GiveWasHy – Gießverfahrenstechnisch hergestellter wasserlöslicher Hybridformwerkstoff
Durch die gießtechnische Herstellung werden die bereits in FasSAd erfolgreich erprobten, jedoch bislang gepressten, faserverstärkten Salzkerne für den Aluminiumdruckguss von den Einschränkungen eines Presswerkzeugs befreit, so dass völlig neue dreidimensionale, komplexe Formen möglich werden und außerdem die Zykluszeit reduziert wird.
Projektpartner
Haas Metallguss GmbH; Apppex Product Development, Prototypes, Parts GmbH
Laufzeit
01.07.2022 – 30.06.2024
Fördergeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Motivation
Salzkerne sind Stand der Technik in der Automobilindustrie, insbesondere für Motorkomponenten wie z.B. Kühlkanäle in Kolben. Der verlorene Kern ermöglicht Hohlstrukturen in Druckgussteilen. Das spröde Bruchverhalten kann mit einer Faserverstärkung durch die sogenannte Pseudo-Plastifizierung effektiv vermieden werden. Bislang wurde die Faserverstärkung im Nasspressverfahren eingebracht. Durch die Herstellung aus der Schmelzphase sind deutlich komplexer geformte Bauteile möglich, als mit uniaxialen Presswerkzeugen. Zudem ermöglicht die niedrige Viskosität der Salzschmelze eine gute Tränkung der Faserhalbzeuge ohne große äußere Krafteinwirkung. Damit können Preformen aus Endlosfasern eingesetzt werden, welche die thermomechanischen Eigenschaften gegenüber einer Kurzfaserverstärkung (bis etwa 30 mm) deutlich verbessern. Durch rasche Erstarrung der Schmelze verkürzt sich zudem die Zykluszeit gegenüber dem langwierigen Trocknen von nassgepresstem Material.
Vorgehen
Da der vorgeschlagene Verbundwerkstoff bislang unerforscht und einzigartig ist, werden zunächst geeignete Fasermaterialien erprobt, die den hohen Schmelztemperaturen von Salzen bis 800°C standhalten und eine ausreichende Faser-Matrix Anbindung aufweisen, um den gewünschten Verstärkungseffekt zu erzielen. Neben den Fließeigenschaften des Salzes muss auch seine Schwindung charakterisiert werden, die durch die Fasern zwar stark eingeschränkt wird, jedoch nicht zu nacheiligen Eigenspannungen oder Schwachstellen durch Poren führen darf. Dazu werden geeignete Füllstoffe und Salzmischungen untersucht. Um den herausragenden Vorteil einer (lokalen) Preform-Verstärkung optimal zu nutzen, werden neue Konzepte und Materialien in der Werkzeugtechnik erforscht, sowohl für das Preforming an sich, sowie für den Einsatz der Preform im Salzgießwerkzeug, damit eine optimale Ausrichtung und Stabilisierung der Endlosfasern während des Salzgusses gewährleistet ist. Anschließend werden die Kerne im Aluminiumdruckguss unter Seriengießparametern eingesetzt, um ihre Robustheit nachzuweisen. Abschließend werden Wiederverwertungsmöglichkeiten analysiert, denn die hohen Kosten des Endlosfasermaterials müssen durch Kreislaufwirtschaft neutralisiert werden. Dazu werden neue Konzepte bereits in der Preformherstellung berücksichtigt, die ein einfaches Auslösen des Salzes erlauben, ohne jedoch die Preform komplett zu zerstören.
Danksagung
Der Lehrstuhl bedankt sich beim Bundesministerium für Wirtschaft und Energie für die Finanzierung über die Förderschiene „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)” des Kooperationsprojekts zu „GiveWasHy – Gießverfahrenstechnisch hergestellter wasserlöslicher Hybridformwerkstoff“ (Förderkennzeichen: KK5135810SH1)
Ansprechpartner
Dominik Boos, M.Sc.; Dr.-Ing. Swen Zaremba