Druckguss im Automobilbereich ist ein Fertigungsverfahren, bei dem geschmolzenes Metall unter hohem Druck in Stahlformen gespritzt wird, um präzise, leichte Fahrzeugkomponenten herzustellen. Es wird häufig zur Herstellung von Motorblöcken, Getriebegehäusen und Strukturteilen aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen eingesetzt, um Festigkeit, Gewichtsreduzierung und Kosteneffizienz zu erzielen.
Druckguss ist ein Fertigungsverfahren zur Herstellung von metallischen Autoteilen, bei dem geschmolzenes Metall unter hohem Druck in Stahlformen gepresst wird. Das Verfahren erzeugt komplexe Formen mit glatten Oberflächen und engen Toleranzen.
Automobilhersteller nutzen das Druckgussverfahren zur Herstellung von Motorblöcken, Getriebegehäusen, Rädern und Hunderten anderer Teile. Das Verfahren ist schneller und kostengünstiger als die herkömmliche spanende Bearbeitung bei der Massenproduktion.
Der Druckgussprozess beginnt mit dem Schmelzen von Metall in einem Ofen, bis es flüssig wird. Anschließend spritzen die Arbeiter das geschmolzene Metall in eine zweiteilige Stahlform, die sogenannte Matrize.
Die Maschine klemmt die Formhälften mit Kräften zwischen 25 und 3,000 Tonnen zusammen. Dieser Druck hält die Form geschlossen, während flüssiges Metall den Hohlraum füllt.
Nachdem das Metall erstarrt ist, öffnet die Maschine die Matrize und wirft das fertige Teil aus. Der gesamte Zyklus dauert je nach Teilegröße zwischen 30 Sekunden und 2 Minuten.
Im Automobilbau kommen hauptsächlich zwei Druckgussverfahren zum Einsatz.
Kaltkammer-Druckguss hält den Schmelzofen vom Einspritzsystem getrennt. Arbeiter schöpfen für jeden Zyklus geschmolzenes Metall in eine Schusskammer.
Ein Hydraulikkolben drückt das Metall mit einem Druck von bis zu 20,000 PSI aus der Schusskammer in die Matrize. Dieser hohe Druck füllt dünne Abschnitte und erzeugt feine Details.
Das Verfahren funktioniert am besten bei Metallen mit hohem Schmelzpunkt wie Aluminium und Magnesium. Diese Metalle würden das Einspritzsystem beschädigen, wenn sie ständig heiß gehalten würden.
Kalte Kammer Maschinen produzieren größere Teile als Warmkammersysteme. Sie können Motorblöcke mit einem Gewicht von bis zu 100 Pfund herstellen.
Beim Warmkammer-Druckguss wird das Einspritzsystem direkt in das geschmolzene Metallbad eingetaucht. Ein Schwanenhals führt bei jedem Zyklus flüssiges Metall in die Form ein.
Der Prozess läuft schneller ab als das Kaltkammergießen, da das Metall im System bereitgehalten wird. Die Zykluszeiten liegen bei kleinen Teilen zwischen 15 und 30 Sekunden.
Heißkammermaschinen funktionieren nur mit Metallen, die unter 1,000 °F schmelzen. Höhere Temperaturen würden die Stahlspritzgusskomponenten auflösen.
Mit diesem Verfahren lassen sich kleinere, präzise Teile wie Türgriffe und Armaturenbrettkomponenten herstellen. Die Teile wiegen in der Regel weniger als 10 Pfund.
Die drei wichtigsten Druckgussmetalle für Autos sind Zink, Aluminium und Magnesium. Jedes Metall eignet sich für spezifische Anwendungen und Leistungsanforderungen.
Zink schmilzt bei 787 °C, der niedrigsten Temperatur gängiger Druckgussmetalle. Dieser niedrige Schmelzpunkt spart Energie und verlängert die Lebensdauer der Form.
Zinklegierungen bieten die höchste Festigkeit aller Druckgussmaterialien. Teile können Belastungen von bis zu 60,000 PSI standhalten, ohne zu brechen.
