konzipiert und hergestellt sowie mehre-re Serien von Versuchsabgüssen mit zwei Legierungendurchgeführt. Die Geometrie der abzugießenden Probe-gussstücke wurde so gestaltet, dass bleibender Bauteilver-zug auch nach vollständigem Temperaturausgleich sicher-gestellt ist. Einerseits wurde ein Spannungsgitter gewählt,bei dem der Verzug durch die eigene Geometrie entsteht,anderseits eine V-förmige Schale, bei welcher der Verzugvom Gießsystem verursacht wird. An beiden Probeguss-stücken wurde der makroskopische Verzug (und somit dieglobalen Dehnungen) mittels taktiler Messmethoden er-mittelt. Mittels Temperatur- und Zeitmessungen bei denVersuchsabgüssen wurden Eingangsdaten für die numeri-sche Simulation gewonnen, aus den abgegossenen Teilenwurden Proben zur Ermittlung von thermophysikalischenund thermomechanischen Daten entnommen. Der Werk-stoff AlSi10MnMg (Silafont 36) wurde vollständig charak-terisiert. Mit den gewonnenen Daten wurde ein Simulati-onsmodell erstellt, mit dem die auftretenden Bauteilverzü-ge berechnet wurden. Ein qualitativer und quantitativerVergleich zwischen Experiment und numerischer Simula-tion wurde gezogen. Es konnte gute Übereinstimmung er-zielt werden.

1. EinleitungWährend sich die Formfüllungs- und Erstarrungssimulationin den letzten Jahrzehnten als fester Bestandteil der Kon-struktions- und Prozessplanung im Druckguss etabliert hat,ist die Simulation der Prozessschritte vor und nach dem Ab-gießen noch nicht Stand der Technik. Die Gründe dafür sindvielfältig. Zum einen fehlen gesicherte Eingangsdaten, zumanderen sind die Hardwareanforderungen, vor allem bei derSpannungssimulation, ungleich höher, sodass entweder einegrobe Vernetzung gewählt werden muss oder hohe Rechen-zeiten in Kauf zu nehmen sind. Durch die fortschreitende Er-höhung der Rechnerleistung können jedoch zunehmendkomplexere Problemstellungen in der Simulation erfasst undin annehmbaren Zeiten berechnet werden. Es ist daher äu-ßerst lohnend, parallel zu dieser Entwicklung neue Simulati-onsansätze zu erarbeiten.

Am Österreichischen Gießerei-Institut wurde ein vierjähri-ges Forschungsprojekt „Numerische Simulation von Verzugund Eigenspannungen in Gussteilen“ durchgeführt. DiesesProjekt wurde von der Österreichischen Forschungsförde-rungsgesellschaft (FFG) und der Steirischen Wirtschaftsförde-rung (SFG) gefördert. Ziel des Projekts war die Beherrschungder numerischen Simulation von Schrumpfung und darausfolgendem Verzug und Eigenspannungen in Gussteilen, wiesie während des Produktionsvorganges entstehen. Es soll einLückenschluss zwischen der Formfüllungs- und Erstarrungs-simulation und der Betriebslastsimulation bzw. der Ausle-gungsberechnung des Werkzeuges erfolgen [1].

2. Theoretische Grundlagen zur Simulation vonSchrumpfung, Verzug und EigenspannungenDie Simulation von Eigenspannungen ist ein komplexes, ausmehreren Teilaufgaben bestehendes Problem, das auf der kor-rekten Abbildung der Temperaturfelder sowie der mechani-schen Belastung aufgrund der Bauteilgeometrie und des Werk-stoffverhaltens beruht. Durch die aus den Temperaturfeldernhervorgehenden unterschiedlichen thermischen Dehnungenin verschiedenen Form- und Bauteilbereichen sowie durchdie Behinderung der freien Schrumpfung entstehen in Bauteilund Form Spannungen, welche, sofern sie die Fließgrenze desWerkstoffs überschreiten, zu plastischer Verformung und zumVerbleib von Spannungen nach vollständiger Temperaturho-mogenisierung führen. Die theoretischen Grundlagen der Ei-genspannungssimulation wurden in früheren Arbeiten aus-führlich beschrieben [1, 2]. Im Bereich von Verzug und Eigen-spannungen im Formguss existiert nur wenig an Literatur.Als Beispiele seien die Dissertationen von Egner-Walter [3],Fendt [4] und Treitler [5] sowie das Buchkapitel von Hattelund Thorborg [6] genannt.

3. Experimentelle Arbeiten und numerischeSimulationUm aus der numerischen Simulation von Verzug und Eigen-spannung die für den Gießer relevanten Konstruktions- undProzessvorgaben ableiten zu können, ist es zunächst notwen-dig, valide Rechenmodelle zu erarbeiten. Es besteht somit dieNotwendigkeit, bei der Entwicklung der entsprechenden Mo-delle diese parallel mit experimentellen Daten zu vergleichenund entsprechend anzupassen. Experimentelle Aufgabenstel-lungen, die sich aus diesen Anforderungen ergeben, sind die

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Simulation von Verzug und Eigenspannung im Druckguss – ein Vergleich zwischen Simulation

und ExperimentSimulation of Distortion and Residual Stress in High Pressure Die Casting –

a Comparison between Simulation and Experiment

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Dipl.-Ing. Peter Hofer, Studium der Metallur-gie an der Montanuniversität Leoben. Seit2005 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Öster-reichischen Gießerei-Institut Leoben, Arbeits-gruppe Physik und Thermophysikalisches La-bor.

Dipl.-Ing. Dr. techn. Erhard Kaschnitz, NachStudium der Technischen Physik an der TUGraz Forschungsjahr am National Institute ofStandards and Technology (NIST) in Gaithers-burg, MD, USA. Seit 1994 wissenschaftlicherMitarbeiter am Österreichischen Gießerei-Insti-tut Leoben, verantwortlich für die Arbeitsgrup-pe Simulation und für das Thermophysikali-sche Labor.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Peter Schumacher, Vor-stand des Lehrstuhls für Gießereikunde, De-partment Metallurgie, Montanuniversität Le-oben und Geschäftsführer des Vereins f. prakti-sche Gießereiforschung – Österreichisches Gie-ßerei-Institut, Leoben.

Entwicklung einfach handzuhabender Probegussteile, dieAufzeichnung von Prozessdaten während der Durchführungvon Probeabgüssen sowie die Ermittlung der für die numeri-sche Simulation notwendigen Werkstoffparameter. Es ergibtsich daher ein Arbeitsschema, welches in Bild 1 dargestelltist. Über die rechnergestützte Konzeption von Probewerkzeu-gen und die ersten Abgüsse im Rahmen von Vorversuchenwurde bereits berichtet [2]. Im Folgenden wird daher überdie Durchführung der Versuchsreihen, die Ermittlung ther-mophysikalischer und thermomechanischer Daten und dieModellbildung, die Simulationsrechnung sowie den Abgleichvon Modell und Realität berichtet. Die Erkenntnisse aus demAbgleich von Simulation und Experiment ermöglichen eineÜbertragbarkeit der im einfachen Modell erarbeiteten Simula-tionstechniken auf komplexere Bauteile.

4. Durchführung und Auswertung von VersuchsabgüssenFür die Durchführung der Versuchsreihen im Druckguss wur-den Legierungen gewählt, die nicht kaltaushärtend sind. EineVorversuchsreihe mit der Legierung AlSi9Cu3(Fe) (226) hatgezeigt, dass durch die Kaltaushärtung die Dehnungen nen-nenswert von der Zeit der Auswertung nach dem Abguss ab-hängen, was die Interpretation der Ergebnisse erschwert. Da-her wurden die Legierungen AlSi12(Fe) (231) undAlSi10MnMg (Silafont 36) ausgewählt. Die LegierungAlSi12(Fe) dient aufgrund ihrer gut bekannten Werkstoffpara-meter, der guten Gießbarkeit im Druckguss und ihres häufi-gen Einsatzes in der Praxis als Referenz. Für die LegierungSilafont 36 wurde ein vollständiger thermophysikalischerund thermomechanischer Datensatz ermittelt. Die Versuchs-abgüsse wurden mit einer echtzeitgeregelten Kaltkammer-Druckgießmaschine (Bühler SC 53) durchgeführt. Als Werk-zeuge wurden der Spannungsgittereinsatz und der V-Probe-Einsatz, die in [2] beschrieben sind, verwendet. Die Gießpara-

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Bild 1: Arbeitsschema zur Durchführung quantitativer Vergleiche zwischen experimentell bestimmten und rechnerisch ermittel-ten Bauteileigenschaften.

Legierung Vorlauf- Zuhaltezeit Zuhaltezeittemperatur 20 sek. 30 sek.

Spannungsgitter160 x180 x

Silafont 36 200 x230 x x260 x x140 x160 x

AlSi12(Fe) 180 x200 x230 x x260 x

V-Probe

Silafont 36 160 x x180 x x160 x x

AlSi12(Fe) 180 x x200 x x

Tabelle 1: Variierte Gießparameter der durchgeführten Ver-suchsabgüsse; jeweils die Hälfte der Proben wurde in Wasserabgeschreckt, die andere Hälfte an Luft abgekühlt

meter wurden im Rahmen der gießtechnischen Möglichkei-ten, die beim Abgießen dieser Probeteile bestehen, verändert.Die variierten Gießparameter sind in Tabelle 1 aufgelistet. Beider Kontrolle der thermischen Prozessdaten kamen zweiThermokameras zum Einsatz. Um die Homogenität der Form-temperatur zu gewährleisten, wurde die Formtemperatur mit

einer Thermokamera FLIR ThermaCam E45 kontrolliert. ZurErmittlung der Abkühlkurven der Gussteile nach dem Aus-werfen wurde eine Thermokamera FLIR ThermaCam A320verwendet. Die Messung der Abkühlkurven nach dem Aus-werfen erfolgte nach sofortiger Schwärzung der Proben miteinem Grafitspray. Aus den ermittelten Abkühlkurven wurdedie Temperatur der Gussteile nach dem Öffnen der Formdurch Extrapolation berechnet. Eine typische Thermokamera-aufnahme sowie ein Vergleich zwischen gemessenen undrechnerisch ermittelten Abkühlkurven sind in Bild 2 darge-stellt. Die direkte Messung der Ausformtemperaturen istpraktisch nicht möglich. Die Temperatur der abgeschrecktenProben nach der Entnahme aus dem Wasserbad wurde eben-falls berührungslos gemessen. Die Daten der Temperaturmes-sung lieferten die Basis für den Abgleich der numerischen Si-mulation mit der Realität.

Nach den erfolgten Abgüssen wurden die Proben der Aus-wertung des Verzugs unterzogen. Wie bereits in [2] beschrie-ben, wurden bewusst nicht die Eigenspannungen, sondernder Verzug ausgewertet. Der Grund dafür ist, dass eine globa-le Bestimmung der Eigenspannungen bei Druckgussteilenaufgrund der durch große lokale Gradienten entstehendenprimären Eigenspannungen mit den herkömmlichen Metho-den (z. B. Bohrloch- oder Ringkernmethode) nicht sinnvollerscheint. Darüber hinaus wurde bereits vor Beginn der Ar-beiten festgelegt, sich nur auf globale Bauteileigenspannun-gen, welche makroskopischen Bauteilverzug verursachen, zukonzentrieren. Das erklärte Ziel war es, mit den Ergebnissen

dem Gießer Werkzeuge in dieHand zu geben, mit denen er dasVerzugsverhalten im Gießprozessbeeinflussen kann.

5. Ermittlung thermophy-sikalischer und thermomechanischerWerkstoffparameterZur Durchführung aussagekräfti-ger Simulationen sind genauethermophysikalische und thermo-mechanische Daten der jeweiligenGießlegierung unbedingt notwen-dig. Die Legierung AlSi12(Fe) isthinsichtlich ihrer Eigenschaftenim festen sowie im flüssigen Be-reich gut untersucht, sodass manauf Daten aus der Literatur zu-rückgreifen kann [7]. Aus diesemGrund erschien die Verwendungdieser Legierung in den Gießver-suchen als Referenz sinnvoll. Fürdie Legierung AlSi10MnMg (Sila-font 36) stand kein Materialdaten-

satz für die Werkstoffparameter bei erhöhten Temperaturenzur Verfügung. Nach den erfolgten Versuchsabgüssen wurdenaus mehreren Probegussstücken Proben für die Ermittlungthermophysikalischer und thermomechanischer Werkstoffpa-rameter entnommen. Die am ÖGI ermittelten Werkstoffpara-meter und das jeweilige Verfahren zu deren Bestimmung sindin Tabelle 2 dargestellt. Die ermittelten Rohdaten aus denVersuchen wurden entsprechend den Anforderungen der ver-wendeten Software (ANSYS Workbench) vereinfacht und pa-rametrisiert.

6. Modellierung und Simulation der Versuchsabgüsse, ModellabgleichZur Modellierung und Simulation der Versuchsabgüsse wur-de das kommerzielle Softwarepaket ANSYS Workbench Ver-sion 11.0 verwendet. Diese Software ist für transiente thermi-sche und statische mechanische Simulationen zur Berech-nung der komplexen Wechselbeziehungen zwischen thermi-schen und mechanischen Vorgängen im Gießprozess geeig-net. Das Modell wurde aufgrund der kurzen Formfüllzeit imDruckguss dahingehend vereinfacht, dass auf eine Berech-nung der Strömung verzichtet und mit einem homogenenTemperaturfeld als Anfangsbedingung gerechnet wurde. Ent-sprechend der für eine genaue Berechnung notwendigen gro-ßen Anzahl von Lastschritten musste bei der Vernetzung einKompromiss zwischen Netzfeinheit und Rechenzeit einge-gangen werden. Die Simulation gliedert sich in zwei entkop-pelte Abschnitte, eine thermisch transiente Berechnung desTemperaturfeldes und eine statisch mechanische Berechnungder Spannungen mit mehreren Lastschritten. Das im erstenAbschnitt errechnete Temperaturfeld liefert dabei die thermi-schen Lasten für die mechanische Berechnung, bei der durchdie inhomogene Temperaturverteilung unterschiedliche loka-le Dehnungen zur Belastung der Geometrie führen. In dieModellierung des Temperaturfeldes flossen die im Verlaufder Probeabgüsse ermittelten Prozesszeiten mit ein. Darüberhinaus erfolgte anhand der aufgenommenen Temperaturkur-ven ein Modellabgleich, sodass die Temperaturfeldrechnungsehr gut mit den Ergebnissen aus den Versuchen überein-stimmt. Des Weiteren wurden in der thermischen Simulationzusätzlich Effekte abgebildet, welche aus den mechanischenWechselwirkungen zwischen Gussteil und Form resultieren.Diese sind zum Beispiel das Auf- bzw. Abschrumpfen desGussteils auf die Form und waren sowohl aus theoretischenÜberlegungen als auch aus den Ergebnissen erster Vorversu-che heraus identifiziert worden. Da eine volle Kopplung ther-

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Bild 2: Thermokameraaufnahme und Abkühlkurven an ausgewählten Punkten einesSpannungsgitters sowie in der Simulation bestimmte Abkühlkurven.

ParameterTemperaturleitfähigkeitSpezifische Wärmekapazität

Schmelzwärme

Dichte

ElastizitätsmodulThermischer Ausdehnungs-koeffizientElastisch-plastisches Werk-stoffverhalten

VerfahrenLaser-Flash-MethodeDifferential Scanning KalorimetrieDifferential Scanning KalorimetrieArchimedisches Prinzip,SchubstangendilatometrieElastomat (dynamisch)Schubstangendilatometrie

Zug-Druck-Prüfmaschinemit Laserextensometer

Tabelle 2: Zur Durchführung einer Eigenspannungssimulationnotwendige Werkstoffparameter und Methoden der Ermittlung

mischer und mechanischer Simulation extrem aufwändigund nur für einfachste Fälle überhaupt möglich ist, wurdendiese Effekte durch das Angleichen der Wärmeübergangsko-effizienten nachgebildet. Aufgrund der Notwendigkeit desEinsparens von Netzelementen wurde bei der thermomecha-nischen Rechnung die Symmetrie der Bauteile ausgenutzt.Der Kontakt zwischen Bauteil und Gussform wurde als rei-bungsfrei angenommen, was bedeutet, dass das Bauteil vonder Form abheben oder auf diese aufschrumpfen kann, je-doch keine Scherspannungen übertragen werden. Diese Vor-gehensweise wurde deswegen gewählt, weil die zu erwarten-den Hauptspannungen im Wesentlichen senkrecht auf dieFormkontur gerichtet sind, sodass nur ein kleiner Fehler zuerwarten war. Zudem ist die Abschätzung der auftretendenReibkräfte sehr schwierig, sodass der Genauigkeitsgewinndurch die Modellierung eines reibungsbehafteten Kontaktesvermutlich gering wäre. Zusätzlich wird auch die Rechenzeitextrem in die Höhe getrieben, was durch eine geringere Netz-feinheit wieder hätte kompensiert werden müssen. In den Si-mulationen wurden wie in den Versuchen die Kühlmittelvor-lauftemperatur und die Zuhaltezeit variiert. Die Rechnungenwurden für beide Werkstoffe (AlSi12(Fe) und Silafont 36)durchgeführt.

7 ErgebnisseIm Folgenden werden die Resultate der Versuche und Simu-lationen für das dickwandige Spannungsgitter beschriebenund gegenübergestellt. Wie bereits erwähnt, wurden gezieltGießparameter und Werkstoff variiert. Die vollständig abge-kühlten Proben wurden mit einem Wasserstrahlschneiderquer entlang des Mittelsteges durchtrennt. Gemessen wurdedie Längenänderung einer Referenzstrecke vor und nach demDurchtrennen. Dabei wird der Mittelsteg entlastet und derelastische Spannungsanteil abgebaut. Aus dem resultieren-den Verzug und dem Elastizitätsmodul des Werkstoffes wirddie Dehnung ermittelt. Bild 3 zeigt die Messergebnisse fürden Werkstoff Silafont 36. Es sind die Einzelwerte aus fünfMessungen an verschiedenen Proben eingetragen. Es ergabsich, dass die Zuhaltezeit keinen signifikanten Einfluss aufdie verbleibenden Eigenspannungen ausübt. Ein Einfluss derFormtemperatur ist vor allem bei luftgekühlten Teilen zwarvorhanden, aber ebenfalls gering. Einen sehr starken Einflusshingegen übt das Abkühlregime nach dem Auswerfen (Luft-kühlung oder Wasserabschreckung) aus. Die ermittelten Deh-nungen für die Legierung AlSi12(Fe) liegen etwa um 40 %unter denen für Silafont 36. Dies ist auf die größere thermi-sche Ausdehnung sowie die größere Duktilität der LegierungSilafont 36 zurückzuführen.

Die Dehnungen bei Wasserabschreckung sind deutlich (etwaum einen Faktor 2) höher als bei Luftabkühlung. Die größereStreuung der Messwerte bei abgeschreckten Proben rührt ver-mutlich vom manuellen Eintauchen der Gussteile ins Wasser-bad her, was trotz aller Sorgfalt zu leicht unterschiedlichenEintauchbedingungen führt. Bild 4 zeigt an einem Beispieldas Ergebnis einer Spannungsberechnung am Spannungsgit-ter aus der Legierung Silafont 36 nach vollständigem Tempe-raturausgleich. Global steht der Mittelsteg des Spannungsgit-ters unter Zug, während der Außensteg unter Druckbelastungsteht. Im Zentrum des Mittelsteges und der Seitenstege tretenZugspannungen auf, während die Randbereiche lokal druck-belastet sind. Dies ist auf lokale Eigenspannungen zurückzu-führen, die aufgrund zunehmender Erstarrungszeit von außennach innen entstehen. Dadurch gerät der Außenbereich unterZugbelastung und wird plastisch gedehnt. Nach der Erstar-rung des Mittelbereiches kann die plastische Dehnung nicht

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Bild 3: Gemessene elastische Dehnungen im Mittelsteg einesSpannungsgitters aus der Legierung Silafont 36 in Abhängig-keit von der Vorlauftemperatur des Temperiermittels.

Bild 4: Berechnete Spannungsverteilung (viertelsymmetrisch)in einem Spannungsgitter nach vollständigem Temperaturaus-gleich; der Mittelsteg steht global unter Zugbelastung, der Au-ßensteg global unter Druckbelastung; die Außenhaut der bei-den Stege ist jeweils druckbelastet, was auf lokale Eigenspan-nungen zurückzuführen ist.

Bild 5: Vergleich von gemessenen und simulierten elastischenDehnungen im Mittelsteg eines Spannungsgitters in Abhängig-keit von der Vorlauftemperatur des Temperiermittels.

mehr vollständig abgebaut werden, sodass an der OberflächeDruckspannungen bestehen bleiben. Bild 5 zeigt für die Le-gierung Silafont 36 den Vergleich zwischen gemessenen undrechnerisch ermittelten Dehnungswerten. Die Werte stimmenim Rahmen der Erwartungen gut überein.

8 Diskussion und AusblickDas Verzugsverhalten dickwandiger Druckgussteile hängtin erster Linie vom verwendeten Gusswerkstoff und vomAbkühlregime nach dem Auswerfen ab. Die Einflüsse vonFormtemperatur und Zuhaltezeit sind eher gering. Diesdeutet darauf hin, dass das Gießwerkzeug selbst den limi-tierenden Faktor bei der Wärmeabfuhr und somit auchbeim Erstarrungsverhalten darstellt. Aluminiumlegierun-gen haben im Allgemeinen große Wärmekapazitäten undgroße Schmelzwärmen bei guter Wärmeleitfähigkeit. Dierelativ schlecht wärmeleitenden Warmarbeitsstähle, wiesie heute zum Bau von Druckgusswerkzeugen eingesetztwerden, können die frei werdende Wärmemenge nicht be-sonders schnell abführen. Kältere Werkzeuge führen, wiedie Simulation gezeigt hat, zu größeren Temperaturunter-schieden zwischen dick- und dünnwandigen Bauteilberei-chen, der Einfluss der Formtemperatur ist allerdings ehergering. Wie aus Bild 5 hervorgeht, steigt die Dehnung beihöheren Werkzeugtemperaturen (über 230° C) wieder an.Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass die Aus-formtemperatur höher ist als bei niedrigeren Formtempe-raturen, was mit einer geringeren Plastifizierungsgrenzeeinhergeht. Bei der Wahl der Formtemperatur ist daher aufzwei gegensätzliche Effekte zu achten: einerseits die größe-ren Temperaturunterschiede zwischen dick- und dünn-wandigen Bereichen bei niedrigen Formtemperaturen, an-derseits die niedrigere Fließgrenze bei höherer Ausform-temperatur. Gezielte Formtemperierung, sei es durch dasAnbringen von Stichkühlungen oder die Verwendung vonFormeinsätzen aus Werkstoffen mit höherer Wärmeleitfä-higkeit kann Abhilfe gegen Bauteilverzug schaffen. DasVerhalten dünnwandiger Bauteile (V-Probe) und deren Re-aktion auf die Formtemperatur sowie die Zuhaltezeit unddas Abkühlregime werden derzeit untersucht. Die erstenErgebnisse deuten darauf hin, dass bei dünnwandigen Tei-len der Zuhaltezeit größere Bedeutung zukommt, da esaufgrund geringerer Wärmeinhalte nicht zum oben be-schriebenen Wärmestau in der Form kommt.

