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TecHNOLOGie & TreNDs

VON EBERHARD AMBOS, MAGDEBURG, WOlFGANG BESSER, DOHNA, STEFAN TEU-BER, STADT SEElAND, OlIVER BRUNKE UND DIRK NEUBER, WUNSTORF, INGO STU-KE UND HOlGER lUx, AHRENSBURG

Bekanntlich enthalten Druckgussteile wegen der Volumendefizite und der Gasfreisetzung bei der Erstarrung

der vergossenen Legierungen sowie der Gasundurchlässigkeit der Druckgieß-formen stets mehr oder weniger Poren. Die Orte des Auftretens der Poren in den Tei-len, ihre Zahl und ihr Volumen sind sehr unterschiedlich und hängen vor allem von folgenden Einflüssen ab:> von der Gestalt der Gussteile und da-

mit vom Flüssigmetallstrom im Form-hohlraum (von den geometrischen De-tails des Formhohlraums, z. B. umström-

te Kerne mit den Möglichkeiten des Gaseinschlusses, Wirbelbildungen des strömenden Metalls, Auftreffen von Strömungsfronten usw.),

> von der Gestaltung und Bemessung des Anschnitt- und Entlüftungssystems,

> von Art und Menge der verwendeten Trennmittel in der Druckgießform,

> von den technologischen Parametern des Druckgießvorganges,

> vom Erstarrungsverhalten der zu ver-gießenden Druckgusslegierung (Schwin-dungsporosität) und

> vom Gasgehalt der Schmelze (Über-schreiten der Löslichkeitsgrenze von Gasen).

Poren in Druckgussteilen sind unter den realen Bedingungen der Produktion nicht zu verhindern. Es ist deshalb ein ehrgeizi-

ges Ziel zahlreicher engagierter Druckgie-ßer, die Porenausprägung zu minimieren oder sie derart zu beeinflussen, dass die Poren die Funktionsfähigkeit der druckge-gossenen Bauteile nicht beeinträchtigen.

Prüfmethoden zur Ermittlung der Porosität

Die vielfältigen Prüfmethoden, ihre Mess-größen, die Nutzungsbedingungen der Me-thoden und die Bewertung der Ergebnisse sind in der BDG-Richtlinie/VDG-Merkblatt P 202 „Volumendefizite von Gussstücken aus Aluminium-, Magnesium- und Zinkle-gierungen“ vom September 2010 [1] aus-führlich dargelegt (Tabelle 1).

Zahlreiche Druckgießereien mit An-spruch auf High-Tech-Produkte verfolgen gegenwärtig das Ziel, Porosität nicht nur

Moderne Methoden zur Erfassung der Porositäten in Druckgussteilen mittels schneller Computertomographie

inline-computertomographie von druckgegossenen Tragböcken für Hochdruckpumpen.

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stichprobenartig zu prüfen und zu bewer-ten. Vielmehr wird angestrebt, bereits wäh-rend des Fertigungsprozesses einen lücken-losen Überblick über das Ergebnis des Gieß-prozesses zu erhalten. Gleichzeitig sollen Rohgussteile mit verdeckten Poren in un-günstigen Partien der Gussteile vor der Be-arbeitung ausgesondert werden. Verdeck-te Poren können bei der spanenden Bear-beitung geöffnet werden und damit zu Ausschuss führen. Mit dem Ausschleusen vor der mechanischen Bearbeitung wird ein finanzieller Verlust durch verlorene Be-arbeitungsaufwendungen vermieden.

Die einzige Prüfmethode, die diesen An-forderungen entspricht, ist die neuentwi-ckelte schnelle gantrybasierte Computer-tomographie (bild 1). Mit ihr ist es mög-lich, in extrem kurzer Zeit von ca. 20 bis 100 s, das heißt weitgehend in der Takt-zeit des Druckgießens, die komplexe Qua-lität eines Druckgussteils hinsichtlich sei-ner Porenausprägung zu bewerten. Die Gie-ßereispezialisten sind somit in der Lage, unmittelbar nach der Qualitätsbewertung eines Bauteils Einfluss auf die Veränderung der technologischen Parameter des Gieß-prozesses in dem gewünschten Sinne zu nehmen.

