Fachzeitschrift der Österreichischen Giesserei-Vereinigungen

Rundschau

Verlag Lorenz, 1010 WienEbendorferstraße 10

Giesserei

Jhg. 56heft 9/102009

Österreichische Post AGInfo.Mail Entgelt bezahlt

Kompetenz in Guss

Die nächste Ausgabe der GIESSEREI RUNDSCHAU Nr. 11/12erscheint am 14. Dezember 2009.

Schwerpunktthema: „Eisen- und Stahlguss“Redaktionsschluss: 16. November 2009

– Leichtbau und Gießsimulation:ein gemeinsamer Weg

– Bionik und Guss – eine gute Kombination

– Vergleich der Energieeffizienz und CO2-Emissionenbei der Herstellung von Zylinderkurbelgehäusen

aus Gusseisen oder aus Aluminiumlegierungen

– Effiziente Entwicklung von Gussbauteilen durchden Einsatz mathematischer Strukturoptimierungsverfahren

auf Basis der FEM

– Einfluß der Porenverteilung auf betriebsfeste Auslegungvon Bauteilen aus Al-Druckguss

INHALT

VÖG-VEREINS-NACHRICHTEN 183

TAGUNGEN/SEMINARE/MESSEN 174

Fachzeitschrift der Österreichischen Giesserei-Vereinigungen

Rundschau

Verlag Lorenz, 1010 WienEbendorferstraße 10

Giesserei

Jhg. 56heft 9/102009

Österreichische Post AGInfo.Mail Entgelt bezahlt

Kompetenz in Guss

Die Tiroler Röhren- und Metallwerke AGgehört zu den europäischen Spitzenreitern in derErzeugung undVerarbeitung von duktilem Guss.

TRM-Erzeugnisse in Form von Rohrsystemen fürdie kommunale Wasserver- und Abwasserent-sorgung. Beschneiungsanlagen, Turbinenleitungen,Brandschutzleitungen, Hausentwässerung sowieDuktile Rammpfähle finden weltweit ihren Einsatz.

www.trm.at

BEITRÄGE 154

Organ des Vereines Österreichischer Gießereifachleute und desFachverbandes der Gießereiindustrie, Wien, sowie des Österrei-chischen Gießerei-Institutes und des Lehrstuhles für Gießerei-kunde an der Montanuniversität, beide Leoben.

ImpressumMedieninhaber und Verleger:VERLAG LORENZA-1010 Wien, Ebendorferstraße 10Telefon: +43 (0)1 405 66 95Fax: +43 (0)1 406 86 93e-mail: giesserei@verlag-lorenz.atInternet: www.verlag-lorenz.at

Herausgeber:Verein Österreichischer Gießerei-fachleute, Wien, Fachverband der Gie-ßereiindustrie, WienÖsterreichisches Gießerei-Institutdes Vereins für praktische Gießerei-forschung u. Lehrstuhl für Gießereikundean der Montanuniversität, beide Leoben

Chefredakteur:Bergrat h.c. Dir.i.R.,Dipl.-Ing. Erich NechtelbergerTel. u. Fax +43 (0)1 440 49 63e-mail: nechtelberger@voeg.at

Redaktionelle Mitarbeit undAnzeigenleitung:Marion Rimser +43 (0)1 405 66 95-13e-mail: giesserei@verlag-lorenz.at

Redaktionsbeirat:Dipl.-Ing. Werner BauerDipl.-Ing. Alfred BuberlUniv.-ProfessorDr.-Ing. Andreas Bührig-PolaczekDipl.-Ing. Dr. mont. Hansjörg DichtlProf. Dr.-Ing. Reinhard DöppUniv.-Professor Dipl.-Ing.Dr. techn. Wilfried EichlsederDipl.-Ing. Dr. techn. Erhard KaschnitzDipl.-Ing. Adolf KerblDipl.-Ing. Gerhard SchindelbacherUniv.-ProfessorDr.-Ing. Peter Schumacher

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Veranstaltungskalender

Aus den BetriebenFirmennachrichten

VereinsnachrichtenPersonalia

AKTUELLES 176

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Leichtbau bringtVorteile und bietet Chancen zur Produkt- und Pro-zessinnovation. Leichtbau schont den Umgang mit Ressourcen undliefert häufig einen Beitrag zur Reduktion von CO2-Emissionen. Derklassische Leichtbauansatz sieht die Verwendung von leichten undhochfestenWerkstoffen vor – dies führt oft zu kostspieligen Lösun-gen. Effizienter ist es, das Potential von Werkstoffen und Gießpro-zessen auszunutzen.Die Berechnung von Formfüllung, Erstarrung, Abkühlung, mechani-schen Eigenschaften, thermischen Spannungen und des Verzugesschafft die Voraussetzung für eine umfassende Optimierung desGießprozesses am Bildschirm. Beispiele für die Optimierung mitHilfe der Gießprozesssimulation werden in den folgenden Abschnit-ten dargestellt.

Optimierung des Gießprozesses fürdünnwandige Gussteile ausAluminiumDie Karosseriestrukturen aus gegossenen Aluminiumlegierungenwerden durch mehr Funktionsintegration immer großflächiger, dünn-wandiger und komplexer für die Fertigung. Die Herstellung solcherBauteile erfordert ein hohes Maß an Erfahrung, damit die Anforde-rungen an Maßgenauigkeit und mechanische Kennwerte eingehaltenwerden können.

Eine der größten Herausforderungen besteht in der Einhaltung derToleranzen im Gusszustand. Nur so kann ein kostenintensivesRichten vermieden werden. Die Vielzahl der Einflussfaktoren machtdie Beherrschung des Verzuges sehr schwierig. Sie erfordert einesorgfältige Auswahl, Analyse und enge Einhaltung der Fertigungs-parameter. Für Legierungen, die wärmebehandelt werden, ist einegeeignete Konstruktion des Lagergestells für die Wärmebehandlungbereitzustellen. Mit Hilfe der Gießprozesssimulation kann der Verzugfür jeden Prozessschritt berechnet und die Entstehungsursache auf-gezeigt werden [1]. Durch frühzeitigen Einsatz in der Konstruktions-phase kann bereits zu diesem Zeitpunkt entschieden werden, ob diegeforderten Toleranzen durch optimale Prozessauslegung eingehal-ten werden können oder ob konstruktive Änderungen notwendigsind.

Entscheidend für eine genaue Berechnung des Verzuges sind dieKenntnisse der inhomogenen Abkühlungen des Bauteils innerhalbund außerhalb der Form, der thermomechanischen Eigenschaftendes Gusswerkstoffes sowie die Berücksichtigung der Schwindungsbe-hinderung durch die Form.

Den größten Einfluss hat für das folgende Beispiel eines Türrahmensdie Temperaturverteilung zum Zeitpunkt des Auswerfens des Guss-

teils, Bild 1. Der Knoten zur Anbindung des Holmes (grüne Markie-rung) zeigt einen starkenTemperaturgradienten auf.DieVerformung des Gussteils vor dem Auswerfen ist gering und kannhier vernachlässigt werden, da während des Abkühlens in der Formdie Schwindung des Bauteils durch die Form fast vollständig behin-dert ist, Bild 2. Nach dem Ausformen bestimmen die Temperatur-unterschiede die Richtung des weiterenVerzuges des Bauteils.

Da die wärmsten Bereiche eines Gussteilsdie größten Kontraktionspotentiale aufwei-sen und das Bauteil außerhalb der Form freischwinden kann, entsteht eine Verformungdes Holmes von bis zu 2,7 mm nach voll-ständiger Abkühlung des Bauteils auf Raum-temperatur,Bild 3. Die Verformungsrichtungwird durch den Temperaturgradienten zwi-schen Ober- und Unterseite im Bereich derAnbindung des Holmes verursacht.Eine einfache, aber dennoch effektive Maß-nahme zur Minimierung des Verzuges be-

Leichtbau und Gießsimulation:ein gemeinsamerWeg

Lightweight Design and Casting Process Simulation:A common Methodology

Dipl.-Ing. MathieuWeber, besitzt seit 2003 dasDiplom für Maschinenbau der Ecole NationaleSupérieure des Arts et Métiers (ENSAM), Paris,sowie für Werkstoffwissenschaften der Universität(TH) Karlsruhe. Im selben Jahr trat er in die MAGMAGießereitechnologie GmbH in Aachen ein, wo er fürSimulationsprojekte im Hinblick auf mechanischeEigenschaften und Gussspannungen sowie für F&E imthermomechanischen Bereich verantwortlich ist. ZurZeit ist er Teamleiter der Advanced EngineeringGroup der MAGMA und betreut vorwiegend Guss-

einkäufer und Konstrukteure aus den Bereichen Energieerzeugung,Bergwerksmaschinen undWindkraftwerke

Bild 1:Temperaturverteilung zum Zeitpunkt des Auswerfens. Die hohen loka-len Temperaturen auf der Oberseite führen beim weiteren Abkühlen zumHochbiegen des Fensterrahmens.

Bild 2: Geringe Verformung des Türrahmens innerhalb der Form kurz vor demAuswerfen. Die Schwindung ist fast vollständig durch die Form behindert. DieForm ist transparent dargestellt. Die Darstellung ist um einen Faktor 15 überhöht.

Bild 3: Verformung der Tür nach dem Abkühlen.Der Holm zeigt einen Verzug von 2,7mm. Dieunverformte Geometrie wird transparent darge-stellt, Überhöhungsfaktor 15.

