Gussprodukte Innovationsträger der Zukunft Von der Kundenidee zur zukunftsorientierten Gusslösung Hannover,

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Benedikt Gehrig
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1 Gussprodukte Innovationsträger der Zukunft Von der Kundenidee zur zukunftsorientierten Gusslösung Hannover, Ausgabe 03/2011

2 SCHMOLZ+BICKENBACH GUSS Referent Marc Hidde, Bereichsleiter Vertrieb SCHMOLZ+BICKENBACH Guss Ausbildung Ausbildung zum Gießereimechaniker Studium der Gießereitechnik an der FH Duisburg Beruflicher Werdegang Gießtechnologe; Edelstahlgießerei stellv. Vertriebsleiter; Automobilgießerei bis heute SCHMOLZ+BICKENBACH GUSS GmbH

SCHMOLZ+BICKENBACH GUSS - von 20 Gramm bis 20 Tonnen Gießverfahren Handformguss Maschinenformguss CONTURA Feinguss Schleuderguss Krefeld Ennepetal

3 SCHMOLZ+BICKENBACH GUSS - von 20 Gramm bis 20 Tonnen Gießverfahren Handformguss Maschinenformguss CONTURA Feinguss Schleuderguss Krefeld Ennepetal Werkstoffpalette über 400 Legierungen Warmfeste und kaltzähe Stähle rost- und säurebeständige Stähle Werkzeugstähle Nickel- und Kobalt-Basislegierungen Herzogenrath

4 Inhalt Ursprung und Entwicklungsgeschichte von Werkstoffen und Formverfahren die rasante technologische Entwicklung der Gussindustrie Die Kombination aus konventionellen und computergestützten Gießereiprozessen revolutionieren die Industrie Rapid Casting Gussbauteile als wirtschaftliche Substitution von komplexen Schweißkonstruktionen auch bei kleinen Losgrößen Gemeinsame Produktentwicklung zwischen Kunden und Gussunternehmen als wirtschaftlicher Erfolgsfaktor Anwendungsbeispiele aus dem Bereich Stahl /Edelstahl

Ursprung und Entwicklungsgeschichte Ältester

Wärmebehandeln von Eisenguss in China Erstes

rostfreier Stahl Bronzegüsse in Indien und

5 Ursprung und Entwicklungsgeschichte Ältester figürlicher Hohlguss in Mittel & Nordeuropa Wärmebehandeln von Eisenguss in China Erstes engl. Patent zum Tempern von Gusseisen Jakob Mayer patentierte 1850 das Stahlformgussverfahren Patentanmeldung rostfreier Stahl Bronzegüsse in Indien und Mesopotamien Erste Magnesium Gusslegierung Beginn des Eisengusses in China Erste Eisengusserzeugnisse in Europa: Kanonenkugel und Ge-schützrohre Entdeckung der Leichtmetalle 3000 v. Chr v. Chr v. Chr v. Chr

Ursprung und Entwicklungsgeschichte Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung durch Ultraschall

Konstruktion und Fertigung Verstärkte Lieferung einbaufertiger Komponenten Industrielle

Arbeitserleichterung Optische Vermessung von Gussteilen - wirtschaftlicher -

6 Ursprung und Entwicklungsgeschichte Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung durch Ultraschall Gründung der ersten industriellen Fein- Gießerei in den USA 3D CAD/CAM unterstützte Konstruktion und Fertigung Verstärkte Lieferung einbaufertiger Komponenten Industrielle Produktion von Sphäroguss möglich Zunehmende Anwendung von Robotern zur Arbeitserleichterung Optische Vermessung von Gussteilen - wirtschaftlicher - industrieller - prozessbegleit. Einsatz digitaler Techniken Rapid Prototyping Jhd.