Es sind zwei verschiedene Vorgehenswei-sen hierzu vorgeschlagen [2]:> In Gießereien mit einem breiten Sorti-

ment an komplizierten Gussteilen ist es wirtschaftlich vorteilhaft, wenn die Prü-fung nicht inline (d. h. nicht direkt durch Prüfung im Fertigungsfluss), sondern at-line, d. h. neben der Fertigungslinie, er-folgt. In festzulegenden Abständen wer-den bei dieser Vorgehensweise die Guss-teile verschiedener Druckgießzellen gescannt, das Ergebnis wird sofort ange-zeigt.

> In der Massen- oder Großserienferti-gung (bei nur einer Gussteilart oder we-nigen verschiedenen Gussteilarten) kann der schnelle CT unmittelbar in die Linie eingeordnet werden. Der Ver-gleich jedes gescannten Teils mit Qua-litätsnormalen, die im Rechner des CT hinterlegt sind, ermöglicht ein automa-tisches Anzeigen unerwünschter Abwei-chungen und die Auslösung eines Sig-nals oder das automatische Entfernen des mit unzulässigen Fehlern ausgestat-teten Gussteils durch einen Roboter.

Neben dem retrospektiven Blick auf den Gießprozess erlaubt diese Vorgehenswei-se auch das prospektive Schauen auf den künftigen Bearbeitungsprozess. Auf diese Weise wird es möglich, ein Minimum von Teilen mit unzulässiger Fehlerausprägung zu fertigen bzw. Teile mit derartigen Feh-lern vor dem spanenden Bearbeitungspro-zess auszusondern.

Nach [3] arbeiten alle heutigen medi-zinischen Computertomographen im Spi-ralverfahren, bei dem der zu untersuchen-de Gegenstand mit konstanter Geschwin-digkeit entlang seiner Längsachse durch die Strahlenebene bewegt wird, während die Strahlenquellen-Detektoreinheit mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ro-

tiert. Je nach Gerät können mehrere Axi-alebenen gleichzeitig eingelesen werden. Dadurch ist das Verfahren schneller und es lassen sich Bewegungsartefakte redu-zieren.

Durch namhafte Ausrüster für Röntgen-inspektionssysteme sind in der jüngsten Vergangenheit die Vorteile der medizini-

KUrZFAssUNG:druckgussteile weisen trotz ihrer bedeutenden technischen und wirtschaftlichen vorteile stets den nachteil auf, dass sie durch unterschiedliche ursachen gene-rierte poren enthalten. das Ziel der druckgießer besteht darin, anzahl und volu-men der poren zu minimieren und diese in diejenigen partien der gussteile zu ver-drängen, in denen sie die Funktion der Bauteile nicht beeinträchtigen.

Mit den schnellen industriellen computertomographen steht ab sofort eine neue gerätegeneration für die zerstörungsfreie werkstoffprüfung zur verfügung, die als wertvolles hilfsmittel für die Minimierung der porenbelastung von druckgusstei-len genutzt werden kann. aus umfangreichen untersuchungen an druckgießfor-men im serieneinsatz konnte die erkenntnis gewonnen werden, dass durch güns-tige gestaltung der anschnitt- und entlüftungssysteme und den einsatz des eva-kuierens der druckgießformen eindrucksvolle verringerungen des porengehalts bei verschiedenen druckgussteilen erreicht wurden.

auch bei der entwicklung neuer druckgussteile kann die schnelle computerto-mographie deutliche verbesserungen und Beschleunigungen bewirken: Mit einer datenbank gescannter druckgussteile kann eine gießerei kurzfristig auf erfahrun-gen mit ähnlichen teilen zurückgreifen.

die schnellen industriellen computertomographen werden kurzfristig in die druckgießereien eingang finden und entscheidend zur sicherung der zunehmen-den Qualitätsanforderungen an hochbeanspruchte und technologisch anspruchs-volle Bauteile beitragen.

neben den in diesem Beitrag dargelegten erkenntnissen haben auch intensive tomographische und metallographische untersuchungen zu wesentlichem erkennt-niszuwachs beigetragen, auf die in einem Folgebeitrag eingegangen wird.

bild 1: bei der schnellen automatischen Helix-inline-cT rotiert die Gantry (drehbare strahlungsquelle) mit röntgenröhre und gegenüberliegendem Multizeilendetektor um die auf dem Förderband befindlichen Werkstücke.

