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Fertigungstechnik (Subject) / Gießereitechnik (Lesson)

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• Definition Druckguss Druckguss ist ein Fertigungsverfahren bei dem flüssiges Metall mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck in eine geteilte metallische Dauerform gepresst wird
• Eigenschaften Druckgussverfahren: 6- Stück: -kurze Zykluszeiten -Bauteile verlassen die Maschine endkonturnah -Fertigung weitgehend mechanisiert und automatisiert -hohe Produktivität und Anlagenverfügbarkeit -hohe Investition für Anlage und Form -gute Eignung für mittlere und große Serien
• Wanddicke/Gewicht Druckguss -Stückmasse <40 kg -mittlere Abmessung 100cm^2 bis 1800cm^2 -gleichmäßige Wanddicken von 1mm bis 25 mm -geometrisch einfache Grundkörper
• Phasen beim Druckguss (Druckgusszyklus) Dosieren: Vorfüllen der Gießkolbenkammer mit einer definierten Menge an Schmelze.   1.Phase (Vorfüllphase): Fördern der Schmelze bis zum Anschnitt der Gießkammer. Luft kann über Entlüftungskanäle und Formteilungsebene entweichen.(Grund: geringe Kolbengeschwindigkeit)   2.Phase ( Formfüllphase):Gießkoben schießt Schmelze mit sehr hoher Geschwindigkeit in die Form. Entlüftung praktisch nicht möglich. 3.Phase (Nachdruckphase):Am Ende der Formfüllung wird ein Nachdruck aufgebaut. Dabei wird die entstandene Luft komprimiert.(Entlüftungskanäle) Nachspeisung gewährleistet.   Gusstückentnahme (manuell,automatisch) Sprühen vor dem nächsten Schuss
• Sonderverfahren Druckguss Vakuumunterstützt: Nachdem die Füllkammer durch die kurze Vorwärtsbewegung des Kolbens geschlossen wird, wird in der Form ein Vakuum erzeugt. Somit hat man weniger bis keine Gießfehler   Vacural-Guss: Die Schmelze wird über ein Vakuum direkt aus dem Dosiertopf in die Füllkammer gesaugt. Somit hat man weniger bis keine Gießfehler
• Berechnung Sprengfläche-Zuhaltekraft Kraft=Fläche x Druck; F=A x p Bsp.: geg.: A=28cm^2=0,0028m^2 p=1000bar=100.000.000 N/m^2   F=0,0028m^2 x 100.000.000N/m^2 F= 280.000N
• Gussfehler -Gasblasen: einzelne,große,glattwandige,rundliche Hohlräume die durch Gase (Wasserdampf) die beim Gießen entstehen und bei der Erstarrung eingefroren werden. -Poren:kleine Gasblasen, oft wolkenförmige Erscheinungen, durch in der Schmelze gelöste Gase entstehenen Poren (Abhängig von Werkstoff und Temperatur) -Pinholes: Stecknadelkopf große Poren an der Gussoberfläche -Oberflächengasblasen: Gasblasen die nahe der Oberfläche eingeschlossen sind, entspannen sich bei Entnahme des Gussteils. Metall noch nicht entfest (heiß) -> Gasblasen auf der Oberfläche -Lunker: Raue Hohlräume (innenlunker) oder Einfallsstellen (Außenlunker) im Bereich von Materialanhäufungen. Entstehen durch Schrumpfung des Metalls im flüssigen Zustand und mangelnder Speisung. -Mikrolunker: Hohlräume zwischen den Kristallen des Gefüges
• 3 Phasen der Volumenkontraktion Phase 1 Flüssigkeitsschwindung: Diese Phase beschreibt das Abkühlen des flüssigen Metalls von der eingestellten Schmelztemperatur bis zur Liquidustemperatur. Phase 2 Erstarrungsschwindung: Diese Phase beschreibt den Beginn der Erstarrung von den Primärbestandteilen der Schmelze ab der Liquidustemperatur und endet bei der Solidustemperatur. Phase 3 Festkörperschwindung: Unterhalb der Solidustemperatur ist die gesamt Schmelze zu einem Gussteil erstarrt und zieht sich bis zur Raumtemperatur zusammen. Diese Festkörperschwindung muss bei der Herstellung des Modells berückstchtigt werden.  