7 Werkstoffe auf Eisenbasis Ɛ tot [%] R m [MPa]

8 Konventionelle Gießverfahren Sandguss natürliche Binder Grünsand / Nassguss, Ölsand chemische Binder harzgebundene Sandsysteme thermische Binder kunststoffumhüllter Sand Feinguss keramische Formschale Wachsausschmelzverfahren / Lost Wax hohe Maßhaltigkeit

Oberflächengüte bis 1500 mm Kombination Sandguss CONTURA

9 Konventionelle Gießverfahren CONTURA keramischer Formstoff konventionelle Modelltechnologie hohe Maßhaltigkeit hohe Oberflächengüte bis 1500 mm Kombination Sandguss CONTURA konventionelle Modelltechnologie hohe Maßhaltigkeit bis ca. 1500mm kostenoptimierter Prozess

10 Computergestützte Gießereiprozesse Simulation Füllsimulation Erstarrungssimulation Spannungssimulation Bionische Strukturen Datenbasis für FEM-Berechnung Muster direkte Verfahren (Formherstellung) indirekte Verfahren (Modelle) Modellanfertigung Herstellung nach Daten selektive Geometrieanpassung

11 Computergestützte Gießereiprozesse Vermessung 3D- durch taktile Verfahren 3D- durch optische Verfahren Basis zur Best-Fit-Ausrichtung Geometrierückführung Zerspanende Bearbeitung Übernahme 3D-Daten/Messdaten

12 Kombination beider Gießereiprozesse Computergestützter Prozess Erstellen von Prototypen aus 3D-Daten Erstellen von Prototypen aus 3D-Daten Erzeugen der gießtechnischen Anschnittund Speisersysteme aus Simulationsergebnissen 3D-Geometrieerfassung Konventioneller Prozess Direkte Verf. Gießen in Sandguss Indirekte Verf. Gießen in Feinguss oder CONTURA Verwendung in allen Gießverfahren Selektive Geometrieanpassung am Gussmodell 3D-Geometrieerfassung Bionische Struktur Geometrierückführung zum Gussmodell Verwendung in allen Gießverfahren

13 Rapid Casting - serielles Prototyping bei SCHMOLZ+BICKENBACH GUSS Drucken Entpacken Finishing Wärmebehandlung

14 Prozessparameter Bauraum 1060 mm x 600 mm x 500 mm Schichtdicke 150 µm Werkstoff PMMA (Polymethylmethacrylat ugs. Plexiglas) Zeit ca. 30 Sek je Schicht, rund 30 Stunden ges. Box

15 Video 3D Drucker

16 Anwendungsbereiche Anschauungsmuster bis Maßstab 1:1 Funktionsmodelle Prototypen Modelle für das Wachsausschmelzverfahren Modelle für Kleinserien Sandguss Werkzeugbau Architekturmodelle

17 Rapid Casting Beispiel für hohe Genauigkeit über alle Prozessschritte 3D-Druck Optische Vermessung des 3D-Drucks Gussbauteil Optische Vermessung des Gussbauteiles

Gussbauteile als wirtschaftliche Substitution von komplexen Schweißkonstruktionen auch bei kleinen Losgrößen 2 3 4 5 Zusammenführung von Einzelteilen zu einer integrierten Einheit Optimierter

18 Gussbauteile als wirtschaftliche Substitution von komplexen Schweißkonstruktionen auch bei kleinen Losgrößen Zusammenführung von Einzelteilen zu einer integrierten Einheit Optimierter Kräftefluss durch Wegfall der Schweißverbindungen Verbindung von komplexen Gussbauteilen mit Standartmaterialien Minimierung des Bauraumes durch kompakte Bauteile Reduzierung der indirekten Kosten für Qualifizierung und Koordination Optimierung der Prozesskette durch Herstellung eines Bauteiles

19 Gemeinsame Produktentwicklung zwischen Kunden und Gussunternehmen als wirtschaftlicher Erfolgsfaktor Gemeinsame Ansätze Schlanke Produktentwicklung Innovative Bauteilgestaltung Fertigungsoptimierte Geometrie Kostenoptimierte Werkstoffauswahl Schnittstellenreduzierung Einbaufertige Bauteile Logistikkonzept Lieferung ab Lager Nutzen für den Kunden Verkürzte Entwicklungszeit Hohe Funktionsintegrität Reduzierte Fertigungskosten/Zeit Reduzierte Bauteilkosten Erhöhte Informationssicherheit Nutzung von Synergien Reduzierung von Lager und Kapitalkosten Hohe Flexibilität

Gemeinsame Produktentwicklung zwischen Kunden und Gussunternehmen als wirtschaftlicher Erfolgsfaktor Designvorschlag Skizze Abhängige Bauteile Machbarkeitsanalyse Formtechnik Gießtechnik mech.