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TecHNOLOGie & TreNDs

Tabelle 1: erweiterter überblick über die Prüfmethoden/Messgrößen zur Porositätsbestimmung in Anlehnung an [1].

bestimmungsmethode

Visuelle 2-D-Durch- 3-D-Durch- 3-D-Durch- Ultraschall- Dichtheits- Dichte- Schliff- Schliff- Prüfung strahl- strahl- strahl- prüfung prüfung prüfung und und (an bear- prüfung prüfung prüfung Schnitt- Schnitt- beiteten (Röntgen) (konven- (schnelle prüfung prüfung Funktions- tionelle, gantry- (qualitativ) (quantita- flächen) indus- basierte tive Bild- Messgröße trielle CT) CT) analyse)

porenanteil global -- -- X X o -- o -- --

porenanteil in der Bezugsfläche o o X X -- -- -- o X

porendurchmesser/-länge o o X X -- -- -- o X

unberücksichtigte poren X o X X -- -- -- X X

anzahl zugelassener poren X o X X -- -- -- X X

abstand benachbarter poren o -- X X -- -- -- o X

porenanhäfung o -- X X -- -- -- o X

porennest o o X X -- -- -- o X

dichte des gussteils -- -- -- -- -- -- X -- --

Min. auswertbare porengröße ≥0,5 mm 5-6 % der durch-

leuchteten wanddicke

≥0,1 mm ≥0,5 mm keine aussage

keine aussage

keine aussage

auflösung des Mikro-

skops (<0,1 mm)

auflösung des Mikro-

skops (<0,1 mm)

art der prüfung stichprobe/ stichprobe/ stichprobe stichprobe/ stichprobe stichprobe/ stichprobe stichprobe stichprobe 100-%- 100-%- 100-%- 100-%- prüfung prüfung prüfung prüfung

aufwand mittel-hoch mittel-hoch hoch hoch bis hoch hoch mittel hoch hoch sehr hoch

X quantitative Messwerte, O qualitative Messwerte, -- keine Messwerte, blaue Werte – Empfehlung der Spezialisten für CT zur künftigen Berücksichtigung

bild 2: industrielle schnelle computertomographieanlage mit Lupe zur Darstellung des prinzipiellen Aufbaus.

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bild 3: Unterschiedliche Lage von Poren: a) Pore befindet sich in der bearbeitungs-zugabe; b) Pore befindet sich im übergangsbereich Fertigteil – bearbeitungszuga-be; c) Pore befindet sich nur im Fertigteil.

a

b

c

schen Computertomographie auch für den industriellen Einsatz erkannt und syste-matisch in Prüfgeräte für die zerstörungs-freie Werkstoffprüfung umgesetzt worden. Der besondere Reiz dieser Entwicklung be-steht darin, dass man die Scangeschwin-digkeit gegenüber konventionellen Com-putertomographen um bis zu mehrere Hun-dert Mal erhöhen und damit die erfor- derliche Zeit entscheidend verringern kann.

bild 2 zeigt den Aufbau eines industri-ellen Computertomographen. Beim Blick durch die Lupe erkennt man deutlich die Gantry mit der Röntgenröhre, dem Strah-lenfeld und dem Detektor.

Bedeutung der Porosität

Die Porosität in Druckgussteilen ist, ent-sprechend den einleitenden Bemerkungen, allgegenwärtig. Alle Nutzer dieser Teile, die hochproduktiv und demzufolge effizient so-wie mit hoher Maßgenauigkeit, komplizier-ter Gestalt und bester Oberflächenqualität gefertigt werden, sind darauf angewiesen, diesen Sachverhalt zu akzeptieren. Sie müs-sen mit ihm leben!

