FasSAd – Faserverstärkte Salzkerne für den Aluminiumdruckguss

Um das maximale Potential an Leichtbau und Funktionsintegration bei Aluminiumteilen auszuschöpfen, wird am LCC ein neuartiges, auswaschbares Kernmaterial entwickelt: Ein Salzkern mit Faserverstärkung, die es dem Material ermöglicht höhere Lasten bei geringerer Bruchanfälligkeit zu ertragen, was den bisherigen Spielraum für verlorene Kerne in Gieß- und Injektionsprozessen erweitert.

Projektpartner
Haas Metallguss GmbH; Apppex Product Development, Prototypes, Parts GmbH

Laufzeit
01.09.2019 – 31.08.2021

Fördergeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Motivation
Salzkerne sind Stand der Technik in der Automobilindustrie, insbesondere für Motorkomponenten wie z.B. Kühlkanäle für Kolben. Der verlorene Kern ermöglicht Hohlstrukturen mit Hinterschneidungen in Druckgussteilen. Er kann mit Wasser ausgewaschen werden, ist jedoch empfindlich gegenüber Zugspannungen - ähnlich wie bei einer Keramik. Der Einsatz dünnwandiger Kerne ohne Stützstrukturen ist bislang nicht möglich. Darüber hinaus fordert das spröde Bruchverhalten einen Kompromiss, wenn es um die Wahl der Druckgussparameter wie der Injektionsgeschwindigkeit geht, was unmittelbar die Zykluszeit beeinflusst. Um die Robustheit des Gesamtprozesses zu erhöhen und die bisherigen Einschränkungen verlorener Kerne zu überwinden, wird die Verbundtechnologie in diesem Projekt untersucht. Durch ihren Einsatz werden höhere Produktionsraten und kompliziertere Hohlraumgeometrien in Druckgussteilen erwartet, was beispielsweise für den Antriebsstrang in Elektrofahrzeugen nötig ist.

Ansatz: Pseudo-Plastifizierung durch eine schwache Faser-Matrix-Anbindung

Vorgehen
Das neuentwickelte verlorene Kernsystem basiert auf der Verbundwerkstofftechnologie. Es vereint die Vorteile des Salzes (Wasserlöslichkeit, thermische Stabilität) mit denen der Verstärkungsfaser (Zugfestigkeit). Der Haupteffekt liegt in der sogenannten Pseudo-Plastifizierung der spröden Salzmatrix, indem Kurz-, Lang-, und Endlosfasern eingebracht werden. Die Faser trägt die Zuglasten und reduziert damit deutlich die Rissneigung bzw. Empfindlichkeit gegenüber Biegespannungen. Durch eine thermisch leitende Faser soll außerdem die Resistenz gegen thermischen Schock gesteigert werden. Mehrere Werkzeug- und Prozesskonzepte werden untersucht, um faserverstärkte Salzkerne herzustellen. Ferner werden Wiederverwertungsmöglichkeiten analysiert. Die vergleichsweise hohen Kosten des Fasermaterials können durch Kreislaufwirtschaft neutralisiert werden. Die einfache Trennung des Verbundes durch die wasserlösliche Matrix ist ein bedeutender Vorteil sowohl aus ökologischer als auch ökonomischer Sicht.

Publikationsliste
Boos, D.: Fiber-Reinforced Salt Cores for High-Pressure Casting Processes, 26. Nationales SAMPE Symposium, TUM, 09.02.2021

Danksagung
Der Lehrstuhl bedankt sich beim Bundesministerium für Wirtschaft und Energie für die Finanzierung über die Förderschiene „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)” des Kooperationsprojekts zu „Faserverstärkten Salzkernen für den Aluminiumdruckguss – FasSAd“ (Förderkennzeichen: ZF4004317LL9).

Ansprechpartner
Dominik Boos, M.Sc.; Dr.-Ing. Swen Zaremba