Massgeschneiderte Gusskonstruktionen

Redakteur: Anne Richter

>> Die Edelstahlgiesserei Wolfensberger AG aus Bauma sieht sich nicht nur als Lohnfertiger für anspruchsvolle Gussteile, sondern vor allem als Engineering-Partner. Entsprechend den Kundenanforderungen werden die Gusskonstruktionen fertigungsgerecht so optimiert, dass bestmögliche Bauteileigenschaften und schnelle Durchlaufzeiten neuer Projekte erzielt werden.

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Frische gegossene Formen zum Abkühlen aufgereiht. (Bild: Anne Richter, SMM)
Frische gegossene Formen zum Abkühlen aufgereiht. (Bild: Anne Richter, SMM)

Viele Branchenkenner glauben, dass Giessereien in der Schweiz keine Zukunft haben. Doch mit Engineering- und Beratungskompetenz sowie einer hohen Spezialisierung auf Nischenmärkte und Spezialprodukte können auch hierzulande Giessereien sehr gut bestehen. Ein Beispiel dafür ist die Firma Wolfensberger aus Bauma. Das auf Sandguss und Genauguss spezialisierte Unternehmen fertigt nicht nur anspruchsvolle Gussteile, sondern unterstützt und berät Kunden mit Engineering-Dienstleistungen.

Je früher die Beratung, desto besser

«Je früher die Kunden zu uns kommen und wir in den Entwicklungsprozess mit eingebunden werden, desto besser ist es», erklärt Markus Schmidhauser, Geschäftsführer von Wolfensberger. Denn nur so können Gussteile entsprechend den Anforderungen ohne Reibungsverluste wirtschaftlich und optimal gestaltet und das gesamte Potential bei der Gestaltung ausgeschöpft werden. Am Anfang erfolgt eine generelle Machbarkeitsabklärung und Beratung. Es fliessen die Kundenanforderungen bezüglich Bauteil- und Werkstoffeigenschaften sowie an eine optimierte Bearbeitung in die Gusskonstruktionen mit ein.

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Kosten sparen durch optimale Gussteilgestaltung

Im ersten Schritt optimieren die Gussspezialisten von Wolfensberger eine mögliche Gusskonstruktion. Dabei fliessen alle möglichen Einflussgrössen mit ein. Einbezogen werden beispielsweise eine günstige Querschnitts- und Masseverteilung, Materialanhäufungen sollen vermieden werden, Verstärkungen sind giesstechnisch optimiert angebracht und die Bearbeitungszugaben sind so optimiert, dass möglichst wenig Nachbearbeitung anfällt. Die Werkstoffauswahl erfolgt zielgerichtet und entsprechend den Bauteilanforderungen und Giesseigenschaften. So zum Beispiel eignet sich nicht jeder Werkstoff aufgrund seiner Giesseigenschaften für die Herstellung dünnwandiger Partien.

Rund 80 Prozent der Bauteileigenschaften werden durch die geometrische Gestaltung bestimmt. Mit einer intelligenten und fachgerechten Gestaltung kann die Bauteilfestigkeit eines neu zu konstruierenden Gussteils bei gleichbleibendem Werkstoff wesentlich verbessert und zugleich die Fehlerquote minimiert werden. Dies hat auch einen positiven Effekt auf die Herstellungskosten.

«Wenn uns die ursprüngliche Konstruktion des Kunden ungünstig erscheint, dann bieten wir immer auch einen Alternativvorschlag an», erklärt M. Schmidhauser. So bekam Wolfensberger beispielsweise den Auftrag, für einen Kunden die Antriebsnabe für eine Industrie-Waschmaschine zu giessen. Die Spezialisten von Wolfensberger entwickelten unter Verwendung eines neuen Werkstoffs eine geänderte Geometrie, wodurch ein Bauteil mit nur der Hälfte des Ursprungsgewichtes hergestellt werden konnte und der Waschmaschinenhersteller auf Grund der leichteren Nabe einen kleineren, kostengünstigeren und verbrauchsärmeren Motor einsetzen konnte.

Werkstoffentwicklungen – auf den Anwendungsfall ausgelegt

Je nach Einsatz der Bauteile stehen die Materialanforderungen bei der Gussteilgestaltung im Vordergrund. Korrosionsbeständigkeit ist für viele Anwendungen wichtig – aber auch Verschleissbeständigkeit oder Wärmefestigkeit bzw. eine Kombination mehrerer Eigenschaften. «Hier wird es kompliziert und es braucht Experten», stellt Markus Schmidhauser fest.