Unabhängig davon sind alle Beteiligten (Konstrukteure und Fertigungsspezialis-ten z. B. im Automobilbau) und die Druck-gießer intensiv darum bemüht, die nega-tive Wirkung der Porosität so gering als möglich zu halten. Es gibt Sachverhalte, bei denen die Porosität erheblich von Nach-teil sein und zum Verwerfen des damit be-hafteten Teils führen kann:> Poren in den Hauptspannungspfaden

des Bauteils verringern bei statischer Belastung den tragenden Querschnitt und erhöhen damit die Spannungen.

> Die Kerbwirkung von Poren führt zur Beeinträchtigung der dynamischen Fes-tigkeit von druckgegossenen Bauteilen und kann Ausgangspunkt für Risse sein.

> Das Offenlegen von oberflächennahen Poren durch spanende Bearbeitung, wenn der Gussrohteilzustand den funk-tionellen Anforderungen an das Fertig-teil nicht entspricht – die offengelegten Poren können dann zur Beeinträchti-gung der Funktionsflächen, z. B. durch Unterbrechungen der Fläche oder zu Lecks mit dem Ergebnis der Undicht-heit gegen Flüssigkeiten (z. B. Öl) oder Gase führen.

Mit der Berechnung von hoch beanspruch-ten, druckgegossenen Bauteilen unter Be-rücksichtigung des Poreneinflusses haben sich in jüngerer Zeit mehrere Wissenschaft-ler beschäftigt [4-8].

Schematisch ist die Lage von Poren in den bildern 3a bis c zu erkennen: Die Po-re in Bild 3a befindet sich in der Bearbei-

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tungszugabe und wird bei der spanenden Bearbeitung vollständig entfernt. Die in Bild 3b gezeigte Pore befindet sich im Über-gangsbereich Fertigteil – Bearbeitungszu-gabe und wird bei der spanenden Bearbei-tung angeschnitten. Es besteht die Gefahr der Verbindung zu einem Porennest und damit der Möglichkeit der Undichtheit ge-gen Medien. Die Pore in Bild 3c befindet sich nur im Fertigteil und bleibt von der spanenden Bearbeitung unberührt.

Untersuchungen zur Erfassung der Porosität mit dem schnellen Computertomographen

PorositätsvorhersageSowohl den Konstrukteur eines hochbean-spruchten Druckgussteils als auch den Druckgießer interessiert in hohem Maße die Vorhersage der Porosität, da diese we-sentlich für die Qualität der Gussteile und die Bewährung unter den vorgesehenen Nutzungsbedingungen ist.

Die Druckgießer verfügen hierzu über ein Instrument: die Simulation des Gieß- und Erstarrungsvorganges, mit der man ein erstes Bild der voraussichtlichen Po-renausprägung erhält. Verschiedene Soft-waresysteme sind am Markt eingeführt: z. B. Magmasoft der MAGMA Gießereitech-nologie GmbH, Aachen, und Wincast der RWP GmbH, Roetgen.

bild 4 zeigt am Beispiel eines Bauteils für die Aggregatelagerung die erhaltenen Ergebnisse aus Simulationen mit verschie-dener Software. Wie zu erkennen ist, sind die Auswertungen in der Darstellung un-terschiedlich, beschreiben aber gleiche Zu-stände.

Die Simulationssoftware ermöglicht eine Risikovorhersage des Auftretens von Porositäten, abgeleitet von möglichen Ur-sachen für das Auftreten, zum Beispiel Vo-lumendefizite beim Erstarren oder Luftein-schlüsse beim Füllen des Formhohlraumes. Bei der Porositätsvorhersage werden so-wohl thermische als auch strömungsme-chanische Aspekte berücksichtigt, ausge-wertet und dargestellt. Wie solche Darstel-lungen aussehen können, zeigen die bilder 5a und b. Werden diese Bilder mit dem in bild 6 gezeigten Tomogramm der IST-Porenausprägung des Bauteils vergli-chen, wird sichtbar, dass es im Einzelver-gleich Differenzen zwischen dem Simulati-onsergebnis und dem realen Bauteil gibt. Beim Zusammenlegen der Einzelauswer-tungen und entsprechender Interpretation wird man dann eine deutliche Annäherung von qualitativer Vorhersage und Realität feststellen. Allerdings sind quantitative Aussagen wie z. B. zum Volumen und zur Größe der Poren nicht möglich.

