Offenporiger Aluminiumguss erschließt neue Anwendungsfelder

Mit dem Kokillenguss-Verfahren OPENPORE bietet das Technologieunternehmen AUTOMOTEAM die zuverlässige Serienfertigung von Produkten mit offenporigen Aluminium-Strukturen an.

Nach diesem Verfahren lassen sich Produkte in fast jeder Form, Größe und Porosität, auch teil-porös oder im Werkstoffverbund wirtschaftlich herstellen. Deshalb kann das Aluminiumguss-Verfahren in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen eingesetzt werden.

Im Prinzip ist der Aluminium-Kokillenguss OPENPORE ein einfaches Verfahren, denn der Gussvorgang besteht aus nur vier Arbeitsschritten (Abb.1):

a) Befüllung der Kokille bis zu einem definierten Volumen mit NaCl-Salzgranulat.
b) Weiteres Auffüllen der Form mit Aluminiumschmelze.
c) Konventionelle, mechanische Bearbeitung des Formteils.
d) Ausspülen des Salzes aus den Poren.

Das Ergebnis ist ein fertiges Formteil mit offener Porenstruktur (Abb.1, e).

Was sich so einfach liest, wird durch die hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens bestätigt. Dennoch bedarf es eines umfassenden Verständnisses aller chemischen und thermo-dynamischen Vorgänge während des Gießprozesses.

Daraus ergibt sich aber auch eine Vielzahl an Parametern, mit denen sehr genau die funktionalen Eigenschaften des Aluminium-Gussteils vorbestimmt werden können. Dazu zählen u.a. die flexibel anpassbare Durchlässigkeit des porösen Materials an unterschiedliche Anforderungen und die sehr hohe mechanische Stabilität des Gussgefüges im Vergleich zu herkömmlichen Technologien wie Metallschaum oder Sinterung. Deshalb ist OPENPORE ein völlig eigenständiges, innovatives Verfahren, das in vielen Anwendungen völlig neue Möglichkeiten eröffnet.

Standardprodukte nach Maß: Filter, Schalldämpfer, Sensorgehäuse und mehr.

Die Hauptanwendungsgebiete von OPENPORE sind derzeit Filterbauteile für Fluide und Gase, mit denen Aluminium nicht reagiert (Abb. 2). Wegen ihrer technisch besseren Eignung und der günstigeren Herstellungskosten haben die OPENPORE-Filter bei einer Reihe von Unternehmen die Filter aus Keramik und Sinterbronze inzwischen substituiert.

Auch Schalldämpfer, Sensorgehäuse, Werkzeuge für das Thermoformen und dekorative Produkte für den Innen- und Außenbereich gehören zum Angebotssortiment (Abb. 3).

Darüber hinaus kann durch die Oberflächenmodifikation im METAKER^® Verfahren die Korrosionsbeständigkeit erhöht werden, so dass z.B. die Substitution von Edelstahl möglich ist.

Zur wirtschaftlichen Herstellung einfacher Bauteile für Standard-Anwendungen wie Filter, Schalldämpfer oder einfache Konstruktionselemente stehen laut AUTOMOTEAM mehrere Hundert Kokillen zur Verfügung.

Ein weiterer Wirtschaftlichkeitsaspekt ist, dass für Bauteile, die sich von den Standard-Formen geometrisch unterscheiden, keine individuellen Formen gebaut werden müssen. Viel mehr werden diese in einer nächstgrößeren Kokille gegossen und danach mechanisch bearbeitet.

In der Serienfertigung bewährt.

Eine Besonderheit der OPENPORE-Technologie ist, dass der poröse Anteil des Bauteils innerhalb der Standard Form durch die Höhe der Salzfüllung variiert werden kann. Wird dann der Rest der Form mit der Al-Schmelze aufgefüllt, lassen sich auf diese Weise Vollmaterial-Komponenten wie Flansche, Gewinde o. ä. in einem Stück mit dem porösen Teil herstellen.

Anwender-Kunden erhalten OPENPORE-Produkte nach ihren individuellen Maßangaben als Block, Platte oder Blech sowie Fertigbauteile mit formgebender Bearbeitung. Selbstverständlich sind auch Sonderanfertigungen für kundenspezifische Bauteile möglich, die auch die Kokillen-Herstellung beinhalten.

