4 Fertigungsverfahren

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1 4 Fertigungsverfahren Lost Foam Abguss werden die Modelle noch beschichtet und in binderlosen Formstoff eingeformt. Beim Einfließen der heißen Metallschmelze wird das Modell zersetzt und die Schmelze füllt den entstehenden Hohlraum detailgetreu aus. Die Herstellung individuell gestalteter Einzelteile als Prototypen oder Funktionsmuster sind mit dem Lost Foam Verfahren ebenso möglich wie eine Serienfertigung hoher Stückzahlen, wie es beispielsweise durch die BMW Group mit dem Zylinderkopf für den Reihen-Sechszylindermotor umgesetzt wird (Bild 1). Das Lost Foam Verfahren ermöglicht den Abguss von Aluminium, Gusseisen und Stahl gleichermaßen. Verfahrensablauf am Beispiel des Statorgehäuses für den Fraunhofer Radnabenmotor Im Folgenden sind die wesentlichen Prozessschritte des Lost Foam Verfahrens erläutert. Die schematischen Darstellungen zeigen beispielhaft das im Lost Foam Verfahren gegossene Statorgehäuse eines Radnabenmotors, der am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM entwickelt wurde (Bild 2). Besondere Merkmale dieses Gussteils sind ein direkt gießtechnisch hergestellter, durchgehender Wassermantel mit rückseitig austretenden, gebogenen Anschlusskanälen, der rechtwinklige Statormantel ohne Entformungsschräge und die Umsetzung dünner Wandstärken. Bild 2: Vom Modell zum Gussteil der Lost Foam gegossene Stator des Fraunhofer IFAM (Foto: IFAM) 196

2 Lost Foam Fertigungsverfahren 4 Bild 3: Konstruktive Zerlegung der Bauteilgeometrie des Statorgehäuses in einzelne hinterschnittsfreie Segmente [17] Konstruktionsphase Am Anfang des Fertigungsprozesses wird die zu fertigende Geometrie aus einem Polymerschaum aufgebaut. Hierzu wird die Bauteilgeometrie bereits in der Konstruktionsphase in einzelne Modellsegmente zerlegt, die für sich jeweils ohne Hinterschnitte auskommen. In Bild 3 ist die Segmentierung anhand des Statorgehäuses dargestellt. Erst durch das spätere Zusammenfügen zu einem Positivmodell entsteht die Komplexität des Gussteils. Durch diese Vorgehensweise unterscheidet sich das Lost Foam Gießverfahren wesentlich von allen anderen Gießverfahren und ermöglicht es, hoch komplexe Bauteile aus einfachen Segmenten aufzubauen und wirtschaftlich zu fertigen. 197

3 6 Formstoffe Hochtemperatur-Verformungsverhalten Bild 1: Die verwendete modifizierte Universalfestigkeitsprüfmaschine Platz vorhanden, um einen Ofen mit einer Maximaltemperatur von 1000 C über die Prüfeinrichtung zu fahren. Zur Ermittlung der Formstoffeigenschaften arbeitet die Maschine mit wassergekühlten Prüfstempeln zur Bestimmung von Druck-, Biege- und Zugfestigkeit. Die Prüfgeschwindigkeit in den Versuchen lag bei 10 mm/min. Die Kraft-Weg-Verläufe werden digital aufgezeichnet. Versuchsprogramm Für die Versuche wurden 7 kg-formstoffmischungen verwendet, Formgrundstoff ist immer Quarzsand H 32. Alle Formstoffmischungen enthalten 7 Masse-% Bentonit (0,49 kg). Die Mischungen 1 3 verwenden Ca-Bentonit, die Mischung 4 Na-Bentonit (Wyoming). Während die Mischungen 1 und 4 keine Additive enthalten, wurden für Mischung 2 2 % Kohle und für Mischung 3 2 % Zeolith als Additiv eingesetzt. 372

4 Hochtemperatur-Verformungsverhalten Formstoffe 6 Tabelle 1: Versuchsprogramm und Zusammensetzung der verwendeten Formstoffmischungen (Probekörpr nach AFS, zylindrisch mit 40 mm Höhe und 28 mm Durchmesser) Formstoffmischung Nr Sand H32 Bentonit Kalzium Natrium Additiv ohne Kohle Zeolith ohne Aufbereitung Umlauf 1 bis 6 Verdichtbarkeit 40 % Umlauf 7.1 Verdichtbarkeit 40 % Umlauf 7.2 Verdichtbarkeit 30 % Umlauf 7.3 Verdichtbarkeit 50% Prüfgrößen Wassergehalt [%] Verdichtbarkeit [%] Gründruckfestigkeit [N/cm²] Grünzugfestigkeit [N/cm²] Nasszugfestigkeit [N/cm²] Heißdruckfestigkeit [N/cm²] Prüftemperatur in [ C] Bild 2: Die Verformungsenergie im Kraft-Weg-Diagramm 373

5 9 Werkstoff- und Gussteilprüfung Zugversuch Bild 3: Dehngrenze bei plastischer Extensometer-Dehnung, R p Bild 4: Dehngrenze bei gesamter Extensometer-Dehnung, R t Bild 5: Dehngrenze der Spannung für eine vorgegebene bleibende Dehnung, R p Bild 8:Höchstkraft, F m 576

6 Zugversuch Werkstoff- und Gussteilprüfung 9 Bild 9: Bearbeitete Proben mit rechteckigem Querschnitt Bild 10: Aus einem unbearbeiteten Abschnitt des Erzeugnisses bestehende Proben Anmerkung 1: Die gezeichnete Form der Probenköpfe ist als Beispiel zu verstehen Anmerkung 2: Zur Erklärung der eingekreisten Nummern siehe Tafel 1 577