Angussreduzierung beim Warmkammerdruckguss von Magnesiumlegierungen

Die Firma C&C Bark GmbH fertigt seit nunmehr fünf Jahrzehnten hochpräzise Magnesiumdruckgussteile inklusive Zerspanung und Oberflächenveredelung für die unterschiedlichsten Branchen.

Beim Magnesiumdruckgießen im Warmkammerverfahren wird das Gussteil prozessbedingt mit einem Angusszapfen gegossen. Dieser Zapfen ist mit dem Gussteil durch den Anguss verbunden. Dieser Anguss samt Zapfen wird im weiteren Prozess durch Schnittentgraten abgetrennt und muss recycelt werden. So fällt, abhängig von der Teilegröße und -geometrie, der Anzahl der Kavitäten und der Auslegung des Gießlaufes unter Umständen ein Mehrfaches des letztendlichen Teilegewichts an Kreislaufmaterial an, das im Fertigungsprozess energetisch aufgeschmolzen und später als Reststoff recycelt werden muss.

Außerdem wird durch das Zurücklaufen der flüssigen Schmelze nach jedem Schuss unerwünscht Luft ins Gießsystem eingebracht. Diese Luft muss beim nächsten Schuss wieder verdrängt werden, was die Gussteilqualität negativ beeinträchtigen kann.

Ziel des Projekts, welches technologieseitig durch die Oskar Frech GmbH & Co. KG entwickelt und durch die C&C Bark GmbH samt kundenseitiger Unterstützung durch die Festool GmbH operationalisiert wurde, ist die Reduzierung des Angussvolumens samt der damit verbundenen notwendigen Schmelzenergie. Damit einhergehend soll zudem die Teile- bzw. die Gefügequalität verbessert werden, da sich dann weniger Luft im Gießsystem befindet.

Zusammen mit der Oskar Frech GmbH & Co. KG sollte das im Zinkdruckguss eingesetzte FGS-Verfahren auf den Magnesiumdruckguss übertagen werden. Es sollte am Ende möglich sein anspruchsvolle, komplexe Teile bei hohen Schließkräften zu fertigen. Anhand einer passenden Pilotform galt es in Versuchsreihen die entsprechenden Prozessgrenzen und – parameter zu ermitteln.

Beim FGS-Verfahren bleibt die Schmelze im neu entwickelten Angussbereich der Druckgussform konstant in flüssigem Zustand und läuft nicht komplett in den Schmelztiegel zurück. Dies wird einerseits durch beheizte Elemente in der Druckgussform und in der Maschine und andererseits durch eine spezielle Steuerung der Maschine und eine spezifische Dosiereinheit bestehend aus Kolben und Gießbehälter erreicht.

Die Anwendung des FGS-Verfahrens führt zu einem Wegfall des Angusszapfens und konsequenterweise einer damit verbundenen wesentlichen Verringerung des Kreislaufanteils. Zudem gelangt durch den Verbleib des flüssigen Materials im Angussbereich keine unerwünschte Luft in das Gießsystem, Lufteinschlüsse und Oxidation werden reduziert und damit einhergehend die Ausschussrate auf ein Minimum begrenzt.

Ein weiterer Vorteil aus Ressourcen- und Kostensicht ist die Einsparung anteiliger Schmelzenergie, da das Material für den technisch notwendigen Angusszapfen im neuen FGS-Verfahren gar nicht mehr aufgeschmolzen werden muss – der Angusszapfen entfällt gänzlich.

Darüber hinaus muss auch aus Sicht der Werkzeugkonzeption beim FGS-Verfahren ein neuer Weg eingeschlagen werden. Die Schmelze muss – ähnlich wie bei der Heißkanaltechnik im Kunststoffspritzguss – bis kurz vor das Bauteil in der Form flüssig gehalten werden.

Das Angusssystem ist beim FGS-Verfahren deutlich effizienter und ressourcenschonender gestaltet als bei den herkömmlichen Verfahren des Kaltkammerdruckgusses sowie des Warmkammerdruckgusses. Einsparungen lassen sich demnach sowohl im Material- als auch im Energiebereich generieren.

So kann beispielsweise das Angusssystem beim FGS-Verfahren im Vergleich zum Kaltkammerdruckguss um 60 % reduziert werden. Folglich muss weniger Material recycelt werden und es ist weniger Energie zum Aufschmelzen des Rohmaterials notwendig.

Sinnvolle Ressourceneffizienzmaßnahmen finden bestenfalls wertschöpfungsübergreifend statt. Im bestehenden Projekt wird die Technologiekompetenz des Anlagen- und Werkzeugbauers Oskar Frech GmbH & Co. KG mit dem Prozess-Know-how des Leichtmetallgießers C&C Bark GmbH sowie den kundenseitigen höchsten Anforderungen der Festool GmbH an Produktqualität entlang der Wertschöpfungskette gespiegelt.

Ergebnis sind wettbewerbsfähige und ressourcenschonende Technologien, Prozesse und Produkte, die letztendlich nur durch die Zusammenarbeit der Wertschöpfungspartner praxistauglich und umsetzbar werden.

Die bisherigen und zukünftigen Erfahrungen des FGS-Gussverfahrens in der Serienproduktion werden in weitere Neuprojekte – auch branchenübergreifend – einfließen.

Dieses Projekt ist der Startschuss für unterschiedlichste Effizienzmaßnahmen entlang der Wertschöpfungskette im Druckgussbereich.

Die Geschichte der C&C Bark GmbH geht zurück ins Jahr 1924, als Karl Hopt die Karl Hopt GmbH zur Fertigung von Drehkondensatoren gründete. Bereits 1961 hat man am Standort Schörzingen mit der Fertigung von Magnesiumdruckgussteilen begonnen. Gemeinsam mit dem Unternehmen Oskar Frech GmbH & Co. KG wurde 1967 die erste Warmkammerdruckgussmaschine für Magnesium entwickelt und die erste Anlage dieser Art in Betrieb genommen.

Die C&C Bark Metalldruckguss und Formenbau GmbH konzentriert sich seit ihrer Gründung im Jahr 1986 ausschließlich auf die Herstellung von Magnesiumdruckgussteilen für die unterschiedlichsten Anwendungen.

Die C&C Bark GmbH ist Spezialist für Magnesiumdruckguss und beherrscht die gesamte Prozesskette von der werkstoffgerechten Konstruktion über das Gießen bis hin zur Oberflächenveredlung und spanenden Bearbeitung.

Die rund 85 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der C&C Bark GmbH wissen aufgrund ihrer Erfahrung und ihres Know-hows genau, was mit Magnesium machbar ist und worauf es bei der Konstruktion und Produktion eines Bauteils ankommt.

Der Firmensitz befindet sich am Fuß der Schwäbischen Alb, einer einzigartigen Naturlandschaft. Dementsprechend liegt der Einsatz umweltschonender Produktionstechniken im eigenen Interesse der C&C Bark GmbH. Darüber hinaus leistet der Werkstoff Magnesium mit seiner hundertprozentigen Recyclingfähigkeit und der optimalen Verwendbarkeit in allen Bereichen des Leichtbaus einen deutlichen Beitrag zum Umweltschutz.