Das Metall lässt sich leicht in dünne Abschnitte von nur 0.02 Zoll zerteilen. Dank dieser Eigenschaft können Hersteller komplizierte Zierleisten und kleine mechanische Teile herstellen.
Zink kostet pro Pfund mehr als Aluminium, benötigt aber weniger Energie für die Verarbeitung. Die Gesamtherstellungskosten für Kleinteile sind oft gleich hoch oder niedriger als bei Aluminium.
Aluminium macht 80 % des Gewichts aller Automobil-Druckgussteile aus. Das Metall vereint geringes Gewicht mit guter Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Aluminiumteile wiegen 65 % weniger als Stahlkomponenten gleicher Größe. Diese Gewichtseinsparung verbessert den Kraftstoffverbrauch moderner Fahrzeuge um 6–8 %.
Das Metall hält in Motoranwendungen Temperaturen von bis zu 300 °C stand. Aluminium leitet außerdem Wärme gut und ist daher ideal für Heizkörper und Kühlkörper.
Zu den üblichen Autoteilen aus Aluminium gehören Motorblöcke, Getriebegehäuse, Räder und Aufhängungskomponenten. Ein typisches Auto enthält 300 bis 400 Kilogramm Aluminiumgussteile.
Magnesium ist das leichteste Konstruktionsmetall, das im Druckguss verwendet wird. Die Teile wiegen 33 % weniger als Aluminium und 75 % weniger als Stahl.
Automobilhersteller verwenden Magnesium für Instrumententafeln, Lenkräder und Sitzrahmen. Diese Teile reduzieren das Fahrzeuggewicht, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.
Das Metall lässt sich nach dem Gießen leicht bearbeiten, was präzise Endmaße ermöglicht. Magnesium dämpft außerdem Vibrationen besser als Aluminium oder Stahl.
Die Verarbeitung von Magnesium erfordert spezielle Sicherheitsausrüstung, da das Metall brennen kann. Trotz dieser Herausforderung steigt der Verbrauch jährlich um 15 %, da die Automobilhersteller Gewichtsreduzierungsziele verfolgen.
Beim Druckguss werden Toleranzen von bis zu ±0.002 Zoll ohne zusätzliche Bearbeitung erreicht. Die Teile werden aus den Formen mit glatten Oberflächen hergestellt, die oft nur noch beschnitten werden müssen.
Moderne Druckgussverfahren ermöglichen Wandstärken von nur 0.5 mm bei gleichzeitiger Wahrung der strukturellen Integrität. Ingenieure können Teile mit Innenkanälen, Hinterschneidungen und komplexen Kurven konstruieren, die mit anderen Verfahren nicht möglich wären.
Druckgussteile bieten ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht als viele andere Fertigungsverfahren. Ein Motorblock aus Aluminiumdruckguss wiegt bei vergleichbarer Festigkeit 50 % weniger als ein Gusseisenblock.
Automatisierte Druckgusssysteme produzieren 500–1,000 Teile pro Stunde mit minimalen Abweichungen. Jedes Teil entspricht den Spezifikationen auf Tausendstel Zoll genau.
Beim Druckguss entsteht nur minimaler Abfall, die Materialausnutzungsrate liegt bei über 95 %. Überschüssiges Metall aus Anguss und Überlauf gelangt direkt zurück in den Schmelzofen.
Die Teile behalten ihre Abmessungen auch bei Temperaturschwankungen und mechanischer Belastung bei. Diese Stabilität gewährleistet, dass Türen während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs ordnungsgemäß schließen und Motoren reibungslos laufen.
Druckgussformen kosten zwar 50,000 bis 500,000 US-Dollar, doch mit ihnen lassen sich Millionen von Teilen produzieren, bevor sie ausgetauscht werden müssen. Die Kosten pro Teil sinken mit zunehmender Stückzahl drastisch.
Moderne Fahrzeuge enthalten in ihren Systemen Dutzende von Druckgusskomponenten. Hier sind die wichtigsten Anwendungen:
