Industrieller Einsatz anorganischer Binder zur Steigerung und Festigung der ökonomischen und ökologischen Akzeptanz unserer Gießereien am Beispiel von Armaturenguss

Dr.-Ing. Jürgen Schädlich-Stubenrauch
Reinsicht GmbH

Vor dem Hintergrund des weltweiten Klimawandels spielen der verantwortungsvolle Umgang mit natürlichen Ressourcen, sowie die drastische Reduzierung des CO2-Fußabdrucks eine entscheidende Rolle. Der Schlüssel zum Erfolg angesichts der großen Herausforderungen unserer Zeit sind innovative Lösungen, die wirtschaftlich auch in der Massenproduktion umsetzbar sind und gleichzeitig einen maßgeblichen Beitrag zur Verringerung des ökologischen Fußabdrucks der Gießereibranche leisten.
Der Einsatz anorganischer Bindemittel für die Form- und Kernherstellung ist dabei ein wichtiger Baustein auf dem Weg zu umweltfreundlicheren Prozessen. Ihr Einsatz bei der Herstellung von Kernen für die Serienproduktion von Motorkomponenten aus Aluminiumlegierungen hat sich mittlerweile etabliert. Gießereien profitieren von den positiven
Eigenschaften anorganischer Bindersysteme. Im Fokus steht dabei insbesondere die Emissionsfreiheit während des Gießprozesses. Das schützt nicht nur die Umwelt, sondern auch die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in den Gießereien.
Mit dem gemeinsamen Ziel, die Anwendungsmöglichkeiten dieses umwelt- und arbeitsplatzfreundlichen Verfahrens zu erweitern, haben Reinsicht und Hüttenes-Albertus vor zwei Jahren ihre Stärken gebündelt: Reinsicht konzentriert sich auf die Forschung für emissionsarme oder -freie Technologien, während Hüttenes-Albertus die Adaption auf die Prozess- und Produktanforderungen und die Produktion im industriellen Maßstab übernimmt.
Es ist nun gelungen, das anorganische Verfahren auch in Gießereien einzusetzen, die Werkstoffe mit höheren Gießtemperaturen verarbeiten. So hat die Gießerei Hansgrohe zusammen mit Reinsicht nach intensiven Forschungs- und Entwicklungsarbeiten diesen entscheidenden Sprung in eine nachhaltigere Fertigung geschafft.
Die bislang erzielten Ergebnisse in der Serienproduktion sind sehr positiv. Neben den umweltrelevanten Verbesserungen konnten die Produktionskosten reduziert werden. Im Einzelnen wird zunächst im Vortrag auf die Problemkreise bzw. Anforderungen eingegangen, die bislang einen Einsatz verhinderten:
Die Punkte im Einzelnen:
• Kernstabilität filigraner Kerne
• Produktivität
• Lagerstabilität der Kerne
• Sandanhaftung und Penetration
• Entkernbarkeit
Forschung und Produktion arbeiteten Hand in Hand, um diese Herausforderungen erfolgreich zu meistern:
1. Zunächst konnten wichtige Fortschritte in der Binderchemie gemacht werden, z. B. wurden die Zugabemengen auf das Niveau der Zugabemengen, die bei organischen Bindern üblich sind, reduziert.
2. Die bewährte Maschinentechnik wurde an die Besonderheiten des wasserbasierten Bindersystems angepasst, insbesondere, um die physikalisch bedingte Austrocknung der Kernsandmischung zu vermeiden.
3. Die Werkzeugtechnik wurde angepasst, sodass der anorganische Kernsand prozesssicher verarbeitet werden kann.
4. Eine signifikante Verbesserung der Ausschussrate bei Bauteilen mit dekorativer Oberfläche konnte erreicht werden.
5. Last but not least haben natürlich die sorgfältig ausbalancierten Prozessparameter als finaler Baustein zum Erfolg des Projektes beigetragen.
6. Neben diesen technologischen und wirtschaftlich relevanten Daten stellt der Vortrag auch die umweltrelevanten Ergebnisse vor. Die Analyse der Daten stellt die positiven Eigenschaften des Einsatzes anorganischer Bindersysteme den Herausforderungen bei der Etablierung einer anorganischen Kernfertigung gegenüber („go – no go“). Hier sind das GWP, KEA und der KRA zu nennen, die im Rahmen zukünftiger Forschungen auch in Produktions- und Prozesssimulationen der Gießerei-Industrie einfließen sollten.
Letztendlich ist die Minimierung der Zunahme der Entropie das Ziel, das wir gemeinsam verfolgen müssen, um unsere - bisher noch sehr komfortablen - Lebensbedingungen beibehalten zu können (1).
Das neue Bindersystem lässt sich in bestehende Prozessketten integrieren. Je nach Anwendungsfall bedarf es dennoch spezifischer Anpassungen z.B. bezüglich der Lagerstabilität der Kerne oder dem Penetrationsverhalten. Wenngleich auch keine Ausrüttelmaschinen zur Entkernung mehr nötig sind, wird auch an der Entkernbarkeit insbesondere komplexer und filigraner Kerne weiterentwickelt.
In einem weiterführenden Projekt geht es um innovative Lösungsansätze für die Altsandregenerierung anorganischer Sandsysteme. Das Ziel der Projektpartner: Eine nachhaltige und zugleich effiziente Lösung. Denn auch die Regeneration des eingesetzten Formgrundstoffs spielt eine entscheidende Rolle auf dem Weg zu einer immer nachhaltigeren Gussproduktion in Deutschland und weltweit.

(1) Michael Köhler, Entropie-Wende, 2019, Technische Universität Ilmenau (Thür.)
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