• Welche Treibhausgase können ausschließlich über den Kraftstoffverbrauch beeinflusst werden? CO2-Kohlendioxid,N2O-Distickstoffoxid
• Wieviel Gramm CO2 entstehen bei der Verbrennung eine Liters Ottokraftstoff? 2380 g
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• Welche vier Faktoren haben einen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch bei einem Fahrzeug? Fahrzeugmasse,Rollwiderstand,Luftwiderstand,Antriebsstrang
• Ordnen sie die vie Einflussfaktoren auf den Kraftstoffverbrauch gemäß der Höhe ihres Einflusses von viel bis weniger. Antriebsstrang,Fahrzeugmasse,Luftwiderstand,Rollwiderstand
• Was sind Motivationsgründe, Leichtbau in Kraftfahrzeugen umzusetzen? Reduzierung der Schadstoffemission, erhöhter Fahrkomfort, verbesserte Achslastverteilung, Optimierung des Leistungsgewichts, Mehraustattung ohne Gewichtserhöhung, Erfüllung gesetzlicher Vorgaben
• Welche Materialien kommen im Fahrzeugbau vorrangig zum Einsatz? Stahl/Eisen, Elastomere/Sonstiges, Kunstoffe, Aluminium, sonstige NE-Metalle
• Wie ist die Entwicklung der unterschiedlichen Materialien im Zeitraum von 1995-2005? deutlich mehr: AL, NE-Metalle (Magnesium etc.), Kunststoffe ungefähr gleich: Elastomere deutlich weniger: Stahl/Eisen
• Was ist unter Hybrid Bauweise im Fahrzeugbau zu verstehen? Kunstoff-Metall-Verbundtechnologie zur Kosten- und Gewichtsreduktion
• Was ist unter Multi-Material-Design (MMD) im Fahrzeugbau zu verstehen? Konstruktive Verquickung von mehreren Werkstoffen (z.B. Al,Mg,Stahl und CFK) mit dem Ziel, für die unterschiedlichen Karosseriebauteile den für die jeweiligen Aufgabe am besten geeigneten Werkstoff einzusetzen.
• Wie sind die unterschiedlichen Fertigungsverfahren nach DIN 8580 eingeteilt? 1. Zusammenhalt schaffen:      Hauptgruppe 1   Urformen (Formschaffen) 2. Zusammenhalt beibehalten:     Hauptgruppe 2 Umformen    Hauptgruppe 6 Stoffeigenschaft ändern duch: Umlagern von           Stoffteilchen 3. Zusammenhalt vermindern:   Hauptgruppe 3 Trennen  Hauptgruppe 6 Stoffeigenschaft ändern durch: Aussondern von Stoffteilchen 4. Zusammenhalt vermehren:   Hauptgruppe 4 Fügen   Hauptgruppe 6 Soffeigenschaft ändern durch: Einbringen von Stoffteilchen  Hauptgruppe 5 Beschichten
• Wie ist die Einteilung der Urformverfahren? Urformen: 1. gas- oder dampfförmiger Zusatand   (PVD) 2. flüssiger, breiiger oder pastenförmiger Zustand (Gießen) 3. ionisierter Zustand durch elektrolytisches Abscheiden (Galvanoplastik) 4.fester, körniger oder pullverförmiger Zustand (Pulvermetallurgie)
• Nennen Sie 5 historische Beispiele für Gussprodukte. um 460 v.Chr. Hereon von Riace um 1400 Kanonenkugel um 1450 Wasserleitungsrohr 1538 gusseiserner Mörser 1777/78 Iron Bridge bei Wolverhampton
• Wann begann ca. in der Menschheitsgeschichte das Gießen? 5000v.Chr.