20 Gemeinsame Produktentwicklung zwischen Kunden und Gussunternehmen als wirtschaftlicher Erfolgsfaktor Designvorschlag Skizze Abhängige Bauteile Machbarkeitsanalyse Formtechnik Gießtechnik mech. Bearbeitung Weiterverarbeitung Montage Simulation Füllsimulation Erstarrungssimulation Eigenspanung FEM-Berechnung Einsatzbedingung statische, dynamische Belastung Druck chemische Beständigkeit Werkstoffwahl Wärmebehandlung Korrosionsbeständi gkeit / PRE-Wert mech. tech. Werte

21 Gemeinsame Produktentwicklung zwischen Kunden und Gussunternehmen als wirtschaftlicher Erfolgsfaktor Wertstromanalyse Werkstoff Gießprozess mech. Bearbeitung Fertigungstiefe Logistik Prototyp/ Produkt Bauteilbewertung Geometrie 3D-Vermessung Mechanische Eigenschaften

22 Anwendungsbeispiele aus dem Bereich Stahl / Edelstahl

Backen im Autoklaven bei rund 150 C Aufgabenstellung

23 Formen zur Fertigung von CFK Bauteilen in der Luftfahrt Prozess Laminieren der CFK Schichten bei Raumtemperatur, Backen im Autoklaven bei rund 150 C Aufgabenstellung Vermeidung von Belastung des laminierten Produktes im Fertigungsprozess

mit geringstem Wärmeausdehnungskoeffizient

24 Formen zur Fertigung von CFK Bauteilen in der Luftfahrt Lösungsansatz Wahl eines Werkstoffes mit geringstem Wärmeausdehnungskoeffizient Lösung Verwendung von Invar-Stahl auch als Ni-36 bekannt

Turboladers leiten Aufgabenstellung Erhöhung des

25 Leitapparate in der Abgasturbine Prozess Abgasstrom an großen Dieselmotoren auf das Turbinenrad des Turboladers leiten Aufgabenstellung Erhöhung des Wirkungsgrades, Erreichung der verschärften Abgasnorm in den USA

26 Leitapparate in der Abgasturbine Lösungsansatz Einengung der Fertigungstoleranzen zur Erzielung der Nennleistung Nenndurchmesser Lösung Fertigung als Monowachsling, reproduzierbar engere Fertigungstoleranz, erhöhte Rundheit Soll Ist-Werte Nennmaß Toleranz in % VDG P690 D2 Istmaß Toleranz in % Nenndurchmesser innen 340,5 mm +/- 1 mm 340,22 mm bis 341,1 mm 340,7 mm +/- 0,45 mm Durchtrittsfläche gesamt mm 2 +/- 150 mm2 +/- 1,05 +/- 1,4 mm mm mm mm 2 +/- 99 mm 2 +/- 0,69 Unrundheit max. 0,5 mm

27 Edelstahlguss ist Kunst

28 Edelstahl ist Kunst pure cast Hochwertige, gegossene Design und Lifestyleprodukte in Kooperation mit Künstlern und Designern Handarbeit limitiert und zertifiziert

29 Individuelle Kundenideen SCHMOLZ+BICKENBACH GUSS GmbH

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Drucken in der Dritten Dimension Alles, was ein Mensch sich vorzustellen vermag, werden andere Menschen verwirklichen können. Jules-Gabriel Verne Französischer Schriftsteller 8.2.1828 24.3.1905 Neuer Raum