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HEFT 9/10 GIESSEREI-RUNDSCHAU 56 (2009)

Beim Lösungsglühen nimmt die Festigkeit desWerkstoffs drastisch ab.Die Eigenspannungen aus dem Gießprozess werden beim Aufheizendurch Kriechen nahezu vollständig abgebaut. Gleichzeitig führt geradebei Strukturbauteilen das Eigengewicht bereits zu erheblichen Verfor-mungen [3].Der Wasserkasten wird zur Wärmebehandlung beidseitig in der inBild 6 dargestellten Aufhängung gelagert. Die Symmetrie des Guss-teils und die Lagerbedingungen werden in der Simulation berücksich-tigt. In Bild 7 sind die Spannungen und Verformungen nach dem Lö-sungsglühen dargestellt. Die maximalen Spannungen betragen lediglich0,9 MPa, die maximalen Verschiebungen jedoch 4,6 mm. In Bild 8sind die berechneten Maßabweichungen zusammen mit dem Mittel-wert und den maximalen und minimalen Messwerten dargestellt. Dieberechneten Verzüge des Wasserkastens liegen nahezu in unmittelba-rer Nähe der Mittelwerte der Messungen.

Mit dieser Information ist es möglich, die Lagerung des Wasserka-stens bei der Wärmebehandlung zu verbessern. Durch Einsatz einesWärmebehandlungsgestelles mit konturangepassten Auflagen kannderVerzug erheblich verringert werden.

Bauteiloptimierung am Beispiel einesZylinderkurbelgehäuse aus GraugussDas Beispiel eines Zylinderkurbelgehäuses zeigt den Einfluss vonFormfüllung, Erstarrung und weiterer Abkühlung von Grauguss aufdie Gefügeausbildung und auf dieWerkstoffeigenschaften für das rea-le Gussteil. Die Einflussgrößen bezüglich der Eigenschaften des Guss-teiles sind im Wesentlichen die chemische Zusammensetzung, derKeimzustand bedingt durch die Impfmethode, der Erstarrungsablaufund die weitere Abkühlgeschwindigkeit. Das daraus entstehende Ge-füge bestimmt letztlich die Eigenschaften, wie Festigkeit und Härte.Durch Anwendung eines Gefügevorhersagemodells lassen sich dielokalen Bauteileigenschaften von Gusseisenwerkstoffen vorhersagen.

steht in der gezielten Kühlung des Bau-teils im Bereich der Anbindung des Hol-mes. Ziel ist es, den Temperaturgradien-ten zwischen Ober- und Unterseite wäh-rend der Abkühlung in der Form zu mini-mieren. Bei einer optimierten Temperie-rung der Form werden die Temperatur-unterschiede minimiert. Bild 4 zeigt dieTemperaturverteilung zum Zeitpunkt desAuswerfens für den neuen Gießprozess.Das Wärmezentrum im Bereich der An-bindung des Holmes wurde deutlich re-duziert, während das Bauteil in der Formabkühlt. Die effektive Formkühlung redu-ziert ebenfalls den Gradienten zwischenOber- und Unterseite. Der daraus resul-tierende Verzug kann auf 0,3 mm redu-ziert werden (Bild 5).

Die Ergebnisse der Verzugsberechnungstimmen mit den Messungen am Gussteilüberein,Tabelle 1.

Tabelle 1:Vergleich gerechneter und gemessenerVerzug des Holmes

Berechnung desVerzuges aufgrund einerWärmebehandlung für einenWasserkastenAm Beispiel eines sogenannten Wasserkastens für ein Fahrzeug desPremiumsegments soll die Entstehung desVerzuges aufgezeigt und dis-kutiert werden. Die Berechnung des Verzuges konzentriert sich dabeiauf das Lösungsglühen, da vorangegangene Messungen zu unterschied-lichen Prozesszeitpunkten den Schritt des Lösungsglühens als den fürden Gesamtverzug entscheidenden Schritt ausgewiesen hatten [2].

Bild 4:Temperaturverteilung für die optimierte Formtemperierung. Das Wär-mezentrum im Bereich der Anbindung des Holmes wurde deutlich reduziert.

Bild 6: Lagerung desWasserkastens bei derWärmebehandlung.

Bild 7: Spannungen undVerformungen desWasserkastens nach dem Losungs-glühen. Die unverformte Geometrie desWasserkastens ist transparent darge-stellt, Überhöhungsfaktor 15.

Bild 8: Vergleich der berechneten und gemessenen Verzüge des Wasserkas-tens nach derWärmebehandlung.

Bild 5: Verzug des Holmesnach vollständiger Abküh-lung unter Einsatz optimalerFormtemperierung, Über-höhungsfaktor 15.

Messung SimulationErster Gießprozess 2,9 mm 2,7 mmOptimierter Gießprozess 0,4 mm 0,3 mm

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Exemplarisch für die berechenbaren Eigenschaften zeigt Bild 9 denVergleich der berechneten Brinell-Härte mit Messwerten eines realabgegossenen Zylinderkurbelgehäuses aus Grauguss. Wanddickenab-hängig kühlen manche Bereiche des Blocks nach dem Gießen relativschnell ab. Bei Gusseisen führt das zu lokal erhöhten Härtewerten, diein der Simulation schon zum Entwicklungszeitpunkt aufgezeigt wurden.Diese Informationen werden von Gussteilkonstrukteuren sehr begrüßt,da es ihnen die Möglichkeit bietet, bereits während der Konstruktions-phase quantitative Informationen über die realen Gussteileigenschaftenunter Berücksichtigung der „Wandstärkenabhängigkeit“ des Werkstof-fes zu nutzen. Da der Einsatz von Gusseisen im Fahrzeugbau maßgeb-lich von den Möglichkeiten zur Gewichtsreduktion bestimmt wird, istdie Ausnutzung des tatsächlichenWerkstoffpotentials unter Berücksich-tigung der Verfahrensbedingungen geboten. Die Simulation der Bauteil-eigenschaften bietet hier qualifizierte Hilfestellung [5].

Kopplung vonTopologie- und autonomergießtechnischer OptimierungMit der extremen Zunahme der Rechnerleistung in den letzten Jah-ren können neue Möglichkeiten für sogenannte autonome (selbsttä-tige) Optimierungssoftwareprogramme sinnvoll und erfolgreich ein-gesetzt werden. Für Gussteile gibt es die Topologieoptimierung unddie autonome gießtechnische Optimierung. Die Nutzung beider An-wendungen unterstützt die optimale Auslegung des Gussteildesignsund des Gießprozesses.DieTopologieoptimierung wird von Gießereifachleuten gern eingesetzt,um eine vorhandene Konstruktion in ein Gussteil zu substituieren. DasErgebnis einer Topologieoptimierung ist sehr oft ein Gussteil mit einererheblichen Gewichtsersparnis im Vergleich zur Ausgangsgeometrie[6]. Sie liefertVorschläge für Erstentwürfe von Bauteilen. Dabei gibt derKonstrukteur zuerst den maximal zur Verfügung stehenden Bauraumvor und legt die Randbedingungen für Lasten und Einspannungen sowiefür gießtechnische Randbedingungen, z. B.Ausformrichtung, fest.

Eine autonome, selbsttätig ablaufende gießtechnische Optimierungbedeutet, dass das Simulationsprogramm den besten Kompromiss fürdie Prozessparameter ermittelt. Der Anwender definiert hierfür diemöglichen Freiheitsgrade für seine Prozessparameter und ein dazuge-höriges Ziel, das von der Optimierung erreicht werden soll. Das Pro-gramm entscheidet dann selbstständig, wie es am effektivsten zu demZiel kommt und berechnet selbsttätig eine Vielzahl an Varianten z. B.eines Gieß- und Speisungssystems [8],[9].Bild 11 zeigt exemplarisch denVerlauf einer rechnerischen Optimie-rung mit dem Ziel, bei gleichbleibender Qualität das Ausbringen zuerhöhen. Basis für eine erste statistische Auswertung bildet die Start-sequenz (Ausgangsvariante). Im Folgenden werden dann iterativ miteiner bestimmten Anzahl von Varianten die gießtechnischen Simula-tionen durchgeführt. Im Anschluss an jede Simulation werden die Er-gebnisse ausgewertet und abhängig vom Ergebnis neue Versionenfestgelegt.

Für eine Geometrie aus einer Topologieoptimierung wurde einegießtechnische Optimierung für ein aus Sphäroguss gegossenes Ge-häuse durchgeführt. Ziel dieser Optimierung ist die Auslegung derGießtechnik unter Berücksichtigung der Gussteilqualität (lunkerfrei)und der Gussteilkosten (Ausbringen). In dem im Folgenden beschrie-benen Fall geht es um die Dimensionierung, Anzahl sowie Positionvon Speisern und gleichzeitig um Größe, Anzahl sowie Position vonKühlkokillen (Bild 12).Neben den klassischen Ergebnissen einer gießtechnischen Simulationwie Formfüll- oder Erstarrungsergebnissen sowie Kriterien bieteteine Optimierung zusätzliche Auswertungsmöglichkeiten. Ein sehrhilfreiches Ergebnis ist das sogenannte Streuungsdiagramm, in demzwei Größen gegeneinander aufgetragen werden, z. B. zwei Optimie-rungsziele. Dieses Diagramm eignet sich, um Abhängigkeiten zweierGrößen festzustellen oder um das Pareto-Set zu visualisieren. Das Pa-reto-Set ist eine bestimmte Menge an gerechneten Varianten, welchebzgl. der formulierten Ziele in einem Optimierungsproblem die„besten“ Lösungen enthält. Eine Variante gehört zum Pareto-Set,wenn es keine andere berechnete Variante gibt, welche in allen Zie-

Bild 9:Vergleich der berechneten Härtewerte mit Messungen für ein Zylinderkurbelgehäuse aus Grauguss.

Bild 10:Ablaufdiagramm einerTopologieoptimierung nach [7].

Bild 11:Ablaufdiagramm der automatischen Optimierung von Gießprozessen.Das Programm schlägt den besten Kompromiss gemäß der Zielsetzung undder Freiheitsgrade ohne Einfluss des Anwenders vor.