Von Interesse bei den Untersuchungen war, inwieweit die Porenausprägung von

bild 4: erstarrungssimulationen für die gleichen Zustände am beispiel eines bauteils für die Aggre-gatelagerung: a) mit dem softwaresystem Wincast; b) mit dem softwarepaket Magmasoft.

bild 5: Porositätsvorhersage durch: a) Vorhersage von Hotspots; b) Vorhersage von Lufteinschlüssen.

a

b

a

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Druckgießvorgang zu Druckgießvorgang – bei ansonsten gleichen technologischen Pa-rametern des Gießens – übereinstimmt. bild 7 zeigt an fünf übereinander projizier-ten Tomogrammen eine hohe Wiederhol-genauigkeit der Porenausprägung. Es wird vermutet, dass dies mit der relativ einfa-chen Gestalt dieses Teils im Zusammenhang steht, da bei komplizierteren Bauteilen mit vorwiegend chaotischen Strömungsverhält-nissen diese Beobachtung nicht bestätigt werden konnte. Es wurde in allen Fällen die Legierung GD-AlSi9Cu3 vergossen.

Für die Gießereispezialisten war weiter-hin von Interesse, ob sich bei ansonsten gleichen Gießbedingungen andere Porosi-tätsausprägungen beim Wechsel der zu ver-gießenden Legierung ergeben. Hierzu wur-de eine Legierung des Typs GD-AlSi10Mn-Mg in die gleiche Druckgießform vergossen. Das Ergebnis der tomographischen Unter-suchungen zeigt bild 8. Es ist eine deutlich stärkere Ausprägung der Poren zu erken-nen. Wie einführend erläutert, spielt dem-nach auch das Erstarrungsverhalten der vergossenen Legierung eine Rolle für die Porosität der Teile.

Aus dem Dargestellten zur Porenvorhersa-ge könnten sich Möglichkeiten zur weite-ren Verbesserung der Aussagen ableiten: > Durch eine neuartige Vorgehensweise

bei der Simulation, insbesondere durch die Darstellung der Auswertung nach den Entstehungsmöglichkeiten von Po-ren, sollte man in der Lage sein, bei der Porenqualität zu realitätsnäheren Aus-sagen zu gelangen.

> Auch bietet sich bei den Nutzern von schnellen Computertomographen der Aufbau einer geeigneten Datenbank ge-scannter Bauteile an. Wird dieser Auf-bau systematisch betrieben, verfügt das entsprechende Unternehmen sehr bald über einen ausreichenden Grundstock an Daten, um bei Aufnahme der Arbei-ten an einem neuen Bauteil das Wissen zu ähnlichen Bauteilen und den damit erreichten Ergebnissen abrufen zu kön-nen. Es ist leicht vorstellbar, dass die-ser Weg zu einer Beschleunigung und Effektivitätssteigerung des gesamten Entwicklungs- und Arbeitsvorberei-tungsprozesses beiträgt.

Untersuchungen zum einfluss der evakuierungBereits in einer früheren Veröffentlichung [9] ist der Einfluss unterschiedlicher Eva-kuierungsmethoden auf die Porosität von Druckgussteilen untersucht worden. Die Prüfung der Porosität erfolgte zu dieser Zeit noch mit konventionellen Computertomo-graphen. Die Ergebnisse sind jedoch von generellem Interesse und wurden deshalb neuestens veröffentlicht [10].

bild 6: Tomogramm des in bild 5 gezeigten Teils mit erfassten Poren.

bild 7: übereinander projizierte Tomogramme von fünf untersuchten Teilen aus GD-Alsi9cu3 zeigen eine hohe übereinstimmung der Porenausprägung der einzelnen Teile.

bild 8: übereinander projizierte fünf Tomogramme von Teilen bei Verwendung von GD-Alsi10MnMg als Gusslegierung.

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Für die Untersuchungen mit Unterstüt-zung der Evakuierung des Formhohlrau-mes wurde die bekannte Variante unter Verwendung eines zentralen Vakuumpuf-fers und von Chillkörpern als Ventilen an den Formen genutzt. bild 9 zeigt schema-tisch das Prinzip der Evakuierung.