Literatur[1] E. Kaschnitz, „Numerische Simulation von Eigenspannung und

Verzug“, Gießerei-Rundschau 52 (2005) Heft 7/8, S. 176-178.[2] P. Hofer, E. Kaschnitz, „Simulation von Verzug und Eigenspan-

nungen in Druckgussteilen“; Gießerei-Rundschau 55, (2008), Heft9/10, S. 190-193

[3] A. Egner-Walter, „Simulation des Entstehens von Eigenspannun-gen in Gußteilen“, Shaker Verlag, Aachen, 1998.

[4] A. Fendt, „Einfluss der Wärmebehandlung auf den Eigenspan-nungszustand von Gussteilen“, Dissertation, TU München, 2001.

[5] R. Treitler, „Vom Gießprozess zur Festigkeitsberechnung am Bei-spiel einer Aluminium-Magnesium Druckgusslegierung“, Disserta-tion, Universität Karlsruhe, 2005.

[6] J. H. Hattel, J. Thorborg, “Modelling of stresses and strains in cast-ing”, in “Fundamentals of Numerical Modelling of Casting Proces-ses” J. Hattel (ed.), Polyteknisk Forlag, Lyngby, Sweden, 2005,S. 343-533.

[7] K. C. Mills, “Recommended Values of Thermophysical Propertiesfor Selected Materials”, Woodhead Publishing Limited, Cam-bridge, UK, 2002.

DanksagungDiese Arbeit wurde mit Mitteln der Österreichischen For-schungsförderungs-Gesellschaft (FFG), der Steirischen Wirt-schaftsförderung (SFG) und des Europäischen Fonds für re-gionale Entwicklung (EFRE) gefördert. Das Einsatzmaterialfür die Gießversuche wurde von der Salzburger AluminiumAG (SAG), Lend, bereitgestellt, wofür wir unseren Dank aus-sprechen möchten.

Kontaktadresse: Österreichisches Gießerei-Institut8700 LeobenParkstraße 21Tel.: +43/3842/43101-36Fax: +43/3842/43101-1E-Mail: peter.hofer@ogi.atwww.ogi.at

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AbstraktHeutige Anforderungen an Motoren erfordern ein Umden-ken in der bisherigen Produktion. Herkömmliche Herstel-lungsverfahren für Zylinderkurbelgehäuse (ZKG) und Zy-linderköpfe (ZK) stoßen an Grenzen, die es zu überwindengilt. Die bislang eingesetzten Verfahren für Motoren bieten,in Abhängigkeit vom eingesetzten Werkstoff und der Gieß-technik, Nachteile in Gewicht, Taktzeit oder Anlagenkos-ten. Als einen Lösungsweg erschien es, die Potentiale desSchwerkraft-Kokillengießverfahrens zu untersuchen, umeine wirtschaftliche Fertigung hochbeanspruchter Zylin-derkurbelgehäuse zu ermöglichen. Das Verfahren ist fürZylinderköpfe bereits etabliert und bietet durch eine Er-weiterung zum Kippgießverfahren eine schnelle und den-noch laminare Formfüllung, die, verbunden mit einem ge-eigneten Temperaturfeld, eine gerichtete Erstarrung ermög-licht.Die Bauteile Zylinderkopf sowie Zylinderkurbelgehäusewerden seitens der Aggregateentwicklung nicht primär aufein Gießverfahren, wie z.B. das Kippkokillengießverfahren,ausgelegt. Die verfahrensbedingten Vorteile kommen erstnach einer Prozess- und Produktentwicklung1) des Gießerszum Tragen, die allerdings häufig Anpassungen an denBauteilen notwendig machen. Die notwendigen Auslegun-gen und eine Vorgehensweise für diese Verfahrensanpas-sung, insbesondere mit Hilfe der gießtechnischen Simulati-on, sind im Bericht beschrieben. Einen wichtigen Beitrag liefert hier die gießtechnische Si-mulation, die neben der bekannten Formfüll- und Erstar-rungssimulation auch Möglichkeiten zur Eigenspannungs-und Eigenschaftsvorhersage der Bauteile im Produktent-stehungsprozess bietet.

Schlüsselwörter: Schwerkraftgießen, Niederdruckgießen,Druckgießen, Kippgießen, Zylinderkopf, Zylinderkurbelge-häuse, Simulation, Prozessentwicklung

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Verkürzung von Entwicklungszeiten durch den Einsatz der gießtechnischen Simulation

Reducing Time of Development by Application of Casting Simulation

Prof. Dr.-Ing. habil. Rüdiger Bähr, Leiter des Bereiches Ur- und Umformtechnik am In-stitut für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung,Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg.Nach dem Studium an der Universität Lugansk,Ukraine, Fachrichtung Gießereimaschinen und Gie-ßereitechnologie, Promotion und Habilitation an derTechn. Universität Otto-von-Guericke, Magdeburg.

Prof. Dr.-Ing. Klaus Eigenfeldt, seit 1997 Direktor des Gießerei-Institutes u. C4-Professur Umformtechnik/Gießen an der TU Berg-akademie Freiberg/Sa. 1997 bis 2000 Prodekan,anschl. Bis 2003 Dekan der Fakultät f. Werkstoff-wissenschaft u. Werkstofftechnologie. Nach Studi-um an der TU München ab 1983 Wissenschaftli-cher Mitarbeiter, ab 1987 Referent für Werkstoff-technologie bei der BMW AG, ab 1988 Leiter Gie-ßerei u. Werkstofftechnologie, 1994 bis 1996 zusätzlich LeitungLeichtbau.

Dipl.-Ing. Marc Braunhardt, nach Maschinenbaustudium, Fachrichtung Werk-stofftechnik und Konstruktion an der UniversitätKassel, von 04/2006 bis 09/2007 Projektingenieurbei der MAGMA GmbH. Seit 10/2007 ProjektleiterBereich Leichmetallguss im Komponenten-Werk-zeugbau Braunschweig der Volkswagen AG. Seit06/2008 nebenberuflich Doktorand an der UniMagdeburg bei Prof. Dr.-Ing. R. Bähr.

Dipl.-Ing. Maik Otremba, Studium Fahrzeugbau: Werkstoffe und Komponen-ten an der TU Bergakademie Freiberg bis 10/2008,seit 11/2008 Doktorand bei der Volkswagen AG,Komponenten Werkzeugbau Braunschweig im Be-reich Leichtmetallguss.Betreuung seitens Universität: Prof. Dr. K. Eigen-feld von der TU Bergakademie Freiberg.

1) Im folgenden Artikel ist auf die Unterscheidung zwischenProdukt und Prozess zu achten. Produktentwicklung be-zeichnet die gießtechnische „Reifung“ und Anpassung desBauteils an ein Gießverfahren, um es mit geringem Auss-schuss gießen zu können. Prozessentwicklung beschreibtdie Verbesserung des Gießverfahrens und der zugehörigenGießtechnik hinsichtlich Qualität und Produktionskosten.

EinleitungIm Zuge der CO2 Diskussion und das dadurch immer weitersteigende Interesse an Leichtbau ist es nahezu überfällig, dasgrößte und schwerste Bauteil im Motor nicht mehr in Eisenzu fertigen. Parallel dazu steigen die Anforderungen an dieMotoren und immer höhere Leistungsgewichte werden abge-fordert [1]. Hochbelastete und großvolumige Kurbelgehäusewerden im Niederdruckgießverfahren und kleinere, geringerbelastete ZKG vorwiegend im Druckgießverfahren hergestellt.Durch eine hohe Funktionsintegration und komplizierte Hin-terschnitte stößt das Druckgießverfahren jedoch an seineGrenzen. Das Niederdruckgießverfahren bietet zwar höchsteQualität und Eigenschaften, leider aber auch bei höchstenProduktionskosten.

Der Hintergrund, warum das Schwerkraftgießen für Zylin-derkurbelgehäuse und das Kippgießen insgesamt für Motorenerst in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen hat, liegtvermutlich in der Komplexität der Bauteile und des Verfah-

rens, aber der immer besseren Durchdringung der Prozessesowie an sich deutlich geänderten Ansprüchen an die Moto-ren. In kaum einem anderen Herstellungsverfahren sind soviele variable Parameter in einem Prozessfenster zu halten,um verwendbare Abgüsse zu produzieren. Bisherige Herange-hensweisen an neue Gussteile beruhten ausschließlich aufErfahrungswissen, was sich in einem neuen Verfahren alssehr schwierig darstellt. Die zunehmende Funktionsintegrati-on und die daraus entstehenden komplexeren Strukturen er-schweren die Prozessentwicklung zusätzlich. Höhere Anfor-derungen an Zylinderköpfe und Zylinderkurbelgehäuse hin-sichtlich Gewicht, Kosten und Lebensdauer erzwingen abereine Betrachtung des Schwerkraftkokillengießens generell(für Zylinderkurbelgehäuse) und des Schwerkraftkippgießensspeziell (für Zylinderköpfe und -kurbelgehäuse) als Ferti-gungsverfahren.

Für die neuesten Baureihen von Zylinderköpfen und Zy-linderkurbelgehäusen steht nicht nur eine Prozessentwick-lung im Vordergrund, sondern auch eine Produktentwick-lung. Diese Bauteile unterliegen höchsten Beanspruchungenim Betrieb, die eine weitere Ausnutzung der Prozess- undWerkstoffpotentiale verlangen. Neue Konzepte und steigendeAnforderungen bei immer kürzerem Produktenstehungspro-zess fordern ein gutes Prozessverständnis und enge Kommu-nikation aller Bereiche (Bauteilentwicklung, Werkzeug-/For-menbau, Gießerei und Bearbeiter). Um den Gesamtentwick-lungsprozess besser zu durchdringen und den steigenden An-

forderungen genüge zu leisten ist der Einsatz der Gießsimula-tion ein unabdingbares Hilfsmittel. Leichtbaupotentiale undneue Ideen in der Bauteilentwicklung sowie neue Gießver-fahren können im Vorfeld betrachtet werden.

Methode und ZielstellungIn den letzten Jahren hat sich die gießtechnische Simulationals probates Hilfsmittel in der Prozessentwicklung und Seri-enoptimierung erwiesen. Sie dient als Diskussionsgrundlage,da hier die Anforderungen und Probleme visuell dargestelltsind. Dies bedeutet allerdings nicht, dass man die Erfahrungder Gießer und Werkzeugbauer bei Einsatz der Gießsimulati-on vernachlässigen darf, sondern vielmehr, dass das Wissenin der Diskussion transparenter gemacht wird und man ein-zelne Problemstellungen gegenüber der Bauteilentwicklungbesser beschreiben und deuten kann.

Gerade bei Neuentwicklungen und steigenden Anforderun-gen an das Gussteil ist die Vielfalt der gießtechnischen Simu-lation ein äußerst wichtiges Hilfsmittel. Durch Variation derGießlagen und Anschnittsysteme sind bereits in der frühenEntwicklungsphase entscheidende Hinweise für die Bauteil-gestaltung an die Entwicklung möglich. Risikobehaftete Be-reiche hinsichtlich Gussfehler im Bauteil, aufgrund ungenü-gender Speisungswege, sowie zu geringe Wandstärken auf-grund komplizierter Kerngeometrien, sind lokalisierbar undzu verhindern. Mit den gewonnenen Ergebnissen aus derFormfüllungs- und Erstarrungssimulation sowie den Erfah-rungen der Gießer und Werkzeugbauer sind erste Auslegun-gen für die realen Gießversuche möglich, die auch das späte-re Werkzeugkonzept betreffen. Die Anwendung der Gießsi-mulation dient dem Entwickler auch für die Vorhersage vonmechanischen Eigenschaften [3].

Voraussetzung für eine möglichst weitreichende Ausnut-zung der Potentiale der gießtechnischen Simulation ist der frü-he Einstieg in den Produktenentstehungsprozess. Durch früh-zeitige Bewertung des Rohteilkonzeptes kann eine Vorauswahlfür das vorteilhafteste Gießverfahren stattfinden. Die daraufaufbauenden weiteren Baustufen sollten bereits wichtige Hin-weise aus der Simulation übernehmen, um bereits sehr frühRisikobereiche, die in der späteren Serienproduktion Kosten-treiber darstellen, zu eliminieren. Voraussetzung hierfür isteine frühe Entscheidung zum Gießverfahren und Seriengießer.

Verfolgt man diese Vorgehensweise konsequent, ist ein gro-ßer Synergieeffekt zwischen Prozess- und Produktentwick-lung möglich. Durch die enge und frühe Verzahnung fließendie Wünsche des Gießers bereits in der Vorentwicklung mitein, sofern dies im Produktentwicklungskonzept möglich ist.Bild 1 verdeutlicht diese Synergieeffekte und stellt den zeitli-chen Gewinn grafisch dar.

Der rote Entwicklungspfad symbolisiert den bisherigenProduktentstehungsprozess für Gussbauteile. Er beginnt in

der Regel im Laufe der Serienentwicklungund ab hier wird die Simulation stark einge-bunden. Häufig wird das weitestgehend fer-tig entwickelte Bauteil verwendet, um denSerienprozess dafür zu entwickeln. Größeregeometrische Änderungen sind nur sehrschwer möglich und ggf. mit hohen Kostenund Verzögerungen im Entwicklungsprozessverbunden.

Geht man aber wie im blauen Entwick-lungspfad vor und beginnt bereits in der Vor-entwicklungsphase die gießtechnische Simu-lation zu nutzen, ist eine Adaption des Bau-teils an das spätere Serienverfahren möglich.Die Simulation ermöglicht eine Transparenzund ein Know-How Frontloading des Gieß-prozesses in die Bauteilentwicklung. Diskus-sionen über die Bedürfnisse des Bauteilent-wicklers und des Gießers, um einen optima-len Kompromiss hinsichtlich Fertigungs-kosten, Funktionalität und Qualität zu finden,sind hiermit durchführbar. Der Vorsprung in

Bezug auf Kosten und Zeit spiegelt sich im gesamten Produk-tenstehungsprozess wieder, da weniger Prototypenbauteile er-forderlich sind und im Verlauf der Serienentwicklung wenigerÄnderungsbedarfe bis zum stabilen Serienanlauf bestehen.

Neben der bislang eingesetzten Simulation der Formfül-lung und Erstarrung, also des eigentlichen Gießvorgangs,werden zunehmend auch die ggf. vorgeschaltete Kernherstel-lung und dem Gießprozess nachgeschaltete Wärmebehand-lung und mechanische Bearbeitung berücksichtigt. Im Bild 2sind Ergebnisse aus der gießtechnischen Simulation aufge-zeigt und die Relevanz für die einzelnen Abteilungen, die aneinem Produkt arbeiten. Dabei ist zu erkennen, dass für jedenBeteiligten viele Informationen aus der Gießsimulation zuentnehmen sind, die direkt in die Produkt- und Prozessent-wicklung einfließen können.

ErgebnisseWährend der Modellierung eines Produktes sind die innerenFunktionselemente ebenso zu betrachten, wie die komplexeAußengeometrie. Die Kerngestaltung steht direkt mit derRohteilgeometrie in Verbindung und hat Einfluss auf das spä-tere Gussergebnis sowie die Auswahl des Gießverfahrens.Seitens der Aggregateentwicklung sind immer kleinere undkomplexere Kerngeometrien gefordert. Um die Realisierungder Geometrien zu beurteilen, können Simulationsergebnissedes Kerschießprozesses entscheidende Hilfestellungen bei-steuern. Durch Anzeige der Fließgeschwindigkeiten, Dichteund Gaseinschlüsse während der Formfüllung und Aushär-

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Bild 1: Prozess- und Produktentwicklung von gegossenen Zylinder-kurbelgehäusen und Zylinderköpfen

Bild 2: Ergebnisse aus der Gießsimulation (Zuordnung derFarben zu primärem Interesse)

tung besteht die Möglichkeit, auf die Stabilität der Kerngeo-metrien zu schließen. Simulationsergebnisse zeigen einen gu-ten Abgleich zur Realität und ermöglichen damit weiteresOptimierungspotential für die Kerngestaltung und Werkzeug-auslegung. Durch die Einbindung dieses Simulationstools inden Produktentstehungsprozess soll in Zukunft die gesamteProzesskette Guss für die Aggregateherstellung abbildbarsein. Im Bild 3 ist auf der linken Seite ein Kern mit einerFehlstelle dargestellt und auf der rechten Seite ein Bild ausder Kernschießsimulation. Erkennbar ist, dass an der Fehl-stelle eine ungleichmäßige Sandverteilung vorherrscht.

Die Gießsimulation wird primär zur Auslegung des Gieß-verfahrens angewandt [4]. Der Entwicklung des Schwerkraft-kippgießverfahrens ist dabei eine besondere Rolle zuzuord-nen, da die Findung des optimalen Kippwinkels nicht trivial,sondern sehr bauteilspezifisch ist. Geringe Fließgeschwindig-keiten und laminare Formfüllung der Schmelze, verbundenmit einem erstarrungsgerechten Temperaturhaushalt des Bau-teiles, können durch die Variation des Kippwinkels und An-schnittsystems mit der Gießsimulation untersucht und zu ei-nem Optimum entwickelt werden. Denn nur bei bauteilange-passten Bedingungen ist mit diesem Verfahren für Motorkom-ponenten ein positives Ergebnis erreichbar. Bei ausreichendhohen Kippwinkeln sind entscheidende Vorteile bezüglichder Schmelzeführung und damit auch des Erstarrungsverhal-tens erzielbar. Motive wie Speiserreduzierung und höheremechanische Eigenschaften sind möglich. Es zeigt sich, wel-che Einsparungen bei der Speiserauslegung aufgrund desTemperaturhaushaltes nach der Formfüllung möglich sind.Höhere mechanische Eigenschaften im Bauteil resultierenaus einer positiven Erstarrungsbeeinflussung und den damitverbundenen geringen Dendritenarmabständen. Durch realeGießversuche sind die theoretischen Angaben zu überprüfen.Erste praktische Ergebnisse bestätigen diese und geben damitweitere Impulse für die Bauteil- und Prozessentwicklung. InBild 4 sind am Beispiel eines Zylinderkopfes eine schemati-sche Darstellung der Abhängigkeit vom Kippwinkel zumDendritenarmabstand (auf der Brennraumseite) und die Ab-hängigkeit vom Kippwinkel zur genutzten Speisermasse dar-gestellt. Mit höherem Kippwinkel kann ein geringerer Den-dritenarmabstand erreicht werden und weniger Speisermate-rial ist für eine Lunkervermeidung nötig. Das geringere Ab-

gussgewicht ermöglicht eine schnellere Erstarrung, die zu ei-ner Taktzeitverkürzung und zu weiteren Einsparungen imFertigungsprozess führt.

Das Kippgießverfahren vereinigt Vorteile vom herkömmli-chen Kopf- sowie Bodenguss. Eine Steigerung der Produktivi-tät und Qualität ist möglich. Es ist jedoch darauf zu achten,dass nicht jedes Bauteil primär für das Kippgießverfahren ge-eignet ist. Die Auswahl des Gießverfahrens ist immer abhän-gig vom Bauteildesign.

Wie bereits im Bild 2 dargestellt, sind aus der Erstarrungs-simulation sehr hilfreiche Ergebnisse für die weitere Produkt-und Prozessentwicklung zu ziehen. Aufbauend auf der Tem-peraturverteilung während der Abkühlung kann es zu einerungleichmäßigen Erstarrung kommen. Hierdurch entstehenLunker, die für den späteren Motorenbetrieb bzw. währendder mechanischen Bearbeitung zu Ausschussteilen führen.Umso hilfreicher ist es, bereits während der Entwicklungs-phase potentielle Fehlstellen zu analysieren und durch Geo-metrieänderungen oder gießtechnische Maßnahmen zu elimi-nieren. Im Bild 5 ist am Beispiel eines Zylinderkopfes ein Si-mulationsergebnisses zur Porositätsvorhersage (links) undrechts das Ergebnis aus der CT Analyse dargestellt. Auch hierzeigt sich, dass die Vorhersage aus der Gießsimulation mitden realen Gießversuchen sehr gut übereinstimmt.

Immer höhere Anforderungen an die Bauteile sind nurdurch höchste mechanische Eigenschaften und Fehlerfreiheitzu erzielen. Hohe mechanische Eigenschaften erreicht man inder Regel durch eine schnelle Erstarrung bzw. Abkühlungnach dem Gießen bzw. durch eine optional nachgeschalteteWärmebehandlung. Zu berücksichtigen ist hierbei das Auf-treten von Eigenspannungen, die sich mit steigender Abkühl-geschwindigkeit erhöhen. Wie die mechanischen Eigenschaf-ten auch, sind Eigenspannungen nicht sichtbar und zerstö-rungsfrei nur schwer messbar. Besonders bei Aluminium ge-stalten sich röntgenographische Methoden als äußerstschwierig. Daher versucht man über Verzug oder Verschie-bungen nach einem Materialabtrag (z.B. Bohrlochmethode)Eigenspannungen zu messen. Der Widerspruch, hohe Ab-kühlgeschwindigkeiten mit hohen Festigkeiten und dennochgeringen Eigenspannungen zu kombinieren, kann über ent-sprechende Geometrie- und Prozessanpassungen aufgehobenwerden. Nachfolgende Darstellung (Bild 6) zeigt links das Re-

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Bild 3: Sandkern mit Fehlstelle (links), Sanddichteverteilungin der Simulation (rechts) [2]

Bild 4: Abhängigkeit Kippwinkel zu DAS (links) und Abhän-gigkeit Kippwinkel zu Speisermasse (rechts)

Bild 5: Porositätsergebnis aus der Gießsimulation (links), CTErgebnis nach Abguss (rechts)

Bild 6: Spannungsriss im Stegbereich (links), zugehörige Ei-genspannungsberechnung (rechts)

Hybrid- und Elektromobilität – Chancen und Heraus-forderungen für die Giessereiindustrie*)

Influence of Hybrid and Electro Mobility to the Foundry Industry – Changes and Challenges

sultat von Eigenspannungen aus dem Gießprozess, die zu ei-nem Riss in den Stegen zwischen den Zylinderlaufflächenführen. Im rechten Bereich des Bildes ist die zughörige Ei-genspannungssimulation dargestellt, aus der dieser Bereichanhand der Spannungen in y-Richtung deutlich wird.

Im Bild 7 ist nach einer Geometrie- und Prozessoptimie-rung kein Spannungsriss zu erkennen. Auch in der Gießsi-mulation sind die Spannungen an der Problemstelle deutlichgeringer.

Zusammenfassung Durch die frühe Einbindung der Simulation in den Pro-duktentstehungsprozess besteht die Möglichkeit, erhebli-che Entwicklungszeit einzusparen. Die Ergebnisse der Si-mulationen zeigen, dass es äußerst sinnvoll ist, diesesHilfswerkzeug bereits sehr früh, nach Vorlage eines erstenRohteildesigns, in die Entwicklungsphase zu integrieren.

Zum einen sind aus der Gießsimulation heraus die Berei-che hinsichtlich Kernwandstärken, Porositäten in Gusstei-len und Eigenspannungen sowie Verzug berechenbar. Zumanderen ist es möglich, mechanische Eigenschaften vor-herzusagen und Vorschläge für sinnvolle Geometrieopti-mierungen in die Bauteilauslegung einfließen zu lassen.

Darüber hinaus bietet die gießtechnische Simulation ei-nen Übergang von einem sequentiellen zu einem simulta-nen Produktentstehungsprozess. Prozess- und Produkten-wicklung finden parallel statt und beeinflussen sich posi-tiv. Dadurch entstehen Synergien, die neben einer Verkür-zung des Produktenstehungsprozesses zu einem ferti-gungstechnisch besseren Gussteil und somit zu günstige-ren Fertigungskosten führen.

