06.05.2021
Für die niedersächsische Automobil-, Luft- und Raumfahrtbranche ist der Druckguss von zentraler Bedeutung. Denn die Druckgussindustrie stellt gewichtsoptimierte Bauteile kosteneffizient in großer Stückzahl her, die zum Beispiel für Fahrzeugkarosserien und Flugzeuginnenausstattungen verwendet werden. In einem komplexen Produktionsprozess werden die Bauteile mit einem investitionsintensiven Gießwerkzeug hergestellt, ggf. nachbearbeitet und auf ihre Qualität überprüft. Diese Einzelschritte verbindet das Zukunftslabor Produktion mit digitalen Technologien, um einen Herstellungsprozess zu entwickeln, der sich selbstständig optimieren kann. Für diesen Prozess entwerfen sie eine intelligente Druckgießform, die den Gießvorgang analysiert und Empfehlungen für Optimierungsmöglichkeiten ausgibt. Für ihre Forschung entschieden sich die Wissenschaftler*innen des Zukunftslabors dazu, anhand eines repräsentativen Beispiels die unterschiedlichen Prozessschritte dieser Wertschöpfungskette zu durchlaufen und digital miteinander zu verbinden. Gemeinsam mit den Praxispartnern begannen die Wissenschaftler*innen damit, die entsprechende Druckgießform zu konstruieren. Bei dem Bauteil handelt es sich um die Trägerstruktur für ausklappbare Tische in einem Passagierflugzeug. Dieses Bauteil wurde bewusst gewählt, da es charakteristische Eigenschaften aufweist und deshalb ein aussagekräftiges Forschungsobjekt darstellt. Zu den kritischen Eigenschaften zählt insbesondere die Oberflächengüte. Da das Bauteil im Passagierraum eines Flugzeugs verbaut wird, muss die Oberfläche hohen optischen Ansprüchen gerecht werden. Die Bauteile dürfen keine sichtbaren Unebenheiten aufweisen. Als weitere kritische Eigenschaft gilt die Verformung im Gießprozess. Die Trägerstruktur wird aus Aluminium hergestellt, welches sich in der Herstellung durch die hohe Temperatur leicht verformen lässt – einerseits ein Vorteil für das Gießen, andererseits ein Nachteil für unerwünschte Verformungen. Die Konstruktion dieser Gießform inklusive der benötigten Sensoren (z. B. Temperatur- und Drucksensoren) ist zu 90 % abgeschlossen. Die Sensoren können während der Produktion des Bauteils Abweichungen von der Norm erkennen, welche auf unzureichende Bauteilqualität hinweisen können. Die Gießform ist der Kern der Produktionskette und für alle weiteren Schritte relevant, da sie mit den vor- und nachgelagerten Produktionsschritten vernetzt ist und Daten für die Optimierung der Bauteilherstellung liefert. Sobald die Konstruktion der Gießform abgeschlossen ist, werden die Wissenschaftler*innen eine Simulation des Gießvorgangs durchführen. Dadurch können sie Wirkungszusammenhänge einzelner Prozessstellgrößen erkennen, Fehleranfälligkeiten identifizieren und mögliche Optimierungspotenziale ermitteln und umsetzen.
Bei der Auswahl des Bauteils haben wir gezielt mit einem etablierten Gießereiunternehmen aus Niedersachsen zusammengearbeitet, das auf einen umfangreichen Erfahrungsschatz im Gießen gleicher bzw. sehr ähnlicher Bauteile zurückgreift. Dadurch gewährleisten wir die Vergleichbarkeit zum konventionellen Druckgießprozess. Zur verbesserten Auslegung der Gießform haben wir Daten mit diesem Unternehmen ausgetauscht und anschließend an die Randbedingungen unseres Forschungsprojektes angepasst.