Der einfachste Weg zur Verdeutlichung des Vakuumeinflusses ist sicherlich der Vergleich ohne und mit Vakuum gegosse-ner, identischer Druckgussteile. Wegen der häufig extrem hohen Anforderungen an die kürzestmögliche Entwicklung eines neuen Bauteils von der Konstruktion des Teils bis zum Funktionsnachweis der Pro-totypen ist es jedoch nicht vertretbar, zu-nächst Teile ohne Vakuum und später un-ter Einbeziehung der Evakuierung zu gie-ßen und zu erproben. Vielmehr setzen die Konstrukteure und Arbeitsvorbereiter all

ihr Wissen und ihre Erfahrung ein, um dem Ziel eines qualitativ hochwertigen Druck-gussteils vom „ersten Schuss“ an gerecht zu werden.

Um sich den Erkenntnissen zum Ein-fluss der Evakuierung möglichst effektiv zu nähern, wurden die Untersuchungen in zwei Schritten durchgeführt: Zunächst wur-de ermittelt, um welche Größenordnung der Porosität es sich bei verschiedenen Druckgussteilen handelt und welche Schwankungen der Porosität sich im prak-tischen Gießbetrieb einstellen. Alle unter-suchten Druckgussteile wurden dem nor-malen Produktionsbetrieb entnommen. In einem zweiten Schritt wurde dann an aus-gewählten Druckgießformen für eine über-schaubare und aus wirtschaftlichen Grün-den möglichst geringe Zahl von Gießvor-gängen die Evakuierung unterbrochen.

bild 9: Prinzip der gewählten eva-kuierungsvariante: 0 Zentraler

Vakuumspeicher, 1 Gießkolben, 2 Füllkammer, 3 Formhohlraum,

4 chillkörper.

bild 10: Linkes Teil einer Konsole (siehe auch bilder zu Gliederungspunkt Porositätsvorher-sage seite 36 bis 38).

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Alle untersuchten Druckgussteile wurden mit dem schnellen Computertomographen untersucht.

Zur Ermittlung der Porosität und ihrer Schwankung bei verschiedenen Gusstei-len wurden ein Teil einer Konsole (bild 10), ein Tragbock für eine Hochdruckpumpe (bild 11), ein Halter für Nebenaggregate und ein Getriebeoberkasten untersucht (Tabelle 2).

Über Untersuchungen des Tragbockes für eine Hochdruckpumpe ist bereits aus-führlich berichtet worden [2] (Bild 11). Die bei den tomographischen Untersuchungen gefundenen Grenzfälle geringster und höchster Porosität unter Produktionsbe-dingen zeigen die Bilder 11c und d. Der Tragbock wurde mehrfach abgegossen, die festgestellten Porositäten zeigt bild 12.

bild 11: Tragbock für eine Hochdruckpumpe: a) Gussteil, b) skizze des bauteils, c) Teil Nr. 4 mit höchster Porosität in Glaskörperdar-stellung, d) Teil Nr. 10 mit geringster Porosität in Glaskörperdarstellung.

a

c

b

d

Tabelle 2: Untersuchte bauteile und ermittelte Porosität.

Bauteilbezeichnung Minimale Maximale Durchschnittliche Volumenporosität in % Volumenporosität in % Volumenporosität in %

tragbock 0,25 0,47 0,37 hochdruckpumpe

konsole 0,026 0,103 0,060

halter 0,17 0,53 0,13–0,32* nebenaggregate 0,026** 0,104** 0,061**

getrieboberkasten 0,064 (einzelmessung)

