„Ressourceneffizienter Zinkdruckguss“
Durch den serienmäßigen Einsatz eines Heißkanalsystems (FGS) wurden erhebliche Energieeinsparungen realisiert und die Taktzeit nahezu halbiert. [Initiative ZINK/Power-Cast Ortmann]
(Düsseldorf, 18.07.2016)
Zinkdruckguss-Bauteile sind überall dort gefragt, wo es auf hohe Stabilität, außergewöhnliche Optik und natürliche Haptik ankommt. Die Gründe dafür sind vielfältig: Zink hat einen niedrigen Schmelzpunkt, sehr hohe Festigkeitswerte und ein hohes Widerstandspotenzial gegen Korrosion. Die Bauteile können äußerst dünnwandig, filigran und in exakten Dimensionen produziert werden und zeichnen sich durch eine hervorragende Oberflächengüte und Beschichtbarkeit aus. Zinkdruckguss ist also eine bewährte Technologie – und eine, die Raum für Innovationen bietet: Um den Energieaufwand für das wiederholte Aufschmelzen des Angussmaterials und die zur Kreislaufführung erforderlichen Arbeitsschritte sowie den damit verbundenen Zeitaufwand zu reduzieren, wurden Verfahren entwickelt, die mit minimalen Angüssen oder sogar ganz ohne diese auskommen.
Dabei kommen derzeit zwei Techniken zum Einsatz: Während beim sogenannten Frech Gating System (FGS) maschinenseitig durch den Einsatz temperierter Verteilersysteme (Heißkanaltechnik) die Angussmenge minimiert wird, speist die von der Ferrofacta GmbH mit der Adolf Föhl GmbH + Co. KG für den Zinkdruckguss entwickelte Heißkanaldüse die Schmelze angussfrei direkt auf das Gussteilteil ein. Durch die Minimierung beziehungsweise den kompletten Entfall von Angüssen werden Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit des Zinkdruckguss-Verfahrens nochmals deutlich gesteigert. Zinkdruckguss wird so noch wettbewerbsfähiger und neue Einsatzbereiche können erschlossen werden.
„Das FGS setzen wir unter anderem bei einer Gehäuseklappe ein, die als Abdeckung für eine Kommunikationseinheit verwendet wird“, erklärt Bernhard Bayer, Geschäftsführer der Power-Cast Ortmann GmbH & Co. KG. Das FGS besteht aus temperaturgeregelten Verteilerelementen in der Druckgießform, die durch eine intelligente Verknüpfung mit der Prozess- und Ablaufsteuerung in der Druckgießmaschine verbunden ist. Wegen der eingesparten Gießläufe stehen mehr freie Sprengfläche und Gießvolumen zur Verfügung. Dadurch passen deutlich mehr Kavitäten auf die gleiche Maschinengröße.
Bernhard Bayer: „Mit der Umstellung von einer Vierfachform mit konventionellem Angusssystem auf eine Sechsfachform mit Heißkanaltechnik blieb das Schussgewicht nahezu gleich. Das Kreislaufgewicht reduzierte sich um 66 Prozent, die Taktzeit wurde von 1,6 auf 0,9 Sekunden pro Bauteil und damit um 47 Prozent gesenkt, da der konventionelle Verteiler vor dem Öffnen der Form nicht gefüllt und abgekühlt werden muss. Auf den Einsatz von Überlaufbohnen konnte verzichtet werden.“ Das Ergebnis ist eine deutliche Erhöhung der Energieeffizienz: In Summe wurde bei einem Bedarf von einer Million Bauteilen pro Jahr eine Energieeinsparung von fast 20.000 kWh erzielt und es werden rund 35.000 Kilogramm CO2 eingespart, was der Laufleistung eines Pkws der mittleren Oberklasse von 297.000 Kilometern entspricht. In einem nächsten Entwicklungsschritt ist es jetzt gelungen, zwei Angussverteiler in eine Form einzubringen. Denkbar ist, dadurch zwei Formen in einer Form unterzubringen.
Eine Weiterentwicklung zum angusslosen Guss wird bei der Adolf Föhl GmbH + Co. KG mit einer für den Zinkdruckguss geeigneten Heißkanaldüse umgesetzt. Dabei wird die Schmelze durch die Heißkanaldüse direkt auf das Teil eingespeist. So können Zinkdruckgussteile ganz ohne Verteiler gegossen werden. „Mit Einführung der Heißkanaldüse in den Zinkdruckguss werden komplexe Geometrien, die durch konventionelle Anbindungen bisher nicht herstellbar waren, gießfähig“, beschreibt Thomas Herper, Entwicklungsleiter bei Föhl, die Potenziale dieses Verfahrens. Durch den Wegfall des kompletten Gießlaufs wird die Porosität des Bauteils weiter reduziert. Trotz geringer Wandstärken von 0,9 Millimetern wird ein sehr geringer Porenanteil von nur circa 2,3 Prozent erzielt.
Die Verwendung von je einer Heißkanaldüse pro Bauteil ermöglicht eine Mehrfachauslegung. Zudem kann durch die Verwendung von zwei oder mehr Düsen für ein Bauteil mehr Material direkt in das Werkzeug eingebracht werden. Die Ergebnisse: ein gleichmäßiges Abkühlverhalten des Bauteils und die Vermeidung von Schwindungslunkern und Spannungen. Die Positionierung der Heißkanaldüse auf dem Bauteil erlaubt eine punktuelle Einspeisung des Materials. Runde Bauteile sind für diese Gießtechnik besonders geeignet. „Mithilfe dieses Verfahrens ergeben sich Produktivitätssteigerungen und Energieeinsparungen durch die Erhöhung der Nestanzahl bei gleicher Maschinengröße, eine höhere Zyklusgeschwindigkeit und die Eliminierung der Angüsse als Kreislaufmaterial“, fasst Thomas Herper die Vorteile der Heißkanaldüse zusammen.
Flansch als Motorabdeckung zur effizienten Gestaltung des Luftstroms, gegossen mit neu entwickelter Heißkanaldüse für Zinkdruckguss. Einsparung von 100.000 Kilogramm Zink pro Jahr. [Föhl]
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Die Initiative ZINK im Netzwerk der WVMetalle ist ein Zusammenschluss von Zinkherstellern, Zinklegierungsherstellern, Zinkrecyclern, Halbzeugproduzenten, Herstellern und Verarbeitern von Zinkverbindungen im Netzwerk der WirtschaftsVereinigung Metalle. Sie ist Ansprechpartner für Behörden, Anwender und für die Presse in allen Fragen rund um das Zink. Die Initiative ZINK hat ihren Sitz in Düsseldorf und arbeitet in enger Kooperation mit nationalen und internationalen Zinkverbänden.