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len besser ist. Diese liegen quasi auf der Grenze aller gerechnetenVa-rianten.Für ein Problem mit nur einer Zielfunktion besteht das Pareto-Setaus nur einer Variante mit dem besten Zielfunktionswert. Bei mehre-ren Zielfunktionen sind üblicherweise mehrere Varianten im Pareto-Set, die letztlich eine Auswahl an Kompromissen bezüglich der for-mulierten Ziele darstellen. In der Regel stellt das Pareto-Set das Er-gebnis einer Optimierung dar.Bild 13 zeigt zwei Streuungsdiagramme inklusive des Pareto-Sets(blaue Linie) und den besten Kompromiss (rot markiert) gemäß demdefinierten Ziel der Optimierung. Jeder Punkt in einem dieser Dia-gramme ist eine gerechnete Variante. In dem linken Diagramm wirddie Summe aller Speiservolumina über dem Porositätsvolumen undim rechten Diagramm das gesamte Kokillenvolumen über dem Poro-sitätsvolumen dargestellt. In beiden Diagrammen fällt dieVariante 318auf. Diese Variante stellt die optimale Lösung für das Optimierungs-ziel dar.Der Vergleich einer schlechten Konstellation mit der optimalen Lö-sung aus der Optimierung wird im Bild 14 verglichen. Im oberenTeilbild sind deutliche Porositäten im Bauteil sichtbar, im unteren Teil-bild das porositätsfreie Ergebnis der gießtechnischen Optimierung.

ZusammenfassungLeichtbau ist sowohl in der Automobilindustrie als auch im Maschi-nenbau eine Schlüsseltechnologie. Durch Einsatz moderner Simula-tionsmöglichkeiten ist es möglich, das gesamte Potential desWerkstof-fes und des Prozesses für das Gussteil auszunutzen. Simulationspro-gramme sind heutzutage in der Lage, Einflüsse von Fertigungsparame-tern auf die Gussteilqualität sehr genau vorherzusagen und könnensomit auch frühzeitig zur Gewichtsreduzierung eingesetzt werden.

Die gelieferten Informationen von Simulationsprogrammen unter-stützen sowohl den Konstrukteur bei einer gießgerechten und ge-wichtsoptimierten Auslegung des Bauteils als auch den Gießer hin-sichtlich einer prozesssicheren und kostengünstigen Fertigung.

Danksagung:Bilder mit freundlicher Genehmigung der Georg Fischer Auto-motiveAG, der MAAG GearAG und derVolkswagenAG.

Literatur[1] Egner-Walter, A.: „Berechnung der Entstehung von Spannungen beim

Gießen“, Gussprodukte ‘99. Hoppenstedt-Verlag 1999[2] Scholtes, B. et al.: „Fertigungsoptimierung dünnwandiger Gussteile aus

Leichtmetall“, im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes FOGL(Kennz.02PD2141), 2005

[3] Hattel, J.E.;Thorborg, J.; Bellini, A.: „Thermomechanical conditions in heattreated aluminium cast parts“, Modelling of Casting, Welding and Ad-vanced Solidification Processes, MCWASP XI 2006, pages: 193-200

[4] Flender, E.; Sturm J.C.: „Anwendungs- und kostenoptimierte Gusskon-struktionen durch Einsatz der rechnerischen Simulation“, Gussprodukte‘99. Hoppenstedt-Verlag 1999

[5] Menne R.J.,Weiss U., Brohmer A., Egner-Walter A.,Weber M., Oelling P.:„Einsatz der Gießprozesssimulation zur Bauteil-Leistungssteigerung beigleichzeitiger Reduzierung von Entwicklungszeit und -kosten – Ausge-wählte Beispiele aus der Ford-Motorenentwicklung“, 28.Wiener Moto-rensymposium 2007

[6] Meske R.; Sauter S.; Friedrich M.: „Topologie- und Gestaltoptimierungmit CAOSS und ABAQUS“, ABAQUS-Anwendertreffen, 2000,Winter-thur

[7] Schulz, R.; Amato, R.;. Egner-Walter; A; Busch G.; Zimmermann, J.: „Vonder Schweißkonstruktion zum Gussteil – Topologieoptimierung undGießsimulation für ein Getriebegehäuse“, Unveröffentlicht, Vortrag aufdem 4. MAGMA-Eisengussseminar 2006, Heilbronn

[8] Hartmann G.; Kokot V.; Seefeldt R.: „Numerical Optimization of CastingProcesses“, 21st CAD-FEM Users’ Meeting 2003, International Con-ference on FEMTechnology, Potsdam, 2003

[9] Hahn I.; Hartmann G.: „Selbstständige Rechnerische Optimierung vonDruckgussteilen und -Prozessen“, Konstruktion, Springer / VDI Verlag,März 2008

Kontaktadresse:MAGMA Gießereitechnologie GmbH, D – 52072 Aachen, Kackertstraße 11,Tel.: +49 (0)241 88901 0, Fax: +49 (0)241 88901 60 ,E-Mail: info@magmasoft.de,www.magmasoft.de

Bild 12: Unterschiedliche Variationsmöglichkeiten. Größe, Anzahl und Positionder Speiser und Größe, Anzahl und Position der Kühlkokillen werden gleich-zeitig optimiert. Ziel ist ein dichtes und kostengünstiges Gussteil.

Bild 13: Die zwei Streuungsdiagramme zeigen das Ergebnis der Optimierung.Der beste Kompromiss für ein lunkerfreies Gussteil wurde für die Variante318 ermittelt. In dieser Variante stehen Speiservolumen, Kühlkokillenvolumenund Porositäten optimal zu einander.

Bild 14:Vergleich einer fehlerbehafteten Lösung (oben) mit der optimalen Lö-sung aus der Optimierung (unten)

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GIESSEREI-RUNDSCHAU 56 (2009) HEFT 7/8

Automobile in Zukunft noch umweltfreundlicher zu gestalten, bleibtnach wie vor eine der spannendsten Herausforderungen. Damit nochweniger Kohlendioxid ausgestoßen wird, sind Innovationen in allenDisziplinen gefragt. Eine davon hat zum Ziel, die Fahrzeuge leichter zumachen. Da weniger Masse beschleunigt werden muss, wird wenigerEnergie aufgewendet und somit weniger Abgas erzeugt.

Eine äußerst interessante Leichtbauphilosophie, die hierzu genutztwerden kann, ist die Bionik. Hier werden Strategien und Bauplänevon der Natur abgeschaut und in der Technik kopiert – oder viel-leicht besser – zitiert. Bäume und Skelette sind Tragwerke, die seitJahrtausenden den Gesetzen des ultimativen Leichtbaus folgen. Da-mit lassen sich neue Wege finden, um technische Strukturen ausMenschenhand zu „erleichtern“. Die Designideen der Natur lassensich dabei am besten durch dasVerfahren Giessen in reale Strukturen

umsetzen. Auf diese Weise lassen sich homogene, kerbarme Formenerzeugen, die wie ihre biologischen Vorbilder mit einer gewissenLeichtigkeit den Belastungen zuverlässig Stand halten.

Was ist Bionik?Autos, die wie Kofferfische aussehen, Flugzeuge die mit einer rauhenHaut ähnlich dem Hai ihren Widerstand vermindern: Dies sind nurzwei Beispiele für die Anwendung von Bionik, die für Aufsehen sor-gen. Technik lässt sich mit vielen Tricks der Natur verbessern, sie istein perfekter Lehrmeister. Kein Wunder, denn Lebewesen und Pflan-zen mussten über Jahrmillionen ihr Optimum finden um zu überle-ben – und davon können wir uns heute ein Stück abschneiden.Doch so neu ist das Thema gar nicht. Die Bionik ist viel älter, als man-che glauben. Bereits Leonardo da Vinci hatte Erkenntnisse, die er inBiologie und Anatomie fand, auf genialeWeise versucht in dieTechnikzu übertragen. Und der aus unserem modernen Leben nicht mehrweg zu denkende Klettverschluss wurde bereits im Jahre 1940 durcheine Pflanze – die Klette – inspiriert.

Die Last mit dem GewichtDoch kehren wir nun wieder zurück in die Gegenwart unserer heuti-gen Autos. Diese werden immer schwerer. Hatte ein Fahrzeug derKompaktklasse im Jahr 1980 noch 750 kg Leergewicht, so sind esheute schnell 1.200 kg. Ein Mittelklasseauto kommt locker auf andert-halbTonnen.Die Massen sind aber nicht wegen mangelnder Ingenieurskunst ge-wachsen. Ein nicht zu unterschätzender Anteil kommt durch bessereAusstattungen und stabilere Karosserien, die uns bei einem Unfallheute wesentlich besser schützen als früher. Dennoch kann man esnicht gerade ideal nennen, einen 75 kg Menschen mit einer Maschinevon 1.500 kg zu bewegen. Und je schwerer die Autos sind, destoschwerer müssen Chassis und Bremsen werden, um das Fahrzeugsicher bewegen zu können. In gleichem Maß wachsen Benzinver-brauch und der Ausstoß von Kohlendioxid. Um diese Gewichtsspiralezu durchbrechen, ist Leichtbau gefragt – die Kunst, Rohstoffe undRessourcen effizienter einzusetzen.Der anstehende Umstieg in die Elektromobilität erhöht den Druckweiter. Da elektrische Speicher nur ein Hundertstel der Energiedichtevon Benzin und Diesel besitzen, muss die Fahrzeugstruktur wesentlichleichter werden, um vernünftige Reichweiten zu erzielen.