• Was wird zum Gießen benötigt? Schmelzbares Medium, Bindemittel, Form und Trennmittel
• Was sind die 5 Grundprozesse beim Gießen? 1. Erstellung der Gießform 2. Schmelzung des Gießmetalls 3. Präparation der Gießform 4. Gießvorgang 5. Erstarrung und Entnahme des Gussteils
• Nach welchen drei Arten können die Gießverfahren eingeteilt werden? 1. Art der Formverfahrten 2. Art der Formfüllung 3. Art des Gießwerkstoffes
• Wie ist die Einteilung der Gießverfahren nach der Art der Formverfahren? Formverfahren: 1. Dauermodell und verlorene Form 2. Verlorenes Modell und verlorene Form 3.Dauerform
• Wie ist die Einteilung der Gießverfahren nach Art der Formfüllung? 1. Statistisches Gießen (Schwerkraft)      -verlorene Form      -Dauerform  --> Sandgießen,Kokillengießen,Feingießen 2. Dynamisches Gießen   -Dauerform --> Bewegung der Form: Schleudergießen,Sturzgießen -->Bewegung des Gießmaterials: Druckgießen
• Wie ist die Einteilung der Gießverfahren nach Art des Gießwerkstoffes? 1.Stahl- , Eisenguss:    -Sandguss 2. NE-Metalle Leichtmetalle:    -Sandguss    -Kokillenguss    -Druckguss
• Was sind die Bedingungen zur Auswahl eines geeigneten Gießverfahrens? ökonomisch: 1. Stückzahl      -->Amortisierung teurer Maschinen, Werkzeuge etc. technologisch: 2. Werkstoff/Schmelze     -Sind verlorene Kerne erforderlich-Hohlräume?    ---> komplizierte Geometrie    ---> Kontruktion 3.Oberfächenanforderung  -mechanisch-technologische Eigenschaften des Produkts -->Schweißbarkeit,Dichtheit,Streckgrenze,Dehnung etc.  
• Nenn Sie die Vor- und Nachteile beim Sandguss. Vorteile: -auch bei geringen Stückzahlen wirtschaftlich -einfache Prototypenfertigung durch Rapid-Prototyping -große Legierungsauswahl -mechanische Eigenschaften lokal steuerbar -Hohlräume/Sandkerne möglich (nachbearbeiten) Nachteile: -langsame Abkühlgeschwindigkeit -mittlere Maßgenauigkeit (Toleranz 1-5%) oberflächenqualität mäßig
• Nennen Sie die Vor- und Nachteile beim Kokillenguss. Vorteile: -Eignung für komplizierte Gussteile -ruhige Formfüllung/gute Oberflächenqualität -hohe Maßgenauigkeit -Abguss wärmebehandelbar Al-Legierungen möglich -Hohlräume/Sandkerne möglich (nachbearbeitung)   Nachteile: -Dauerform:nur wirtschaftlich bei höheren Stückzahlen -Kernfertigung notwendig  
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• Nennen Sie die Vor- und Nachteile beim Druckguss. Vorteile: -hohe Erstarrungsgeschwindigkeit bei geringen Wandstärken -keine Entgasung der Schmelze notwendig -keine Kernfertigung -hohe Maßgenauigkeit   Nachteile: -kostenintensive Stahl-Werkzeuge (Dauerformen) nur bei hohen Stückzahlen wirtschaftlich -nur für Gussteile ohne Hinterschneidung geeignet -nur eingeschränkt schweißbar  
• Was unterscheidet den Sandguss vom Kokillenguss? Sandguss Form aus zwei Hälften genau wie beim Kokillenguss. Formmaterial beim Sandguss Sand und beim Kokillenguss meist Gusseisen
• Nennen Sie die wichtigsten Bestandteile bei allen Gussverfahren. Medium und Gussform Kokillen-, Sandguss: Angusssystem, Anschnitt nur bei Kokille, Einguss, Speiser Druckguss: Füllkammer, Gießkolben
• Was ist die Funktion der Speiser? Speiser sollen die Lunkerbildung in einem Gussteil vermeiden und haben unterschiedliche Aufgaben in einer Gießform: -Steuerung der Erstarrungsrichtung -Ausgleich der Volumenverringerung während des Phasenübergangs Flüssig/Fest -Entlüftung der Gussform während des Gießvorgangs (Ausnahme:Blindspeiser)
• Was ist die Funktion des Anschnitts? Die eigentliche Aufgabe eines Anschnitts ist, das flüssige Metall vom Schlacklauf (Lauf) in die Form zu leiten. Unter Umständen werden ihm noch Aufgaben wie Schlackenrückhaltung (Anschnittsquerschnitt kleiner als Schlackenlaufquerschnitt) oder aber ein Beruhigen der Gießturbulenzen (Anschnittsquerschnitt größer als Schlackenlaufquerschnitt) beigemessen.
