HyDru

Hybridisierung mittels Niederdruckguss

© Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg | Jonas Klei
Testwerkzeug zum Eingießen von Blechen im Aluminium-Niederdruckguss.
© Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg | Simon Schmidt
Bruchbild eines auf Biegung belasteten hybriden Prüfkörpers.

Durch den Einsatz großer und schwerer Batterien in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen wird dem Leichtbau eine besondere Bedeutung zugesprochen. Gussbauteile bieten für Fahrzeugstruktur- und Fahrwerk vielfältige Vorteile. Die Hybridisierung von Gussbauteilen ermöglicht die Gestaltung schlanker und kosteneffizienter Prozessketten und eröffnet dem Konstrukteur neue Möglichkeiten im leichtbauorientierten Bauteildesign.

Die erhöhten Lasten in E-Fahrzeugen wirken sich auf die umliegenden Komponenten, wie bspw. dem Fahrwerk, aus, welche durch erhöhte Anforderungen in aller Regel ein Mehrgewicht der Komponenten bedingen. Deshalb ist es erforderlich, wesentliche Massen durch neue Leichtbau-Technologien zu reduzieren und die Gewichtsspirale umzukehren. Im Leichtbau kommen zunehmend zukunftsweisende Materialverbund-Systeme zum Einsatz. Die klassischen Metalle behalten dabei einen sehr hohen Stellenwert im großserientauglichen Leichtbau und die Motivation eines belastungsgerechten Materialeinsatzes bleibt unverändert.

Der Einsatz von Gussbauteilen ermöglicht komplexe Geometrien, mit jedoch oftmals fertigungstechnisch notwendigen Wandstärken, die mechanisch nicht erforderlich wären. Um diese Restriktionen zu umgehen, untersucht das Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg im Projekt »HyDru« – Hybridisierung mittels Niederdruckguss – die direkte Verbindung von Aluminium-Knetlegierung und Gusskomponenten. Die Knetlegierung wird dabei direkt im Gießprozess angebunden, um nachfolgende notwendige Prozessschritte zu substituieren und eine schlanke kosteneffiziente Fertigungslösung für Leichtbaukomponenten zu präsentieren.

Die Vorgehensweise des Projekts zielt auf die Entwicklung einer neuen Anlage für die Herstellung von hybriden Gussbauteilen ab und basiert auf dem Niederdruck-Gussverfahren (ND-Guss). Dabei wird die Aluminium-Schmelze über ein Steigrohr entgegen der Schwerkraft durch ein Prozessgas in das Gieß-Werkzeug gedrückt. Beim Niederdruck-Gussverfahren wird vor allem auf eine laminare Formfüllung geachtet, die eine besonders hohe Bauteilqualität ermöglicht. Über die Gießsimulation wird das Formfüllungs- und Erstarrungsverhalten auch unter Einbeziehen von der Knetlegierung als Einleger zur Hybridisierung betrachtet und so eine möglichst bauteil- und gießgerechte Auslegung der Geometrie durchgeführt.

Das Angießen von Aluminium-Blechen und -Profilen ist vor dem Hintergrund des Leichtbaugedankens im Guss besonders zielführend, da nachgeschaltete Fügeoperationen oder, wie zuvor erwähnte, notwendige Wandstärken im Guss umgangen werden können. Im Projekt wird neben dem Aufbau eines Testwerkzeugs zum Untersuchen des stoffschlüssigen Angießens von Aluminium-Blech, ein Demonstratorwerkzeug aufgebaut, bei dem an einer Bauteilnahen Geometrie aus dem Fahrwerksbereich die Technologie demonstriert wird.

Schwerpunkte des Projekts:

  • Aufbau Niederdruck-Gussanlage in Wolfsburg
  • Entwicklung des Fertigungsverfahrens zum direkten stoffschlüssigen Angießen von Aluminiumkomponenten im Niederdruckguss
  • Gieß-Simulation des Hybridgusses mit eingelegten Aluminiumkomponenten
  • Aufbau und Inbetriebnahme des Testwerkzeuges zum Angießen von Blechstrukturen
  • Entwicklung eines Modularwerkzeuges zur Herstellung von Demonstratoren mit angegossenem Aluminium-Profil

Projektergebnisse:

  • Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme des Testwerkzeugs zum Eingießen von Blechen im Aluminium-Niederdruckguss abgeschlossen
  • Durchführen von Gießversuchen mit eingelegten Blechen erfolgreich
  • Entwicklung, Fertigung und Funktionstest des Demonstrator-Werkzeuges erfolgreich durchgeführt
  • Gießsimulationen zum Aluminium-Aluminium-Verbundguss durchgeführt
  • Niederdruck-Gussanlage durch Anlagenhersteller aufgebaut und mit Aluminiumschmelze getestet

Das Projekt wurde vom MWK Land Niedersachsen (Fördernummer VWZN2990) gefördert.