Literatur[1] Rüdiger Bähr, Marc Braunhardt, Stefan Scharf: „Gießtechnische

Untersuchungen zur Serienüberführung eines Zylinderkurbelge-häuses der neuesten Generation“ Magdeburger Maschinenbautage,VDI Tagung, Oktober 2009

[2] Gießerei 96 (2009) Nr. 12, S. 23 [3] Jörg C. Sturm, MAGMA Gießereitechnologie GmbH: „Vorhersage

lokaler Eigenschaften von Gussteilen im Motorenbau“[4] S. Knirsch, M. Stöfka: „Datendurchgängigkeit als Schlüssel einer

effizienten Produkt- und Prozessentwicklung“, Gießerei Praxis12/2005, S. 439 -445

Kontaktadresse: Marc Braunhardt, Komponenten – Werkzeugbau, Projektleiter Leichtmetallguss, VOLKSWAGEN AG, Brieffach 3384, Postfach 4749, D-38037 Braunschweig, Tel.: +49 (0)531/298-4654, Fax: +49 (0)531/298-4891, E-Mail: marc.braunhardt@volkswagen.de,http://www.volkswagen.de

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Bild 7: kein Spannungsriss im Stegbereich (links), zugehörigeEigenspannungsberechnung der optimierten Geometrie(rechts)

Dipl.-Ing. Dr.mont. Leopold Kniewallner, Jahr-gang 1963, hat Werkstoffwissenschaften an derMontanuniversität Leoben studiert. 1992 star-tete er seine Berufstätigkeit bei Georg FischerAutomotive am Standort in Herzogenburg.Nach einigen Auslandsaufenthalten leitet erseit 2000 das Zentrallabor in Schaffhausen/CHmit den Bereichen Produkt-, Werkstoff- undVerfahrensentwicklung

Dipl.-Ing. Miro Dzinic, nach Ausbildung zumMaschinenschlosser 1996 Abschluss als staat-lich geprüfter Techniker, Fachrichtung Maschi-nenbau-Fertigung, an der Technischen Fach-schule Düsseldorf. Von 1996 – 2001 Studiumdes Maschinenbaus an der Hochschule Süd-westfalen und an der TU Darmstadt.2002 Direkteinstieg bei ZF Sachs AG als Ver-suchsingenieur Antriebstrangtechnologie fürNutzfahrzeuge, 2003 bis 2007 Entwicklungsin-genieur und Projektleiter für Antriebsstrang-komponenten bei ZF Sachs AG in Schweinfurt.Seit 2007 Teamleiter Produktentwicklung bei Georg Fischer Auto-motive AG in Schaffhausen (Schweiz).

*) Vorgetragen von L. Kniewallner auf der 54. Österreichischen Gieße-rei-Tagung am 22. April 2010 in Leoben

Dipl.-Ing. Ilias Papadimitriou, nach Studiumzum Maschinenbauingenieur an der AristotleUniversity of Thessaloniki (Griechenland) von1995 bis 2001 Berechnungsingenieur Mecha-nik und Strukturanalyse bei AVL List GmbH inGraz (Österreich). Von 2001 bis 2009 Projektleiter Motorenent-wicklung F1 und Strassenfahrzeuge, FerrariS.p.A, Maranello (Italien).Seit 2010 Teamleiter Motorenentwicklung bei

Georg Fischer Automotive AG, Schaffhausen (Schweiz).

1. PräambelDie weltweite Diskussion über eine Klimaerwärmung durchdie Erhöhung der CO2-Konzentration in unserer Atmosphä-re hat zu vielen Maßnahmen geführt, die auch die Automo-bilindustrie betreffen. Um die vorgegebenen Ziele zur Sen-kung des Flottenverbrauches zu erreichen, sind Downsizing,Downspeeding, Hybrid- und Elektroantriebe die Schlüssel-wörter und Technologien für die Automobilhersteller undderen Zulieferer, um Erfolg zu haben. Jeder Automobilher-steller verfolgt mit konkreten Projekten seine Ziele, denCO2-Ausstoß zu senken. Die Vielfalt der unterschiedlichenAntriebskonzepte ist durch den steigenden gesetzlichen und

gesellschaftlichen Druck vorgegeben und stark geprägt. Eswird eine neue Beurteilungskompetenz sowohl beim Fahr-zeughersteller als auch beim Zulieferer notwendig sein. Obdie Prognosen für die zunehmende Hybrid- und Elektromo-bilität eintreffen werden, ist nur eine Frage des Zeithorizon-tes.

Gussteile haben im Automobilbau schon immer eine gro-ße Rolle gespielt. Egal, ob Eisen- oder Leichtmetallguss, derAnteil ist zunehmend gewachsen. Neben Fahrwerk und An-trieb besitzen auch Teile für die Karosserie ein zunehmen-des Potential. Mit den Veränderungen durch die Hybrid-und Elektromobilität stellt sich die Frage: „Welche Chancenund Herausforderungen ergeben sich für die Giessereiindus-trie?

Über die bereits angesprochenen drei Hauptproduktseg-mente: Fahrwerk, Antrieb und Karosserie werden Auswir-kungen auf angestammte Gussteilprodukte beschrieben.

Schlüsselwörter: Hybridfahrzeug, Elektro Motor, Verbren-nungskraftmotor, Alternative Antriebskonzepte, Leichtbau,CO2 Reduktion, Downsizing, Verbundgusstechnik

2. Maßnahmen zur Reduktion der CO2 FlottenverbräucheDie Diskussion um den Klimaschutz hat das öffentliche Be-wusstsein erheblich verändert. Die Automobilindustrie mit ih-ren Zulieferern leistet ihren Beitrag und wird ihn weiter erhö-hen. Mobilität ist ein wesentlicher Grundpfeiler unserer Ge-sellschaft. Dabei gilt es, die steigende Mobilität umweltfreund-lich, wirtschafts- und sozialverträglich zu gestalten.

2.1 Zielvorgaben für die AutomobilindustrieDie Wichtigkeit der Absenkung der Kohlendioxid-(CO2)-Emis-sionen verdeutlicht ein Vergleich [1]: Würde der CO2-Ausstoßder 50 Fahrzeugmodelle mit dem höchsten Kraftstoffverbrauchum 20 % gesenkt, würde dies eine Ersparnis von lediglich0,4 % in der Gesamt-Flotte einbringen. Eine 20-prozentige Ver-brauchssenkung bei den 50 meist verkauften Modellen ergäbeeine Senkung im Flottenverbrauch um 14 %. Aus diesemGrund ist die Effizienzsteigerung in jedem Fahrzeugsegmentdas Hauptziel. Dabei ist es unerheblich, um welche Fahrzeug-kategorie es sich handelt (Kleinwagen, Sportwagen, Luxusli-mousine, Familienvan oder Geländewagen).

Innerhalb der Europäischen Union haben sich die Mitglieds-staaten inzwischen auf einheitliche, langfristige Vorgaben zurCO2-Reduzierung im Straßenverkehr geeinigt [2]. Der CO2-Aus-stoß von Neuwagen innerhalb der EU soll ab 2012 schrittweisesinken, von derzeit knapp 160 g/km auf 130 g/km im Jahr2012.

Für die großen Fahrzeughersteller wird ein Flottenwert er-mittelt, der vom Durchschnittsgewicht der Gesamtfahrzeug-flotte des Herstellers abhängig ist. Da es bei großen, schwerenAutos mit einem hohen Verbrauch mehr Möglichkeiten zurCO2-Senkung gibt, müssen diese Hersteller nach den EU-Vor-gaben den Flottendurchschnitt nicht nur absolut in g/km stär-ker senken, sondern auch relativ zu ihrem derzeitigen Aus-gangswert (Abb. 1).

Im Falle einer Nichterreichung der Ziele werden empfindli-che Strafen ausgesprochen. Dadurch sind Anreize geschaffenworden, die Weiterentwicklung, die natürlich auch Kostenund personelle Kapazitäten erfordert, zu fördern.

2.2 Entwicklungstrends zur Erreichung der CO2-FlottenverbrauchszieleVor allem drei Stossrichtungen können maßgeblich zur Errei-chung der Ziele beitragen:

• Leichtbau• Optimierung der Verbrennungsmotoren• Alternative Antriebskonzepte

Je geringer ein Gewicht ist, das bewegt werden muss, destoweniger Kraft wird dafür benötigt – und desto weniger Kraft-stoff wird verbraucht. Ein Ansatz, der für alle Fahrzeuggrup-pen gilt. Durch Reduzierung des Fahrzeuggewichtes um 100 kgkann der Verbrauch um ca. 0,5 l/100 km gesenkt werden. Diesentspricht einer CO2-Reduktion von 3,5 g/km. Neben Leicht-bauwerkstoffen, wie Aluminium und Magnesium, werden dieKonstruktionen hinsichtlich der geforderten Funktion ge-wichtsoptimiert. Dazu tragen bionische Konstruktions-Ansätzeund der Einsatz von unterschiedlichen Werkstoffpaarungen ih-ren Anteil bei. Sie bewirken eine Reduzierung des Energie-und Materialbedarfs, sowie eine Verbesserung der Wirtschaft-lichkeit der Systeme.

Die Optimierung der Verbrennungsmotoren zielt insbeson-dere auf Effizienzsteigerung und Downsizing ab. Zudem sindVeränderungen in der Entwicklung und Integration neuer An-triebstechnologien möglich. Brennstoffzelle, Hybrid- oderElektroantriebe sind nur einige Beispiele möglicher Antriebs-technologien.

Einen einheitlichen Technologietrend gibt es nicht, die Mög-lichkeiten auf diesem Gebiet sind vielfältig. Dazu nachfolgendein Überblick über aktuelle Tendenzen.

3. Hybrid- und ElektroantriebskonzepteEin Hybridfahrzeug ist nach UNO-Definition ein Fahrzeug, indem mindestens zwei Energieumwandler und zwei im Fahr-zeug eingebaute Energiespeichersysteme vorhanden sind.Energiewandler sind Elektro-, Otto-, Gas- und Dieselmotoren.Energiespeicher sind Batterien oder Kraftstofftanks.

Die EU-Richtlinie [3] bezeichnet als Hybridelektrofahrzeugein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einemweiteren Energiewandler, der die Energie aus einem Betriebs-kraftstofftank und einer Speichereinrichtung (im Fahrzeug) fürelektrische Energie bezieht. In Abb. 2 sind die Haupt-Antriebs-konzepte dargestellt.

Mit zunehmender Elektrifizierung des Antriebs nimmt dieAnzahl an Komponenten gegenüber dem konventionellen rei-nen Verbrennungsmotor ab. Beim parallelen Hybridantrieb istein Fahren sowohl mit Verbrennungsmotor als auch mit demElektromotor (für Stadtbetrieb) oder auch gemeinsam möglich.Dies ist die Variante mit dem aufwendigsten System. Eine Um-setzung ist vor allem bei größeren Fahrzeugen interessant.Durch zusätzliche Komponenten ist sogar eine Gewichtszu-nahme möglich.

Beim seriellen Hybrid dient ein Verbrennungsmotor einzigzur Reichweitenverlängerung (Range Extender) des Elektroan-triebes. Das Fahrzeug wird nur mit dem Elektroantrieb bewegt.

Beim reinen Elektro-Antrieb muss die Energie ausschließ-lich über eine externe Quelle in der Batterie gespeichert wer-

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Abb. 1: Ausgangslage zur CO2-Reduktion der einzelnen Fahr-zeughersteller zur Erreichung der Zielvorgaben gemäß Festle-gung der Europäischen Kommission [1].

andererseits trägt, wie bereits angesprochen, auch ein niedrige-res Fahrzeuggewicht zu einer CO2-Reduktion bei.

Komponenten für Antrieb, Karosserie und Fahrwerk fürPkw und NFZ liegen deshalb gemeinsam mit dem jeweiligenKunden im Fokus der Leichtbau-Forschung und -Entwick-lungsarbeit bei Georg Fischer Automotive. Reduzierungen desFahrzeuggewichts realisieren die Technologen durch leichteund hochfeste Werkstoffe. Ebenso durch eine optimale Aus-nutzung von Bauräumen und Bauteilbelastung. Um Menschund Umwelt zu schützen, werden gleichzeitig hohe Anforde-rungen an die Betriebssicherheit verwirklicht. Als Beispielkann hierzu ein Schwenklager in Eisenguss [6] dienen, das mitbionischen Methoden und höherfesten Werkstoffen optimiertworden ist (Abb. 3).

4.1 Antriebsstrang – VerbrennungsmotorIn den nächsten 20 Jahren wird der große Beitrag zur CO2-Re-duktion durch die Effizienzsteigerung von konventionellenVerbrennungsmotoren und Hybrid-Antrieben erzielt werden.Die Entwicklungsschwerpunkte des Verbrennungskraftmotorsder nächsten Generation sind sicherlich Leichtbau sowie Ver-brauchs- und Herstellungskostenreduktion.

Man geht von einem 30% Verbrauchsreduktions-Potentialdurch Direkteinspritzung, Downsizing und Aufladung, Start –Stopp bzw. Zylinderabschaltungsstrategien aus [4].

Downsizing besteht vor allem darin, den Hubraum der Mo-toren soweit zu verkleinern, dass diese nach einer Effizienz-steigerung in etwa die gleiche Leistung haben wie die größerenMotoren zuvor. Die Effizienzsteigerung entsteht hierbei durchTurbolader oder Verbesserungen der Motorsteuerung. Dadurcherhöht sich die spezifische Leistung bei weniger Kraftstoffver-brauch und Emissionen aber höheren Verbrennungsdrücken,wodurch die Anforderungen an die Werkstoffe steigen.

Aufgeladene Benzinmotoren mit kleinem Hubraum bietenGewichtsvorteile und niedrige Reibleistungsverluste. Durchdie Erhöhung des Verbrennungsdruckes wird allerdings dieBauteilfestigkeit von Kurbeltrieb und Zylinderkurbelgehäuseein entscheidender Faktor für die Konstruktion und Werkstoff-auswahl sein.

Für zukünftige Diesel-Motoren sind Spitzendrücke von 230bar im Gespräch [7]. Experten sehen hier das Potential derheute üblichen Aluminiumkolben ausgereizt. Ähnlich stelltsich die Frage für das Zylinderkurbelgehäuse. Heute wird dasZylinderkurbelgehäuse aus Lamellengraphitgusseisen oderLeichtmetall (Aluminium) hergestellt. In den letzten Jahrengab es einen Trend zu Leichtmetall. Durch die kleineren Hub-

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den (plug-in). Die Kapazität der Batterie entscheidet über Kos-ten und Reichweite des Fahrzeuges, die Dauer des Ladevor-ganges über die Qualität der Mobilität.

Der Verbrennungskraftmotor als einzige Antriebsvariante inder Automobilindustrie scheint unter der Anforderung vonCO2-Reduktion und der Entwicklung von Batterietechnologienseine Position zu verlieren. Die Elektrifizierung des Antriebs-stranges besitzt ein hohes Potential zur Verbesserung der Luft-qualität und zur CO2-Reduzierung. Es besteht daher Einigkeitzwischen Politik und Automobilindustrie, dass die Elektrifi-zierung kommt. Die Geschwindigkeit wird jedoch vor allemvon der Entwicklung der Batterie (Kapazität und Ladevorgang)und deren Kosten beeinflusst.

Alle Prognosen gehen davon aus, dass der Hybridantriebnur als Übergang vom konventionellen Verbrennungsmotor-Antrieb zum reinen Elektroantrieb dient.

Während die ersten Hybrid-Konzepte wie Start- und Stopp-Systeme oder Systeme zum Rückgewinn von Bremsenergievon vielen Herstellern im Markt zu finden sind, sind Elektro-fahrzeuge noch Nischen und erste größere Serien erst für dienächsten Jahre angekündigt.

Eine Studie von Bosch [4] geht im Jahr 2020 von einemWeltmarktvolumen von ca. 6 Millionen Hybridfahrzeugen und3 Millionen reinen Elektrofahrzeugen aus. Andere Studien be-ziffern das Weltmarktvolumen von reinen Elektrofahrzeugenim Jahr 2020 in einem Bereich von 3–10 Mio. Fahrzeugen.Dies bedeutet, dass der Verbrennungsmotor noch die nächsteZeit dominieren wird, da auch die Gesamtfahrzeugzahl nochdeutlich ansteigen soll.

Es muss auch berücksichtigt werden, dass ein Elektroantriebnur dann zur CO2-Reduzierung beiträgt, wenn die hierzu benö-tige elektrische Energie aus CO2-freier oder regenerativer Ener-gieerzeugung stammt. In diesem Zusammenhang ist der weite-re Ausbau der regenerativen Energie und der Netzstrukturenzur Aufnahme von Elektroenergie für Fahrzeuge notwendig.

4. Auswirkungen auf Systemgruppen im FahrzeugTeilt man ein Fahrzeug in die drei Hauptgruppen: Fahrwerk,Karosserie und Antrieb ein, so haben die Ziele einer CO2-Re-duktion unterschiedliche Auswirkungen und Einflüsse.

Das Gesamtgewicht eines durchschnittlichen Personenkraft-wagens verteilt sich heute auf etwa 39 Prozent Karosserie,25 Prozent Fahrwerk, je 15 Prozent Ausstattung und Antriebsowie zirka 6 Prozent Elektronik [5].

Hybrid- und Elektroantriebe haben in Abhängigkeit derFahrzeugtypen nur bedingt Auswirkungen auf Karosserie undFahrwerk. Hier liegt deshalb der Fokus auf Leichtbau. Zum ei-nen muss ein Mehrgewicht durch zusätzliche Batterien undElektromotoren bei Hybrid-Fahrzeugen kompensiert werden,

Abb. 2: Überblick über Hybrid- und Elektro-Antriebskonzepte

Abb. 3: Gewichtsreduktion durch Einsatz von bionischenMethoden und höherfesten Eisenguss-Werkstoffen am Beispieleines Schwenklagers.

Start DesignMaterial: GJS 400-15Weight: 4,39 kg

Bionic DesignMaterial: SiboDur 700-10Weight: 3,42 kg (–0,97 kg)

22 % Gewichtsreduktion mittels bionischem Design und optimaler Werkstoffwahl

Stahl oder Aluminium, in Magnesi-um-, Aluminium-Druckguss oder Alu-minium-Sandguss Bauteile (Abb.5).

5. Herausforderungen undPotentiale für die Giesserei-industrieDie Giessereiindustrie mit hohen In-vestitionsaufwendungen und Energie-konsum wird in der Einführung vonHybrid- und Elektroantriebstechnolo-gie eine wichtige Rolle spielen.

In ein Hybrid-Fahrzeug kommenzum Verbrennungskraftmotor und Getriebe der Elektromotor,die Batterie und die Hochleistungselektronik dazu. Die Anzahlder Komponenten ist höher als im konventionellen Antriebund reinen Elektroantrieb. Beim reinen Elektroantrieb entfal-len alle Komponenten des Verbrennungsmotors und teilweiseauch des Getriebes, wodurch auch potentielle Gussteile nichtmehr benötigt werden. Andererseits ergeben sich neue Poten-tiale durch Gusskomponenten für Elektromotoren, Steuer- undLadegeräte. Bei Elektromotoren ist die Leistung stark von derTemperatur der Magnete abhängig. Daher ist die Optimierungund Integration von Öl- oder Wasser-Kühlkanälen in gegosse-nen Gehäusen eine gießtechnische Herausforderung. Für dieGehäuse von Elektromotoren, anders als Zylinderkurbelgehäu-se, ist nicht die Betriebsfestigkeit, sondern die Wärmeleitfähig-keit der entscheidende Faktor, der wiederum die Motorleis-tung bzw. Leistungsdauer stark beeinflusst.

Durch die Optimierung der Verbrennungsmotoren (Downsi-zing oder Range Extender) steigen die Herausforderungen anden Leichtbau und auch die Beanspruchung an die einzelnenKomponenten. Dazu einige Beispiele für Lösungsansätze:

Bei Motorenbauteilen ist der Einsatz von hohl gegossenenKurbelwellen (Abb. 6) eine attraktive Lösung für den Leicht-bau. Beschichtungsverfahren für Zylinderlaufflächen anstellevon Zylinderbuchsen können ebenfalls zum Leichtbau von Zy-linderkurbelgehäusen beitragen.

Neue kostengünstige Eisenguss-Werkstoffe für den Einsatzbei höheren Temperaturen für Abgaskrümmer und Turboladersind ebenfalls eine Herausforderung an die Werkstoffentwick-lung.

Werkstoff- und Methodenentwicklung für einen optimiertenLeichtbau, die Optimierung von Gießverfahren durch Simula-tion und der Einsatz von Verbindungstechniken und Verbund-guss für eine optimale Werkstoffauswahl sind die Hauptanfor-derungen an die Gießerei-Industrie.

räume wird auch der Gewichtsvorteil von Aluminium kleiner,wodurch neben den höheren Beanspruchungen auch die höhe-ren Kosten wieder Entscheidungen in Richtung Eisen ergebenkönnen.

Die höhere Leistungsdichte, die durch Downsizing erzieltwird, führt bei Otto-Motoren zu höheren Abgastemperaturen.Abgaskrümmer und Turbolader sind in diesem Zusammen-hang kritische Bauteile. Andererseits bieten sie auch durchverstärkten Einsatz Wachstumspotential. Wegen Bauraumbe-schränkung und Verbrennungsabstimmungen sind meistenskonstruktive Lösungen bei diesen Bauteilen sehr limitiert. Da-her müssen Werkstoffe weiterentwickelt [8] werden, die dieseAnforderungen erfüllen können. Abb. 4 zeigt einen Auspuff-krümmer im Werkstoff SiMo1000, der von Georg Fischer Auto-motive entwickelt wurde.

4.2 Antriebsstrang – Hybrid / Elektroantrieb Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs ist eine aussichtsrei-che Option, um die herausfordernden Ziele für zukünftigeKraftfahrzeuge zu erreichen. Elektrische Maschinen im An-triebsstrang können vielfältige Beiträge zur Reduzierung vonKraftstoffverbrauch, Schadstoffemission und Lärm, sowie zurVerbesserung von Sicherheit, Handling und Komfort leisten.Elektromotoren können nur dann eingeschaltet werden, wennsie wirklich benötigt werden (Energiemangement).

Das breite Anwendungsspektrum reicht vom klassischenKurbelwellen-Startergenerator, über Hybridantriebstechnik bishin zum reinen elektrischen Antriebsstrang. Eine zukunftsfähi-ge Mobilität steht somit auf vielen Säulen. Dem Vorteil derVielzahl an alternativen Antriebskonzepten steht der Nachteilder Energiespeicherung in ebenso vielfältigen Batteriekonzep-ten (NI/MH, Li-Ion, Redox-Flow) gegenüber. Entscheidend füreinen Durchbruch sind: Dauer des Ladevorganges, ausreichen-de Reichweite und Kosten. Insbesondere Bauteile der Hoch-leistungselektronik wie Stromladegeräte oder Spannungskon-verter arbeiten auf thermisch hohem Niveau. Um einen opti-malen Wirkungsgrad sicherzustellen, sind Flüssigkeitskühlungund Wärmeabfuhr zwingend erforderlich.

Doppelwandiger Guss für Elektromotoren, Batterie- oderGetriebegehäuse, erlaubt einen Kühlmittel- oder Schmiermit-teltransport. Alle Bauteile müssen leicht sein, um das Gewichtder schweren Batterien zu kompensieren.

