Beitrag zur Auslegung, Herstellung und Charakterisierung ultradünnwandiger Druckgussbauteile

Aufgrund des Klimawandels und der daraus resultierenden klimapolitischen Ziele hat eine ressourcen- und energieeffiziente Mobilität eine zunehmend hohe Bedeutung. Die Reduzierung von Treibhausgasemissionen und damit verbundene CO2-Emissionen stehen dabei im Vordergrund. Die CO2-Emission eines Fahrzeugs ist abhängig von dessen Kraftstoff- bzw. Energieverbrauch im Betrieb und dieser wiederum, unter Vernachlässigung von Nebenaggregaten wie elektrische Verbraucher oder Klimaanlage, vom Wirkungsgrad des Motors und des Antriebsstrangs sowie von den Fahrwiderständen. Drei von vier Fahrwiderständen sind masseabhängig, wodurch die Reduzierung des Fahrzeuggewichts eine Schlüsselrolle einnimmt. Die Leichtbaukonstruktionsphilosophie bietet die nötigen Voraussetzungen und Verbindungen zwischen geeigneten Werkstoffen, der entsprechenden Bauteilgestaltung und möglichen Fertigungstechniken für eine Gewichtsreduzierung von einzelnen Bauteilen bis hin zu gesamten Baugruppen. Mit dem Druckgussverfahren lassen sich geometrisch komplexe Bauteile wirtschaftlich, endkonturnah, mit Funktionsintegration und in hoher Qualität fertigen. Das Fertigungsverfahren unterlag in der Vergangenheit einer kontinuierlichen technologischen Entwicklung, um die Qualität, Wirtschaftlichkeit und Anwendungsmöglichkeiten zu steigern, [Feh03]. Heute zählen neben der organisatorischen und wirtschaftlichen weiterhin die technologische Weiterentwicklung sowie neue Anwendungsmöglichkeiten zu den großen Herausforderungen im Druckguss, [Mes19]. Dabei geben heute Themen wie Digitalisierung, Energieeffizienz oder Elektromobilität die Impulse. Die Verkettung zwischen Bauteil- und Prozessentwicklung im Hinblick auf den Formleichtbau von großflächigen dünnwandigen Aluminiumdruckgussstrukturen, welche mechanisch belastet werden, stellt eine Herausforderung dar. Zwar werden Bauteile mit Wandstärken unter 1 mm und zum Teil geringer schon erfolgreich hergestellt, jedoch sind die Anforderungen an diese Bauteile nicht die mechanische Belastung, sondern beispielsweise ihre thermophysikalischen Eigenschaften. Mechanisch belastete, flächige Bauteile besitzen in der Regel eine höhere Wandstärke von ca. 2–4 mm. Falls Bauteilbereiche dennoch geringere Wandstärken aufweisen, dann sind diese Bereiche zumeist nicht oder geringfügig mechanisch belastet. Dies liegt an den Anforderungen an die Funktionen des Bauteils oder an den Besonderheiten des Herstellungsprozesses. Das Ziel dieser Arbeit liegt daher in der Betrachtung der Entwicklung und der Herstellung von Druckgussbauteilen mit Wandstärken um 1 mm, die mechanisch belastet werden. Es werden Möglichkeiten von dünnwandigen Bauteilen aufgezeigt, aber auch fehlende Untersuchungen für eine schnelle Umsetzung in der Anwendung geliefert.