Hohe Temperaturen und Kräfte sind in Gießerei-Anlagen zu bewältigen. Dass Standardzylinder – richtig ausgelegt – durchaus in der Lage sind, die Forderungen zu erfüllen, zeigt die Anwendung bei einem Automobilzulieferer.
Jörg Beyer ist Fachjournalist in Reutlingen
Wir stellen an die Anlagen und Bauteile in unserer Gießerei höchste Anforderungen, denn die werden von der Automobil-Industrie auch an uns gestellt“, sagt Robert Mahlberg, Produktionsleiter Druckguss bei der Auto-Heinen Automobiltechnik GmbH in Bad Münstereifel. Und er weiß, wovon er spricht. Denn von einem Teil seiner Kunden erhält das Unternehmen den Auftrag, sicherheitsrelevante Bauteile selbst auf Qualität zu prüfen und direkt ans Band zu liefern.
Was für die Qualität der gelieferten Teile gilt, trifft selbstverständlich auch auf die Komponenten zu, die in den Druckguss-Anlagen eingesetzt werden. Sehr hohen Anforderungen unterliegen die Hydraulik-Zylinder, deren Aufgabe darin besteht, die Stempel und Schieber der Formen und andere schwere Bauteile präzise und mit großer Kraft zu bewegen. Seit langem setzt das Unternehmen aus der Eifel hier auf Hydraulik-Zylinder der Hänchen Hydraulik GmbH aus Ostfildern bei Stuttgart.
Elf vollautomatische Gießzentren mit integriertem Roboter zum Entgraten der Gussteile bilden den Kern der Abteilung Druckguss bei Auto-Heinen. Sie arbeiten mit einer Schließkraft von 220 bis 630 t. Hinzu kommen zwei 600-t-Gießzentren ohne automatische Entgratung. Hier entstehen Module und druckguss-technische Spezialteile aus Aluminium-Legierungen.
Beim Füllen der Form, dem sogenannten Schuss, werden die bis zu 50 kg schweren Stempel durch die Hydraulik-Zylinder positioniert und die Druckgussform durch die Gießmaschine geschlossen. Beim Einpressen des flüssigen Materials drückt die Kolbenstange des Schuss-Zylinders auf die sogenannte Gießtablette. Die Legierung gelangt unter definiertem Druck in den Form-Hohlraum. Auch das Nachverdichten der teigigen Alu-Legierung übernehmen Zylinder des schwäbischen Hydraulik-Spezialisten. Je nach Auftrag und Anlage werden die Teile als Rohling, Halb- oder Fertigprodukt an den Abnehmer geliefert.
An die Hydraulik sind hier hohe Anforderungen gestellt: Die Umgebungstemperatur nahe des flüssigen Metalls und der Formen ist hoch. Der im Form-Inneren erzeugte spezifische Gießdruck beträgt 400 bar. Bei technischen Teilen sind es 600 bar und bei Lenkgehäusen und anderen druckdichten Teilen 1000 bar. Dieser Gießdruck übt über das flüssige Metall eine hydraulische Kraft auf die Form aus. Allerdings wird ein großer Teil des Forminnendrucks über die Gussform aufgefangen, so dass für die Hydraulikzylinder ein Arbeitsdruck von 160 bar ausreicht, der von Rückschlagventilen abgesichert wird.
Da die Halteplatten der Zylinder aus konstruktiven Gründen nicht zentrisch an der Druckguss-Form angebracht werden können, lassen sich Seitenkräfte nicht vermeiden. Problembereiche sind deshalb die Dichtungen wegen der thermischen Stabilität, die Kolbenstangenführung wegen der Seitenkräfte und die passive Druckfestigkeit des gesamten Zylinders wegen des Gegendrucks.
