Darstellung 3-dimensionaler, funktionaler Hohlstrukturen im Druckguss durch Gasinjektion

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuer Verfahrensweg zur Darstellung von Hohlräumen in Druckgussbauteilen aus Aluminium-Silizium-Legierungen aufgezeigt und erprobt. Damit konnten die Grundlagen geschaffen werden, neue Gussteilspektren auf das produktive Druckgießverfahren zu übertragen, die aufgrund mangelnder Darstellbarkeit bisher in anderen Verfahren zeit- und kostenintensiv gefertigt werden müssen. Die Verfahrensgrundlage der Materialverdrängung während des Erstarrungsprozesses basiert dabei auf der aus dem Kunststoffspritzguss bekannten Gasinjektionstechnik. Aufgrund der sehr kurzen Formfüll- und Erstarrungszeiten metallischer Werkstoffe im Druckgießprozess wurde für den Einsatz der Technologie eine Gasinjektionsanlage entwickelt, die die Steuerung der erforderlichen Prozessschritte auf wenige Millisekunden genau ermöglichte. Zur Erfassung und Bewertung der innerhalb von Sekundenbruchteilen ablaufenden Prozesse wurde eine Messtechnik entwickelt und das Druckgießwerkzeug mit Sensoren instrumentiert. Dies ermöglichte die Beurteilung der Ausprägung der entstehenden Gasblase bereits während des Prozesses. Infolge der im Druckgießprozess auftretenden hohen Strömungs-, Temperatur- und Druckbelastungen musste eine Gasinjektorgeometrie für metallische Werkstoffe entworfen werden, welche die Einleitung einer Gasblase in das erstarrende Gussteil ermöglichte. Die durchgeführten Untersuchungen zur Darstellung von Hohlgeometrien erfolgten an einem Druckgießwerkzeug mit einer Plattengeometrie, welche einen dickwandigen Bereich aufwies, den es hohl darzustellen galt. In Prinzipversuchen wurden die Vorgänge des Randschalendurchbruchs sowie der Schmelzeverdrängung bei Gaseinleitung untersucht. Durch die Auswertung der in unterschiedlichen Versuchsserien gegossenen Bauteile mit statistischen Methoden konnten signifikante Effekte und Abhängigkeiten von den untersuchten Einflussfaktoren nachgewiesen und begründet werden. Zur Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse aus den Versuchsserien auf Realbauteile wurden in weiteren Gießversuchen Demonstratoren hergestellt. Zunächst wurde die Herstellbarkeit eines Ölfiltergehäuses mit zwei Kanälen untersucht. Geometriebedingt konnten die durchgängigen Kanäle nur getrennt voneinander hohl dargestellt werden. Ein aktiv gekühltes Gehäuse, dessen integrierter Kühlkanal infolge mehrfacher Umlenkungen einen Hinterschnitt bildet, konnte durch die Gasinjektionstechnik mit ausgebildeter Hohlgeometrie im Druckguss dargestellt werden. So wurden für das produktive Druckgießverfahren neue Gussteilspektren aufgezeigt und praxisnah erschlossen.