Suche nach dem OptimumDoch wie findet man nun das Optimum? Der herkömmlicheWeg istdie „Trial-and-Error-Methode“. Dabei wird eine erste Startkonstruk-tion des Ingenieurs über Berechnung und Designänderung über vieleSchlaufen hinweg virtuell am Rechner optimiert, bis man die gesteck-ten Ziele erreicht – oder vielleicht bereits vorher Zeit und Geld zuEnde sind.Ein weitaus bessererWeg ist es, die Natur um Rat zu fragen. In Bild 1ist der übliche Ablauf einer bionischen Optimierung zu sehen. Zu-nächst muss der für das geplante Bauteil zur Verfügung stehende Bau-raum definiert werden. Danach werden über ein FEM-Programm allespäter im Betrieb auftretenden Lasten aufgegeben. DieTopologie-Op-timierung schält nun aus diesen gegebenen Randbedingungen die be-sten Lastpfade heraus. Damit erlaubt das FEM-Programm, das einge-setzte Material bestmöglich auszulasten, das leichtestmögliche Designist gefunden.Zur Interpretation der Pfade zu einem realen Bauteil braucht es abernach wie vor den Ingenieur, er muss mit seinemWissen über Mecha-

Bionik und Guss – eine gute Kombination*)Bionic and Castings – a good Combination

Dipl.-Ing. Dr.mont. Leopold Kniewallner,Jahrgang 1963, hat Werkstoffwissenschaften an derMontanuniversität Leoben studiert. 1992 starteteer seine Berufstätigkeit bei Georg Fischer Automo-tive am Standort in Herzogenburg. Nach einigenAuslandsaufenthalten leitet er seit 2000 das Zen-trallabor in Schaffhausen/CH mit den BereichenProdukt-,Werkstoff- undVerfahrensentwicklung

Dipl. Ing. (FH) Guido Rau, studierteMaschinenbau und Fahrzeugtechnik an FH Kon-stanz. Er arbeitete mehrere Jahre im Bereich For-schung & Entwicklung der GF Automotive AG.Seit 2000 ist er Leiter der Produktentwicklung beider GF Automotive AG in Schaffhausen, Schweiz.

*) Vorgetragen von L. Kniewallner auf der 53. Österreichischen Gießereita-gung am 23.April in Salzburg.

nik und Giesstechnik die Vorschläge in ein realisierbares Bauteildesignüberführen. Die Bionik hilft ihm aber dabei, sein Ziel wesentlichschneller und effizienter zu erreichen. Und manchmal kommt manerst durch diesenWeg zu ganz neuen, unkonventionellen Lösungen.

Leichtbau aus einem GussDas Herstellverfahren spielt natürlich eine wichtige Rolle, wenn mandie bionischen Ideen in reale und kostengünstige Komponenten um-setzen möchte. Je mehr Freiheit das Verfahren in der Formgebungbietet, desto einfacher kann man den Ratschlägen der Topologie-optimierung folgen. Das Verfahren des Giessens ist hier unschlagbar :Es lässt vielfältige Freiheiten der Formgebung zu, um Bionik sinnvollund kostengünstig in Großserie zu realisieren. Variable, an die Be-lastungen angepassteWandstärken, lassen sich am einfachsten durchflüssiges Metall formen. Komplexe Formen, hohle Bereiche – alleSpielarten sind hier möglich, um die Form der Funktion folgen zulassen.Am Beispiel eines gegossenen Schwenklagers wird dieses Potenzialveranschaulicht (Bild 2). Mit Hilfe der Bionik und dem hochfestenGusseisenwerkstoff SiboDur konnte hier das Bauteilgewicht gegen-

über dem Vorgänger um fast ein Viertel reduziert werden. Damitkann man insgesamt 2 kg Gewicht im Fahrzeug sparen. Die Formmag auf den ersten Blick etwas unkonventionell wirken, doch sie er-füllt alle Funktionen sicher und hält den Lasten zuverlässig stand.

Ein Blick in die ZukunftUntersucht man die Knochen genauer, so entdeckt man neben Hohl-räumen auch poröse Bereiche. Es bilden sich also heterogeneWerk-stoffeigenschaften aus, die an die jeweiligen lokalen Beanspruchungenangepasst sind.Lehrmeisterin Natur hat scheinbar noch ein paar Tricks für uns aufLager. Denn „Vollkommenheit ist nicht erreicht, wenn man nichts mehrhinzufügen, sondern wenn man nichts mehr entfernen kann“, wie schonAntoine de Saint-Exupéry zu berichten wusste.

Kontaktadresse:Georg Fischer Automotive AG, CH-8201Schaffhausen,Amsler-Laffon-Strasse 9,Tel.: +41 (0)52 631 2114, Fax: +41 (0)52 631 2852,E-Mail: muk.au@georgfischer.com, www.automotive.georgfischer.com

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HEFT 9/10 GIESSEREI-RUNDSCHAU 56 (2009)

Bild 1 Bild 2

*) Vorgetragen auf der 53. Österreichischen Gießereitagung am 24. April2009 in Salzburg.

1. EinleitungWerkstoffe sind die Grundlage der heutigen technischen Zivilisation.Technischer Fortschritt und gesellschaftliche Entwicklungen sorgenund sorgten für eine ständigeWeiterentwicklung derWerkstoffe undder an sie gestellten Anforderungen. Somit herrscht ein ständigerWettbewerb der Werkstoffe. In unserer technisch geprägten Weltkommt den Metallen und besonders dem Gusseisen eine herausra-gende Position zu. Jedoch kommt in der öffentlichen Diskussion häu-fig die Erwartung auf, dass Gusseisen durch andere Metalle wie z.B.Aluminium u./o. Magnesium ersetzt werden könnte. Besonders dieSubstitution von Gusseisen durch Aluminiumwerkstoffe im Zu-sammenhang mit Leichtbau und Downsizing im automotiven Moto-renbau wird oft als Beispiel für die Ablösung des Gusseisens ange-führt. Als Paradebeispiel diente in der Vergangenheit das Zylinderkur-belgehäuse.

Das Image und die in der Gesellschaft wahrgenommene Bedeutungdes klassischen Gusseisenwerkstoffs ist eher als negativ und gering zubeurteilen. Die Herstellung von Gusseisen gilt durchVerwendung fos-siler Energieträger im Schmelzaggregat Kupolofen als klimaschädlichdurch die Bildung von CO2. Dies zu widerlegen ist der Ausgangs-punkt für eine Betrachtung der energetischen und einer Emissions-bilanz des Gusseisens im Hinblick auf die Wettbewerbsposition zuAluminium.

2. AllgemeinerVergleich der betrachtetenGießereien

Die Studie „Energie CO2 Eisenguss vs. Al-Guss“ wurde anhand derProduktionsdaten der Eisenwerk Brühl GmbH (EB) beim Institut fürGießereitechnik (IfG, Düsseldorf) erstellt. Es handelt sich hierbei umWerte aus den Jahren 2006 bis 2007. Die Daten der Al-Gießereisind aus dem Jahr 2005 und wurden der Umwelterklärung entnom-men. Die Flüssigmetallmenge wurde anhand der Angabe des Ausbrin-gens aus einer älteren Quelle berechnet.Die Randparameter (Abb. 1) der gegenübergestellten Gießereiensind wie folgt :

3. SystemgrenzenAls Systemgrenzen wurden definiert :● Bereitstellung der wichtigsten Einsatzstoffe sowie deren energeti-sche Bewertung

● Bereitstellung der Energieträger als Primärenergieaufwand● Fertigung in der Gießerei bis zum Rohgussteil – inklusive Wärme-behandlung jedoch ohne Bearbeitung

● zusätzlich: energetische Bewertung der wichtigsten Transportvor-gänge

● Vergleich des Treibstoffverbrauchs von PKW mit Gussteilen ausGusseisen oder Aluminiumlegierung

Gemäß VDI-Richtlinie 4600 gehen in die energetische Bewertung le-diglich die Energieverbräuche im Zusammenhang mit AufbereitungundTransport von Sekundärrohstoffen ein.Das bedeutet im Einzelnen:● Kreislaufmaterial aus Gusseisen verlässt in der Regel die Gießereinicht. Es ist mit der Energiemenge zu bewerten, die für den internenTransport und das Zerteilen auf die erforderliche Größe notwendigist. Da diese Energiemengen in den Prozessenergiedaten der Gieße-reien bereits enthalten sind, wird das Kreislaufmaterial energetischmit Null bewertet. Das Kreislaufaluminium, das die Gießerei nichtverlässt und direkt dem Schmelzbetrieb wieder zugeführt wird, istwie das Kreislaufmaterial aus Gusseisen mit Null zu bewerten.

● Stahlschrott und Gussbruch werden mit der Energiemenge bewer-tet, die für Sortierung,Aufbereitung undTransport erforderlich sind

● Sekundäraluminium ist mit der Energiemenge zu bewerten, dieeine Sekundärhütte zum Umschmelzen benötigt. Hinzu kommtder Energiebedarf für denTransport.

● Roheisen und Primäraluminium sind als Primärrohstoffe mit denEnergiemengen zu bewerten, die erforderlich sind, um die Metalleaus den Mineralien zu gewinnen, einschließlich der Energie für Be-reitstellung undTransport.

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Vergleich der Energieeffizienz undCO2-Emissionen bei der Herstellung vonZylinderkurbelgehäusen aus Gusseisen oder

ausAluminiumlegierungen*)Comparison of the Energy Efficiency and CO2 Emissions resulting out of the Manufacturing of Cylinder Crankcases

made of Cast Iron or Aluminium Alloy

Dipl.-Ing. Gießereitechnik Eric Fritsche,15 Jahre tätig in F&E (Gießereiprozesse und Metal-lurgie) für automotive Komponenten (Kolben-ringe, Zylinderlaufbuchsen, Al-Kolben, Zylinderkur-belgehäuse), derzeit Leiter Vorausentwicklung beiEisenwerk Brühl GmbH.

Eisenwerk Brühl GmbH Al-Gießerei

Haupt- Heißwind-Kupolofen Gasbeheizte SchachtöfenSchmelzaggregat

Gusswerkstoff GJL/GJV AlSi8Cu3

Metallischer Schrott, Kreislauf, Sekundäraluminium,Einsatz Roheisen <1% Kreislauf

Formverfahren Maschinenformen Kernpaket-Sandguss(bentonitgebundener (Coldbox)Formstoff)

Kernherstellung Coldbox, Coldboxhoher Anteil Außenkerne

Energie aus nein neinAbwärme

Ausbringen 82 % 51 %

Abstichtemperatur 1520 bis 1560 °C 730 °C

Energieeinsatz KeineWärmebehandlung Sehr hoch;Wärmebehandlung gesamte abgegossene

Form

Abb. 1: Vergleich der Giessereien.