Die Verbundgusstechnik erlaubt das Eingießen unterschied-licher geometrischer Strukturen (z.B. Röhrchen, Profile) aus

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Abb. 4: Abgaskrümmer aus dem hochtemperaturbeständigen GusseisenwerkstoffSiMo1000

Abb. 5: Aluminium-Getriebe-gehäuse mitintegriertenStahlröhrchen

Abb. 6: Hohlgegossene Kurbelwelle als Leichtbaupotential imVerbrennungsmotor

6. AusblickAktuell wird die CO2-Reduktion bei Fahrzeugen durch diedrohenden Strafzahlungen hauptsächlich nur beim Fahrbe-trieb vorangetrieben. Gemäß Studien entstehen bis zu 30%der CO2-Emissionen von Fahrzeugen in der Herstellungs-phase und 70% in der Nutzungsphase. Deshalb wird in Zu-kunft für eine CO2-Reduktion auch noch stärker die gesamteProzesskette, d.h.: auch der Energieaufwand für die Herstel-lung der Komponenten in die Bilanz mit einbezogen werdenmüssen. Werkstoffe und Prozesse mit geringerem CO2-Aus-stoss sollten sich durchsetzen und die Entwicklung in dieseRichtung noch stärker gefördert werden. Dabei sind unteranderem Kreislaufschließung, Reduktion von Material- undEnergieeinsatz sowie die Vermeidung von Toxizitäten we-sentliche Zielgrößen.

Eine wirksame CO2-Reduktionsstrategie abzuleiten ist nurmöglich, wenn die im Produktleben auftretenden Umwelt-auswirkungen erkannt und in Entscheidungsprozessen be-rücksichtigt werden. Dazu muss der ganze Produktlebens-lauf beurteilt werden [9].

Als Beispiel kann hier der Einsatz von Aluminium zurGewichtsreduzierung dienen. Der Energieaufwand für einZylinderkurbelgehäuse aus Primär-Aluminium ist dreimalso hoch wie für ein Gehäuse aus Gusseisen [10]. Wenn manSekundär-Aluminium einsetzt, wird die Bilanz gleich we-sentlich besser und man benötigt deutlich weniger Fahrkilo-meter, um den höheren Energieaufwand bei der Herstellungzu kompensieren.

Nicht nur die Werkstoffauswahl, sondern auch das Giess-verfahren selbst kann die CO2-Bilanz wesentlich beeinflus-sen. Zum Beispiel kann die Wärmeenergie, die durch dasSchmelzen im Kupolofen entsteht, im Sinne einer CO2-Re-duktion weiter genutzt werden. Das Maggi-Werk in Singennutzt die Heißgase der benachbarten Giesserei von Georg Fi-scher Automobilguss in Singen, um Sattdampf für seine Pro-duktionsanlagen zu erzeugen. So bleiben der Umwelt mehrals 11.000 Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr erspart [11].

Literaturverzeichnis:

[1] VDA, Broschüre „Handeln für den Klimaschutz“, Stand August2009, 2. überarbeitete Auflage

[2] EU (2009), Verordnung (EG) Nr. 443/2009 des Europäischen Par-lamentes und des Rates vom 23. April 2009 zur Festsetzung zurVerringerung der CO2-Emissionen von Personenkraftwagen undleichten Nutzfahrzeugen, Europäische Union (EU) Strassburg,April 2009

[3] EU (2007), Verordnung 2007/46/EG des Europäischen Parlamen-tes und des Rates vom 5.September 2007 zur Schaffung einesRahmens für die Genehmigung von Kraftfahrzeugen und Kraft-fahrzeuganhängern sowie von Systemen, Bauteilen und selbst-ständigen technischen Einheiten für diese Fahrzeuge

[4] B. Rohr: „Antriebsstrangvielfalt und Elektrifizierung: Herausfor-derungen und Chancen für die Automobilindustrie“, Vortrag am31. Internationalen Wiener Motorensymposium 2010

[5] M. Goede, H. Ferkel, J. Stieg: „Mischbauweisen Karosseriekon-zepte – Innovationen durch bezahlbaren Leichtbau“, Vortrag am14. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik 2005

[6] G. Rau: „Bionik und Guss – eine gute Kombination“, AluminiumPraxis, 10/2009, 10

[7] R. Backhaus: „Kolben aus Stahl für Pkw-Dieselmotoren“, MTZ12/2009

[8] S. Obermaier, S. Kleiner, L. Zeipper, „SiMo1000 – Hochtempera-turbeständiger Gusseisenwerkstoff als Innovation der Georg Fi-scher Automotive AG“, Giesserei-Praxis, 7–8/2009, 236–242

[9] D.A. Notter, M. Gauch, R. Widmer: „Contribution of Li-Ion Batte-ries to the Environmental Impact of Electric Vehicles“, Environ-mental Science & Technology, 9. Aug. 2010

[10] E. Fritsche: „Vergleich der Energieeffizienz und CO2-Emissionenbei der Herstellung von Zylinderkurbelgehäusen aus Gusseisenoder aus Aluminiumlegierungen“, Giesserei-Rundschau, 56 (2009)

[11] Presseinformation Georg Fischer vom 20.01.2009: „Maggi nutztAbwärme von GF Automotive“, http://www.georgfischer.com

Kontaktadresse: Georg Fischer Automotive AG, Marketing & KommunikationCH-8201 Schaffhausen, Amsler-Laffon-Straße 9Tel.: +41 (0)52 631 2114, sinem.gizli@georgfischer.comwww.automotive.georgfischer.com

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Verkürzung des Entwicklungsprozesses von Gussteilendurch Einsatz von virtueller Versuchsplanung

Reduction of Development Time of Castings by Application of Virtual Design of Experiments DoE

Dr.-Ing. Achim Egner-Walter, Leiter Advanced Engineering bei der MAGMAGießereitechnologie GmbH in Aachen/D

Dr.-Ing. Ingo Hahn, Produktmanager Optimierung bei der MAGMAGießereitechnologie GmbH in Aachen/D

Dipl.-Ing. Walter Simon Chassis MBB & Technical Specialist, FORD Werke AG, Köln

KurzfassungDer Entwicklungsprozess in der Automobilindustrie bedarfeiner kontinuierlichen Anpassung an immer schärfereWettbewerbsbedingungen. Dazu gehört insbesondere dieVerkürzung der Entwicklungszeiten. Möglich wurde diesdurch den parallelen statt seriellen Ablauf von Arbeits-schritten sowie durch die Entwicklung und stetige Verbes-serung von Simulationsprogrammen. Versuche mit Hard-ware als hauptsächliche Methode verbieten sich aus Zeit-und Kostengründen und können nur noch als abschließen-de Bestätigung eingesetzt werden. Die Simulation von Her-stellungsprozessen und funktionalen Belastungen, gepaartmit dem Wissen erfahrener Ingenieure, ist hier die Lösung.

Eine weitere Reduktion der Entwicklungszeit kann durchÜbertragung von Methoden der statistischen Versuchspla-nung (DoE) in die virtuelle Bauteil- und Prozessentwick-lung erreicht werden. Mit ihrer Hilfe kann sehr effektiv derEinfluss einer Vielzahl von Geometrie- und Fertigungspara-metern auf die Bauteilqualität untersucht werden.

In diesem Beitrag wird am Beispiel eines Aluminium-Kurbelgehäuses mit eingegossenen Laufbuchsen gezeigt,

1. Der Entwicklungsprozess gestern und heuteDer Entwicklungsprozess in der Automobilindustrie ist ge-kennzeichnet von einer permanenten Verkürzung der Zeit-spanne von einer ersten Produktidee bis zur Markteinführung.Aus ehemals 5 Jahren für diesen Vorgang sind bei im Marktführenden Firmen inzwischen Zeitspannen von 36 Monatenund weniger geworden. Möglich wurde dies einmal durch denparallelen statt seriellen Ablauf von Arbeitsschritten, weiter-hin durch den Fortschritt in der Computertechnik und darausresultierend die Entwicklung und stetige Verbesserung von Si-mulationsprogrammen.

Den nächsten großen Schritt in Richtung verkürzte Entwick-lungszeiten für Gussteile bringt der sogenannte integrierteCAE-Entwicklungsprozess [1]. In diesem werden Bauteil undFertigungsprozess simultan optimiert, Bild 1.

Der Vergleich mit dem konventionellen Entwicklungspro-zess zeigt zum einen, dass die Fertigungssimulation deutlichfrüher stattfinden muss, damit die Ergebnisse direkt in die Pro-totypenherstellung einfließen können. Zum anderen reichteine einzelne Fertigungssimulation nicht aus. Der Fertigungs-prozess ist dann optimal, wenn er auf die geforderten Gussteil-eigenschaften ausgerichtet und robust ist, d.h. unkritisch hin-sichtlich typischer Schwankungen in der Fertigung.

Der Nachweis eines robusten Fertigungsprozesses ist sehrschwierig, da die Gussteilqualität von einer hohen Zahl vonParametern beeinflusst wird. Würde man alle möglichen Ein-flussgrößen untersuchen, ergäbe sich ein immens hoher Erpro-bungsaufwand. Daher hat man bereits frühzeitig Verfahren ent-wickelt, die eine hohe Aussagefähigkeit bei begrenzter Anzahlvon Versuchen besitzen. Ein solches Verfahren ist die Methodeder statistischen Versuchsplanung (Design of Experiments,DoE), [2]. Diese Methode wird schon seit einiger Zeit bei prak-tischen Versuchen erfolgreich eingesetzt, bietet sich aber auchgerade für Simulationsrechnungen an.

In diesem Beitrag wird die Methode der statistischen Ver-suchsplanung (DoE) erstmals für die Entwicklung eines robus-ten Fertigungsprozesses eingesetzt. Am Beispiel des Gießensvon Aluminium-Kurbelgehäusen mit eingegossenen Laufbuch-sen aus Gusseisen werden exemplarisch die Einflüsse ver-schiedener Fertigungsparameter auf die Anbindung des Alu-miniums an die Laufbuchsen, die Gefügequalität in den Ver-schraubungsbereichen sowie die Eigenspannungen im Stegbe-

reich untersucht. Aus den Ergebnissen werden die Parameterfür einen bezüglich der gewählten Parameter robusten Gieß-prozess abgeleitet und die zulässige Schwankungsbreite derParameter berechnet.

2. Simulation anstatt Versuch: Virtuelle Versuchsplanung als Werkzeug in derGussteilentwicklungDie statistische Versuchsplanung ist ein methodischer Ansatz,einen strukturierten Versuchsplan aufzustellen und mit statis-tischen Methoden auszuwerten. Das Ziel eines Versuchsplansist es, mit einer minimalen Anzahl von Versuchen signifikanteAbhängigkeiten von Parametern nachzuweisen. Mit einem Mo-dellansatz können anschließend Regressionsgleichungen auf-gestellt werden, mit denen sehr einfach durch Eingabe der Pa-rameter die zugehörigen Ergebnisse berechnet werden können.Auf Basis der Regressionsgleichungen kann dann sehr schnelleine Parameteroptimierung vorgenommen werden.

Bei einer virtuellen Versuchsplanung wird diese Methodikauf die Simulation, in diesem Falle auf die Gießsimulation, an-gewendet. Dabei wird eine gewählte Zahl von Fertigungspara-metern variiert. Die Ergebnisse aus diesen Versuchen zeigennicht nur die Stärke der Auswirkung jedes Parameters auf dasErgebnis, sondern auch noch mögliche Wechselwirkungen derEinflussgrößen untereinander. Mit Hilfe der Regressionsglei-chungen und der darauf vorgenommenen Parameteroptimie-rung können die optimalen Fertigungsparameter ermittelt undgleichzeitig die Breite des Prozessfensters festgelegt werden.

Obwohl die Stärke der virtuellen DoE darin liegt, mit einerminimalen Anzahl von Berechnungen optimale Fertigungspa-rameter zu ermitteln, sollte nicht verschwiegen werden, dasssie eine leistungsfähige Hardware erfordert. Allerdings wurdedie Simulationssoftware im Hinblick auf eine massiv paralleleNutzung auf sog. Clustern weiterentwickelt. Durch Kombinati-on der Simulationssoftware mit einem Optimierungsprogrammist es möglich, mehrere Varianten parallel zu berechnen undautomatisch auszuwerten. Damit kann eine virtuelle Versuchs-planung für einen Gießprozess binnen 10 Tagen durchgeführtund ausgewertet werden.

3. Einsatz der virtuellen Versuchsplanung in der Entwicklung eines Aluminium-Kurbelge-häuses mit eingegossenen LaufbuchsenAluminium-Kurbelgehäuse mit eingegossenen Laufbuchsensind nach wie vor in vielen Benzin- und auch Dieselmotorenzu finden. Ursachen hierfür sind das, gegenüber Kurbelgehäu-sen aus Eisenguss, geringere Gewicht sowie die geringere Wär-mekapazität. Diese ermöglicht ein schnelles Warmfahren unddamit geringere Emissionen des Triebwerks in dieser für dieEinhaltung der Grenzwerte wichtigen Phase.

Obwohl vielerorts Erfahrungen in der Auslegung der Kon-struktion und des Fertigungsprozesses vorliegen, ist die Ent-wicklung eines neuen Kurbelgehäuses keine Routine. Typische

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wie mit Hilfe virtueller Versuchsplanung die Entwicklungeines Fertigungsprozesses effizient und kostengünstig ab-laufen kann. Dabei werden u.a. die Kaltlaufneigung im Be-reich der Buchse, die Eigenspannungen im Stegbereich so-wie die Gefügeausbildung untersucht. Als wesentliche Ein-flussgrößen werden Geometrieparameter wie der Buchsen-innendurchmesser und Prozessparameter wie Gießtempe-ratur, Zahl der Kühlkokillen oder Vorwärmtemperatur derLaufbuchsen berücksichtigt. Ergebnisse der virtuellen DoEsind die optimalen Geometrie- und Fertigungsparametersowie das zulässige Prozessfenster.

Bild 1: Verkürzung des Entwicklungsprozesses durch simultane Optimierung von Gussteil und Fertigungsprozess

Aufgabenstellungen sind die Gewährleistung einer guten An-bindung des Aluminiums an die Buchse, die Vermeidung vonSteg-Rissen aufgrund von Eigenspannungen sowie die Ge-währleistung eines feinen Gefüges in den kritischen Bereichender Zylinderkopfverschraubung.

Im Folgenden wird für das existierende Kurbelgehäuse einesFord-Motors gezeigt, wie mit Hilfe einer virtuellen DoE ein ro-buster Fertigungsprozess ausgelegt werden kann. Das Kurbel-gehäuse wird im Sandpaket aus der Legierung AlSi8Cu3 ge-gossen. Um eine gute Anbindung des Aluminiums an dieBuchse zu gewährleisten, werden die Buchsen vor dem Gießenvorgeheizt.

Die Vorgehensweise ist anfangs analog zur Definition einer„normalen“ Gießsimulation. Es wird das Geometriemodell mitGussteil, Gieß- und Speisungssystem, Kernen, Kühlkokillenund Form benötigt. Wenn Geometrievarianten betrachtet wer-den sollen, müssen diese ebenfalls vorliegen. Anschließendwird der Gießprozess definiert.

3.1 Aufbau des Versuchsplans Im ersten Schritt werden maßgebliche Qualitätsmerkmale fest-gelegt. Diese sind wie oben bereits beschrieben die Anbindungdes Aluminiums an die Buchse, die Eigenspannungen im Steg-bereich sowie die Gefügefeinheit in den Schraubenanbindun-gen. Im zweiten Schritt werden die als kritisch eingestuftenProzessgrößen bestimmt. In diesem Fall sind dies die Gießtem-peratur, die Vorheiztemperatur der Buchsen und der Tempera-

turgradient über die Buchsenhöhe, die Buchsendicke sowiedie Stegkühlungen links und rechts, Bild 2.

Um den Rechenaufwand überschaubar zu halten, werdennur die Randwerte der Prozessgrößen untersucht. Damit ergibtsich die in Tabelle 1 dargestellte Simulationsmatrix mit 6 Va-riablen. Für eine vollständige DoE-Sequenz müssten 26=64 Si-mulationen durchgeführt werden. Mit nur geringen Einschrän-kungen der Aussagekraft der DoE genügt in der Regel eine so-genannte „halbfaktorielle“ Sequenz mit 32 Simulationen. Umeventuelle Nichtlinearitäten zu identifizieren, wird zusätzlichein sog. Zentralpunkt eingeführt, in dem alle Variablen mit ei-nem Mittelwert belegt werden. Insgesamt werden also 33 Gieß-simulationen durchgeführt. Die Gießsimulationen werden mitHilfe des Optimierungsmoduls MAGMAfrontier definiert undvon diesem automatisch gesteuert und ausgewertet.

In der Gießerei sind bei vergleichbarem Vorgehen für Proto-typen und Auswertung ungefähr 3 Monate anzusetzen. Die Si-mulationen und Auswertungen können innerhalb von 10 Ta-gen durchgeführt werden. Somit können 90% der Zeit einge-spart werden.

3.2 Definition von Auswertegrößen undAuswertegebieten der DoE

Das erste Qualitätsmerkmal ist die Anbindung des Alumini-ums an die Laufbuchse. Diese wird schlecht, wenn dieSchmelze während der Formfüllung zu erstarren beginnt undso zäh wird, dass sie die raue Oberfläche der Laufbuchsennicht mehr vollständig benetzt. Dieser Zustand wird erreicht,wenn der Festkörperanteil in der Schmelze zu hoch wird. DieGrenze wird bei der vergossenen Legierung AlSi8Cu3 bei ca.560 °C erreicht. Bei dieser Temperatur springt der Anteil er-starrter Schmelze von 30% auf 60%, Bild 3.

Das zweite Qualitätsmerkmal ist die Feinheit des Gefügesim Bereich der Schraubenanbindung. Als Maß für die Feinheitwird der sekundäre Dendritenarmabstand SDAS verwendet.

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Gradient dT Laufbuchsen

Kühleisendicke links Kühleisendicke rechts

Innendurchmesser

Toben

Bild 2: Variable Geometrie- und Prozessgrößen

Parameter Minimum MaximumKühleisendicke links 0 mm 20 mmKühleisendicke rechts 0 mm 20 mmInnendurchmesser d. Laufbuchsen 71 mm 79 mmVorheiztemperatur d. Buchsen am ob. Ende 200°C 400°CVorheiztemperatur d. Buchsen am unt. Ende 50°C 150°CGießtemperatur 680 720 °C

Tabelle 1: DoE-Matrix

Auswertebereiche

Bild 3: Beurteilung der Buchsenanbindung im Steg mit Hilfe des Temperaturfeldes während der Formfüllung (links). Die kriti-sche Temperatur wird aus dem Erstarrungsverlauf der Legierung gewonnen (rechts).

Der SDAS ist eine im Schliffbild gut messbare Gefügekenngrö-ße. Gleichzeitig ist der SDAS mit den lokalen Erstarrungsbedin-gungen, insbesondere den Erstarrungs- und Abkühlraten sowieden Temperaturgradienten an der Erstarrungsfront gekoppelt.Diese wiederum bestimmen Gefügecharakteristika wie dieKorngröße oder die Ausprägung der Gasporositäten, die durchWasserstoffausscheidungen aus der Schmelze entstehen.

Das dritte Qualitätsmerkmal sind die Eigenspannungennach dem Gießen. Diese können direkt mit der Gießsimulationberechnet und mit der experimentell ermittelten Dehngrenzeund Zugfestigkeit verglichen und bewertet werden.

Da die Ergebnisse, wie oben beschrieben, nicht im gesamtenGussteil sondern in bestimmten Bereichen ausgewertet wer-den, müssen diese für die Simulation in Form von Geometrie-bereichen festgelegt werden, Bild 4.

3.3 Auswertung der DoEIm Rahmen der DoE wurden 33 MAGMA-SOFT®-Simulationen durchgeführt. Diekonventionelle Auswertung aller dieserBerechnungen würde einen enormen Zeit-aufwand bedeuten. Mit Hilfe von statisti-schen Methoden kann dieser Aufwanddrastisch reduziert werden [3]. Die allge-meine Vorgehensweise bei der Auswer-tung von Simulationsrechnungen mit sta-tistischen Methoden wird im Folgendenbeschrieben.

Für eine erste Übersicht bietet sich dassog. Haupteffekte-Diagramm an, Bild 5.

Hier wird deutlich, welche Einflussgrö-ßen eine signifikante Wirkung auf die Er-gebnisgrößen haben. Nahezu waagrechteLinien bedeuten, dass der Parameter keinenennenswerte Wirkung bei der Variationin den betrachteten Grenzen hat, deutli-che Steigungen der Geraden bedeuteneine signifikante Wirkung.

Die minimale Schmelzetemperaturwährend der Füllung des Stegbereichswird ganz wesentlich durch die Vorheiz-temperatur der Buchse sowie die Tempe-raturverteilung in der Buchse beeinflusst.Die Gießtemperatur hat hierauf (innerhalbdes gewählten Bereichs von 680°C bis720°C) nur wenig und die Stegkühlung so-wie der Innendurchmesser der Buchsekeinen Einfluss.

Der Dendritenarmabstand SDAS alsMaß für die Qualität des Gefüges liegt imStegbereich in dem für Sandgussteile typi-schen Wertebereich von 40 µm bis 80 µm.Der bewertete Mittelwert schwankt zwi-schen 55 µm und 75 µm. Er wird von denKühlmaßnahmen im Stegbereich, derGießtemperatur und der Vorheizung derLaufbuchsen stark beeinflusst. Der Innen-

durchmesser der Buchse sowie der Temperaturgradient in derBuchse haben dagegen nur geringen Einfluss auf den SDAS.

Die Eigenspannungen entstehen aufgrund des unterschiedli-chen Ausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Gussei-sen. Aufgrund der geringen Breite liegen die Eigenspannungenim Stegbereich teilweise deutlich oberhalb von Rp0,2, Bild 7.

Die Zugfestigkeit, die im Gusszustand nur ca. 150 MPa be-trägt, kann bei ungünstiger Wahl von Geometrieabmessungenund Prozessparametern überschritten werden, d.h. der Stegkann bereits während der Abkühlung in der Gießform reißen.Die Höhe der maximalen Eigenspannungen hängt stark vonder Dicke der Buchsen ab, die anderen Parameter zeigen nuruntergeordnete Wirkung.

Aus den Ergebnissen wird sofort sichtbar, dass keine in al-len Belangen optimale Lösung möglich ist, da die Wirkungenzum Teil gegenläufig sind. Zum Beispiel verbessern hohe Gieß-temperaturen und hohe Vorheiztemperaturen die Anbindungdes Aluminiums an die Laufbuchse (Kriterium „minimaleSchmelzetemperatur“), verschlechtern aber gleichzeitig dieGefügeeigenschaften, repräsentiert durch den sekundären Den-dritenarmabstand.

Für eine genaue Auslegung des Gießprozesses müssen daherdie Mindestanforderungen für die einzelnen Ergebnisgrößenfestgelegt werden, d.h. wie klein muss zum Beispiel der SDASim Brennraumbereich mindestens sein oder wie hoch dürfendie Eigenspannungen maximal sein. Dies erfordert die Erfah-rung der Gießer und der Konstrukteure.

Die Auswertung der DoE erlaubt es, auch eine quantitativeVoraussage über die Effekte von Parametervariationen zu täti-gen. Dazu wird eine Regressionsgleichung für alle Auswerte-

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Bild 4: Definitionder Auswerte-gebiete imMAGMASOFT®-Preprocessor

Bild 6: Haupteffekte-Diagramm für den SDAS im Bereich der Zylinderkopf-Ver-schraubung

Bild 5: Haupteffekte-Diagramm für die minimale Schmelzetemperatur während derFüllung des Stegbereichs

größen erstellt. Die Regressionsgleichung erhält als Variabledie in der DoE angegebenen Parameter, hier exemplarisch fürden SDAS angegeben:

Die Werte für die Koeffizienten a, b, c, d, e, f, ….. sind das Er-gebnis der Regressionsanalyse. Für jeden Term der Gleichungwird ein Signifikanzwert berechnet, der dessen Einfluss auf dasErgebnis angibt. Diejenigen Terme, die keinen oder nur gerin-gen Einfluss auf das Ergebnis haben, werden aus der Regressi-onsgleichung entfernt. Als Ergebnis erhält man einen Satz vonGleichungen, mit dem sehr einfach durch Eingabe der jeweili-gen Parameter die zugehörigen Auswertegrößen berechnet wer-den können. Zur Bestimmung der optimalen Fertigungspara-meter kann nun auf Basis der Regressionsgleichungen optimiertwerden, was nur wenige Sekunden in Anspruch nimmt.