• Welche Auswirkungen hat Wasser im Gießprozess beim Druckguss? Graue Flecken (Oberflächenfehler), Starke Porositäten
• Welche Oberflächenfehler kennen Sie beim Druckguss, beschreiben Sie deren typischen Merkmale und was sind die Ursachen der Oberflächenfehler? -Dunkelgraue Flecken: Flüssigkeitsrückstände in der Form, grau meist Wasser oder Sprühmedium -Bräunliche Färbung: Wärmeträgeröl,zu fettes Formtrennmittel -Einzeln schwarze Flecken auf hellem Guss: Zu wenig Formtrennmittel
• Welche weiteren Gießfehler neben Hohlräumen und Oberflächenfehler kennen Sie? Beschreiben Sie deren Ursachen. 1. metallische Auswüchse: -Grat: z.B. durch Material in der Formtrennung                                                 -Brandrisse: Risse in der Formoberfläche bilden sich als Erhebung auf der Bauteiloberfläche ab 2. Werkstofftrennung: -Warmrisse: Werkstofftrennung bei der Erstarrung in niedrig schmelzenden Phasen. Die Rissflanken weisen Erstarrungsmerkmale und Oxide auf. -Kaltrisse: Werkstofftrennung aufgrund von Schrumpfungsspannungen. Die Rissflanken zähes Bruchverhalten. 3. Werkstofftrennung/Risse/Verzug Mogliche Ursache: -Zug- und Klebestellen                                                                                         -zu geringer Trennmittelauftrag                                                                           -Abkühlzeit, Form wird zu früh geöffnet                                                             -hohe Metalltemperatur                                                                                         -Nachdruck der 3.Phase nicht vorhanden                                                         -hohe Formtemperatur   4.Einschlüsse / Fremdkörper Mögliche Ursachen: -Beim Ofenreinigen abgestoßene Partikel der Ausmauerung entfernen      -hohe Ausgießzeiten der Kelle beim Füllen der Füllkammer                        -falsche Kellengröße (beim Dosieren viel Rücklauf)                                      -hohe Gießkolbengeschwindigkeit in der 1. Phase                                         -Falsche Füllkammer (Füllgrad zu niedrig)
• Welche Öfen kennen Sie zur Aluminiumgewinnung? Beschreiben sie kurz deren Funktionsweise. Umschmelzen: Drehtrommelofen -Für Schrott mit hoher Verunreinigung                                                               -Rotiert langsam um waagerechte Achse                                                         -Bis zu 60t Fassungsvermögen                                                                           -Erzeugt Aluminium mit bester Qualität                                                             -Unter Salzdecke (NaCl/KCl-Gemisch):                                                     wirkt gegen Oxidation,reinigt Schmelze, Pro Tonne Al ca. 500kg Salzschlacke Umschmelzen: Induktionsofen:                           -Aussen angelegter Wechselstrom                                                                     -Durch Wirbelstsrom aufgeheizt                                                                          -Gute Durchmischung                                                                                          -Bis zu 12 Tonnen Fassungsvermögen                                                            -Geringe Oxidation                                                                                               -Hohe Schmelzleistung
• Was sind die Besonderheiten beim Umgang mit Magnesium? -Mg ist in kompakter Form relativ ungefährlich, solange es als Festkörper vorliegt -Mn-Späne und - Stäube sind leicht entzündlich -Mg-Stäube neigen zur Explosion (wie Al und Ti) -Mg-Stäube neigen zur Selbstentzündung -Mg reagiert auch bei niedrigen Temperaturen mit Wasser unter Freisetzung von Wasserstoff -Mg-Brände lassen sich sehr schlecht löschen, kein Wasser! -Bei der Verarbeitung von Mg gelten besonderes Betriebsvorschriften.
• Zeichnen Sie ein ZTU (Temperatur überStoffanteile) für ein eutektisches Zweistoffsystem (Stoff A und B) mit Mischkristallbildung. Kennzeichnen Sie die Bereiche der untereutekischen, eutektischen und übereutektischen Legierung. Beschreiben Sie daran d ZEICHNEN! Besonderheit: Ein Eutektikum hat den Schmelzpunkt aller Mischungen aus denselben Bestandteilen. Beim Erstarren schneiden sich gleichzeitig alle Bestandteile in sehr feinen Kristallen ab, das Gefüge erscheint gleichmäßig, weist eine charakteristische lamellare Struktur auf und es treten Entmischungen beim Erstarren auf.