DesWeiteren ist die Betrachtung in Bilanzierungshüllen (Abb. 2) ge-gliedert, wie in der unten stehenden Grafik verdeutlicht wird :

3.1 Vormaterialproduktion – Primärenergieaufwand für Einsatzstoffe (KNA)

Der spezifische Primärenergieaufwand für Einsatzstoffe(KNA) ist neben dem Prozessenergieaufwand (KPA) einwichtiger Beitrag zum Gesamtenergieaufwand (KEA). Inder vorliegenden Auswertung sind die wesentlichen Ein-satzstoffe aus den Bereichen Schmelzbetrieb und Kern-und Formherstellung sowie zusätzlich einige Gase undder Wasserverbrauch berücksichtigt. Die Datentiefe beider Aluminiumgießerei ist etwas geringer. Beispielsweisefehlen Angaben zu Feuerfestmaterial und Schlichte.

Der Coldbox-Binder und das Amin als Katalysator für dieKern- bzw. Kernpaketherstellung konnten nicht berük-ksichtigt werden, da keine materialbezogenen Werte fürden spezifischen Primärenergieaufwand gefunden wer-den konnten. Dies führt zu einer leichten Verfälschungdes spezifischen Primärenergieaufwands zugunsten desAluminiumgusses, da in der Aluminiumgießerei die ge-samten Formen im Coldbox-Verfahren hergestellt wer-den und insofern wesentlich mehr der entsprechendenStoffe verbraucht werden.

Die Unterschiede bei den einzelnen Einsatzstoffen sindteilweise recht hoch. In der Summe zeigt sich jedoch, dass dieWertefür den Schmelzbetrieb ähnliche Größenordnungen aufweisen (Abb.3).In der Addition des nichtenergetischen Primärenergieaufwands zeigtsich, dass der Aufwand in der Aluminiumgießerei nur unwesentlich

größer ist als beim Eisenguss. Als Einschränkung gilt dies nur für denFall, dass die Aluminiumlegierung, die die Gießerei von der Sekundär-hütte bezieht, kein Primäraluminium enthält. Andernfalls ändert sichdie Situation dramatisch, denn der spezifische Primärenergieaufwandfür Primäraluminium liegt um den Faktor 20 höher als der für reinesSekundäraluminium.

3.2 Primärenergieaufwand für Prozesse (KPA)Der Primärenergieaufwand wird bezogen auf eine „Tonne gutenGuss“. Ein Großteil des Energieaufwands in Gießereien wird als Pro-zessenergie in Wärme umgewandelt. Es zeigt sich hier ein deutlicherUnterschied des Eisengussprozesses zu dem Prozessenergiebedarf derAluminiumgießerei. Der Prozessenergieaufwand liegt hier gegenüberder Eisengießerei um den Faktor 3 höher. Gründe hierfür liegen inder für Al-Guss absolut notwendigenWärmebehandlung und im Be-reich der thermischen Sandregenerierung. Der Energieaufwand fürden reinen Schmelzprozess liegt für Aluminiumlegierungen in dergleichen Größenordnung wie für Gusseisen. Die Effekte der niedrige-ren Schmelztemperatur für Aluminiumlegierungen bei einer gleichzei-tig größeren spezifischenWärmekapazität gleichen sich in etwa aus.Für einenVergleich des spezifischen Primärenergieaufwands wurde derProzessenergieverbrauch entsprechend der einzelnen Energieträger inden Primärenergieaufwand umgerechnet.

DieserWert errechnet sich beispielsweise für den elektrischen Stromaus der Prozessenergie multipliziert mit dem kumulierten Energie-Aufwand für diesen Energieträger von 2,99 und berücksichtigt damitim Wesentlichen die Energieverluste bei der Stromerzeugung. Fürden Energieträger Koks beinhaltet der Primärenergieaufwand zusätz-

lich zur Nutzenergie beispielsweise die Energiemenge,die für die Gewinnung von Kohle und deren Umwand-lung in Koks erforderlich ist.Beim Sauerstoff ist die Energie zur Gewinnung des Sau-erstoffs aus der Luft zu Grunde gelegt. Im Ergebnis(Abb. 4) zeigt sich, dass der KPA-Wert für die Al-Gieße-rei um den Faktor 3 höher liegt.

3.3 Vergleich Gesamt-Primärenergie-aufwand (KEA = KPA + KNA)Der aufsummierte Primärenergieaufwand (KEA) ist imVergleich zu anderen Eisengießereien auf einem ähn-lichen Niveau. Der Energieaufwand der Aluminiumgieße-rei dagegen ist mehr als doppelt so hoch (Abb. 5), wo-bei der Transport mit LKW und Bahn aufgrund nichtvorhandener logistischer Basisdaten nicht eingerechnetwurde. Allerdings ist dieser Aufwand in der energeti-schen Gesamtbetrachtung zu vernachlässigen.

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Abb. 2: Bilanzhülle ZKG-Fertigung.

Abb. 3: Primärenergieaufwand für Einsatzstoffe (KNA).

Abb. 4: Primärenergieaufwand für Prozesse (KPA).

[KWh/t guter Guss]

3.4 Äqivalenter CO2-WertDie CO2-Äquivalente, die sich aus dem Energieverbrauch der Herstell-prozesse errechnen lassen, liegen beim Eisenguss bei einem Wert vonca. 1.000 Kilogramm CO2 pro Tonne guter Guss. Demgegenüber ste-hen fast 2.600 Kilogramm CO2 proTonne Aluminiumguss (Abb. 6).

Der Faktor 3 aus dem Vergleich des Prozessenergieverbrauchs wirdnicht ganz erreicht, da

● der CO2-intensive Koks in der Aluminiumgießerei nicht verwendetwird und

● Erdgas zum Teil aus Wasserstoff besteht, der zu Wasser verbrenntund somit nicht in die CO2-Bilanz einfließt.

Die Transporte im Zusammenhang mit der Anlie-ferung von Einsatzstoffen sowie der Auslieferungder Produkte und dem Abtransport der Abfällehaben nur einen marginalen Einfluss auf die CO2-Bilanz.

4. Treibstoff-/CO2 Bilanz bei einerFahrleistung von 200.000 km

4.1Theoretische Betrachtung

Verglichen wird ein Kurbelgehäuse eines 1,8 LiterBenzinmotors aus Gusseisen mit Lamellengraphitmit einem Gewicht von 40 kg mit einem Kurbelge-häuse gleicher Größe aus Aluminiumlegierung miteinem Gewicht von 30 kg. Die Gewichtsreduzie-rung bei einem PKW durch Einsatz eines Kurbel-

gehäuses aus einer Aluminiumlegierung beträgt somit 10 kg. EineTon-ne guter Guss besteht aus :

● 1.000 kg/40 kg = 25 Kurbelgehäusen (Eisenguss)● 1.000 kg/30 kg = 33,33 Kurbelgehäusen (Aluminiumguss)

KEA eines Kurbelgehäuses aus Gusseisen(7.764 kWh/t guter Guss):

7.764 kWh/t guter Guss/25 Kurbelgehäuse Fe= 311 kWh/Kurbelgehäuse Fe

KEA eines Kurbelgehäuses ausAluminiumlegierung(15.818 kWh/t guter Guss):

15.818 kWh/t guter Guss/33,33 Kurbelgehäuse Al= 475 kWh/KurbelgehäuseAl

Der Mehrenergieverbrauch für die Herstellung eines Kurbelge-häuses aus Aluminium beträgt 475 kWh – 311 kWh = 164 kWhoder 53 %.Die CO2-Emission, verursacht durch den Energieverbrauch bei derHerstellung eines Kurbelgehäuses aus Gusseisen mit Lamellengraphit,errechnet sich wie folgt (982 kg/t guter Guss):

982 kg/t guter Guss/25 Kurbelgehäuse Fe =39,3 kg/Kurbelgehäuse Fe

Im Vergleich dazu die CO2-Emission, verursacht durch den Energie-verbrauch bei der Herstellung eines Kurbelgehäuses aus Aluminium-legierung (2.585 kg/t guter Guss):

2.585 kg/t guter Guss/33,33 Kurbelgehäuse Al =77,6 kg/KurbelgehäuseAl

Die Mehremission für die Herstellung eines Kurbelgehäuses aus Alu-minium beträgt

77,6 kg – 39,3 kg = 38,3 kg CO2 oder 97 %.

Die Benzineinsparung durch Gewichtsreduktion, also bei Einsatz ei-nes Al-ZKG’s, ergibt sich bei einer Fahrleistung von 200.000 km undeiner Benzineinsparung von 0,3 l Benzin pro 100 km und 100 kg.

0,3 l Benzin/100 km/100kg x 10 kg x 200.000 km = 60 l Benzin

Die Einsparung von 60 Litern Benzin (1 l Benzin => 8,9 kWh/l) überdie angenommene Lebensdauer des Motors von 200.000 km bedeu-tet eine Energieeinsparung von:

60 l x 8,9 kWh/l = 534 kWh.

Das Diagramm Abb. 7 zeigt, dass sich der Mehrenergieaufwand fürdie Herstellung des Kurbelgehäuses aus Aluminiumlegierung nach ei-ner Fahrleistung von 60.000 km egalisiert hat.

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Abb. 6: Äquivalenter CO2-Ausstoß / t guter Guss.

Abb. 7: Theoretische Energieeinsparung und CO2-Emission über die Fahrleistung.

Abb. 5: Gesamtprimärenergieaufwand KEA.

Obwohl die CO2-Bilanz für die Herstellung eines Kurbelgehäuses ausAluminiumlegierung nachteiliger ausfällt als die Energiebilanz, ist dieausgeglichene CO2-Bilanz bereits bei ca. 55.000 km erreicht. Das liegtan der hohen CO2-Emission bei der Verbrennung von Benzin. Dieserliegt bei 2,32 kg CO2 pro Liter Kraftstoff.

Theoretisch ist von diesem Zeitpunkt an die Gesamtenergiebilanzfür dieses Kurbelgehäuse besser als für das Kurbelgehäuse aus Eisen-guss.