Mittlerweile setzen mehr als 400 Kunden in 12 Ländern OPENPORE-Produkte in Form von Filtern und Schalldämpfern ein.

Leichtbau wie er bisher nicht möglich war.

Ganz neuartige Anwendungsmöglichkeiten eröffnet OPENPORE durch die besonderen Eigenschaften. Dies gilt sowohl für den offenporigen Aluminiumguss als eigenständige Materialklasse, wie auch als werkstoffhybride Funktionsstrukturen.

Mit sehr geringer Dichte und einer großen Anzahl physikalischer Eigenschaften, die als neuartig anzusehen sind, bietet das neue Material bereits in der Standardausführung ein hohes Potential für neue Anwendungen auf den Gebieten:

• Wärmeübertragung
• Katalytische Filterträger
• Energiespeicher
• Dampferzeugung
• Medienhomogenisierung
• Energie- und Vibrationsabsorption
• Werkzeugherstellung für das Thermoformen und Schäumen von Kunststoffen
• Großflächige Temperierung von Spritzgießwerkzeugen
• Dekorative Anwendungen
• U.v.m.

Durch die Prozessanpassung lassen sich zahlreiche anwendungsspezifische Werkstoffhybride abbilden.

Innovativer geht’s nicht.

In Verbindung mit dem neuen METAHYBRID-Ansatz – einem weiteren F&E-Bereich von AUTOMOTEAM – lassen sich weitergehende Lösungen mit deutlich verbesserter Funktionalität, Gewicht, Energieeffizienz, Wirtschaftlichkeit bis hin zu disruptiven Innovationen in unterschiedlichsten technischen Fachgebieten entwickeln.

Hierbei spielen nicht nur Werkstoff-Hybride, sondern übergeordnete Metahybride eine entscheidendes Rolle (Abb. 4). Das Ziel ist es, die Vorteile aller Komponenten zu integrieren und/oder neue, bisher für unmöglich gehaltene Eigenschaften und Funktionskombinationen zu generieren. Dies liefert die Grundlage für neue Produktionsprozesse, Produktinnovationen mit enormen Marktpotenzialen.

Das oben schon erwähnte METAKER^® Surface-Verfahren ist eine neue, wirtschaftliche, seit 2010 im industriellen Maßstab verfügbare Nanotechnologie. Mit ihr können Leichtmetall-Oberflächen auf elektro-plasmachemischem Weg in einen einzigartigen, mikrostrukturierten, aktivierten und multifunktionalen Gradientenwerkstoff umgewandelt werden.

Im Vergleich mit ähnlichen Verfahren wie Micro Arc Oxidation, Plasmaoxidation, Plasmakeramik, Plasma Electrolytic Oxidation oder anodische Oxidation unter Funkenentladung bietet das METAKER^® -Verfahren Anwendungsmöglichkeiten, die ohne Übertreibung als revolutionär zu bezeichnen sind.

Allein in Verbindung mit OPENPORE und seiner Eigenschaft der durchgängigen Porenstruktur lassen sich Produkte herstellen, die aufgrund der ebenfalls durchgängigen Oberflächenmodifikation völlig neuartige Funktionen übernehmen können (Abb. 5).

OPENPORE – Kurzüberblick.

• Einfaches Kokillengießverfahren
• Durchgehend, homogen offenporiges, mechanisch stabiles Gussgefüge
• Rundförmige Poren, mehrfach miteinander durch kleinere Poren räumlich verbunden
• Einstellbare Porengröße (Mechanik, Strömungsmechanik)
• Dichte: ca. 1,3 g/cm3
• Volumenporosität: ca. 55 ± 5 %
• Wärmeleitung: ca. 30 – 50 W/(mK)
• Konventionelle CNC-Formgebung erlaubt Herstellung beliebiger Konstruktionen
• Teilporöse Körper herstellbar
• Werkstoff-Hybride herstellbar
• Reproduzierbare Geometrie erlaubt FEM Simulation
• Sehr guter Energie- und Virbationsabsorber
• Großer Materialtraganteil erlaubt guten mechanischen Kontakt
• U.v.m.