Die dargestellte Form der Regressionsgleichung setzt weitge-hend lineare Abhängigkeiten zwischen Fertigungsparameternund Auswertegrößen voraus. Werden bei der Auswertungnichtlineare Zusammenhänge festgestellt, so müssen nichtli-neare Regressionsgleichungen erstellt werden. Deren Bestim-mung erfordert eine deutlich umfangreichere DoE-Sequenz.

Die ermittelten optimalen Fertigungsparameter und das zu-gehörige Prozessfenster sind in Bild 8 dargestellt.

Der innere Durchmesser der Laufbuchsenbeeinflusst lediglich die Eigenspannungensignifikant. Da die Eigenspannungen bei ei-nem möglichst großen Innendurchmesserminimal werden, sollte dieser möglichst naham Durchmesser des Fertigteils gewählt wer-den. Die Stegkühlungen beeinflussen im We-sentlichen die Gefügefeinheit und sollten da-her in jedem Fall und mit der Stärke von 20mm anliegen. Kritische Größen sind die obe-re und untere Vorwärmtemperatur der Buch-sen. Zum einen haben beide einen erhebli-chen Einfluss auf die Anbindung des Alumi-niums an die Laufbuchsen und zum anderenauf die Gefügefeinheit im Stegbereich. ImZusammenspiel mit der Gießtemperatur lässtsich jedoch ein guter Kompromiss finden.Dazu werden die Vorwärmtemperaturen sohoch wie möglich gewählt, andererseits dieGießtemperatur mit nur 690°C eher niedrig.

Neben den optimalen Gießparametern istin Bild 8 auch noch die Breite des Prozess-

fensters dargestellt. Berücksichtigt man eine typische Schwan-kung der Gießtemperatur um +/– 0°C, dann bleibt für die Vor-heiztemperatur der Buchsen noch eine Schwankungsbreitevon 50°C, bevor ein Absinken der Schmelzetemperatur zwi-schen den Stegen auf unter 560°C zu erwarten ist.

4. Zusammenfassung und AusblickDie virtuelle statistische Versuchsplanung (virtuelle DoE) ist eingeeignetes Verfahren zur virtuellen Auslegung eines robustenGießprozesses. Am Beispiel eines Aluminium-Kurbelgehäusesmit eingegossenen Laufbuchsen konnte gezeigt werden, welcheFertigungsparameter den größten Einfluss auf die Anbindungdes Aluminiums an die Laufbuchsen, die Feinheit des Gefügesim Schraubenbereich sowie die Eigenspannungen im Stegbe-reich besitzen. Durch eine Parameteroptimierung basierend aufder mit der DoE gewonnenen Regressionsgleichung konntendie optimalen Fertigungsparameter sehr schnell berechnet wer-den. Gleichzeitig wurde das zulässige Prozessfenster unter Be-rücksichtigung einer typischen Fertigungsstreuung ermittelt.

Die Anwendung der virtuellen DoE für die Auslegung ro-buster Gießprozesse steht erst am Anfang. Noch ist die Zahlder berücksichtigten Fertigungsparameter aufgrund der Re-chenzeiten sehr begrenzt. Durch Nutzung massiv paralleli-sierter Software und die immer weiter voranschreitendenMulti-Core-Technologien ist die Anwendung dieser Metho-dik aber heute schon möglich.

Mit dieser Technologie rückt die Vision eines vollständigintegrierten CAE-Entwicklungsprozesses, bei dem Gussteilund Gießprozess simultan optimiert werden, ein Stück näher.

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Bild 7: Haupteffekte-Diagramm für die maximalen Eigenspannungen im Stegbe-reich

Bild 8: Berechnete optimale Prozessparameter

Literatur:[1] Menne, R.J.; Weiss, U.; Brohmer, A.; Egner-Walter,

A.; Weber, M.; Oelling,P.: Einsatz der Gießprozess-simulation zur Bauteil-Leistungssteigerung beigleichzeitiger Reduzierung von Entwicklungszeitund –kosten – Ausgewählte Beispiele aus derFord-Motorenentwicklung. 28. InternationalesWiener Motorensymposium 2007

[2] Montgomery, D. C.: Design and Analysis of Experi-ments, 4th Edition, John Wiley and Sons, 1997

[3] Einführung in MINITAB 15, Minitab Inc., 2007

Kontaktadresse: MAGMA Gießereitechnologie GmbHD – 52072 Aachen, Kackertstraße 11Tel.: +49 (0)241 88901 0, Fax: 62E-Mail: info@magmasoft.dewww.magmasoft.de

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Am 9. und 10. September fand im Kon-greßzentrum des Hotels Slovenija an derRiviera der Adriastadt Portoroz die50. Gießerei-Tagung der slowenischenGießereifachleute unter dem Motto„Qualität und Kostenreduktion – Basiseiner wettbewerbsfähigen Gießereiin-dustrie“ mit wieder großer internationa-ler Beteiligung statt.

Frau Mag. Mirjam Jan-Blazic, die Prä-sidentin des Drustvo Livarjev SlovenijeDLS, konnte 35 namhafte Vortragendeund über 200 Tagungsteilnehmer aus 16Ländern (Bosnien u. Herzegowina, Bul-garien, Dänemark, Deutschland, Groß-britannien, Kroatien, Indien, Italien, Ma-zedonien, Österreich, Polen, Schweden,Serbien, Tschechische Republik, Un-garn) und Slowenien willkommen hei-ßen. Rund 90 Teilnehmer waren ausdem näheren und ferneren Ausland an-gereist.

DLS-Ehrenmitglied Erich Nechtelber-ger gratulierte im Namen des VereinsÖsterreichischer Gießereifachleute zur50. Jubiläumsveranstaltung und über-reichte einen gravierten Österreich-Zinnteller als Erinnerungsgeschenk. Inseinen Gratulationsworten wies er da-rauf hin, dass das 50. Jubiläum wohl derbeste Beweis für die hohe Qualität derinzwischen international gewordenenTagung in Portoroz sei.

Das Vortragsangebot spannte einenBogen über den heutigen Stand der Gie-ßereitechnologie. Die Plenarvorträge be-handelten im ersten Teil die zu erwar-tenden Auswirkungen der Hybrid- u.

Elektromobilität auf die Gießereiindus-trie, beleuchteten die Position der euro-päischen Druckgussindustrie im globa-len Vergleich und gaben einen Zu-standsbericht über die Auswirkungender Krise auf die slowenische Gießerei-industrie.

Im zweiten Teil der Plenarvorträge ga-ben Wissenschafter einen Überblicküber die Entwicklung von Gusswerk-stoffen und Gießereitechnologien mitbesonderem Schwerpunkt Aluminium-legierungen.

Danach wurde in getrennten Vortrags-reihen über Gusseisen und Gießereitech-nologie sowie über NE-Legierungen be-richtet.

Die Vorträge der Eisenseite konzen-trierten sich auf Entwicklungen beiGusseisen mit Kugelgrafit, auf Simulati-on und Produktionsprozesse, die nume-rische Simulation des Kernschießens,auf Kosteneinsparungsmöglichkeitendurch Regeneration von Sandmischun-gen, auf die Beseitigung von Warmriss-fehlern, auf Gefügecharakterisierung,Gussfehlervermeidung u.a.

Auf der NE-Metallseite wurden be-sonders die Forderungen der Automo-bilindustrie nach höherer Qualität undhöherem Integrationsgrad von Gusstei-len angesprochen. Beiträge über denEinfluß des Mikrogefüges auf die me-chanischen Eigenschaften, die Vermei-dung von Gussfehlern, die numerischeSimulation von Präzisionsguß, Dentalle-gierungen, die Kalibration von Messge-räten, über 2-Platten Druckgussmaschi-

nen u.a. boten eine breite Palette an In-formationen.

Alle Tagungsvorträge sind als Kurz-auszüge in einem Tagungsband (96 Sei-ten DIN A 4 mit Anhang) mit inkludier-ter CD-ROM (254 MB mit 33 meist eng-lischsprachigen Vollbeiträgen) enthal-ten.

Ein Sonderheft von LIVARSKI VEST-NIK 57/2010 gibt einen von Prof.emerit.Dipl.-Ing. Dr. mont. Milan Trbizan ver-fassten Überblick über die 50-jährigeEntwicklung der Slowenischen Gieße-reitagungen in Portoroz von 1960 bis2010 und eine Kurzbeschreibung derslowenischen Gießerei-Industrie und ih-rer Zulieferer.

Kontaktadresse:Drustvo livarjev SlovenijeSl – 1001 Ljubljana, Lepi pot 6, P.B. 424Tel.: +386 1 2522 488, Fax: +386 1 426 99 34E-Mail: drustvo.livarjev@siol.netwww.uni-lj.si/drustva/livarstvo

Rückblick auf die 50. SlowenischeGießerei-Tagung in Portoroz

Die slowenische Gießereiindustrie be-schaeftigte im Jahre 2009 3.632 Mitar-beiter (–33% gegenüber 2008) in 62Gießereien (um 7 Gießereien wenigerals 2008).Der Jahresumsatz 2009 betrug rd. 278Mio Euro (–40,1% gegenüber 2008) beieinem Exportanteil von über 66%. DieAusgaben betrugen 275 Mio Euro: Ma-terialkosten 60,7%, Löhne 25,2%, Ge-hälter 6,4% , Abschreibungen 7,7%. Die gesamte Wertschöpfung belief sichauf 96,9 Mio Euro (–16,4% gegenüber2008), d.s. 26.686 Euro/Beschäftigtem(8,6% mehr als in 2008).Die produzierten Mengen waren:59.125 t Grauguss (–29% gegenüber2008), 14.880 t Gusseisen mit Kugel-grafit (–53%), 30.292 t Stahlguss undTemperguss (–20%), 18.638 t LM-Guss(–48%) und 5.054 t anderer NE-Me-tall-Guss (–35%).

Ein voll besetztes Plenar-Auditorium Eröffnung und Begrüßung durch DLS-Präsidentin Mag. Mirjam Jan-Blazic

Erich Nechtelberger gratuliert DLS-Präsidentin Mag. Mirjam Jan-Blazic imNamen des VÖG zur 50. Jubiläumsta-gung.

18 Aussteller aus dem Ausland und 16Firmen aus Slowenien präsentierten ihrZuliefer- und Dienstleistungsangebot imKongressfoyer.

Der österreichische Beitrag kam vonUniv.-Prof. Dr. Peter Schumacher (MUL/ÖGI) zum Thema „Development of HighPerformance Aluminium Alloys – Influ-ence of Hot Tearing“.

Die Rivieravon Porto-

roz mitKongress-

zentrum

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GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010) HEFT 9/10

Weiterbildung – Seminare – Tagungen – Kongresse – MessenDer Verein Deutscher Gießereifachleute bietet im Jahre 2010 in seiner VDG-Akademie noch folgende Weiterbil-dungsmöglichkeiten an:

Datum: Ort: Thema:

21.01. Düsseldorf Metallurgie der Stahlgusswerkstoffe (SE)

27./28.10. Wildegg (CH) Formfüllung, Erstarrung, Anschnitt- u. Speisertechnik bei Gusseisenwerkstoffen (SE)

28./30.10. Duisburg Grundlagen der Gießereitechnik für Al-Gußlegierungen (QL)

02./03.11. Stuttgart Formherstellung: Hand- u. Maschinenformverfahren (QL)

04./06.11. Duisburg Grundlagen der Gießereitechnik für Eisen- u. Stahlguss (QL)

10.11. Düsseldorf Gefügebildung und Gefügeanalyse der Al-Gußlegierungen (SE)

11./13.11. Wildegg (CH) Erfolgreiches Führen Teil 2 (WS)

12./13.11. Stuttgart Kernmacherei (QL)

17.11. Mettmann Praxis des Schmelzens im Kupolofen (MG)

18./20.11. Stuttgart Grundlagen der Gießereitechnik (QL)

23./24.11. Düsseldorf Formfüllung, Erstarrung, Anschnitt- u. Speisertechnik bei Stahlguß (SE)

25./27.11. Berg.Gladbach Erfolgreiches Führen Teil 2 (WS)

30.11./01.12. Düsseldorf Metallographie der Eisengusswerkstoffe (SE)

02./03.12. Düsseldorf Kosten- und Leistungsrechnung in Gießereien Teil 1 (SE)

07./08.12. Düsseldorf Kernherstellung mit chemisch gebundenen Formstoffen (SE)

20./21.12. Düsseldorf Maß-, Form- und Lagetolerierung von Gussstücken u. Praxisteil (SE)

Änderungen von Inhalten, Terminen u. Durchführungsorten vorbehalten!IV=Informationsveranstaltung, MG=Meistergespräch, PL=Praxislehrgang, PS= Praxisseminar, QL=Qualifizierungslehrgang, SE=Seminar, WS=Workshop, FT=Fachtagung

Nähere Informationen erteilt der VDG: D-40237 Düsseldorf, Sohnstraße 70, Tel.: +49 (0)211 6871 256, E-Mail: info@vdg-akademie.de, Internet: www.vdg-akademie.de; Leiter der VDG-Akademie: Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Marc Sander, Tel.: +49 (0)211 6871 256, E-Mail: marc.sander@vdg-akademie.de Seminare, Meistergespräche, Fachtagungen: Frau A. Kirsch, Tel.: 362, E-Mail: andrea.kirsch@vdg-akademie.deQualifizierungslehrgänge, Workshops: Frau C. Knöpken, Tel.: 335/336, E-Mail: corinna.knoepken.@vdg-akademie.de

DGM-Fortbildungsseminare u. -praktika der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde e.V. (www.dgm.de)201025./26.10. Aachen Löten – Grundlagen u. Anwendungen (FS)

25./26.10. Karlsruhe Mechanische Oberflächenbehandlung z. Verbesserung d. Bauteileigenschaften (FS)

26./27.10. Rheinbach Zuverlässigkeit feuerfester Produkte für die Gießerei (FS)

26./28.10. Jülich Hochtemperaturkorrosion (FS)

09./11.11. Dortmund Moderne Beschichtungsverfahren (FS)

30.11./01.12. Bonn Metallurgie u. Technologie d. Al-Werkstoffe (FS)

01./02.12. Köln Bauteilschädigung d. Korrosion (FS)

01./02.12. Kaiserslautern Schicht- u. Oberflächenanalytik (FS)FP=Fortbildungspraktikum, FS=Fortbildungsseminar, IS=Intensivseminar

Das neue Online-Portal der DGM:

DGM-aktuell, Advanced Engineering Materials (AEM) und DGM-newsletter ab sofort auf Knopfdruck

Das neue Online-Portal der DGM bietet ab sofort den kostenfreien Zugriff auf alle Ausgaben der DGM-aktuell und des DGM-newsletters. Darüber hinaus besteht für DGM-Mitglieder die Möglichkeit, sich mit ihrer DGM-Mitgliedsnummer (121912)und Ihrem Geburtsdatum auf die Online-Ausgaben der Fachzeitschrift Advanced Engineering Materials (AEM) zuzugreifen.Einzelne Artikel können mit Bookmarks versehen und ausgedruckt werden, und mit einem Knopfdruck speichern Sie einegesamte Ausgabe als PDF für Ihr persönliches Archiv auf Ihrer Festplatte ab.

Sie finden die einzelnen Bereiche des Online-Portals unter folgenden Adressen:

DGM-aktuell: http://dgm.de/dgm-info/dgm-aktuell (kostenfrei)DGM-newsletter: http://dgm.de/dgm-info/newsletter (kostenfrei)AEM: http://dgm.de/dgm-info/aem (kostenfrei für DGM-Mitglieder)

Nähere Informationen: DGM Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V., D-60325 Frankfurt a.M., Senckenberganlage 10,Tel.: +49 (0)69 75306 757, E-Mail: np@dgm.de, www.dgm.de, www.materialsclub.com.

Veranstaltungskalender

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HEFT 9/10 GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010)

Weitere Veranstaltungen:201016./20.10. Hangzhou (CN) 69th WFC World Foundry Congress (www.founmdrynations.com und www.wfc2010.com)18./19.10. Bochum Hochschulpraktikum Schadensanalysen an metallischen Bauteilen (www.wp.rub.de)

19./21.10. München Materialica 2010 (www.materialica.de)

26./27.10. Landshut Leichtbau in Guss (www.hanser-tagungen.de/guss)

27./29.10. Dresden CELLMAT 2010 – Cellular Materials (www.dgm.de/cellmat)

27./29.10. Cleveland (USA) Heavy Section Ductile Iron Conference der Ductile Iron Society

28./29.10. Freiberg/Sa. 20. Ledebur-Kolloquium (Info: simone.bednareck@bdguss.de)

04./05.11. Leoben 8. Werkstoffkongress (www.ausseninstitut-leoben.at)

08./09.11. Ratingen VDI-Seminar „Konstrukteure senken Kosten“ (www.vdi-wissensforum.de)

11.11. Leoben Seminar „Korrosion u. Korrosionsschutz“ (www.ausseninstitut-leoben.at)

10./11.11. Bad Ischl 6. Ranshofener Leichtmetalltage (www.lkr.at/lmt2010)

10./11.11. Dresden VDI-Tagung „Innovative Fahrzeugantriebe“ (www.vdi-wissensforum.de)

10./11.11. Saarbrücken Hochschul-Kupfersymposium (www.kupferinstitut.de/symposium)

11./14.11. Istanbul Ankiros – Annofer - Turkcast

13./17.11. Luxor (Egypt) SPCI-9 Symposium on Science a. Processing of Cast Iron

30.11./02.12. Düsseldorf Valve World Conference & Expo 2010 (www.valve-world.net)

01./04.12. Frankfurt/M. EUROMOLD 2010 (www.euromold.com)

02./03.12. Neu-Ulm Tagung Werkstoffprüfung 2010 „Konstruktion, Werkstoffentwicklung und Schadens-analyse“ (www.tagung-werkstoffprüfung.de)

201008./09.02. Magdeburg 6.VDI-Fachtagung „Gießtechnik im Motorenbau“ (www.vdi.de/giesstechnik2011)

23.02. Nürnberg Int. Deutscher Druckgusstag

23./24.02. Landshut Leichtbau u. nachhaltige Mobilität (www.leichtbau-cluster.de)

04./08.04. Hannover Hannover Messe 2011

04./08.04. Schaumburg 115th Metalcasting Congress (Co-sponsored by AFS & NADCA)(USA)

14./15.04. Leoben 55. Österr. Gießereitagung28.06./02.07. Düsseldorf GIFA, METEC, THERMPROCESS, NEWCAST u. WFO Technical Forum (www.gifa.de,

www.metec.de, www.thermprocess.de, www.newcast.de)

14./16.09. Portoroz 51. Slowenische Gießerei-Tagung

19./24.09. Hannover EMO – Welt der Metallbearbeitung

22./25.09. Bendorf-Sayn (D) 2. Int. Treffen d. Freunde d. Eisenkunstgusses (Info: museum@bendorf.de)

05./07.10. Bremen ECAA 2011 – European Conference on Al-Alloys (www.dgm.de/ecaa)

25./27.10. Stuttgart Parts2clean – Int. Leitmesse für Reinigung i. Produktion u. Instandhaltung (www.parts2clean.de)

201117./19.01. Nürnberg EUROGUSS 2012 (www.euroguss.de)

28./29.02. Duisburg 9. Formstofftage Duisburg

17./20.04. Columbus (USA) 116th Metalcasting Congress (Co-sponsored by AFS & NADCA)

25./27.04. Monterrey (Mex) 70th WFC World Foundry Congress

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GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010) HEFT 9/10

Das Jahr 2009 hat sich auch für dasÖGI als ein sehr schwieriges gestaltet.Erst im letzten Quartal des Vorjahreswar eine Besserung der Konjunktur fürden F&E-Bereich, jedoch auf niedrigemNiveau, festzustellen. Das Österrei-chische Gießerei-Institut reagierte aufdiesen harten Konjunktureinbruch miteinem Investitionsstop von Gerätschaf-ten und mit vermehrten Anträgen fürForschungsprojekte. Eine Reduzierungvon qualifiziertem Personal am ÖGI unddamit des zukünftigen Innovationspo-tentials für die österreichische Gießerei-industrie konnte dadurch vermiedenwerden.

Gleichzeitig war es damit auch mög-lich, der österreichischen Gießereiin-dustrie Schulungen im Rahmen des„Weiterbildungsseminars Gießereitech-niker“ durch hochqualifiziertes Personaldes ÖGI, in Zusammenarbeit mit derMontanuniversität Leoben, anbieten zukönnen. Diese Schulungs-Maßnahmen,die sich gezielt auf das Ausbildungsni-veau von HTL-Ingenieuren bzw. Meis-tern ausrichten, fanden durch die Bil-dungskarenz vermehrt Anwendung in2009. Der erhöhte Bedarf an weiterenAusbildungsmöglichkeiten konnte durchein zertifiziertes Radioskopie-Ausbil-dungs- und Schulungszentrum nach EN473 am ÖGI gedeckt werden.

Trotz aller Schwierigkeiten war esmöglich, die zukunftsweisende Sonder-investition der thermischen Sanierungdes ÖGI-Hauptgebäudes abzuschließen.Damit stellt sich das ÖGI, als For-schungsstelle der österreichischen Gie-ßereiindustrie, mit einem modernenund positiven Image zum zukünftigenNutzen der österreichischen Gießerei-industrie dar.

Weiterbildungsseminar Gießereitechniker

Im ersten Halbjahr 2009 fand das be-reits dritte Ausbildungsseminar zumGießereitechniker statt. Trotz der ange-spannten wirtschaftlichen Lage nahmeninsgesamt 19 Teilnehmer an dieser Wei-terbildungsveranstaltung teil. Besonderserfreulich war, dass mit Frau DI UlrikeForstandlechner erstmals eine Frau so-wie mit Herrn DI Adolf Kerbl auch derGeschäftsführer des Fachverbandes derGießereiindustrie am Lehrgang teilge-nommen haben.

Am 3. Juli 2009 erhielten 11 Eisen-und 7 Nichteisen-Gießer ihr Abschluss-zertifikat für die Ausbildung zum Gieße-reitechniker. Die Zahl der Absolventen

stieg somit nach 3 Lehrgängen auf be-reits insgesamt 62. Das Seminar leistetdamit einen wesentlichen Beitrag zurErhöhung der technischen und betriebs-wirtschaftlichen Qualifikation von Mit-arbeitern in der österreichischen Gieße-reiindustrie. Gut ausgebildete und moti-vierte Mitarbeiter sind eine wichtige Ba-sis für eine qualitativ hochstehende undwirtschaftliche Fertigung und damitauch zur Absicherung von Produktions-standorten.

Die Ausbildung dauerte von Jännerbis Juli 2009 und umfasste 3 technischeund 3 betriebswirtschaftliche Blöcke zuje 2,5 Tagen (Donnerstag, Freitag undSamstag), wobei der technische Teil inEinheiten für Eisen-Gießer und Nichtei-sen-Gießer unterteilt war. Zwischen deneinzelnen Blöcken war eine Pause vonjeweils 3 bis 5 Wochen.