*Werte aus verschiedenen Versuchsreihen, **Werte letzte Versuchsreihe

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In der jüngsten Vergangenheit sind Versuche zur Erfassung der Porosität an einem anderen, geometrisch sehr verwi-ckeltem und technologisch komplizierten Druckgussteil für den Motorenbereich ei-nes Premium-Fahrzeugherstellers durch-geführt worden (bild 13). Anliegen der Untersuchungen war es, die Porenausprä-gung in den Bauteilen zu erfassen und besonders dem Einfluss der Evakuierung auf die Porenausprägung nachzugehen. Bild 13b zeigt das untersuchte Teil mit der größten Defektzahl pro Bauteil. Die-ses wurde bewusst ohne Evakuierung der Form gegossen, um die Wirkung des Va-kuums zu verdeutlichen (Teil Nr. 33 in bild 14). Bild 13c zeigt das untersuchte Teil mit der geringsten Defektzahl pro Bauteil, welches unter Wirkung der Eva-kuierung der Form gegossen wurde. Die Bilder 13b und c lassen erkennen, wie deutlich sich die Poren in der Glaskörper-darstellung der tomographierten Gusstei-le abzeichnen.

Bild 14 zeigt die aus der Tomographie gewonnenen Werte für die Defekte pro Bau-teil und das Volumen je Defekt, sowohl für die erzeugten Teile unter Wirkung des Va-kuums (rotbraune und grüne Messpunk-te) als auch für wenige Teile ohne Wirkung der Evakuierung (blau und gelb). Um die-se Wirkung zu verdeutlichen, wurde die Evakuierung während des Gießens kurz-zeitig abgestellt.

Aus dem Verlauf der Kurven kann ab-geleitet werden, dass die Defekte pro Bau-teil bei den ohne Vakuum gegossenen Tei-len im Durchschnitt um 50 % höher liegen als die Werte für die evakuierte Form. Es ist außerdem erkennbar, dass die Schwan-kungsbreite sehr hoch ist. Die Ursachen dafür sind Gegenstand weiterer Untersu-chungen. Das gilt auch für die extrem ho-hen Werte des Teils Nummer 5.

Die Werte für die zwischenzeitlich durchgeführte letzte Untersuchung mit der gleichen Druckgießform, die aber ein ver-ändertes Anschnittsystem erhalten hat, zeigt bild 15. Es ist erkennbar, dass durch die vorgenommene Veränderung an der Druckgießform und das Wirken der Eva-kuierung eine wesentliche Verbesserung des Gießergebnisses erreicht wurde.

Zusammenfassung und Ausblick

Wegen der Schwierigkeit der Verdrängung der Gase aus der Druckgießform, den Tur-bulenzen des Metallstroms und den Schwin-dungserscheinungen des flüssigen Metalls beim Abkühlen finden sich in Druckguss-teilen stets Poren. Die tomographischen Un-tersuchungen an mehreren Hundert Druck-gussteilen aus Aluminiumlegierungen un-terschiedlicher Gestalt, Abmessungen und Kompliziertheit bestätigen diese Feststel-

0,4

0,3

0,2

0,1

01 2 3 4

Teil Nr.

5 6 7 8 9 10 11 12

Volu

men

poro

sitä

t in

%

bild 12: Für den Tragbock festgestellte Porositäten.

bild 13: Halter für Nebenaggregate: a) Gussteil, b) Teil mit größter Defektzahl pro bauteil, c) Teil mit geringster Defektzahl pro bauteil.

a

b

c

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lung. Es wurde kein Druckgussteil ohne Volumendefizite aufgefunden.

Mittels der Evakuierung der Druckgieß-form ist es möglich, das Porenvolumen in den Teilen zu verringern. Die an unter-schiedlichen Gussteilen verschiedener Tei-learten gewonnenen Porositätswerte nah-men Werte zwischen 0,026 % und 0,53 % ein. Um den Einfluss der Evakuierung ein-schätzen zu können, wurde über kurze Zeit an den „eingefahrenen“ Formen das Vaku-um abgeschaltet. Die Porositätswerte er-höhten sich dadurch um bis zu 50 %.

Mit verschiedenen Methoden wird ver-sucht, die Menge der Poren so gering als möglich zu halten oder diese in diejenigen Gussteilpartien zu drängen, in denen sie nicht zu Funktionsstörungen des Teils im Einsatz führen. Das beinhaltet eine gieß- und erstarrungsgerechte Konstruktion der Bauteile unter Vermeidung von nicht speis-baren Materialanhäufungen sowie zahlrei-che technologische Maßnahmen, beispiels-weise die in diesem Beitrag näher ausge-führte Evakuierung der Druckgießformen und die örtlich gezielte Formtemperatur-regelung (z. B. JetCooling). Die Untersu-chungen zeigten deutlich die Wirkung der Evakuierung in der Richtung einer Ver-minderung der Porendefekte oder einer günstigeren Porenausprägung.

