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03.03.2016

Gussbauteile: hohe Freiheitsgrade beim Bauteildesign

Leichtbauserie Teil 3: Leichtbau im Guss

Bild 1: Vierpunktlenker für die Nutzfahrzeugindustrie in Eisenguss von GF (© GF)

Gussbauteile bieten dem Entwicklungsingenieur hohe Freiheitsgerade beim Bauteildesign und damit optimale Voraussetzungen zur Gewichtsoptimierung: Wandstärken können je nach Anforderung ausgestaltet werden, Geometrien sind nur an wenige Einschränkungen gebunden und alle nötigen Parameter sind bekannt, so dass in Guss ausgelegte Bauteile noch vor ihrer Herstellung durch Simulationen und Berechnungen geprüft und validiert werden können.

Bionische Designauslegungen, die Verwendung von aus der Natur abgeleiteten Formen und Muster, können dadurch bis zu ihrem absoluten Optimum gebracht werden. Insgesamt werden dabei Gewichtseinsparungen von bis zu 50 Prozent erreicht. Dies bei gleicher oder sogar zum Teil verbesserter Performance und Produktfunktionalität.

Das wiederum gehört zum täglichen Geschäft der Division GF Automotive der Georg Fischer AG (GF) aus der Schweiz. „Leicht muss nicht unbedingt sofort die Verwendung der Leichtmetallwerkstoffe Aluminium oder sogar Magnesium im Guss bedeuten. Jedes Material und damit zum Beispiel auch Eisenguss hat Potenzial für Gewichtsreduktionen“, erklärt Klaus Decking, Leiter New Business Development bei GF AU, an dem folgendem Beispiel: „Durch die Substitution von Schmiedeteilen mit wesentlich leichteren Eisengussteilen aus Sphäroguss sind Gewichtseinsparungen von über 35 Prozent möglich. Bei einem für die Nutzfahrzeugindustrie von Schmiede in Guss umgestellten Vierpunktlenker konnte GF eine Gewichtseinsparung von 21 kg bei gleichen Bauteilanforderungen erreichen.“ (Bild 1).

Bild 2: Sitzlehne aus Magnesiumdruckguss (© GF)

Ein Gussteil kann aufgrund der hohen geometrischen Freiheiten ganze Montage- und Schweisskonstruktionen ersetzen. Dabei können sogar noch weitere Funktionen und Bauteile integriert werden.

Ein Beispiel dafür ist die bei GF in Druckguss gefertigte Sitzlehne aus Magnesium, dem leichtesten in Großserienprozessen einsetzbarem Metall, die ein komplex gefügtes Blechkonstrukt aus über 20 Bauteilen ersetzt (Bild 2).

Dabei wurden durch den Einsatz von Guss nicht nur Gewichtseinsparungen erzielt, sondern auch die Bauteilkosten reduziert und die Funktionalität erhöht.

Leichtbauserie Teil 1: Leichtbau mit Composites
Leichtbauserie Teil 2: Hybrider Leichtbau

»Guss und Leichtbau sind ein gutes Team«

Gerhard Klügge, Geschäftsführer Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (© BDG)

Gerhard Klügge ist Geschäftsführer Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG). Der BDG vertritt die Interessen von rund 600 Eisen-, Stahl- und Nichteisen-Metallgießereien. In den Gießereien sind rund 80.000 Mitarbeiter beschäftigt.

Welche Vorteile bringt Leichtbau aus Ihrer Perspektive mit sich?
Guss und Leichtbau sind ein gutes Team. Eine Vielzahl von Gussanwendungen hat in den letzten Jahren das Ziel, Gewichtsreduzierungen beim Gussteil und vor allem bei der späteren Verwendung im Endprodukt zu realisieren. Die Gießereien müssen eigentlich nur eine technische Binsenweisheit berücksichtigen: Je fester der Werkstoff, desto weniger metallisches Material wird gebraucht – etwa durch dünnere Gussteilwände – und desto geringer wird das Gewicht des Gussteils. Bei der Entwicklung und Herstellung des leichten Gussbauteils führt aber nicht notwendig der Einsatz des leichtesten Werkstoffes, wie Magnesium oder Aluminium, automatisch zu dem leichtesten und im Hinblick auf Eigenschaften besten Bauteil. Es ist der gezielte Einsatz des jeweils richtigen Werkstoffs mit den besten mechanischen Eigenschaften, kombiniert mit dem optimalen technischen Design und dem darauf angepassten Herstellungsverfahren, das zum besten Ergebnis führt.

Welche Branchen sind aktuell Anwender und welche in Zukunft?

In erster Linie profitiert derzeit der Guss für den Verkehrsbereich (Automobil, Bahn, Aviation und Schiffbau) vom Leichtbau. Guss ermöglicht durch hohe geometrische Freiheiten bei der Konstruktion die Substitution von mehreren montierten und/ oder gefügten Teilen durch ein einziges Bauteil. Erhöhte Funktionalität, verringerte Bauteilzahl und eine angepasste Geometrie führen zu signifikanten Gewichtseinsparungen. Im Karosseriebereich gibt es Beispiele, wo durch ein einziges Gussteil bis zu zwölf Blechteile ersetzt und dabei Gewichtsreduzierungen von über 40 Prozent erzielt werden. Auch beim Guss für die Windkraft gibt es gute Ergebnisse mit Leichtbau, etwa den Einsatz von so genannten mischkristall- verfestigtem Gusseisen. Dieser Werkstoff ermöglicht dank seiner hohen Dehnwerte geringe Wandstärken und eignet sich ideal für den Leichtbau von Turbinen oder Getrieben.

In welchen Aspekten schöpfen Sie die Chancen noch nicht voll aus?
Eigentlich gibt es keine Grenzen für den Einsatz von Leichtbau-Guss. Es wird zukünftig der Kreativität von Konstrukteur und Gießer überlassen bleiben, neue Anwendungsgebiet für den Leichtbau zu entdecken. Es wird kein Gussteil geben, das sich bewegt und nicht in irgendeiner Weise gewichtsrelevant ist. Der Leichtbau ist bereits in fast alle Bereiche des Gießens eingezogen. Die branchenspezifische Forschungs- und Entwicklungsinstitute an den deutschen Hochschulen tun ein Übriges, diese Entwicklung zu fördern.

Welche Rolle spielt für Sie die Hannover Messe/Industrial Supply?
Messen sind für viele unserer Unternehmen nach wie vor ein wichtiges Marketinginstrument, das sie natürlich zur Kundengewinnung, aber auch als Plattform für den fachlichen Informationsaustausch nutzen.

Von Katja Wohlers

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