Der technische Teil startete mit denGrundlagen des Gießens und der Werk-stoffcharakterisierung. Die Themen derweiteren Module reichten von der Si-mulation über die Speiser- und An-schnittberechnung, Schmelztechnik,metallurgische Grundlagen und Wärme-behandlung bis zur Werkstoffprüfungund Qualitätssicherung. Die Inhalte desbetriebswirtschaftlichen Teils warenProblemlösungstechniken, Führung, Or-ganisation, Kostenrechnung, Control-ling, Qualitätsmanagement, Arbeitssi-cherheit sowie Logistik und Anlagenma-nagement. Die hohe Qualität der Fach-vorträge war gegeben durch Referentenvom Österreichischen Gießerei-Institut(ÖGI), dem Fachverband der Gießereiin-

dustrie, dem Lehrstuhl für Gießereikun-de und dem Department für Wirtschafts-und Betriebswissenschaften ergänztdurch zahlreiche Spezialisten mit Spezi-althemen aus der österreichischen undder benachbarten ausländischen Indus-trie. Die Vortragseinheiten fanden amÖGI, an der Montanuniversität und imneuen Impulszentrum für Werkstoffestatt. Zahlreiche praktische Übungen,wie z. B. Werkstoffprüfung, Metallogra-phie und thermische Analyse ergänztendie Theorieeinheiten.

Radioskopie Schulungen undSeminare

Im abgelaufenen Jahr wurden vomÖsterreichischen Gießerei-Institut zu-sätzlich zur Ausbildung zum Gießerei-techniker 15 Inhouse-Schulungen mit126 Teilnehmern bei österreichischenGießereien und Gussanwendern durch-geführt. Seit dem Jahr 2004 besuchteninsgesamt 1.055 Personen die Weiterbil-dungsveranstaltungen des ÖGI.

Die Seminare und Schulungen 2009wurden zu folgenden Themenschwer-punkten abgehalten:

Aluminium Technologie / GusseisenBasic / Aluminium- und Stahlguss / Al-Druckguss & Druckgusspraktikum / Me-tallurgie Aluminium- und Kupferlegie-rungen / Metallographie / Werkstoffprü-fung / Angewandte RöntgenprüfungStufe I und II.

Eine weitere Neuerung im Jahr 2009war die Etablierung eines Schulungs-und Prüfungszentrums für Radioskopie-

Aus dem Österreichischen Gießerei- Institut des Vereins für praktische

Gießereiforschung in LeobenTätigkeitsbericht 2009

Bild 1: Teilnehmer und Referenten des Gießereitechniker-Lehrganges 2009

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HEFT 9/10 GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010)

Ausbildungen am ÖGI. Seit 9. Oktober2009 ist das ÖGI von der Österrei-chischen Gesellschaft für zerstörungs-freie Prüfung (ÖGfZP) in diesen Berei-chen akkreditiert und zertifiziert.

Der erste Kurs für RS1/DR1 wurde imNovember 2009 mit acht Teilnehmernder Firmen Nemak Linz, TCG Unitech,S. Schösswender Werke Metallgiessereiund VMG Dambauer in Leoben abgehal-ten.

Das ÖGI ist damit die einzige Ausbil-dungsstelle in Österreich, die Fachkursenach ÖNORM M 3041 und 3042 für Ra-dioskopie bzw. digitale Radiologie derStufen 1 und 2 anbietet.

Diese Ausbildungskurse sind mit denin Deutschland von der Deutschen Ge-sellschaft für zerstörungsfreie Prüfung(DGZfP) angebotenen Seminaren gleich-wertig.

Die Kurse sind multisektoriell (Gie-ßen, Schmieden, Schweißen) und bein-halten zusätzlich eine Vertiefung fürGussprodukte. Die Ausbildung umfasstan 5 Werktagen sowohl Theorie als auchpraktische Übungen und schließt, nacherfolgreicher Prüfung, mit einem Perso-nenzertifikat nach EN 473 ab.

Gießereitagung in SalzburgAm 23. und 24. April 2009 haben das

Österreichische Gießerei-Institut Leoben(ÖGI) und der Lehrstuhl für Gießerei-kunde (LfGk) der Montanuniversität Le-oben gemeinsam mit dem Verein Öster-reichischer Gießereifachleute die 53. Ös-terreichische Gießereitagung in Salzburgveranstaltet.

Trotz der unbefriedigenden wirt-schaftlichen Lage waren mehr als 260Teilnehmer der Einladung zur Tagung,die unter dem Motto „Herausforderun-gen an Gießereien und Lösungen inGuss“ stand, gefolgt. Für 2 Tage trafensich die zahlreichen in- und ausländi-schen Gießereifachleute, Konstrukteureund Gussanwender sowie Zuliefererund Experten aus Forschung und Wirt-schaft zu einem interessanten Erfah-rungsaustausch. In den 23 Vorträgenwurden dabei Themen behandelt, die

insbesondere neueste Entwicklungen inden Bereichen Metallurgie, Gießtechno-logie sowie Potenzial und Anwendungs-möglichkeiten von Gussteilen aus Eisen-und Nichteisengusslegierungen zum In-halt hatten. Den Teilnehmern wurde da-durch anschaulich vermittelt, wie inno-vative Produktlösungen Richtungen vor-geben können, um die derzeit schwieri-ge Konjunkturlage zu überwinden.

Neben den hervorragenden Fachvor-trägen, wofür den Referenten an dieserStelle nochmals aufs Herzlichste ge-dankt sei, ist die „trotzalledem“ guteStimmung und konstruktive Atmosphä-re bei der Tagung hervorzuheben. Diesehat sich in einer sehr regen und lebhaf-ten Diskussionsbereitschaft der Zuhörermit den Referenten geäußert.

Eine begleitende Fachausstellung von24 ausstellenden Firmen hat den Teil-nehmern darüber hinaus die Möglich-keit geboten, sich über neueste Entwick-lungen bzw. Produkte der Zulieferindus-trie zu informieren.

Neben den Fachvorträgen hatten dieTagungsteilnehmer vor allem auch dieMöglichkeit, über Lösungswege zur Kri-senbewältigung zu diskutieren. Hier seibesonders der hervorragende Vortrag vonProf. Dr. Heimo Losbichler zum Thema„Management in harten Zeiten“ erwähnt.

Der Gießerabend fand in einem ein-drucksvollen Ambiente des „StieglKel-ler“ statt. Die hervorragenden kulinari-schen Spezialitäten und die ausgezeich-neten lokalen Getränke haben wiederdazu beigetragen, dass der Gießerabendbei ausgezeichneter Atmosphäre und inbester Stimmung verlief.

Forschung und EntwicklungFür Forschungsprojekte im allgemei-

nen Interesse wurden Leistungs- und In-vestionsförderungen durch projektge-bundene Förderungsbeiträge (EFRE-und FFG-Mittel) der Forschungsförde-rungsgesellschaft (FFG) von rd. €

890.477,— genehmigt und abgearbeitet.Diese Projekte wurden auch vom LandSteiermark durch SFG – Steirische Wirt-schaftsförderungsgesellschaft – sowie

von den Landeskammern kofinanziertund unterstützt.

Im Rahmen der mit Mitgliedsbetrie-ben durchgeführten Gemeinschaftsfor-schung wurden 3 Themenschwerpunktebearbeitet:• Technische Möglichkeiten und Gren-

zen der Computertomographie (FFG/SFG).

• Numerische Simulation von Verzugund Eigenspannungen in Gussteilen(FFG/SFG)

• Messverfahren für Hochtemperatur-Druck- und Hystereseversuche für nu-merische Simulationen (FFG/SFG)

Weiters wurden die folgenden For-schungsvorhaben mit Firmenbeteiligun-gen durchgeführt:• Gießtechnologische und mechanische

Eigenschaften von Al-Legierungen imNiederdruck-Kokillenguss (SAG)

• Entwicklung von hochfesten Al-Le-gierungen (VMG)

• Prüfstand zur Untersuchung derKühlwirkung von Luft/Wassergemi-schen (ASK)

• Lebensdaueroptimierung von Gieß-werkzeugen (F&E-Projekt mit MCL)

• High Performance Alumnium BasedBearings (MIBA-Laakirchen)

• Entwicklung bleifreier Bronzelager(MIBA-Laakirchen)

• Herstellung einer Pilotanlage (Micro-plant) zur Fertigung von Gleitlager-werkstoffen (MIBA-Laakirchen)

• Formfüllung und Erstarrungssimula-tion im Schleuderguss (TRM)

Auf europäischer Ebene wurden meh-rere Projektanträge als Mitantragsstellerformuliert und eingereicht und es kamzu Auftragserteilungen beginnend mit2010 für die Kooperativen NetzwerkProjekte CORNET ACETAL (Advancedcoatings to supress environmental em-brittlement of TiAl Alloys) und SIRON(High Silicon Ductile Iron) über derenForschrite im nächsten Jahr berichtetwird.

Auch im Jahr 2009 hat sich der Trendfortgesetzt, daß das ÖGI zunehmend alszentraler Hauptpartner in von Firmenbeantragten FFG-Projekten vertreten ist.Darüber hinaus kooperiert das ÖGI mitnationalen und internationalen Partnernin EU-Netzwerkprojekten.

Simulation der Formfüllungund Erstarrung von imSchleuderverfahrengegossenen Rohren

Ziel des Projekts ist die Beherrschungder numerischen Modellierung des hori-zontalen Schleudergießprozesses vonRohren mittels finiter Methoden (gekop-pelte Lösung der Navier-Stokes-Glei-chungen, der Wärmeleitungsgleichungund Massenerhaltung) unter Berücksich-tigung der beweglichen Schleuderkokil-le, der freien Schmelzeoberfläche undder Zentrifugalkräfte. Im ersten Schritt

Bild 2: Der Tagungsort der 53. Gießerei-Tagung – die Stadt Salzburg

wurde ein gültiges, den jetzigen Zustandbeschreibendes Prozessmodell aufge-baut. Danach wird durch Variation derProzessparameter der Einfluss unter-schiedlicher Betriebszustände im Modellabgebildet, dies soll zu einem vertieftenVerständnis des realen Prozesses führen.

Als geeignete Simulationssoftwarewurde Flow3D der Fa. Flow ScienceInc., Santa Fe, New Mexico, USA, ge-wählt. Als erstes starteten Testläufe mitGrobmodellen, um die Grenzen der ein-gesetzten Software zu erkennen (z. B.Konvergenzprobleme, Turbulenzbe-schreibung). Aufgrund der extrem lang-gestreckten Geometrie wurde das Ge-samtmodell vorerst in mehrere Submo-delle unterteilt: 1. Der das zu vergießende Eisen aufneh-

mende Kipper mit der Rinne, in derdas Eisen zur rotierenden Kokille ge-führt wird. Durch die zeitlich gesteu-erte Kippbewegung wird der Schmel-zestrom in der Schleuderkokille be-stimmt (Bild 3).

2. Die Muffe, die der Anfangsbereichdes Rohres ist (Bild 4).

3. Das Spitzende, der letzte Bereich desRohres, der mit Eisen gefüllt wird.

Die Schmelzemitnahme (Führung derSchmelze an der Kokilleninnenwand) inden Modellen wurde mit der Realitätdurch Vergleich mit einem realen Mo-dell verifiziert. Dazu wurde eine „gläser-ne“ Modelleinrichtung aufgebaut, beider ein Kokillenstück als Trommel kon-trolliert gedreht wird und eine niedrigschmelzende Legierung (Wood’schesMetall) vergossen wurde. Die Bewegungder Schmelze wurde mit einer Hochge-schwindigkeitskamera gefilmt (Bild 5).Mit dieser Versuchseinrichtung wurdenentsprechende Reibungskoeffizientenermittelt und somit die Übereinstim-mung von Simulation und Realität über-prüft; die Einflüsse wie die Oberflächen-beschaffenheit konnten sichtbar ge-macht werden.

Bild 5: Auftreffen der flüssigen Legie-rung auf die rotierende Kokille

Möglichkeiten und Grenzender Computertomographie

Das Jahr 2009 war im Bereich derComputertomographie geprägt durchein breit gefächertes Tätigkeitsfeld so-wie die Erschließung einer Reihe neuerArbeitsgebiete. Neben den Bereichen,die schon in den vergangenen Jahren ab-gedeckt wurden, so zum Beispiel Bau-teile aus dem Automobilbereich, Elek-tronik-Bauteile, Baustoffproben und ar-chäologische Artefakte fand die CT un-ter anderem auch Anwendung bei derUntersuchung von Sandkernen (Bilder 6

und 7), Verbundwerkstoffen und sogarin der Dendrochronologie.

Auch eigene Ideen konnten verwirk-licht werden. So wurde ein Referenzkör-per (Bild 8) entwickelt, um die Genauig-keit von Porositätsanalysen an CT-Datenobjektivieren zu können. Das bedeutet,dass eine Aussage möglich ist, bei wel-cher Voxelgröße und welchem Grau-wertkontrast welche Volumenfehler ge-funden werden können. Dies ist ein ers-ter Schritt für zuverlässige dreidimen-sionale Porositätsdetektionen zum Bei-spiel für Gussteile.

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GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010) HEFT 9/10

Bild 3: Kippbewegung des Tiegels und Ausfließen des Eisensin die Rinne

Bild 4: Temperaturverteilung am Beginn der Füllung der Muffe

Bild 6: Sandkern mit eingedrungenerSchlichte (braun) und Kernstift (rot)

Bild 7: Hochauflösende 3-D-Darstellungeines Sandkernes (blau: Cerabed; gelb:Binder)

Bild 8: Referenzkörper

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Numerische Simulation vonVerzug und Eigenspannungenin Gussteilen

Im Jahr 2009 wurde das vierjährigeForschungsprojekt „NumerischeSimulation von Verzug und Eigenspan-nungen in Gussteilen“ zum Abschlussgebracht. Ziel des Projekts war die Be-herrschung der numerischen Simulationvon Schrumpfung und daraus folgen-dem Verzug und Eigenspannungen inGussteilen, wie sie während des Pro-duktionsvorganges entstehen. Im Rah-men dieses Projekts wurden Konzepteerarbeitet, einen Abgleich von numeri-scher Simulation und Experimentdurchzuführen, um die entwickeltenRechenmodelle zu validieren, damitdiese auf komplexe Gussbauteile über-tragen werden können.

Es wurden im Rahmen des ProjektsProbeteile entwickelt und die zum Ab-guss im Druckgießverfahren eingesetz-ten Werkzeuge konstruiert und gefertigt.Die Geometrie der Probeteile wurde sokonzipiert, dass bleibender Bauteilver-zug nach vollständigem Abkühlen si-chergestellt ist. Es wurde eine Reihe vonVersuchsabgüssen durchgeführt,bei denen wichtige Simulations-parameter (z. B. Formtemperaturund Wärmeübergänge) abgeleitetund die entsprechenden Probetei-le hergestellt wurden. Darüber hi-naus wurden wichtige Abgusspa-rameter wie Zuhaltezeit, Form-und Gießtemperatur sowie dasTemperaturregime nach dem Aus-werfen variiert und verschiedeneLegierungen eingesetzt, um derenVerzugsneigung miteinander zuvergleichen. An den entsprechen-den Bauteilen wurde der globaleVerzug mittels mechanischerMessmethoden quantitativ be-stimmt.

Ein erfolgreicher Abgleich (sie-he Bild 9) von Simulation und Ex-periment ermöglicht eine Über-tragbarkeit der im Modell erarbei-teten Simulationstechniken auf

komplexe Bauteile. Damit wird es mög-lich, verzugskritische Bauteile durchvorhergehende Prozesssimulation zuidentifizieren und Prozessvorgaben zuentwickeln, die der Entstehung vonBauteilverzug entgegenwirken. Der Gießer hat somit die Möglichkeit, vonBeginn an die Werkzeug- und Prozess-konzeption in Richtung maßhaltiger,nachbearbeitungsarmer Gussteile zulenken.

Berührungslose Hochtemperaturmessung vonMikroverformungen mittelsLasertechnik

Im Berichtsjahr wurde der 3. undletzte Projektabschnitt dieses FFG-Pro-jektes abgewickelt. Das Projektziel warim Wesentlichen auf die Entwicklungvon Prüf- und Messeinrichtungen ausge-richtet, die einen sicheren, routiniertenund technisch verwertbaren Umgangmit Klein- und Kleinstproben für Zug-und Druckprüfungen aus dünnwandi-gen Bauteilen gewährleisten. Die Über-prüfung der Bauteileigenschaften an

Proben, die aus dem Bauteil selbst ent-nommen werden, wird bei Serienbautei-len zunehmend bevorzugt, da getrenntgegossene Probekörper die Eigenschaf-ten in bestimmten Bauteilbereichen nurbedingt widerspiegeln.

Bei dünnwandigen Bauteilen (Leicht-bauweise durch Verrippungen, verstärk-te Anwendung von Mg-Gusslegierun-gen) erfordert diese Entwicklung den si-cheren Umgang mit Miniaturproben. Be-sondere Anforderungen an die Prüf-und Messtechnik ergeben sich bei hoch-empfindlichen Aluminium- und Magne-siumgusslegierungen und bei Gusseisenmit Lamellengraphit.

Im vorliegend beschriebenen drittenProjektabschnitt wurden die entwickel-ten Bearbeitungs-, Mess- und Prüfver-fahren verfeinert und zur Serienreife ge-bracht. Das Kurzzeitkriechverhaltenwurde in spannungsgesteuerten Zugver-suchen mit stufiger Lasterhöhung undbei steigender Prüftemperatur getestet.Als Ergebnis liegen Vergleiche der Al-Gusslegierung AlSi7Mg0,3 mit der Mg-Gusslegierung AZ91, Kokillenguss mitzunehmender Prüftemperatur vor (Bil-der 10, 11).

Bild 9: links:simulierteSpannungs-verteilung ineinem Span-nungsgitter(viertelsymme-trisch, Verfor-mung über-zeichnet);rechts Vergleichzwischen ge-messenen undsimuliertenDehnungen imMittelsteg

Bild 10: Kriechdehnung Δε in Abhängigkeit der Prüftemperatur und Zugspannung

ÖffentlichkeitsarbeitDie gezielte Öffentlichkeitsarbeit ist

auch für F&E-Einrichtungen ein zuneh-mend wichtiges Marketinginstrument,um auf die Kompetenz und das Know-how in spezifischen Bereichen aufmerk-sam zu machen. Mit attraktivem Werbe-material hat sich das ÖGI im Jahr 2009auf Fachmessen, wie dem DeutschenDruckgusstag 2009 in Nürnberg, demTMS Annual Meeting in San Fransico,USA, der ÖGZfP-Jahrestagung in Linz,einer Konferenz für die zerstörungsfreiePrüfung mittels der Computertomogra-phie sowie der Leichtbau In Guss inAugsburg neben anderen Fachtagungenpräsentiert. Als ein weiteres wesentli-ches Marketinginstrument sind die 18Vorträge und 18 Veröffentlichungen derMitarbeiter des ÖGI zu sehen. Im Jahr2009 wurden diese Vorträge bei Kon-gressen, Tagungen und Symposien ge-halten bzw. nachfolgende Veröffentli-chungen im Fachschrifttum publiziert.

Veröffentlichungen 2009: Geier G., Rosc J., Hadwiger M., Fritz L.,

Habe D., Pabel T., Schumacher P.Assessing casting quality usingcomputed tomography with advancedvisualization techniquesShape casting: Third InternationalSymposium, TMS 2009, 16.02. – 20.02.2009, S. 131 – 139

Haberl K., Schumacher P., Geier G.,Stauder B.Characterization of the melt qualityand impurity content of an LM25 alloyShape casting: Third InternationalSymposium, TMS 2009, 16.02. – 20.02.2009, S. 181 – 188

Pabel T., Schindelbacher G.Steigerung der mechanischenEigenschaften einer Al-Legierungdurch KühlkokillenGiesserei 96, 02/2009, S. 32 – 38

Pabel T., Schindelbacher G.Verbesserung der mechanischenEigenschaften von Aluminium-legierungen durch den Nachfolge-prozess HIPenGiesserei-Praxis 3/2009, S. 67 – 70

Geier G., Pabel T., Schindelbacher G.Computertomographie: Möglich-keiten, Erwartungen und Grenzen inder PraxisGiesserei-Praxis 4/2009, S. 108 – 112

Rechberger C., Siller I., Schindelbacher G.Chemical resistance of different hotwork tool steels to molten aluminiumCasting Plant & Technology 2/2009,S. 26 – 33

Haberl K., Schumacher P., Geier G.,Stauder B.Characterization of the melt qualityand impurity content of an LM25alloyMetallurgical and Materials Trans-actions B, 25. August 2009

Kneißl C., Pabel T., Dambauer G.,Schumacher P.Formenkonzept und Ergebnissegießtechnologischer Versuche zurLegierungsentwicklung im Nieder-druckkokillengussGießerei-Rundschau 56 (2009),Heft 7/8, S. 120 – 125

Pabel T., Schindelbacher G.Verbesserung der mechanischenEigenschaften von gegossenenAluminiumlegierungen durch denNachfolgeprozess HIPenGießerei-Rundschau 56 (2009),Heft 7/8, S. 126 – 128

Pabel T., Kneißl C., Brotzki J., Müller J.Vorteile nicht nur für die Umwelt –Verbesserte Eigenschaften von Al-Gussteilen durch Einsatz von Inotec-Kernen

Giesserei-ErfahrungsaustauschHeft 7+8/2009, S. 37 – 44

Hüpf T., Cagran C., Kaschnitz E.,Pottlacher G.Thermophysical properties ofNi80Cr20Thermochimica Acta 494 (2009),S. 40 – 44

Pabel T., Dambauer G., Schumacher P.Wärmebehandlungsparameter –Einsparpotentiale durch einemodifizierte Wärmebehandlung füruntereutektische Aluminium-Silizium Legierungen Giesserei Praxis 9/2009, S. 294 – 300

Pabel T., Schindelbacher G.Improving mechanical properties ofan aluminium alloy with chillsCasting Plant & Technology 3/2009,S. 16 – 23

Geier G., Brunke O., Pabel T., Rosc J.,Habe D.Neue Wege in der Computertomogra-phie und der BauteilprüfungZfP-Zeitung, Oktober 2009, S. 22 – 25

Pabel T., Kneißl C., Dambauer G.,Schumacher P.Niederdruckkokillenguss –Entwicklung eines Kokillensets zurBestimmung technologischer Eigen-schaften von Al-Legierungen imNiederdruckkokillengussGießerei-Praxis 10/2009, S. 320 – 324

Geier G., Fritz L., Hadwiger M., PittinoG., Gröller E.A visual approach to efficientanalysis and quantification of ductileiron and reinforced sprayed concreteIEEE VIS09 conference, Atlantic City,New Jersey, USA, 11.10. – 16.10.2009

Pabel T., Kneißl C., Brotzki J., Müller J.Anorganisches Bindersystem –

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GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010) HEFT 9/10

Bild 11: Kriechdeh-nung Δε in Abhängig-keit der Prüftempera-tur und Zugspannung

207207

HEFT 9/10 GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010)

Einsatz von INOTEC-Kernen fürdeutlich verbesserte mechanischeEigenschaften von Al-GussteilenGiesserei Praxis 11/2009, S. 359 – 366

Geier G., Fritz L., Hadwiger M., PittinoG., Gröller E.A visual approach to efficientanalysis and quantification of ductileiron and reinforced sprayed concreteIEEE VIS09 conference, Atlantic City,New Jersey, USA, 11.10. – 16.10.2009,Transactions on visualization andcomputer graphics

QS- Tätigkeitsbericht 2009 Die in der Qualitätsmanagement-

Norm ÖVE/ÖNORM EN ISO/IEC17025:2007 geforderten kontinuierli-chen Verbesserungen wurden auch2009, wie schon in den Jahren zuvor,vor allem durch externe Aus- bzw. Wei-terbildung unserer hoch qualifiziertenMitarbeiter erbracht. Die Kompetenz derMitarbeiter wird systematisch auchdurch Messe-, Tagungs- und Konferenz-teilnahmen bzw. an Arbeiten für Veröf-fentlichungen ausgebaut. Das ÖGI istmit Wirksamkeit 25.02.2009 für die inder Beilage zum 4. Änderungsbescheid(GZ BMWA-92.714/0309-I/12/2009) an-geführten 11 Fachgebiete (ICS-Klassen)akkreditiert. Auch die regelmäßigeDurchführung und genauesten Kontrol-len sowie zeitgemäße Aktualisierungender insgesamt 45 akkreditierten Prüfver-fahren in folgenden 4 Arbeitsbereichengibt den geforderten hohen Qualitäts-standard wieder. • Metallographisches Labor (2 akkr.