Mit der Entwicklung der schnellen CT wird erstmals die Möglichkeit geschaffen, die hochbeanspruchten und technologisch immer anspruchsvolleren Bauteile bereits während des Fertigungsprozesses auf die Übereinstimmung mit den Qualitätsanfor-derungen zu prüfen.

Die Ergebnisse lassen deutlich werden, dass mit den schnellen CT ein wertvolles Instrument für eine Fertigung von Druck-gussteilen auf Hightech-Niveau zur Verfü-gung steht.

So zeigen bereits die Ergebnisse einer wiederholenden Untersuchung an dersel-ben Druckgießform niedrigere Porenwer-te durch Anpassung der Maschinenpara-meter und die Änderung der Entlüftungs-maßnahmen.

Die nachfolgenden Untersuchungen die-nen vor allem der weiteren Verbesserung der Porenausprägung in den hoch bean-spruchten Druckgussteilen sowie der Ver-kürzung des „Wiederanfahrens“ von Seri-enformen, die monatlich wieder aufge-spannt werden und in kürzester Zeit eine stabile Fertigung auf höchstem Qualitäts-niveau gewährleisten sollen.

Prof. Dr.-Ing. Eberhard Ambos, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Magde-burg, Wolfgang Besser, Druckguss Heidenau GmbH, Dohna, Stefan Teuber, Druckguss Hoym GmbH, Stadt Seeland, Dr. Oliver Brun-ke und Dr. Dirk Neuber, GE Sensing & Ins-pection Technologies GmbH, Wunstorf,

Dr. Ingo Stuke und Holger Lux, GE Sensing & Inspection Technologies GmbH, Ahrens-burg

Literatur:[1 ] BDG-Richtlinie/VDG-Merkblatt P 202: Volumendefizite von Gussstücken aus Alu-minium-, Magnesium- und Zinklegierungen. Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie, Düsseldorf, September 2010. [2] Giesserei 99 (2012) [Nr. 6], S. 40-49.[3] Wikipedia: Computertomographie. Stand vom 30.07.2012.[4] MP Materials Testing 52 (2010) [Nr. 7-8], S. 513-519.[5] Giesserei 98 (2011) [Nr. 8], S. 20-25.[6] Berg- und Hüttenmännische Monatshef-te 156 (2011) [Nr. 7], S. 275-280.[7] Giesserei-Praxis (2006) [Nr. 3], S. 70-76.

[8] Frost, M.: Betriebsfeste Auslegung von Pkw-Aggregatelagerungen. Dissertation TU Dresden, Fakultät für Maschinenbau, 2009.[9] Giesserei-Erfahrungsaustausch (2011) [Nr. 3 + 4], S. 16-19.[10] Giesserei 99 (2012) [Nr. 10], S. 72-77.

1000

800

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400

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0

5

4

3

2

1

0

Defekte pro Bauteil in StückVolumen pro Defekt im mm3

Defekte pro Bauteil in Stück (ohne Evakuierung)

Volumen pro Defekt im mm3 (ohne Evakuierung)

Bauteil Nr.

0 10 3020 405 2515 35

Def

ekte

pro

Bau

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in S

tück

Volu

men

pro

Def

ekt i

n m

m3

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

01 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Volu

men

poro

sitä

t pro

Bau

teil

in %

Bauteil Nr.

y = ‐0,011ln(x) + 0,0868R² = 0,19026

y = 0,026ln(x) + 0,2001 R² = 0,0831

bild 14: Verlauf der Werte für die Anzahl der Defekte und das Volumen/den Defekt pro bauteil (Halter für Nebenaggregate) mit und ohne evakuierung der Form.

bild 15: Vergleich der Volumenporosität pro bauteil beim Wiederanfahren der Druck-gießform für den Halter für Nebenaggregate (blaue Linie aus der Produktion Monat Mai 2012, rote Linie aus der Fertigung september 2012).

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