„Unter diesen problematischen Voraussetzungen hat sich Hänchen hervorragend bewährt“, so Mahlberg. „Wenn Probleme auftraten, dann kamen sie durch thermische Überbeanspruchung von unserer Seite. Und seit dem Einsatz der Viton-Dichtungen und der neuen Teflon-Lippendichtringe ist auch der Dichtungsverschleiß kein Thema mehr.“ Die Gießformen, die Auto-Heinen in der eigenen Werkstatt wartet, sind inzwischen so konzipiert, dass sie die Zylinder mit einer Außentemperatur von maximal 70 °C belasten. In thermisch kritischen Bereichen werden zusätzliche Distanzstücke oder Kühlringe eingesetzt, um die Wärmeleitung zwischen Druckguss-Anlage und Zylinder zu minimieren. Hier hat Auto-Heinen umfangreiche Erfahrungen gesammelt: „Das extremste Beispiel war ein Zylinder, dessen Dichtungen durch eine unerwartet kurze Standzeit auffielen. Es stellte sich heraus, dass die Hydraulik-Zylinder thermisch sehr hoch belastet wurden. Durch eine neue Anordnung der Heizeinrichtung ließ sich dieses Problem mit einfachen Mitteln beseitigen. Aber insgesamt ist die thermische Stabilität der Hänchen-Produkte ein zentraler Pluspunkt“, fasst der Produktionsleiter Druckguss zusammen.
Die Gießformen sind jeweils für 100 000 Schuss bei einer Taktzeit von 30 bis 60 s ausgelegt. Die Zylinder überstehen diese Belastung ohne Dichtungswechsel, betont der Druckguss-Spezialist: „Mit Produkten anderer Hersteller haben wir in der Anfangszeit auch gute Erfahrungen gemacht. Die Standzeiten waren aber drastisch geringer, wobei Hitze-Belastung und Querkräfte zu übermäßigem Verschleiß führten.“ Dabei verwendet die Gießerei fast nur Katalog-Zylinder der Baureihe 120 aus dem elektronischen Katalog E-Kat von Hänchen, die mit einem Betriebsdruck von 160 bar arbeiten. Sie wurden für Umgebungstemperaturen bis maximal 200 °C durch besondere Dichtungskombinationen und Leckölanschluss modifiziert und sind für das Medium HFC geeignet. Abgesehen von dieser Modifikation handelt es sich um kostengünstige Serien-Zylinder.
Nach 100 000 Lastwechseln werden die Dichtungen ausgetauscht, der Zylinder kommt weiter zum Einsatz. Wird die entsprechende Form nicht mehr genutzt, werden die Zylinder eingelagert und bei Bedarf wieder für neue Formen eingesetzt. Dabei ist für Mahlberg entscheidend, dass er auch noch für 20 Jahre alte Zylinder in kürzester Zeit Ersatzdichtungen bekommt, die natürlich aus modernen Materialien wie Teflon bestehen. Er muss dafür nur die Produktnummer wissen.
Mit Hilfe der Hydraulik-Zylinder entstehen bei dem Automobilzulieferer unter anderem besonders vibrationsresistente Aggregathalter für Motor, Getriebe und andere Einheiten sowie hydraulische Gehäuseteile für Adapter, Kühlwasser-Regler oder Kupplungsausrück- und Lenk-Gehäuse, Pumpendeckel und Steuerkolben. Funktionsteile stellen außerordentliche Anforderungen an Druckdichtigkeit, Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Komplexität – Maßstäbe, die sich in den Anforderungen der Automobilindustrie widerspiegeln.
Heinen zählt Unternehmen wie Ford, Daimler-Chrysler, Volkswagen, Porsche, Visteon, INA, Bosch, Mahle, Getrag und LuK zu seinen Kunden. Sie fordern Teile, die eine Lebensdauer von 200 000 Autokilometer problemlos überstehen. Von den Lieferanten erwartet Auto-Heinen dieselbe Qualität – ein Grund, warum Hänchen-Zylinder in Bad Münstereifel der Standard sind.
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