Prüfverfahren) • Physikalisches Labor (7 akkr. Prüfver-

fahren) • Mechanisches Prüflabor (10 akkr.

Prüfverfahren) • Chemisches Labor (26 akkr. Prüfver-

fahren)

Im Berichtszeitraum wurde die kom-plette Überarbeitung und Neugestaltungdes Handbuches nach ISO 17025 (bisherISO 9002) abgeschlossen und ermög-lichte ein reibungsloses und erfolgrei-ches Reakkreditierungsaudit am 24. und25. Februar 2009.

Mit 1.März 2009 übernahm Dr. MartinFechter von DI Hubert Kerber die Rolleals Qualitätsbeauftragter. Für die lang-jährige und erfolgreiche Arbeit als QBdes ÖGI sei DI Kerber gedankt.

Thermische Sanierung desHauptgebäudesDie 50 Jahre alte Gebäudeansicht desHauptgebäudes des ÖGI entsprach schonseit längerer Zeit nicht mehr dem Image,das man mit den hochwertigen For-schungsprojekten des ÖGI verband.Gleichzeitig verursachten die fehlendethermische Isolation und die sanierungs-bedürftigen Fenster hohe Energiekosten.Durch eine Förderung durch das Land

Steiermark wurde es dem ÖGI ermög-licht, eine komplette thermische Sanie-rung des Hauptgebäudes umzusetzen.Diese langfristige Investition wurde auchdurch dafür vorgesehene Gebäuderück-lagen mitfinanziert. Die Umsetzung derSanierung erfolgte in kürzester Zeit undunter geringer Behinderung des Laborbe-triebs. Die von Mitarbeitern des ÖGI ge-neralstabsmäßig geplanten Räumungs-,Abdeck- und Einräumungsarbeiten wur-den von Herrn Martin Dobay koordiniertund überwacht und führten zu einer rei-bungslosen Umsetzung der Sanierung.Der fundamentale Wandel der Außenan-sicht des ÖGI in den Bildern 12 und 13entspricht nun dem Image, das der inno-vativen österreichischen Gießereiindus-trie entspricht. Außerdem ergab eine Be-obachtung der Heizkosten über die Win-termonate einen um 33 % reduziertenEnergieverbrauch.

Erlöse und AufwendungenDie sehr schlechte Konjunkturlage in

den Gießereien und besonders in derAutomobilindustrie führte auch am ÖGIzu einem Einbruch der Erlöse 2009. DieErlöse gegenüber dem Vorjahr verringer-ten sich um rd. 16 %. Ein operativer

Fehlbetrag von € 296.000,— konntedurch Rücklagenauflösung aufgefangenwerden, so dass das Jahr 2009 ausgegli-chen abschloss (Bilder 14 und 15). Dienegative Entwicklung bei den Erlösen(rd. € 2.723.656,—) im Jahr 2009 resul-tierte überwiegend aus einem Rückgangder Fakturenerlöse für Dienstleistungenfür die Automobilindustrie, wobei dieabgearbeiteten Projektförderungen durchFFG und das Prokis04 Programm dementgegen wirkten.

Dem gegenüber standen auf der Auf-wandseite ein unverändert hoher Perso-nalkostenanteil, der nötig ist, qualifi-ziertes Personal für F&E Dienstleistun-gen zu gewährleisten.

Aus direkt an die Auftraggeber faktu-rierten Dienstleistungen erzielte das österreichische Gießerei-Institut im Berichtsjahr Leistungserlöse von rd.€ 1.354.977,—. Die Aufträge kamen von187 Auftragspartnern, davon waren 31ausländische Auftragspartner aus 8 Län-dern. Hervorzuheben sind der nahezuunveränderte Anteil der direkt fakturier-ten Aufträge und die Erlöse mit den Mit-gliedsfirmen, die den hohen Praxisbe-zug des ÖGI zu österreichischen Gieße-reien verdeutlichen.

Bild 12: Außenansicht des ÖGI vor der thermischen Sanierung

Bild 13: Außenansicht eines modernen und innovativen Forschungsinstituts

Die vom Fachverband für 50 Gießerei-en eingebrachten sowie von 22 außeror-dentlichen Mitgliedern bezahlten Mit-gliedsbeiträge haben im Verhältnis zumUmsatz über die Jahre abgenommen undliegen nunmehr bei rd. 12 %.

Betrachtet man die Gesamtfinanzie-rung, so arbeitete das Institut zu rd.71 % mit Eigenfinanzierung (Dienstleis-tungserlöse und Mitgliedsbeiträge) undzu 29 % mit projektgebundenen Förde-rungen. Der Eigenfinanzierungsanteil istim Vergleich mit ähnlichen Forschungs-einrichtungen als sehr hoch zu bewer-ten.

Wertmäßig konnten im Berichtsjahrrd. 71 % der Industrieaufträge inkl. For-schungsprojekte (FFG, EU, BMWA) imBereich F&E erzielt werden, 39 % davonkamen durch direkte Auftragserteilungaus der Wirtschaft und 61 % aus geför-derten Projekten, die ebenfalls aus Ko-operationen mit der Wirtschaft resultier-ten.

Abschließend sei an dieser Stellenoch den Förderstellen (FFG, BMWA,SFG, Land Steiermark und Wirtschafts-kammern), den ordentlichen und außer-ordentlichen Mitgliedsfirmen sowie denKunden des ÖGI gedankt.

Kontaktadresse: Österreichisches Gießerei-Institut8700 Leoben, Parkstraße 21Tel.: +43 (0)3842 431010, Fax: 431011E-Mail: office@ogi.at, www.ogi.at

208208

GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010) HEFT 9/10

Bild 14: Erlösaufteilung 2009

Bild 15: Aufwandsaufteilung 2009

Aus dem Fachverband der Gießereiindustrie

Die Gießereiindustrie Österreichs im Jahr 2009

Wertmäßig beträgt die GussproduktionAllgemeine wirtschaftlicheDaten

Die österreichische Wirtschaft ist imGesamtjahr 2009 in Folge der internatio-nalen Finanz- und Wirtschaftskrise um3,6% eingebrochen und erholt sich lang-sam. Der massive Nachfrageeinbruch be-lastete die österreichische Wirtschaftund die Unternehmungen schwer.

Seit Mitte 2009 erholt sich die inter-nationale Konjunktur wieder. Die Erho-lung ist getragen von massiven fiskali-schen Impulsen in Europa und welt-weit, Sondereffekte wie Ökoprämien fürNeuwagenkäufe und Infrastrukturinves-titionen stützten die Nachfrage. DieKurzarbeit trug maßgeblich dazu bei, dieAuswirkungen der Rezession auf denArbeitsmarkt einzudämmen.

Die österreichische Wirtschaft ist, ge-stützt durch die heimischen und interna-tionalen Konjunkturpakete, nach vierQuartalen in Folge, in denen die Wert-schöpfung und die Produktion schrumpf-te, im 3. Quartal um 0,5% und im

4. Quartal um 0,4% gewachsen. Die Auf-füllung der Lagerzyklen, die Rückkehrdes Vertrauens und die wieder anziehen-de Exportnachfrage trugen zu der sicheinstellenden Entspannung bei.

Angesichts der dämpfenden Wirkungdes angespannten Arbeitsmarkts auf denKonsum und der Nachwirkungen derKrise auf die Unternehmensbilanzenund somit auf die Investitionstätigkeitwird sich die Erholung in weiterer Folgezwar fortsetzen, aber nur mühsam vo-rankommen. Das Niveau vor der Krisewird nicht so bald erreicht werden.

ProduktionDie Gesamtproduktion im Jahre 2009

beträgt ca. 243.500 t und ist gegenüber2008 um mehr als 31,9% gesunken. Dergesamte Umsatz der Branche weist ge-genüber 2008 einen Rückgang von ca.24,8% auf und beträgt nur mehr € 998,— Mio.

Der Eisenguss weist für 2009 eine Ge-samtproduktion von ca. 138.745 t aus,das entspricht einem Rückgang vonmehr als 37%, wobei der Umsatz um19%, auf ca. € 407 Mio.,— gesunken ist.

209209

HEFT 9/10 GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010)

Die Produktion beim Duktilen Gussei-sen ist auf 89.700 t dramatisch eingebro-chen und führte zu einem Rückgang ummehr als 41% gegenüber 2008.

Der Stahlguss hat sein Niveau fasthalten können und weist ca. 19.700 tauf, das entspricht einem Rückgang vonnur 4,7% gegenüber 2008. Dieser Bran-che kommen die sehr langen Lieferzei-ten zugute.

Dramatisch ist auch der Rückgang imBereich Grauguss. Hier ist gegenüber2008 ein Rückgang um mehr als 41 %auf nun ca. 29.000 t zu verzeichnen.

Auch im Nichteisenguss ist die Pro-duktion gesunken. Beim Leichtmetall-guss ist ein Rückgang von 23% undbeim Schwermetallguss um ca. 20%eingetreten.

AuftragseingängeWährend des gesamten Jahres 2009

kam es zu einem niedrigen Auftragsein-gang. Der erste von der Krise betroffeneFertigungsbereich, die Druckgussindus-trie – als Automobilzulieferindustrie –konnte in den letzten Monaten 2009 einepositive Entwicklung verzeichnen, diesich bis in das Frühjahr 2010 weiter fort-gesetzt hat.

Die anderen Fertigungsbereiche kön-nen zeitversetzt über ähnliche Entwick-lungen berichten. Problematisch sindnach wie vor die Lieferungen in die

Energiewirtschaft und in Großprojekte.Aufgrund der großen Durchlaufzeitenwies diese Branche 2009 noch relativgute Auslastungen auf, hat aber seit Mit-te des Jahres mit starken Auslastungs-problemen zu kämpfen.

Gießereibetriebe undBeschäftigte

Die Struktur, der im Jahr 2009 vomFachverband der Gießereiindustrie be-

Entwicklung der Produktionsmenge der Österreichischen Gießereiindustrie unterteilt nach Gussarten

treuten Mitgliedsunternehmen, gliedertsich – bezogen auf ihre Produktion – fol-gendermaßen auf:

Ende des Jahres 2009 gab es in Öster-reich 48 industrielle Gießereibetriebe,das sind um 3 Betriebe weniger als imVorjahr.

Mehrere Unternehmen befinden sichin Auffanggesellschaften bzw. im Eigen-tümerwechsel.

Untenstehende Tabelle gibt die regio-nale Verteilung der Gießereibetriebe unddie Beschäftigtenzahlen wieder.

Die ausgeprägte klein- und mittelbe-triebliche Struktur der österreichischenGießereiindustrie ist nach wie vor fastunverändert: 25 Betriebe – das sindmehr als 50 % der zum Fachverband ge-hörenden Unternehmen – beschäftigenweniger als 100 Mitarbeiter.

Kontaktadresse:Fachverband der Gießerei-Industrie Öster-reichs, Wirtschaftskammer ÖsterreichA-1045 Wien, Wiedner Hauptstraße 63Tel.: +43 (0)5 90 900 3463 Fax: +43 (0)5 90 900 279E-Mail: giesserei@wko.atwww.giesserei.at

Gussproduktion unterteilt nach Werkstoffen und Gießverfahren

Im Rahmen der Neustrukturierung der Vesuvius Gruppewurde im Juni 2010 die Becker & Piscantor GroßalmeroderSchmelztiegelwerke GmbH (B&P) mit der Vesuvius GmbHin Borken verschmolzen. Damit ist die bereits Anfang desJahres eingeleitete Reorganisation auch rechtswirksamnachvollzogen. Der Produktionsstandort in Großalmerode,wo Schmelztiegel und Zubehörteile für die Nichteisen-Gie-ßereibranche produziert werden, bleibt erhalten (Bild). Die-se Produkte gehören nach dem Zusammenschluss zur Fose-co Foundry Divison der Vesuvius Gruppe. Alle bestehen-den vertraglichen Rechte und Pflichten von Becker & Pis-cantor werden von dem Standort in Borken übernommen.

„Wir sind zuversichtlich, dass wir unseren Kundendurch diese Reorganisation den optimalen Service bietenund auf deren Anforderungen noch besser reagieren kön-nen“, so Heinz Nelissen und Dirk Höckendorff, Geschäfts-führer der Vesuvius GmbH in Borken.

Kontaktadresse: Vesuvius GmbHD-46325 Borken, Gelsenkirchener Straße 10Tel.: +49 (0)2861 83 0, Fax: 83 338E-Mail: fosecogermany@vesuvius.com, www.foseco.de

Aus den Betrieben

Hohe Auszeichnungen für Druckgussteile aus Altenmarkt für den neuen Porsche Panamera

210210

Türrahmen aus AluminiumGF Automotive gewann für den 3,6 kgleichten Türrahmen des Porsche Pana-mera den 1. Preis in der Kategorie„Strukturteile“ beim InternationalenAluminium-Druckguss-Wettbewerb. DiePreisverleihung fand am Montag, 18. Ja-nuar 2010, im Rahmen der Eröffnungs-feier zur EUROGUSS 2010 im Messe-zentrum Nürnberg statt. (Siehe auch un-seren Messebericht EUROGUSS 2010,Giesserei Rundschau 57 (2010), Heft7/8, S. 139).

Das prämierte Leichtmetallgussteilaus AlMg5Si2Mn wird im österrei-chischen Werk Altenmarkt hergestellt.

Ingesamt 37 Komponenten aus Eisen,Aluminium und Magnesium liefert GFAutomotive für die sportliche, viertürigeLimousine von Porsche. Sie stammenaus den Werken Altenmarkt (Karosserie-und Motorenteile), Herzogenburg (Fahr-werksteile), beide Österreich, und Wer-dohl, Deutschland (Getriebeteile).

Der Internationale Aluminium-Druck-guss-Wettbewerb wird veranstaltet vomVerband der Aluminiumrecycling-In-dustrie (VAR) und der Organisaton ofEuropean Aluminium Refiners and Re-melters (OEA) in Zusammenarbeit mit

dem Verband Deutscher Druckgiesserei-en und dem Fachausschuss Druckgussdes Bundesverbandes der DeutschenGiesserei-Industrie (BDG).

Der Wettbewerb soll der Öffentlich-keit den hohen Qualitätsstand von Alu-minium-Druckguss vor Augen führen.

Fensterrahmen aus MagnesiumGF Automotive hat für seine Innova-tionsstärke im Gussdesign eine weitereAuszeichnung erhalten. Am 19. Mai

wurde in Hongkong der Preis vor über300 Teilnehmern bei den diesjährigen„Awards of Excellence“ von der Interna-tional Magnesium Association (IMA)überreicht. Die internationale Jury ließsich in der Kategorie „Design – Automo-tive Cast Products“ von dem nur 1,8 Ki-logramm leichten Bauteil aus Magnesi-um überzeugen, das im neuen PorschePanamera eingesetzt wird.

Im österreichischen Werk Altenmarktwird der (im nebenstehenden Bild auchersichtliche) Fensterrahmen mit Wand-dicken zwischen 1,8 und 4 Millimeternim Magnesiumdruckgussverfahren gefer-tigt.

Die International Magnesium Asso-ciation ist eine internationale Interes-senvertretung und repräsentiert Herstel-ler, Verarbeiter, Vermarkter sowie Indus-triezulieferer der Magnesiumbranche.

In mehr als 30 Ländern vertritt dieIMA die Interessen ihrer Mitglieder aufallen fünf Kontinenten. Seit 1962 ver-gibt sie während ihrer Jahresveranstal-tung die renommierten „Awards of Ex-cellence“.

Quelle: www.georgfischer.com

GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010) HEFT 9/10

Firmennachrichten

Verschmelzung der Becker & Piscantor Schmelztiegelwerke GmbH mit der Vesuvius GmbH

Quelle: FOSECO-Pressemeldung vom 2. Juli 2010

211211

Mit dem Filterturm „WELDEX FT“ prä-sentiert der Sendener Absaugtechnik-Spezialist ESTA eine neu entwickelteAbsauganlage für die einfache und ef-fektive Schweißrauchabsaugung in Pro-duktionshallen. Konzipiert wurde derFilterturm speziell zur Absaugung beiSchweißarbeiten an großen oder kom-plexen Metallteilen, bei denen diepunktuelle Raucherfassung nicht prakti-kabel ist. In W3-geprüfter Ausführungist die Absauganlage als Variante „WEL-DEX FT-230“ auch beim Schweißen vonhochlegierten Stählen einsetzbar. Im Ge-gensatz zu den meisten marktüblichenAnlagen nutzt der WELDEX-Filterturmdie beim Schweißen entstehende Ther-mik. Dies ermöglicht einen wesentlicheffektiveren Absaug- und Reinigungs-prozess. Die aufsteigenden Rauchgasewerden in weitem Umfeld an der Ober-seite des Gerätes angesaugt und ins In-nere geleitet, wo die Rauchpartikel überhochwirksame Dauerfilterpatronen ab-geschieden werden. Die gereinigte Luftentweicht im Vergleich zu ähnlichenAnlagen jedoch nicht an der Geräteober-seite, sondern gelangt über seitlicheAuslässe zugluftfrei in den Arbeitsraum.Dadurch werden die Mitarbeiter an denSchweißplätzen gezielt und kontinuier-lich mit Frischluft versorgt – einherge-hend mit einer klaren Verbesserung derArbeitsbedingungen und einem höherenGesundheitsschutz.

Mit einer Antriebsleistung von 11 Ki-lowatt und einem maximalen Luftvolu-menstrom von 15.000 Kubikmeter proSekunde gewährleistet der Filterturmauf Basis der innovativen Absaugtech-nologie einen effektiven Reinigungspro-zess im Umfeld der Metallbearbeitung.

Während der Filterturm in der Stan-dard-Auslegung „WELDEX FT-150“ eineFilterfläche von 150 Quadratmetern auf-weist, bietet die W3-Variante „FT 230“ –bei ansonsten gleicher Ausstattung –230 Quadratmeter Filterfläche. Derräumlich flexibel einsetzbare WELDEX-Filterturm wird komplett montiert undbetriebsfertig angeliefert, so dass das Ge-rät in kürzester Zeit einsatzbereit ist.Aufwendige Rohrinstallationen entfal-len komplett – lediglich der Anschlussan die Strom- und Druckluftversorgungist notwendig. Die Inbetriebnahme desGeräts erfolgt über eine neu konzipierte,besonders benutzerfreundliche Steue-rung. Im Betrieb zeichnet sich die leis-tungsfähige Absauganlage nicht nurdurch einen effektiven Absaug- und Rei-nigungsprozess aus, sie arbeitet zudemextrem geräuscharm.

Die oben am Filterturm angesaugteschmutzhaltige Luft wird im Gerätein-neren zunächst über einen groß dimen-sionierten Prallabscheider geleitet, dergrobe Partikel und eventuell angesaugteFunken und Zündquellen abscheidet.Dadurch wird die Belastung der nachge-schalteten Filterpatronen reduziert unddas Risiko eines möglichen Filterbrandsminimiert. Die Abscheidung der Fein-partikel erfolgt über Filterpatronen derStaubklasse „M“. Diese werden kontinu-ierlich, also auch während des Saugbe-triebs, von einem vollautomatischen Jet-Pulse-System mittels Druckluft von denanhaftenden Schmutzpartikeln gerei-nigt. Der abgeschiedene Staub sowiegrobe Partikel werden in einer zweiteili-gen, 200 Liter Volumen umfassendenSchublade unterhalb des Filterraums ge-sammelt. Diese ermöglicht eine mühelo-

se und staubfreie Entnahme des Staub-sammelguts.

Quelle: Presseaussendung vom 9. August 2010

Kontaktadresse: ESTA Apparatebau GmbH & Co. KGzH Jürgen Gast – Vertriebsleiter, ProkuristD - 89250 Senden, Gotenstraße 2–6Tel.: +49 (0)7307 804 801Fax: +49 (0)7307 804 581E-Mail: j.gast@esta.com, www.esta.com

HEFT 9/10 GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010)

Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz: ESTA präsentiert „WELDEX“-Filterturm für die Absaugung von Schweißrauch

Neu entwickelte Absauganlage für Produktionshallen – Einsatz in der Metallbearbeitung

CERATIZIT bietet weltweit umfangreichstes HSK-T Werkzeugprogramm für Komplettbearbeitungs-Maschinen

Es gibt eine klare Tendenz zu Komplett-bearbeitungs-Maschinen: Drehen, Frä-sen, Bohren, alles auf einer Maschine.Mit einer einheitlichen Werkzeug-schnittstelle für stehende und rotieren-de Werkzeuge lässt sich die Flexibilitätdieser Maschinen nun optimal nutzen.Das spart Investitionskosten.

Bei den rotierenden Werkzeugen hatsich die herstellerunabhängige Schnitt-stelle HSK (HohlSchaftKegel) als Werk-zeugaufnahme seit langem bewährt undweltweit durchgesetzt. Diese Schnitt-stelle bietet höchste Präzision, konntebislang bei den Drehwerkzeugen aller-dings nur bedingt eingesetzt werden.

Eine hinreichend genaue Positionierungder Spitzenhöhe war nicht sicherge-stellt.

Durch die innovative Konstruktionder Kühlmittelzuführung von CERA-TIZT HSK-T trifft das Kühlmittel kon-zentriert und zielgenau auf die Werk-zeugschneide. Das liefert effizientereFertigungsprozesse.

Weltweit das umfangreichste undinnovativste HSK-T-ProgrammDas HSK-Konzept wurde nun durchHSK-T (T für Turning, also Drehen) er-gänzt, um die Vorteile dieses Systems

auch beim Drehen anbieten zu können:höchste Genauigkeit, einfache Handha-bung und hohe Steifigkeit. HSK-T liefertdie für das Drehen wichtige, exakte ra-diale Positionsgenauigkeit.

CERATIZIT bietet jetzt ein komplettesHSK-T Drehwerkzeug-Programm. Diesesist auf die Komplettbearbeitung komple-xer Werkstücke auf so genannten Multi-tasking-Maschinen ausgerichtet undderzeit in den Größen HSK-T63 undHSK-T100 lieferbar. Weltweit hat CERA-TIZIT damit das umfangreichste und in-novativste HSK-T-Programm. Damitkönnen nun mit der HSK-T-Schnittstellealle Bearbeitungsverfahren optimal ab-

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Durch die innovative Konstruktionder Kühlmittelzuführung von CERA-TIZT HSK-T trifft das Kühlmittelkonzentriert und zielgenau auf dieWerkzeugschneide. Das liefert effi-zientere Fertigungsprozesse.

gedeckt werden: Drehen, Fräsen oderBohren von Turbinen- oder Generator-Wellen, Triebwerks- und Fahrwerks-Tei-len oder Aluräder für Flugzeuge, Extru-derschnecken, Lkw-Nockenwellen,Großkurbelwellen oder Windenergie-Ge-triebewellen.

