Entwicklung einer Heißkanaltechnologie für den Einsatz im Magnesium-Kaltkammer-Druckgussverfahren

Eine zentrale Herausforderung der kommenden Jahrzehnte wird es sein, ökonomische Erfordernisse und ökologische Zielsetzungen zu vereinen. Neben dem wirtschaftlichen Erfolg eines Unternehmens werden zukünftig für das Bestehen auf einem globalisierten Weltmarkt auch Aspekte des nachhaltigen Wirtschaftens hinsichtlich der Schonung natürlicher Ressourcen und letztlich eine unternehmensweite Dekarbonisierung von Prozessen von zentraler Bedeutung sein, was sich zunehmend auch in der politischen Ausrichtung auf nationaler und EU-Ebene abzeichnet, [Deu20]. Dabei ist der Verkehrssektor (Transport) für rund 25 % der anthropogen verursachten CO2-Emissionen verantwortlich, [Int20]. Um den CO2-Ausstoß des Verkehrssektors zu begrenzen, hat die EU eine Emissionsgrenze, ab dem Jahr 2020, von 95 gCO2/km für Neuwagen festgelegt, unter der neuerlichen Zielvorgabe einer CO2-Minderung im Jahr 2030 um 37,5 % gegenüber 2021, [Umw20]. Dies zeigt sich zunehmend auch in der politischen Ausrichtung auf nationaler und EU-Ebene, insbesondere mit der übergeordneten Zielvorgabe der vollständigen Klimaneutralität des EU-Wirtschaftsraums bis 2050, [Deu20]; [Eur19b]. Um die CO2-Bilanz von Automobilen in der Produktion bereits beeinflussen zu können, müssen etablierte Prozesse hinsichtlich ihrer ökologischen Effizienz überdacht oder gar durch neue Technologien substituiert werden. Dabei steht insbesondere die Gießereibranche, vor dem Hintergrund ihres hohen Energiebedarfs, vor enorme Herausforderungen. Die Produktion von gegossenen Bauteilen aus Leichtmetallen wie Aluminium oder Magnesium wird heutzutage hauptsächlich im hoch-wirtschaftlichen Druckgussprozess realisiert, welcher jedoch hinsichtlich der Effizienzsteigerung und Dekarbonisierung noch weitreichende Potenziale bietet, [Fri13b]. Ein Ansatzpunkt besteht in der Reduzierung von Kreislaufmaterial, welches mitunter dem dreifachen Schmelzprozess Guss-Wiederaufbereitung-Guss bis zur Verwertung unterliegt. Anteile von bis zu 70% Kreislaufmaterial je gegossenem Bauteil stellen dabei keine Seltenheit dar und offenbaren ein erhebliches Einsparpotential, [Her13]. In der vorliegenden Arbeit wird vor diesem Hintergrund eine neuartige Technologie zur material- sowie energieeffizienten Herstellung von Magnesiumbauteilen im Kaltkammer-Druckguss anhand eines strukturierten, an Technology Readiness Level (TRL) angelehnten Vorgehens, entwickelt, vgl. Bild 0.1. Die Heißkanaltechnologie stellt dabei eine Adaption aus dem Kunststoffspritzguss dar, welche im Kaltkammer-Druckguss und insbesondere in Kombination mit dem reaktiven Werkstoff Magnesium sowie den vergleichsweise hohen Betriebs- und Schmelzetemperaturen jedoch zu wesentlichen Herausforderungen hinsichtlich der Heiz- und Kühltechnologie, thermischer Dehnung, Prozessführung sowie Material- und Komponentenbeständigkeit führt.