Diese Ergebnisse sind vor dem Hintergrund zu sehen, dass die Pro-duktionsfaktoren, die für die Herstellung des Kurbelgehäuses ausAluminiumlegierung zu Grunde gelegt wurden, als nahezu optimalanzusehen sind. Zum einen wird davon ausgegangen, dass das ge-samte zugekaufte Aluminium zu 100 % aus Sekundäraluminium be-steht. In der Realität ist ein reiner Kreislauf des Aluminiums allerdingsnicht möglich, da beispielsweise beim Schmelzen von Aluminium derrelativ hohe Abbrand und andere Materialverluste ersetzt werdenmüssen.

Da die Erzeugung von primärem Al einen ca. 20fachen energetischenAufwand bedeutet, zeigt sich bei einer Zumischung von nur 5% pri-märem Aluminium eine starke Verschiebung des Break-Even Punktes(Abb. 8). Der Mehrenergieaufwand, der sich für die Herstellung desZylinderkurbelgehäuses aus einer Aluminiumlegierung mit 95% Alsek+ 5% Alprim ergibt, egalisiert sich erst nach einer Fahrleistung von190.000 km.Wird mehr primär erschmolzenes Al beigemischt, kanndie benötigte Mehrenergie nicht in einem typischen Motor-Lebens-dauerzyklus ausgeglichen werden.

Für die äquivalent errechneten CO2-Werte ergibt sich dabei natür-lich ein ähnliches Bild.

4.2 Praktische Betrachtung : Bewertung derBilanz zweier konkreter Motoren

Als eine weitere Maßnahme zur Bewertung von Energieeinsatz undCO2-Bilanz wurden zwei Motoren mit ähnlichen Bau- und Leistungs-daten verglichen, wobei das eine Kurbelgehäuse aus Gusseisen unddas andere aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. Die Maßeder Motoren, d. h. Zylinderzahl, Hubraum, Bohrung und Bohrungsab-stand sind identisch (Abb. 9). Der Motor aus Gusseisen verfügt übereine höhere Spitzenleistung, wohingegen der Motor aus Aluminiumein höheres Drehmoment aufweist.

Das Zylinderkurbelgehäuse aus Gusseisen incl. Lagerdeckel ist mit ei-nem Gewicht von 38,6 kg um 18,4 kg schwerer als das entsprechen-de Bauteil aus der Aluminiumlegierung. Mit den o.g. Daten errechnetsich entsprechend der aufgeführten energetischen Betrachtungen derEnergieaufwand für ein Kurbelgehäuse wie folgt :

1.000 kg guter Guss/38,6 kg =26 Kurbelgehäuse (Eisenguss)1.000 kg guter Guss/20,2 kg =

49,5 Kurbelgehäuse (Aluminiumguss)

KEA eines Kurbelgehäuses aus Gusseisen (EB) :

7.764 kWh/t guter Guss/26 Kurbelgehäuse Fe =

299 kWh/Kurbelgehäuse Fe

KEA eines Kurbelgehäuses aus Aluminiumlegierung :

15.818 kWh/t guter Guss/49,5 KurbelgehäuseAl =320 kWh/KurbelgehäuseAl

Der Mehrenergieverbrauch für die Herstellung ei-nes Kurbelgehäuses aus Aluminium beträgt

320 kWh – 299 kWh = 21 kWh oder 7 %.

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Abb. 9: Vergleich zweier Motoren aus GJL und Al.

Abb. 8: Energieeinsparung über die Fahrleistung in Abhängigkeit der Beimischung vonPrimäraluminium.

Einheit GJL Al

Typ 4 Zyl. 4 Zyl.

Hubraum ltr. 2.0 2.0

Bohrung mm 82,5 82,5

Bohrungsabstand mm 88 88

Leistung kW bei 147 110U/min

Drehmoment Nm über 160 195U/min

ZKG-Fertigteilgewicht kg 38,6 20,2(incl. Lagerdeckel)

Verbrauch l/100km 8 8

4.2.1 CO2-Bilanz für die Herstellung

Die CO2-Emission, verursacht durch den Energieverbrauch bei derHerstellung eines Kurbelgehäuses aus Gusseisen mit Lamellengraphit,errechnet sich wie folgt :

982 kg/t guter Guss/26 Kurbelgehäuse Fe =37,8 kg/Kurbelgehäuse Fe

Im Vergleich dazu die CO2-Emission, verursacht durch den Energie-verbrauch bei der Herstellung eines Kurbelgehäuses aus Aluminium-legierung :

2.585 kg/t guter Guss/49,5 KurbelgehäuseAl =52,2 kg/KurbelgehäuseAl

Die Mehremission für die Herstellung eines Kurbelgehäuses aus Alu-minium beträgt

52,2 kWh – 37,8 kWh = 14,4 kg CO2 oder 38 %.

4.2.2 Benzin- und CO2-Einsparung durchGewichtsreduktion

Da derVerbrauch beider Motoren gleichermaßen mit 8 l/100 km an-gegeben ist, kann eine Einsparung von Benzin bzw. CO2 während derNutzung des Fahrzeugs nicht dargestellt werden. Insofern bleiben indiesem Vergleich der kleine energetische Nachteil sowie die nachtei-lige CO2-Bilanz des Aluminiummotors unverändert.

5. ZusammenfassungVor dem Hintergrund der zunehmenden Bedeutung des Leichtbausin der ZKG- Konstruktion wurde Gusseisen mit Lamellengraphit mitsolchen aus Aluminiumguss verglichen. Ermittelt wurde zunächst derjeweilige kumulierte Energieaufwand für eine Tonne guten Guss ausGJL sowie aus einer Aluminiumlegierung, die zur Herstellung von Kur-belgehäusen verwendet wird. Hieraus wurde der kumulierte Energie-aufwand für ein Kurbelgehäuse aus GJL und aus der Aluminiumlegie-rung errechnet. Schließlich wurde die Benzineinsparung aufgrund desGewichtsvorteils des Aluminiumkurbelgehäuses sowie die Auswir-kung auf die CO2-Bilanz über eine Laufleistung von 200.000 km be-rechnet.Es zeigt sich, dass der Prozessenergieaufwand für eine Tonne gutenGuss aus einer Aluminiumlegierung drei Mal so hoch ist wie für eineTonne guten Guss aus Gusseisen.Die Herstellung von Gusseisen mit Lamellengraphit erfordert einenum ca. 16 % höheren materialbezogenen Energieaufwand. Den imVergleich höchstenWasserverbrauch und einen um weitere 6 % hö-heren nichtenergetischen Aufwand erfordert die Herstellung von ei-nerTonne Aluminiumguss.Der Gesamtenergieaufwand, der sich aus der Prozessenergie unddem nichtenergetischen Aufwand zusammensetzt, liegt mit ca.16.000 kWh/t guter Guss aus Aluminiumlegierung am höch-sten. Der Wert für Gusseisen mit Lamellengraphit liegt beica. 8.000 kWh/t.ÄhnlicheVerhältnisse ergeben sich beimVergleich der CO2-Äquivalen-te der verbrauchten Prozessenergie, wobei ca. 2.600 kg CO2/t Alausgestoßen werden. Eine Tonne guter Guss aus Gusseisen mit La-mellengraphit erzeugt ca. 1.000 kg CO2/t Fe.Dieser Nachteil für Aluminiumguss relativiert sich, wenn berücksich-tigt wird, dass aus einer Tonne Aluminium aufgrund des Massevorteilsmehr Kurbelgehäuse gefertigt werden können als aus einer TonneGusseisen. Berücksichtigt man außerdem, dass die Gewichtseinspa-rung von 100 kg an einem Fahrzeug zu einer Benzineinsparung von0,3 Liter pro 100 km führt, so zeigt sich, dass die theoretische Ge-samtbilanz für Energie nach einer Fahrleistung von ca. 60.000 km undfür CO2 nach einer Fahrleistung von ca. 55.000 km ausgeglichen ist.Ab dieser Fahrleistung wird die Gesamtbilanz für das Kurbelgehäuseaus Aluminium gegenüber den Bauteilen aus Gusseisen positiv.Allerdings gilt dies nur unter der Prämisse, dass die verwendete Al-Legierung zu 100% sekundär erschmolzen wurde. Da dies als unreali-stisch anzusehen ist, wurde eine energetische Betrachtung durchge-führt, die den Energieaufwand bei unterschiedlichen Beimischungenvon primärem Aluminium beleuchtet. Ab einer Beimischung von ca.5% primärem Al ergibt sich über die mittlere Lebensdauer eines Mo-tors von 200.000km, dass der Mehraufwand an Energie nicht mehrausgeglichen werden kann.In einer weiteren Untersuchung wurden Energieverbrauch und CO2-Bilanz für die Herstellung von zwei Motoren verglichen, für die Bau-und Leistungsdaten bekannt sind. Aufgrund des größeren Gewichts-unterschieds zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse aus Gusseisenund dem Bauteil aus Aluminium sind sowohl der energetische Vorteilals auch der CO2-Vorteil der Gusseisenkonstruktion geringer als imersten Vergleich. Beide Motoren sind mit dem gleichen Durch-schnitts-verbrauch angegeben, d.h. durch die Vorteile des Gusseisen-ZKG wurde hier das Potential einer kompakteren Motorbauweisegenutzt, wie z.B. die kompaktere Nocken- und Kurbelwelle, die zuGewichtseinsparungen führen. Somit ergibt sich keine Änderung derEnergie-, bzw. CO2-Bilanz über die Laufzeit. Der Einsatz von Alumini-umblöcken ist hier energetisch betrachtet im Nachteil.