• Nennen Sie die wichtigsten Legierungselemente einer Aluminiumlegierung. Mg, Zn, Mn, Si
• Nennen Sie die wichtigsten Werkstoffeigenschaften, die mit den Legierungselementen beeinflusst werden sollen. 1. Gießeigenschaften: Fließvermögen, Formfüllung, Wasserstoffaufnahme, Kornfeinung,Schrumpfung, Gasaufnahme,Gießbarkeit,Lunkerverhalten,Warmrissneigung,                    Grobkornbildung, Erstarrungsintervall, Einfallstellen 2. Festigkeit: Festigkeit,Zähigkeit, Härte, Zugfestigkeit 3. Allgem. Eigenschaften:  Span-,Schleif- und Polierbarkeit, Oberflächenveredelung, Korrisionseigenschaften
• Welche Anforderungen werden hinsichtlich Bauteilqualität und Lebensdauer an eine Druckgussform gestellt? -Maßhaltigkeit -Entformbarkeit -gezieltes Temperieren der Form -hohe Standfestigkeit der Form -dynamische Festigkeit (mech. und therm.) -Verschleißfestigkeit
• Welche Werkstoffe können in Stahlkokillen abgegossen werden? Nennen sie zwei Beispiele. Welche Eigenschaften muss zwingend erfüllt sein? -Leichtmetalle wie Al und Mg -Schwermetalle wie Cu und Fe Gießverfahren für Metalle, deren Schmelz- bzw. Gießtemperatur deutlich unterhalb der Schmelztemperatur des Formenwerkstoffs liegt.
• Der Schussverlauf beim Druckgießen wird in drei Phasen unterteilt. Beschreiben Sie diese anhand eines skizzierten Diagramms (z.B. Kolbengeschwindigkeit=f(Zeit)) ZEICHNEN!!
• Hohlräume in Gussbauteilen werden beim Sand- und Kokillengießen durch Einlegen von Sandkernen abgebildet. Warum ist dies beim konventionellen Druckgießen nicht möglich? Die Festigkeit der Sandkerne ist ziemlich gering, so dass sie für modernen Druckguss nicht mehr in Frage kommen, Sie würden unter dem Druck des mit 20 und mehr Metern pro Sekunde einschießenden Metalls sofort zerfallen.
• Sand- und Kokillenguss unterscheiden sich hinsichtlich der Abkühlungsgeschwindigkeit. Welche Vor- und Nachteile lassen sich daraus ableiten? Vorteile des Verfahrens (Kokillenguss): -Schnelles Vorbereiten der Form --> Taktzeiten -geringe Erstarrungszeit --> Taktzeiten -Gefügeausbildung -->Bauteileigenschaften -gut automatisierbar -Sandkerne können eingesetzt werden gegenüber dem Sandguss: -einfache Durchführung -bessere Maßgenauigkeit -bessere Oberfläche -Wegfall bzw Verringerung der Sandaufbereitung   Nachteile des Verfahrens: -teures Werkzeug -Fertigungszeit für das Werkzeug -geringe Erstarrungszeit-->Lunkergefahr -schlechte Formfüllung -Eigenspannung -gasundurchlässiger Formwerkstoff --> Entlüftungsprobleme  
• Warum werden beim Schwerkraftguss von Leichtmetallen die Gießsysteme in der Regel so konstruiert, dass die Formen von unten, steigen gefüllt werden? Man möchte den Guss möglichst ruhig und gleichmäßig in die FOrm einbringen, um Turbulenzen und Bildung von Gasblasen weitestgehend zu vermeiden.
• Magnesium wird in der Regel in Stahltiegeln geschmolzen, Aluminium in keramischen bzw. mineralischen Tiegeln. Begründen Sie dies. Eisen ist in der Al-Schmelze löslich. Untersuchungen haben gezeigt, dass Al nicht nur bis zur Sättigung Eisen aufnimmt, sondern auch darüber hinaus. Somit sind Stahltiegel für Al ungeeignet, denn das Al würde 1. zu stark verunreinigt werden und 2. würde der Stahltiegel stark angelöst bzw. zerfressen.

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