Fallstudien

Das Produktdesign schien perfekt. Ein Bauteil sollte mit optimalem Materialeinsatz hergestellt werden: so wenig wie möglich. Das Ergebnis der anschließenden Prozessentwicklung war jedoch nicht so gut wie für die Ansprüche nötig. Die Simulation des bevorzugten Gusslayouts ließ eine starke Tendenz zur Schwindungsporosität erwarten. Ursache war laut Simulation, dass Speiser und -hals es nicht schafften, das Volumendefizit während der Erstarrung auszugleichen (Bild 1).

Hyundai WIA stellte einen Prototyp her, der die Simulationsergebnisse bestätigte: Der Prototyp zeigte zu viel Porosität in den kritischen Bereichen. Im Gebrauch könnte das Gehäuse den mechanischen Belastungen nicht dauerhaft standhalten und den Qualitätsansprüchen des Herstellers nicht gerecht werden. Eine Serienproduktion kam mit diesem Layout nicht in Frage (Bild 2).

War das Produktdesign zu retten? Die Problemlösung unterlag einer Einschränkung: Hyundai WIA wollte keinen zusätzlichen Speiser einsetzen. Die Ingenieurinnen und Ingenieure versuchten daher, den Fehler mit Hilfe einer in die Gussform eingebauten Kühlkokille zu vermeiden. Simulation und Prototyp zeigten jedoch: Im unmittelbaren Bereich der Kokille erstarrte die Schmelze zu schnell, sodass eine für diesen Fall typische Weißerstarrung auftrat (Bild 3). Darunter litten nicht nur Stabilität und Qualität des Produkts, sondern es kam auch zu einem hohen Verschleiß des Werkzeuges bei der anschließenden Bearbeitung.

Die Gießereifachleute von Hyundai WIA fragten sich, ob es möglich sei, die Porosität dort zu konzentrieren, wo sie das Bauteil nicht beeinflusst: in einem Bereich, der bei der Nachbearbeitung ohnehin entfernt wird. Sie planten, die Aussparung am kritischen Bereich des Bauteils aufzufüllen. Bild 4 zeigt, dass sich eine Fülle an möglichen Dicken und Positionen der Gießverstärkung ergab.

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Die Bewertungsdiagramme zeigen jeweils die Porosität in der Gießverstärkung (Bild 5, links) und dem kritischen Bereich des Bauteils (Bild 5, rechts). Der Lösungsansatz war erfolgversprechend: Je nach Anordnung und Größe der Füllung entstand die Porosität genau dort und reduzierte sich im kritischen Bereich, bei Design 2, 4 und 5 signifikant. Die Auswertung wurde durch ein Parallel- Koordinatendiagramm ergänzt, um die Ausbringung bei der Designwahl zu berücksichtigen (Bild 6).

Design 5 wies zwar die geringste Tendenz zu Gussfehlern auf, verringerte jedoch gleichzeitig die Ausbringung. Das wäre nicht nur unökologisch, sondern auch ein vermeidbarer finanzieller Verlust für die Gießerei. Unter Berücksichtigung der diversen Ansprüche an Bauteil und Produktion stellte sich Design 4 als bester Kompromiss für das Produkt heraus (hervorgehobene hellblaue Linie in Bild 6 rechts).

Das Verhältnis zwischen Porosität und Ausbringung war optimal. Prototypen bestätigten die Simulationsergebnisse, auch im Vergleich zu „schlechteren“ Designs (Bild 7): Für die Produktion kam nur Design 4 in Frage. Der ursprüngliche Fehler konnte in der Serienproduktion völlig behoben werden: Die Schrumpfporosität im untersuchten Bereich verschwand.

Hyundai WIA wurde 1976 gegründet und fertigt seit 1979 Antriebsstränge. Heute ist das südkoreanische Unternehmen mit Hauptsitz in Changwon einer der führenden Hersteller von Automobilkomponenten. Hyundai WIA steht für Spitzentechnik und exzellente Produktqualität.