6.AusblickWie das oben gezeigte praktische Beispiel ausweist, unterscheidensich die Verbrauchskennwerte von PKW’s mit Gusseisen- oder Al-basierten Motoren kaum. Somit kann aus energetischer und um-

welttechnischer Sicht der Einsatz von Gusseisenblöcken als sinnvollerachtet werden.Die u. s. Grafik (Abb.10) zeigt den z. Zt. geltendenTrend an, in demDownsizing-Konzepte mit Gusseisen realisiert werden. Durch kon-sequenteWeiterentwicklung der Design- u. Produktionsprozesse istes gelungen, mit hochfesten Materialien wie z.B. GJV, aber auch mitdem konventionellen GJL 250 auch bei großvolumigen Motoren inden Gewichtsbereich von Aluminium vorzudringen. Somit verrin-gert sich der Energiebedarf zur Herstellung von Gusseisen-ZKG’snochmals und damit auch der äquivalente CO2-Ausstoß.Entwicklungen von kleinvolumigen Motoren mit hoher Leistung ausGJL 250 verstärken diese Tendenz, wobei sich die Gewichte vonGusseisen und Al-basierten ZKG’s weiter annähern.Die Energie- und CO2 Bilanz wird für zukünftige, guss-eisenbasierte Motoren günstiger werden.Gusseisen trägtsomit zur weiteren Entlastung der Umwelt und zur Ein-sparung fossiler Brennstoffe bei.

Anhang: Literatur1. IfG Studie – Vergleich der Energieeffizienz und CO2-Emissionen bei der

Herstellung von Gussteilen aus Gusseisen oder aus Aluminiumlegie-rungen

2. Ketscher, N; Herfurth, K.: Kumulierter Energieaufwand – Gussteilferti-gung;Verein Deutscher Gießereifachleute; Dez 1999

3. Matthias Dienhart: Ganzheitliche Bilanzierung der Energiebereitstellungfür die Aluminiumherstellung; Fakultät für Maschinenwesen der Rhei-nisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen; Dissertation; Juni2003

4. Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS); Öko-Institut;Dez 2005

5. VDI-Richtlinie 4600: Kumulierter Energieaufwand; 19976. Excel-Auswerte-Datei „Studie Energie CO2 Eisenguss Al-Guss“; Daten-

und Berechnungsgrundlage der vorliegenden Studie; enthält die Daten-erfassungsbögen, alle Berechnungen und daraus entwickelten Charts;reine Arbeitsdatei, nicht selbsterklärend

7. Hydro Aluminium Alucast GmbH; Dillingen; Umwelterklärung 20058. R. Heidelck; H. J. Laue: Aktualisierung der Basisdaten für den Primärener-

giebedarf und die Treibhausgasemissionen im Gebäudesektor zur ganz-heitlichen Bewertung verschiedener Heizungssysteme; Endbericht; Infor-mationszentrum Wärmepumpen und Kältetechnik – IZW e.V. Hanno-ver/Karlsruhe;April 1999

9. R. Corradini, C. Hutter, D. Köhler : Ganzheitliche Bilanzierung vonGrundstoffen und Halbzeugen; Forschungsstelle für Energiewirtschaft;www.ffe.de; München, Juli 1999

10. Internetseite des GDA – Gesamtverband der Aluminiumindustrie e.V. –Sekundäraluminium; http://www.aluinfo.de/de/produkte/442_341.htm

Kontaktadresse:Eisenwerk Brühl GmbH, D-50321 Brühl, Kölnstraße 262-266,Tel.: +49 (0)2232 75-195, Fax: +49 (0)2232 75-161,E-Mail : eric.fritsche@eb-bruehl.de, www.eb-bruehl.com

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Abb. 10:Verhältnis Gewicht zu Hubraum bei ZKG aus GJL und AI.Quelle: FEV, mit weiteren Informationen von EB.

ZitatJedes Gramm Gewichtseinsparung bei gleicher Funktion ist ein klei-ner Sieg des Erfinderischen (sinngemäß Bauhaus).

Einführung

Die Entwicklung von Produkten und insbesondere von Gußbauteilenwird mit zunehmend neuen Herausforderungen konfrontiert. Bei-spielsweise steht das Thema Gewichtsreduktion im Fahrzeug im di-rekten Zusammenhang mit der Minderung des CO2 Ausstoßes.We-niger bewegte Masse resultiert in weniger Verbrauch. Man kann fest-halten, dass eine Gewichtseinsparung von 100 Kilogramm etwa0,35 Liter Verbrauchseinsparung pro 100 Kilometer einbringt. Ent-sprechend verringert sich der CO2-Ausstoß um ca. 8,4 g CO2 proKilometer [4]. In der Luftfahrtindustrie ist dasThema Leichtbau allge-genwärtig. Eine Masseeinsparung am Flugzeug bedeutet eine direkteErhöhung der Nutzlast, wodurch das Gewichtsverhältnis von FrachtzuTransportmittel verbessert wird [11].

Angenehme Nebenprodukte einer Gewichtsreduzierung sind dieEinsparung von Ressourcen, Materialkosten und Produktionsenergieeines Bauteils. Wenn z.B. in der Automobilindustrie bei einem ausAluminium hergestellten Bauteil 400 g Gewicht pro Teil eingespartwerden kann und das Teil 100.000 Mal produziert wird, können alleinin der Herstellung dieses Bauteils 40Tonnen Aluminium gespart wer-den. Dies führt nicht nur zur Senkung der Materialkosten in der Pro-duktion, auch die entsprechende Menge Energie, die zur Herstellungund Verarbeitung des Materials benötigt worden wäre, muss nichtaufgewendet werden [4].

Leichtbau durch konsequente Optimierung

Im Sinne einer besseren Umweltverträglichkeit gilt es, die festgesetz-ten Ziele so schnell und kostengünstig wie möglich umzusetzen undsowohl die Entwicklung als auch die Produktion neuer Produkte zuoptimieren. Die Fähigkeit, Optimierung im Entwicklungsprozess pra-xisgerecht einzusetzen, ist daher in allen Industrien wichtigste Grund-voraussetzung bei der Entwicklung eines neuen Produktes. CAE Soft-ware kann dabei helfen, innovative Ideen zur Optimierung schnell zutesten und in den Entwicklungszyklus einzubinden.

TopologieoptimierungEine immer größer werden Bedeutung erhalten hierbei Topologieop-timierungsverfahren, die bereits in der frühen Phase der Entwicklungaus einem gegebenen Bauraum und den relevanten Lastfällen einenDesignvorschlag ermitteln können. Eine sehr gute Umsetzungsmög-lichkeit bietet dabei die Gießertechnik, da dieses Fertigungsverfahrenfast jegliche Freiheit in Form und Gestaltung bietet, wie z.B. Freiform-flächen, komplexe Hohlräume und variierendeWandstärken.Fertigungsrestriktionen, die das Gießen mit sich bringt, wie z.B. eine mi-nimale oder maximaleWandstärke, Entformrichtung (Bild 1) usw. las-sen sich schon während der Optimierung berücksichtigen, so dass amEnde nur noch ein geringer Interpretationsaufwand nötig ist, um denDesignvorschlag in eine fertigbare Konstruktion umzusetzen [2,10].Diese Vorgehensweise bietet sich im Besonderen bei Neukonstruk-tionen früh im Entwicklungsprozess an, aber auch bei Aufgabenstel-lungen wie Machbarkeitsstudien bei Wechsel des Gießverfahrensoder für den Fall, dass eine Schweißkonstruktion in ein Gußteil über-führt werden soll. Das Beispiel des Tunnelquerträgers für S-TronicGetriebe im Audi A4/A5/Q5 (Bild 2) zeigt, wie das Sandgußverfah-ren erfolgreich durch Druckguß substituiert wird. Neben einerMasseeinsparung von 15% konnten die Fertigungskosten um mehrals die Hälfte reduziert werden, bei leicht verbesserter strukturellerPerformance. Die Topologieoptimierung lieferte dabei sehr früh imEntwicklungsprozess wertvolle Informationen, die einen Wechsel desFertigungsverfahrens erst möglich macht [6].

Eine weitere Möglichkeit der Anwendung besteht, wenn ein Bauteilgezielt abgespeckt oder verstärkt werden soll. Dann sorgt die Topolo-gieoptimierung dafür, dass das zusätzliche Material an der richtigenStelle hinzugefügt wird. Das Beispiel eines Teilsegments eines Motorsvon VW zeigt, wie die Methodik dafür aussehen kann. Die Anforde-rung einer Erhöhung des Zünddrucks bedingte eine Verstärkung derKonstruktion. Ausgangsbasis ist eine fertige Konstruktion, ausgelegt füreinen niedrigeren Zündruck (Bild 3.1).Als ersten Schritt wird an denmöglichen Stellen zusätzlicher Bauraum (Bild 3.2, rot) definiert. DasOptimierungsprogramm entscheidet dann, je nach Aufgabenstellung,wie viel und wo Material gebraucht wird (Bild 3.3). Diese Informa-tionen verwendet dann der Konstrukteur, um das Design zu verän-dern (Bild 3.4). Durch einen Massezuwachs von nur 560 g konntendie Spitzenspannungen um 20% effizient reduziert werden [9].

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Effiziente Entwicklung von Gussbauteilendurch den Einsatz mathematischer Struktur-optimierungsverfahren auf Basis der FEM.*)

Efficient Development of Casting Parts with structural Optimization Methods based on FEA

Dipl.-Ing. (FH) Hans Gruber,Business Development Manager, Altair EngineeringGmbH, Niederlassung München

Koautoren:Peter Hougardy, Audi Ingolstadt,Dr.Rainer Meyer-Prüßner,VWWolfsburg undJohannes Beckmann,CLAAS GUSS GmbH, Bielefeld

*) Vorgetragen von H. Gruber auf der 53. Österreichischen Gießereitagungam 23.April 2009 in Salzburg.

Bild 1: Einfluss einer Fertigungsrestriktion (Entformrichtung) auf dasOptimierungsergebnis am Beispiel einesTorsionsbalkens.