Kunden gewinnen FlexibilitätDer große Vorteil von CERATIZT HSK-Tist die außergewöhnliche Flexibilität,die der Kunde gewinnt. Die Werkzeugesind auch auf Maschinen mit einem fürHSK-A-Werkzeuge ausgelegten Werk-zeugwechsler automatisch wechselbar.Kunden können MSS-Köpfe zum Stech-und Gewindedrehen verwenden, genau-so wie die patentierten EcoCut-Werk-zeuge von CERATIZIT. Selbstverständ-lich gibt es alle Standard-Drehwerkzeu-ge mit der neuen HSK-T-Schnittstelle.Zusätzlich sind spezielle Multifunkti-onsköpfe verfügbar, um die Möglichkei-ten der Komplettbearbeitungsmaschinen(B- und Y-Achse) noch konsequenternutzen zu können.

Effizienter Kühlmitteleinsatz undlange LebensdauerWeiteres Highlight von CERATIZT HSK-Tist die innovative Kühlmittelzuführung

für effizientere Fertigungsprozesse.„Der Kühlmittelstrahl wird konzentriertund zielgenau an die Werkzeugschneidegeführt,“ erläutert Alfred Hofegger, beiCERATIZT zuständig für Maschinenerst-ausrüstungen. „Dem Kunden ermöglichtdie Optimierung der Kühlschmierwir-

kung einen effizienten Kühlmittelein-satz, eine erheblich längere Werkzeug-standzeit und deutlich kürzere Prozess-zeiten. Natürlich auch im Zusammen-hang mit Minimalmengenschmierung.“

Das HSK-T von CERATIZIT bieteteine überlegene Qualität und Präzision.Alle Köpfe sind nitriert, was eine sehrlange Lebensdauer garantiert. Eine spe-zielle Oberflächenbehandlung sorgt fürexzellenten Korrosionsschutz.

HSK-T ArbeitskreisCERATIZIT ist seit September 2009 Mit-glied im Arbeitskreis HSK-T (www.hsk-t.de) der sich aus rund 30 namhaftenWerkzeugherstellern und -händlern,Maschinenherstellern und Herstellernvon angetriebenen Werkzeugen, Werk-zeugrevolvern und Spannsystemen zu-sammensetzt.

Quelle: Ceratizit Pressemeldung vom 1. September 2010

Kontakadresse: CERATIZIT Austria GmbHzH Rudolf Stricker, A-6600 Reutte, Tel.: +43 (0)5672 200 2680Fax: +43 (0)5672 200 526E-Mail: rudolf.stricker@ceratizit.comwww.ceratizit.com

GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010) HEFT 9/10

bricht den eigenen Weltrekord

Erst im Mai 2009 hat Siempelkamp dasmit 270 t Gewicht bis dahin schwersteSphäro-gussteil der Welt gegossen. An-fang Juli 2010 haben die Krefelder ih-ren eigenen Rekord überboten und denOberholm für eine der größten Pressender Welt aus 283 t Flüssigeisen gegos-sen. Die Gussteile sind jetzt fertig bear-beitet und zurzeit auf dem Weg in dieVereinigten Staaten.

Mit einer der größten Gesenkschmie-depressen der Welt, dem „Super Giant“,stellt Alcoa Forging & Extrusions inCleveland/Ohio Strukturteile aus Alu-minium und hochvergüteten Stählen fürden Flugzeugbau her. Wegen der großenPresskraft von 45.000 t (450 MN) undder zentralen Bedeutung für die ameri-kanische Luftfahrtindustrie ist der „Su-

per Giant“ ein „National Historic Me-chanical Engineering Landmark“ derVereinigten Staaten.

Für die Modernisierung dieser mitt-lerweile mehr als 50 Jahre alten und8.000 t schweren Anlage hat Alcoa beiSiempelkamp das Engineering und dieHerstellung der Gussteile in Auftrag ge-geben. Alle 14 Gussteile für die Ober-,Lauf- und Unterholme sowie die Funda-mentträger hat Siempelkamp jetzt ausge-liefert. Zehn dieser Teile wiegen zwi-schen 200 und 250 t.

Am 8. Juli 2010 goss Siempelkampdas schwerste Element, den Oberholmmit den Abmessungen von 10.900 x3.950 x 2.740 mm (L x B x H). Die 283 tFlüssigeisen wurden innerhalb von 120Sekunden aus fünf Gießpfannen mit ei-ner Temperatur von rund 1.350 °C abge-gossen.

Durch den Umbau, der auch das Er-setzen der großen Gussteile umfasst, solldie Presse in Cleveland die modernsteund produktivste Umformpresse in ih-rer Klasse werden. Im Rahmen des Auf-trages von Alcoa hat Siempelkamp dieKonstruktion aus den 50er Jahren analy-siert, Berechnungen nach der Finite-Ele-mente-Methode (FEM) ausgeführt unddie Konstruktion entsprechend dem ak-tuellen Stand der Technik auf ein vorge-gebenes maximales Bauteilgewicht hinoptimiert. Das Ergebnis sind Teile, dieaufgrund der modernen Konstruktionund der Werkstoffeigenschaften dauer-fest sind und weitere Jahrzehnte ihrenDienst versehen werden.

Quelle: www.siempelkamp.de/giesserei

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Personalia – Wir gratulierenzum Geburtstag

Herrn Dipl.-Ing. Aristofanes Woutselas,3503 Krems-Rehberg, Mühlhofstraße28/3/2, nachträglich zum 65. Geburtstagam 3. Oktober 2010.

Aristofanes Woutselas wurde am 3. Ok-tober 1945 auf der Insel Korfou/Grie-chenland in der Hauptstadt Korfou ge-boren, absolvierte dort Volksschule undRealgymnasium und maturierte 1963.

Der weitere Bildungsweg führte ihnan die Montanuniversität Leoben, wo ernach Abschluß des einjährigen Vorstu-dienlehrganges die Studienberechtigungerhielt. Mit Wintersemester 1964/65 ins-kripierte er Hüttenwesen und absolvier-te das Studium in der Fachrichtung Gie-ßereiwesen 1972.

Seine Arbeitswelt begann 1973 in derForschungsabteilung des EisenwerkesSulzau-Werfen. 1975 wechselte er in dieEdelstahlindustrie zu VEW/Styria Ju-denburg, wo er in der Qualitätsstelle mitSonderaufgaben der Qualitätsprüfungbetraut wurde und eine Zusatz-Ausbil-dung in Zerstörungsfreier Werkstoffprü-fung abgeschlossen hat.

Mitten in der damaligen schwerenStahlkrise wechelte Dipl.-Ing. Woutselas1981 in den Anlagenbau der Fa. Steyrund übernahm die Verantwortung desProjektkoordinators Labor- und Quali-tätskontrolle bei der Errichtung einesBundmetallwerkes im Mittleren Osten.Das Aufgabengebiet umfasste die Pla-nung, Abwicklung und die Inbetrieb-nahme der Labors vor Ort. Während der„Maintenance Period“ übernahm er dieLeitung der Qualitätsstelle.

Nach Projektabschluss wechselteDipl.-Ing. Woutselas 1986 in dieSchmiedeindustrie zur Fa. Grabner inKrems a.d. Donau, wo er als QM-Verant-wortlicher die ersten Erfahrungen mitder Nutzfahrzeugindustrie sammelte.

1987 wechselte Dipl.-Ing. Woutselaszur TRM AG mit der Aufgabe, ein Qua-litätssicherungssystem für die Rohrferti-gung aufzubauen und das Analysenla-bor von der Nasschemie in die optischeSpektrometrie überzuführen. Ab 1990wurde er in der TRM-Komponentenfer-tigung mit der Leitung des Schmelzbe-triebes, des Konverterbetriebes und derQualitätssicherung beauftragt. In dervon der TRM AG abgespaltenen GussKomponenten GmbH führte er die o.a.Funktionen bis zum Jahr 2000 aus. Ab2000 wurde der Schmelzbetrieb von derTRM AG übernommen. Unter seinerLeitung verblieben das QM/UM-Ma-nagement und die Bereiche Metallurgie,Analytik, Werkstofftechnik, Werkstoff-prüfung und Endabnahme. Währendseiner Tätigkeit erhielt die Guss Kompo-nenten GmbH zahlreiche internationaleZertifizierungen sowohl auf dem Gebietdes Qualitäts- und Umweltmanage-ments als auch auf Produktbasis.

Mit 1. April 2009 trat Dipl.-Ing. Aris-tofanes Woutselas in die Pension überund übt bei Bedarf noch Beratertätigkeitaus.

Mitglied des VÖG ist Dipl.-Ing. Aris-tofanes Woutselas seit 1990.

Herrn KR Dkfm. Dr. Franz Dolezal-Brandenberger, A-1050 Wien, Schön-brunnerstraße 13, zum 70. Geburtstagam 22. Oktober 2010.

Bereits kurz nach Ablegen der Matura1958 trat Franz Dolezal-Brandenbergerin das Unternehmen seiner Adoptiv-mutter Wallner & Neubert als kaufmän-nischer Angestellter ein. Neben der Pra-

xis im Unternehmen absolvierte er dasStudium an der Hochschule für Welt-handel, welches er im April 1964 mitdem Doktorat für Handelswissenschaf-ten abschloss.

Auf der Hochschule begegnete er auchals seinem Lehrer dem langjährigen Vor-sitzenden und – leider 2007 verstorbe-nen – Ehrenvorsitzenden des VÖG,KommR. Prof. Dkfm. Ing. Dr. Franz Si-gut. Nicht nur an der Hochschule, son-dern auch in der späteren Praxis warDr. Dolezal-Brandenberger in seinemweiteren beruflichen Lebensweg eng mitProfessor Sigut verbunden.

Seit nunmehr über 51 Jahren istDr. Dolezal-Brandenberger in der Gieße-reibranche tätig, wobei bei seinem Ein-tritt bei Wallner & Neubert das Schwer-gewicht des Sortiments noch bei Herd-und Ofenguss lag. Wallner & Neubertwar Marktführer im Verkauf von Kamin-türen, welche im Zuge des Wiederauf-baus nach dem Krieg zu Tausenden inden Neubauten – in jedem Zimmer warja ein Kaminanschluss vorgesehen – be-nötigt wurden.

Zum Sortiment gehörten ebenfallsHerdroste und Herdplatten, deren Be-deutung jedoch zusehends verloren ging.Anders verhielt es sich mit dem Gussbe-darf im Kanalbau. Hier bestand in Öster-reich ein Nachholbedarf und Wallner &Neubert verstand es, diese Chance wahr-zunehmen und als Marke „Wallner &Neubert“ österreichischen Kanalguss –Schachtabdeckungen, Einlaufgitter, Ka-nalgitterroste, Gullys für Hausentwässe-rungen etc. – zu produzieren.

An dieser Entwicklung hatte Dr. Dole-zal-Brandenberger, der 1969 nach demTod seiner Adoptivmutter – Alleinei-gentümerin der Wallner & Neubert nachseinem 1954 verstorbenen Großvater –die Leitung des Unternehmens über-nahm, maßgeblichen Anteil, und aufseiner Initiative fußen auch die ÖNOR-MEN B 5110 und B 5124 für Schachtab-deckungen und Einlaufgitter, deren we-sentliche Elemente auch nach Einfüh-rung der Europäischen Norm EN 124nach wie vor Geltung haben. Als Vertre-ter Österreichs arbeitet Dr. Dolezal-Bran-denberger auch jetzt im EuropäischenNormenausschuss an der Überarbeitungder EN 124 mit, welche ab 2011 als har-monisierte Europäische Norm veröffent-licht werden soll.

Das Unternehmen Wallner & NeubertGmbH – das 1991 erworbene Tochterun-ternehmen Purator Umwelttechnik wur-de 2002 eingegliedert–beschäftigt heuteüber 200 Mitarbeiter, 100 bereits in denin den letzten 15 Jahren gegründetenAuslandszweigstellen (Tschechien, Un-garn, Polen, Rumänien, Slowakei, Bul-garien, Bosnien und Serbien).

HEFT 9/10 GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010)

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Vereinsnachrichten

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Mit Eintritt in das 65. Lebensjahr hatDr. Franz Dolezal-Brandenberger die Ge-schäftsführung des Hauses Wallner &Neubert 2005 seinem Sohn Mag. Chris-toph Dolezal-Brandenberger übertragen,wobei er diesem als Gesellschafter undnun Vorsitzender der Holding PuratorInternational mit Sitz in Wien zur Seitesteht.

KR Dkfm. Dr. Franz Dolezal-Branden-berger ist seit 2000 Mitglied des VereinsÖsterreichischer Gießereifachleute.

Herrn Dipl.-Ing. Walther Malzacher,3160 Traisen, Hainfelderstraße 7, zum70. Geburtstag am 24. Oktober 2010

In Traisen, NÖ, geboren, entstammt Wal-ther Malzacher einer alten Unterneh-

men prägenden Familie. So waren be-reits sein Großonkel Generaldirektor derAlpine Montanbetriebe in Linz und seinGroßvater Werksdirektor des Alpinebe-triebes in Traisen. Nach absolvierterVolks- und Hauptschule besuchte er dieBundesgewerbeschule St. Pölten, Fach-richtung Maschinenbau, wo er auch1960 die Reifeprüfung ablegte. Als Sti-pendiat der ÖAMG begann er, der Be-geisterung für Technik folgend, sein Stu-dium an der Montanistischen Hoch-schule (heute Montanuniversität) inLeoben, Studienrichtung Hüttenwesen.Sein Wissen und seine praktische Erfah-rung konnte er durch zahlreiche Prakti-ka bereits während der Studienzeit beider Österreichisch-Alpine Montange-sellschaft in Traisen und Donawitz so-wie in der Hütte Krems GesmbH erwei-tern.

Seine berufliche Karriere startete er1966 als Betriebsassistent der Qualitäts-stelle bei der Österreichisch-AlpineMontangesellschaft in Traisen. Nach be-ruflichen Entwicklungsschritten wurdeer zum stellvertretenden Betriebsleiterder Tempergießerei ernannt. In dieserZeit war er maßgeblich für die Errich-tung einer neuen Form- und Gießanlage(Künkel & Wagner) verantwortlich. We-gen seines fundierten Fachwissens wur-de er 1980 zum Betriebsleiter der Tem-pergießerei ernannt und wurde zustän-dig für den gesamten Bereich des For-mens und Gießens, der Kernherstellung,der Wärmebehandlung, der Fertigstel-lung, des Werkzeug- und Vorrichtungs-baus sowie der Konstruktion.

Weil ihm Produktivitätsverbesserun-gen und Ausschussreduzierungen einwichtiges Anliegen waren, begann ereine – für damalige Verhältnisse – neueAnschnitttechnik erfolgreich einzufüh-ren. 1988 wurde Dipl.-Ing. Walther Mal-zacher die gesamte betriebliche Instand-haltung zusätzlich in seinen Verantwor-tungsbereich übertragen.

Am Standort selbst erfolgten in die-sem Zeitraum Änderungen des Firmen-namens und der Eigentümerverhältnis-se. Bei Antritt seiner Pension in 2001firmierte die Erzeugung von Temper-gussfittings bereits unter Georg FischerFittings GmbH.

Dipl.-Ing. Walther Malzacher war be-reits in seinen jungen Jahren in führen-der Position bei den regionalen Pfad-findern aktiv. Diese Erfahrung prägteseinen gesamten Führungsstil undmachte aus ihm einen großen Lehrmeis-ter für alle Mitarbeitenden des Unter-nehmens.

Das Lesen von Fachliteratur, dasWeidwerk und die Mineralogie sind sei-ne persönlichen Leidenschaften, diewährend der aktiven Berufsausübungviel zu kurz gekommen sind, denen ernun mit viel Freude nachgehen kann.

Mitglied des VÖG ist er seit 1990.

Herrn Ing. Peter Lamm, 4600 Wels, Lin-denthalstraße 16, zum 60. Geburtstagam 31. Oktober 2010.

GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010) HEFT 9/10

Den Jubilaren ein herzliches Glückauf!

Herrn Ing. Erwin Mitterlehner, A-6200Jenbach, Kienbergstraße 39, der am13. August 2010 im 67. Lebensjahrnach schwerer Krankheit verstorbenist.

Geboren in Steyr, OÖ, absolvierte Er-win Mitterlehner nach den Pflicht-schulen in Steyr und St. Pölten von1957 bis 1960 die Lehre zum „Sandfor-mer“ (heute Former und Gießer) beider J.M.Voith AG in St. Pölten mit Aus-zeichnung. 1961 war er Sieger beim ös-terreichischen Lehrlingswettbewerb.

Aufgrund eines Stipendiums derJ.M. Voith AG konnte Mitterlehner von1961 bis 1964 den 3. bis 5. Jahrgangder Abteilung Gießereitechnik an derHTBL in Wien X, Pernerstorfergasse,besuchen. Im Anschluss daran trat erals Gießereitechniker in die J.M. VoithAG ein und war verantwortlich für die

Sandaufbereitung inkl.Sandprüfung und denSchmelzbetrieb mit Kupol-ofen nach dem Meehanite-Verfahren. Das Gusspro-gramm umfasste anspruchs-volle Gussteile aus Graugussfür den Papiermaschinen-und Turbinenbau.

1968 wechselte Mitterleh-ner als Gießereileiter zur Fa.Kirchner & Söhne in Anzen-hof bei Statzendorf in dieFertigung von Landmaschi-nenguss und 1969 trat er alsLeiter der Arbeitsvorberei-tung und stellv. Gießereilei-ter in die MFA Maschinen-fabrik Andritz in Graz ein.Es oblag ihm die Überwa-chung der Fertigung vonGussteilen für den Papier-

Wir trauern um

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HEFT 9/10 GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010)

maschinen-, Turbinen- und allgemei-nen Maschinenbau der MFA aber auchvon Lohnguss, vor allem von Großguss-teilen aus Grau- und Sphäroguss bis zu40 t Gießgewicht. Eine seiner Haupt-aufgaben war die Festlegung der Mo-dellausführung in gießtechnischer Hin-sicht sowie die Berechnung der Spei-ser- und Eingusssysteme.

Von 1979 bis 1990 war Ing. ErwinMitterlehner als Gießereileiter der Jen-bacher Werke AG in Jenbach/Tirol fürdie Fertigung von Motorengussteilenaus Grau- und Sphäroguss, insbesonde-re von Kurbelgehäusen, Zylinderköp-fen, Zylinderlaufbüchsen etc. für Gas-motoren bis 3500 PS verantwortlich.Nach Abschluss der Erneuerungsinves-

titionen 1986 wurde auch Lohnguss biszu 5 t Gießgewicht hergestellt.

In dieser Zeit war Ing. Erwin Mitter-lehner auch Mitglied des TechnischenBeirates am Österreichischen Gießerei-institut in Leoben.

Nach einem Besitzerwechsel des Un-ternehmens wurde die Gießerei 1990geschlossen und Ing. Erwin Mitterleh-ner wechselte als Vertragslehrer an dieHTL Jenbach, Abteilung Maschinen-bau, wo er bis Feber 2006 fachprakti-schen Unterricht in den Bereichen Gie-ßerei und Kunststoff, sowie fachtheore-tischen Unterricht im Bereich Labor(mit den Schwerpunkten Arbeitsvorbe-reitung, PPS, Kalkulation und Kosten-rechnung) erteilte.

1992 erlangte Mitterlehner den Ab-schluss der Werkmeisterschule für Be-rufstätige für Maschinenbau und 1993legte er die Lehramtsprüfung an der be-rufspädagogischen Akademie in Inns-bruck ab.

Seit März 2006 befand sich Ing. Er-win Mitterlehner nach 45 Berufsjahrenim Ruhestand und schenkte seine Frei-zeit nun diversen Vereinen (Sozial-sprengel Jenbach, Jenbacher Museum,Arbeitsgemeinschaft Erneuerbare Ener-gie-Tirol etc.).

Ing. Erwin Mitterlehner war seit1969 Mitglied im Verein Österrei-chischer Gießereifachleute.

Wir werden dem Verstorbenen stets ein ehrendes Gedenken bewahren.

STUDIE: Die Zukunft der Automobil-ZulieferindustrieTrends – Perspektiven – Strategien –

Die zehn wichtigsten Markttrends der Automobilzulieferindustrie:

Der globale Fahrzeugbestand wird sich bis 2030 verdoppeln / Das Wachstum findet vor allem in Asien statt / Das Autowird technisch neu erfunden / Das Qualitäts- u. Kostenbewusstsein der Kunden steuert die Entwicklung / Die Volumenmärk-te fragen mehr rationale Produkte nach / Globale Strategien werden mit lokalen Lösungen synchronisiert / Konsolidierung u.Diversifikation von Anbietern schließen sich nicht aus / Neue Akteure revolutionieren Produkte und Märkte / Geschäfts- u.Kooperationsmodelle werden angepasst / Die Zukunft lässt Raum für unternehmerische Alternativen

Die deutschen Automobilzulieferer verfügen auch in Krisenzeiten über eine – im internationalen Vergleich – noch uner-reichte Leistungskraft. Sie müssen aber schon in naher Zukunft mit einer verstärkten Konkurrenz speziell aus den aufstre-benden Automobilnationen Asiens rechnen. Hierauf weisen Management Engineers und das Center of Automotive(www.center-of-automotive.de) an der Fachhochschule der Wirtschaft (FHDW) in Bergisch Gladbach / D in einer gemeinsa-men Studie hin.

Diese kann von der Internetseite www.managementengineers.com/index.php?id=419 als PDF mit 1,2 MB heruntergeladenwerden.

AUFGABE

Vergleich der Ergebnisse der Erstarrungssimulation einesindustriellen Druckgussteils mit der Untersuchung desgegossenen Teils mittels Röntgencomputertomographie.Insbesondere die vorhergesagte und tatsächliche Porositätsoll verglichen werden.

COMPUTERTOMOGRAPHIE

UNSER WISSEN – IHR VORTEIL

VERGLEICH DER ERGEBNISSE DER

GIESSSIMULATION MIT COMPUTER-

TOMOGRAPHIEMODELLEN VON

GUSSTEILEN

MAGMASOFT - MAGMA GMBH

Gießereisimulations-Software

Version 4.4 + HPDC - Modul

Gussteil: Al Si9Cu3(Fe)

Gießtemperatur: 640°C

Form: X38CrMoV51

Starttemperatur: 180°C

Modell: 20 Mio. Elemente

VERWENDETE SYSTEME

SCHLUSSFOLGERUNG

Das detektierte Porenaufkommen stimmt mit den perSimulation vorhergesagten Bereichen erhöhter Poren-wahrscheinlichkeit auf Grund von Speisungsdefiziten sehrgut überein.

V|TOME|X C – PHOENIX|X-RAY

3D CT-System

240 kV Microfocusröhre

Fokus 4 – 200 µm

16 Bit Flächdetektor

512 x 512 Pixel Resolution (3-fach Erw.)

Voxelgröße: 244 µm³

Volumengröße: 820 x 760 x 493 Pixel

KONTAKT: T. Pabel, D. HabeÖsterreichisches Gießerei-Institut | Parkstraße 21 | 8700 Leoben | ÖsterreichT: +43 3842 431010 | F: +43 3842 431011 | E: office.ogi@unileoben.ac.at | www.ogi.at

Akkreditierte PrüfstelleEN ISO/IEC 17025

Lokale Erstarrungszeit 90 % Erstarrung

PorenanalyseAxialer Schnitt

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