Ein Metallurgenteam entwickelt bei Wolfensberger dafür eine optimierte und auf den spezifischen Anwendungsfall ausgelegte Legierung – von der Grundlagenforschung bis hin zur Serienreife. So kann beispielsweise durch präzise Einstellung der chemischen Zusammensetzung die Korrosionsbeständigkeit von Chrom-Hartguss in einem weiten Bereich den Kundenanforderungen angepasst werden. Selbst grosse Konzerne wie die Daimler AG oder ABB Turbo Systems nutzen die Kompetenzen von Wolfensberger bei der Werkstoffentwicklung im Bereich anwendungsspezifisch ausgerichteter Stahlgusslegierungen. Serienmässig werden bei Wolfensberger legierter Sphäroguss, verschleissbeständiges Gusseisen, korrosionsbeständiger, warmfester und hitzebeständiger Edelstahlguss sowie hochwarmfeste Nickel- und Kobaltbasislegierungen verarbeitet.

Erstarrungssimulation spart Zeit und Kosten

Computergestützte Erstarrungssimulationen haben die Arbeitsweise von Giessereien quasi revolutioniert. Dem Kunden bieten sie Kosten- und Zeiteinsparungen, denn die Entwicklungszeiten werden wesentlich verkürzt und Fehlerquellen bei der Gussteilegestaltung eliminiert. Vorher musste das Modell aufwändig gebaut und ausprobiert und im Falle eines Fehlers die gesamte Prozedur wiederholt werden. Diese zeitintensiven Eins-zu-eins-Versuche gehören heute weitgehend der Vergangenheit an und die Fertigungszeit von einsatzbereiten Erstmustern wird auf ein Minimum reduziert. «Vor allem bei heiklen Teilen, die an der Grenze der Machbarkeit sind, zeigen sich die Vorteile der Simulation», bestätigt M. Schmidhauser.

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Neue Geometrien mit Simulation möglich

Auch die Simulationssoftware selber wird ständig weiterentwickelt und bietet immer neue Möglichkeiten. «Dank der Simulation können wir inzwischen fast alles machen. Es sind heute Geometrien umsetzbar, die vor zwei oder drei Jahren kaum denkbar gewesen sind», berichtet M. Schmidhauser.

So bietet der Einsatz der Simulationssoftware einen entscheidenden Vorteil bei der Erprobung von neuen Gussteilen. Bereits die Modelleinrichtung wird nach optimierten Erkenntnissen der Simulation gebaut. Nur in wenigen Fällen müssen die Modelle angepasst werden und die Trefferquote der Prototypen ist viel höher als bei der herkömmlichen «trial and error»-Methode.

Wolfensberger setzt seit Jahren die virtuelle Erprobung von Bauteilen ein hinsichtlich einer giessereiverfahrensgerechten Gestaltung und Auslegung. So durchlaufen alle Neuteile eine Erstarrungssimulation, um einen fehlerfreien Einstieg in die Serienproduktion gewährleisten zu können. Die Software optimiert beispielsweise die Formfüllung mit der ausgewählten Legierung, ermittelt die Füll- und Erstarrungszeiten und eventuell auftretende thermische Spannungen mit Hinweis auf möglichen Verzug oder Rissanfälligkeit.

Zerspanungstechnik im eigenen Haus

Zwar werden bei Wolfensberger grundsätzlich alle Gussteile so ausgelegt, dass möglichst wenig Aufwand in der Nachbearbeitung der Teile entsteht, trotzdem ist eine Nachbearbeitung je nach Anwendung notwendig. Wolfensberger liefert vor- und einbaufertige Gussteile, die in der hauseigenen Fertigung den letzten Schliff erhalten. Auf den gesteuerten Bearbeitungszentren, Dreh- und Bohrmaschinen sowie Flach- und Profilschleifanlagen werden nicht nur Gussteile aus eigenem Hause nachbearbeitet, sondern die Leistungen werden auch als Lohnfertiger angeboten.

Offenheit für neue Ideen

Vom ersten Kontakt an unterstützt Wolfensberger den Kunden bei der Konstruktion und Optimierung der Gussteile, bei der Auswahl der richtigen Werkstoffe, um entsprechend den Anforderungen eine qualitativ und wirtschaftlich optimale Lösung zu finden. Doch um nicht schon von Anfang an eingeschränkt zu sein, ist es wichtig, dass die Engineering-Spezialisten von Wolfensberger früh genug in den Entwicklungsprozess mit einbezogen werden. Markus Schmidhauser bekräftigt: «Je früher wir in die Entwicklung mit einbezogen werden, desto offener für neue und andere Ideen sind die Entwickler.» <<

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