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Einsatz variothermer Temperiersysteme im Aluminiumdruckguss = Use of variothermal temperature control systems in high-pressure die casting of aluminium
2019
Dissertation, RWTH Aachen University, 2019
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak05
Hauptberichter/Gutachter
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Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2019-05-24
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2019-05443
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/762150/files/762150.pdf
Einrichtungen
- Lehrstuhl für Gießereiwesen und Gießerei-Institut (526110)
- Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (520000)
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Druckgießwerkzeuge (frei) ; Druckguss (frei) ; Temperierung (frei) ; Variothermie (frei) ; Werkzeugbau (frei) ; Wärmehaushalt (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550
Kurzfassung
Der Aluminiumdruckguss ist das, bezogen auf die Tonnage, dominierende Gießverfahren zur Verarbeitung von Aluminium. Im Zusammenhang mit dem seit Jahren steigenden Markanteil ausladender Strukturbauteile und dem Aufkommen großformatiger Bauteile, wie etwa Batteriewannen, durch den Ausbau der Elektromobilität, wachsen die Anforderungen an Prozess, Gießmaschine und Werkzeuge immer weiter. Die in ihren Ausmaßen wachsenden, immer komplexer werdenden Werkzeuge bedürfen aufgrund der Gestalt der zu fertigenden Bauteile eine präzise Temperierung, um qualitativ hochwertigen Guss erzeugen zu können. Derzeit werden mit Hilfe subtraktiver Fertigungsverfahren Werkzeuge gefertigt, welche im Prozess mit einer stationären Temperierung über einen und mehrere Zyklen hinweg auf einem möglichst stabilen Temperaturniveau gehalten werden. Die Eingriffsmöglichkeiten sind bei dieser Vorgehensweise nach dem Abschluss der Gestaltungsphase des Werkzeugs gering. Zudem sind die Freiheitsgrade etwa für die Temperierkanalgeometrie aufgrund der eingesetzten Herstellungsverfahren eingeschränkt. Abhilfe können hier zunehmend die generativen Fertigungsverfahren schaffen, welche nahezu unbegrenzte Gestaltungsspielräume mit sich bringen. In dieser Arbeit wird eine Temperiermethodik vorgestellt und untersucht, welche im Kunststoffspritzguss bereits breite Anwendung zur Herstellung hochwertiger Produkte findet. Die Variothermie eignet sich besonders in Form einer auf Temperieröl basierenden fluidvariothermen Form für den Einsatz im Druckguss, da grundsätzlich keine Anpassungen am Werkzeug erforderlich sind, sondern lediglich die Anlagenperipherie verändert werden muss. Im Zuge der Untersuchungen wird dabei die generelle Eignung des konventionellen Werkzeugaufbaus im Druckguss für die Anwendung der Variothermie betrachtet. Basierend auf den Erkenntnissen aus dem Einsatz einer variothermen Temperierung in einem konventionell gestalteten Versuchswerkzeug werden zudem Optimierungspotenziale aufgezeigt und Lösungen hinsichtlich angepasster Temperierkanalgeometrien, reduzierter Werkzeugmassen und thermischer Entkopplung der einzelnen Werkzeugkomponenten entwickelt und auf ihr Potenzial hin untersucht. Diese Maßnahmen werden darüber hinaus auf ihre Vorteile für eine stationäre Temperierung hin betrachtet. Ergänzend wird mit dem Kokillenguss ein weiteres potenzielles Anwendungsgebiet für die Variothermie im Leichtmetallguss in die Betrachtung mit einbezogen. Dabei steht der Einfluss dieser Temperiermethodik auf das resultierende Gussteil im Vordergrund.High Pressure Die Casting is the dominant casting process for processing aluminium in terms of tonnage. In connection with the increasing market share of large structural components over many years and the emergence of large-format components, such as battery trays, due to the expansion of e-mobility, the demands on processes, casting machines and dies are constantly increasing. Due to the shape of the components to be manufactured, the increasingly complex dies, which are growing in size and complexity, require a precise temperature control in order to be able to produce high-quality castings. At present, dies are manufactured with the aid of subtractive manufacturing processes. During the process they are kept at the most stable temperature level possible using a stationary temperature control. The possibilities for intervention in this procedure are small after completion of the design phase of the die. In addition, the degree of freedom for the temperature control channel geometry is low due to the manufacturing processes used. This can increasingly be remedied by generative manufacturing processes, which bring with them almost unlimited scope for design. This thesis presents and examines a temperature control method which is already widely used in plastic injection moulding for the manufacturing of high quality goods. Variothermal temperature control is particularly suitable in the form of a fluid-variothermal form based on tempering oil for the use in High Pressure Die Casting, since no adjustments to the die are generally required, only the system periphery needs to be changed. In the course of the investigations, the general suitability of conventional die design in High Pressure Die Casting for the application of a variothermal temperature control is evaluated. Based on the findings from the use of variothermal temperature control in a conventionally designed test die, optimization potentials are also demonstrated and solutions are developed with regard to adapted temperature control channel geometries, reduced tool masses as well as thermal decoupling of the individual tool components and examined for their potential. These measures are also considered with regard to their advantages for stationary temperature control. In addition, Gravity Die Casting is another potential application area for variothermal temperature control in light metal casting. The influence of this temperature control method on the resulting casting is in the foreground.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT020127817
Interne Identnummern
RWTH-2019-05443
Datensatz-ID: 762150
Beteiligte Länder
Germany
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