Jährlich werden über 400.300 t endverarbeiteter Bauteile aus Aluminiumdruckguss in Deutschland hergestellt. Mit der verarbeiteten Menge ist die Prozesskette Aluminiumdruckguss gießereiintern für Emissionen in Höhe von ca. 1 Mio. t CO2-Äquivalente verantwortlich. Auch aufgrund der ökonomischen Relevanz besteht ein hoher Bedarf, die Nutzungseffizienz für Energie und Ressourcen im Aluminiumdruckguss zu steigern. Die Erfassung und Optimierung der Energie- und Stoffströme in den Einzelprozessen sowie die Abbildung von dynamischen Wechselwirkungen und Abhängigkeiten zwischen den Prozessen stellt eine entscheidende Grundlage für die Analyse und Bewertung von technischen und organisatorischen Maßnahmen zur Steigerung der energetischen und stofflichen Nutzungseffizienz im Aluminiumdruckguss dar. Hier setzt das Verbundvorhaben ProGRess an, in dem die Energie- und Ressourceneffizienz nicht nur auf Einzelprozessebene sondern über die gesamte Prozesskette nach technologischen, ökonomischen und ökologischen Kriterien optimiert wird. Ziel ist dabei die Erhöhung der Energieeffizienz um bis zu 15 %. Neben einem Maßnahmenkatalog wird ein Simulationsmodell zur Ableitung von Handlungsfeldern entwickelt, mit dem ökonomische und ökologische Auswirkungen innovativer Verbesserungsmaßnahmen zur Effizienzsteigerung integrativ analysiert und im Sinne einer ganzheitlichen Entscheidungsunterstützung bewertet werden können, angefangen bei der Auslegung des Einzelprozesses bis zur Gestaltung und Steuerung der Prozesskette.
Ziel des Vorhabens ist es, zu einem optimalen Formtrennstoffeinsatz beim Aluminiumdruckguss zu gelangen. Damit wird die wesentliche Quelle fuer schaedliche Emissionen bei einem weit verbreiteten Giessverfahren reduziert. Dieses Ziel soll zum einen durch eine intelligente, sparsame Auftragetechnik und zum anderen durch eine Optimierung der Trennstoffkomponenten unter oekologischen Aspekten erreicht werden. Die zu entwickelnde Auftragetechnik soll die Formtrennstoffapplikation verbessern. Das Druckgiesslabor des Instituts fuer Schweisstechnik verfuegt bis auf eine Thermokamera ueber eine umfassende Ausstattung fuer diese Untersuchungen. Die beim Druckgiessprozess entstehenden Emissionen in gasfoermiger und fluessiger Form werden analysiert und die Ergebnisse mit verwandten Applikationstechniken und alternativen Trennstoffen verschiedener Hersteller verglichen. Ein Praxistest in einer Druckgiesserei schliesst das Vorhaben ab. Eine direkte Verwertung der Vorhabensergebnisse geschieht durch die am Projekt beteiligten Hersteller von Formtrennstoffen und Applikationstechniken. Druckgiessereibetriebe profitieren von geringeren gasfoermigen und fluessigen Emissionen, einem reduzierten Energiebedarf sowie von geringeren Produktionskosten beim Giessprozess.
Der heutige Stand der Technik im Aluminiumdruckguss erfordert den Einsatz von Formtrennmitteln. Zu deren Nebenwirkungen gehoert aber eine Verschlechterung der Oberflaechenqualitaet des Gussteils. Formtrennmittel beeintraechtigen die Arbeitsplatzqualitaet und sind unter oekologischen Gesichtspunkten als bedenklich zu betrachten. Um den Einsatz von Trennmitteln zu vermeiden und gleichzeitig die Standzeit der Druckgusswerkzeuge zu erhoehen, wurden diese im DC-Puls-PACVD Verfahren beschichtet. Durch die im Projektverlauf optimierten nitridischen, karbidischen und boridischen Schichtsysteme auf Titanbasis konnte eine Reduzierung des Trennmittelvolumens um 97 Prozent bewirkt werden. Gleichzeitig wird durch die Beschichtung die Standzeit der Druckgusskerne deutlich gesteigert. Dabei erwiesen sich alle untersuchten Schichtsysteme als durchaus geeignet. Durch die in dieser Studie untersuchten PACVD-Schichten konnte die Standzeit im Vergleich zu unbeschichteten Proben durch TiN um mehr als den Faktor 130 und durch die Multilayerschicht TiN/TiC um ueber den Faktor 160 erhoeht werden. Als besonders vielversprechend erwiesen sich die Titanbornitride, die nach mehr als dem 300-fachen der Standzeit einer unbeschichteten Dummyprobe noch nicht versagt hatten.