FormoptimierungIm Anschluß an die Entwurfphase kann dann dasBauteil noch weiter optimiert werden, indem z.B.Wandstärken verändert werden. Da die Idealisie-rung von Gußbauteilen mittels Finiter Elementeüberwiegend mit Volumenelementen geschieht,bleibt hierzu nur derWeg, die FE-Knoten gezielt zuverschieben. Um diesen Arbeitsschritt möglichstkomfortabel zu gestalten, werden Morphing Tech-nologien verwendet, wobei man als Anwender dieMöglichkeit hat, neben dem Verändern von Radienund Rippenstärken (vergleichbar einem parametri-schen CAD-System), zusätzlich nahezu beliebigeFormenänderungen aufzubringen. Um auch hierder Gestaltungsfreiheit des Gießens Rechnung zutragen, wurde eine zweite Art der Formoptimie-rung in OptiStruct entwickelt – die freie Shapeop-timierung. Hierbei gibt der Nutzer Flächen vor, diesich verändern dürfen und der Optimierer findetdie optimale Form. Fertigungsrandbedingungen wieBauraumgrenzen und Entformrichtung können beidieser Methodik während der Optimierung berük-ksichtigt werden. Das angeführte Beispiel (Bild 4)zeigt eine klassische Spannungsreduktion an einerkritischen Stelle einer Rippe, wobei die maximaleVergleichsspannung um 23% reduziert werdenkonnte.Weitere Anwendungen sind z.B. die Dimen-sionierung auf vorgegebene Steifigkeiten (statischund dynamisch), Eigenfrequenzen oder Lebensdauer[1, 8].

SoftwareDie genannten Bauteile wurden mit OptiStruct op-timiert. OptiStruct verwendet zur Berechnung ei-nen integrierten Finite-Elemente- und Mehrkör-persimulationssolver (Radioss), was eine effizienteKommunikation zwischen Solver und Optimierer(z.B. zur Berechnung von Sensitivitäten [3, 5]) undeinen stabilen Ablauf des Optimierungsprozessesermöglicht. Für alle Optimierungsmöglichkeitenverwendet OptiStruct einen einheitlichen Ansatzauf mathematischer Basis. Der Nutzen für den An-wender ist dabei eine beliebige Kombination vonOptimierungsverfahren und -größen in eine für dieAnwendung passende Aufgabenstellung. Man kanndazu eine große Auswahl von Systemantwortenaus verschiedenen physikalischen Bereichen (multi-disziplinär) zur Formulierung der Optimierungsauf-gabe verwenden:

● Statik (Steifigkeiten, Festigkeiten, Schädigungen, ...)

● NVH (Dynamische Steifigkeiten, Abstrahlung,Schalldruck, Powerspektraldichten, ...)

● MKS (Spannungen am Flexkörper, Reaktionskräf-te,Verschiebungen, ...)

● Thermische Größen (Temperatur, thermischeSpannungen)

● Funktionen (aus den o.g. Größen oder extern)[1, 5, 9]

Die Bedienung von OptiStruct erfolgt entwederaus einer beliebigen Pre- und Postprozessorumge-bung (z.B. HyperMesh, HyperView) oder aus demCAD System CatiaV5 (HyperShape).

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Bild 2: Referenzbauteil (Alu Sandguß) – Design auf Basis der Topologieoptimierung(Alu Druckguß)Tunnelquerträger für S-Tronic Getriebe im Audi A4/A5/Q5, [6].

Bild 3: Methodik gezieltes Verstärken eines Bauteils am Beispiel eines Motorsegments,[9].

Bild 4: Spannungsreduktion mit Hilfe der freien Shapeoptimierung am Beispiel einesGetriebegehäuses.

HyperWorks bietet nicht nur die nötigen Werkzeuge rund um dieOptimierung, sondern eine komplette Arbeitsumgebung zur virtuel-len Produktentwicklung. Dies beinhaltet Werkzeuge zum Pre- undPostprozessing, sowie Solver (FEM implizit und explizit, MKS) undGeometrierückführung. Werkzeuge für Bereiche, wie z.B.Betriebsfestigkeit oder CFD, die von HyperWorks direkt nicht odernur teilweise abgedeckt werden, können mit Hilfe des Partnerpro-gramms (HWEC) über das Lizenzierungssystems von Altair genutztwerden.

Zusammenfassung

Der Einsatz von fortschrittlichen Entwicklungsmethoden und Op-timierungssoftware hat gezeigt, dass mit Hilfe von Leichtbau deut-liche Gewichtseinsparungen bzw. kürzere Entwicklungszeiten, imSpeziellen bei der Entwicklung von Gußteilen, umgesetzt werdenkönnen (Bild 5). Dies dient einer schnelleren Realisierung vonDesign Innovationen und einerVerbesserung der Produktqualität.

Literatur[1] Altair OptiStruct, Users Manual

v10.0, (2009), Altair Engineering inc.,Troy MI.

[2] Bartels Christine, Johannes Bek-kmann, Structurbionik_ Topologie-optimierung in der gießtechnischenBauteilentwicklung, KEM November2007

[3] Bendsoe, M.P.; Sigmund, O.;TopologyOptimization – Theory, Methodsand Applications, Springer Verlag,Heidelberg, 2003.

[4] Gebhardt Evelyn, CO2-Reduzierungmit Hilfe von Leichtbau-Strukturen,Digital Engineering 3/2008

[5] Gruber H.; Schuhmacher, G.;Förtsch, C.; Rieder, E., Optimizationassisted structural design of the rearfuselage of the A400M, a new mili-tary transport aircraft, *Altair Engi-neering, NAFEMS Seminar : “Optimi-zation in Structural Mechanics”,April 27-28, 2005, Wiesbaden Ger-many

[6] Hougardy Peter,Topology optimization of engine and gearbox mountcastings, 9th Stuttgart International Symposium Automotive and Engi-neTechnology, March 2009

[7] Meyer-Prüßner Rainer, Topology Optimization at Volkswagen, Ge-wichtsreduktion durch Concept Design, 17.09.2008, Böblingen

[8] Ming Zhou, Cheng-An Xiong, Kang Zhao, Raphael Fleury, Yaw-KangShyy, Structural Optimization Considering Fatigue Requirements, 8thWorld Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization,June 1-5, 2009, Lisabon

[9] Schramm, U.; Structural Optimization – An efficient Tool in Automoti-ve Design. ATZ – Automobiltechnische Zeitschrift, 100 (1998) Part 1:456-462, Part 2: 566-572. (In German, English in ATZ worldwide).

[10] Schramm, U.; Thomas, H. L.; Zou M.; Manufacturing Considerationsand Structural Optimization for Automotive Components, (2002), So-ciety of Automotive Engineers, Inc.

[11] Schuhmacher, G.; Stettner, M.; Zotemantel, R.; O’Leary, O.;Wagner, M.;optimization assisted structural design of a new military transport air-craft, (2004),American Institute of Aeronautics and Astronautics.

Kontaktadresse:Altair Engineering GmbH, Niederlassung München,D-85716 Unterschleißheim, Edisonstraße 2,Tel.: +49 (0)89 379952-458,Fax: +49 (0)89 379952-49, E-Mail: gruber@altair.de, www.altair.de

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Bild 5:Vergleich Entwicklungsprozess ohne/mit Einsatz von Strukturoptimierungsverfahren.

ZusammenfassungFür eine verbesserte betriebsfeste Auslegung von Aluminium-Druckgussbauteilen muss die Porenverteilung im Bauteil abge-schätzt werden können. Ein existierendes Porositätsmodell wurdefür die Berechnung der Porenverteilung in einem Referenzbauteilverwendet. Ein Vergleich mit der Porenverteilung in einem realenBauteil zeigt eine sehr gute Übereinstimmung.Der Einfluss der Poren auf die Schwingfestigkeit wird anhand derGleichung nach El-Haddad beschrieben. Daraus kann, zusammenmit der Porenverteilung im Bauteil, die lokal ertragbare Spannungs-amplitude abgeleitet werden.

EinleitungDruckgussbauteile weisen aufgrund der turbulenten Formfüllunggegenüber dem Kokillen- oder Sandguss eine deutlich erhöhte Poro-sität auf. Um diese für die betriebsfeste Auslegung ansatzweise abbil-den zu können, wird zurzeit das Bauteil in eine porenfreie Rand-schicht (meist 0,5 bis 1,0 mm stark) und einen porenbehaftetenGrundwerkstoff unterteilt. Jedem dieser Bereiche wird eine entspre-chende Wöhlerlinie oder Schwingfestigkeit zugewiesen. Die Probenfür die zyklischen Versuche des porenbehafteten Materials werdendabei meist aus dem Bereich größerer Wandstärke (und damithöchster Porosität) herausgearbeitet. Dies führt zu entsprechendkonservativen Schwingfestigkeiten.Bei der Betrachtung einer gegossenen Probengeometrie (Abb. 1,links) weist diese eine graduelle Zunahme der Porengröße und An-zahl in Richtung der Probenmitte auf (Abb. 1, Mitte). Die aus derProbengeometrie resultierende Spannungsverteilung unter axialerZugbelastung ist in Abb. 1 (rechts) dargestellt.Wird der Spannungsverlauf über die Porenverteilung gelegt (Abb. 2),so ist ersichtlich, dass im Bereich der höchsten Spannung nur sehr we-nige, kleine Poren vorhanden sind. Die größten Poren liegen im Be-reich geringster Spannung. DieseTatsache wird bei einer vereinfachtenUnterteilung in porenfrei und porenbehaftet vernachlässigt.

Wie bereits erwähnt, wird diese Probe für die konventionelle Be-rechnung der Sicherheit gegen zyklisches Versagen in zwei Bereiche(porenfrei und porenbehaftet) unterteilt. Damit ergibt sich für dieProbe aus Abb. 1 einVerlauf der zulässigen Spannung wie in Abb. 3gezeigt. Die aufgrund der aufgebrachten Belastung in der Probe vor-handene Spannungsverteilung ist ebenfalls dargestellt. Der kritischsteBereich liegt dabei im Übergang von porenfrei auf porenbehaftet. Die

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Berücksichtigung der Porenverteilung bei derbetriebsfestenAuslegung vonAluminium-Druckgussbauteilen

Considering the Pore Distribution for the Fatigue Proof Design of Aluminium High-Pressure die Casting Components

Dipl.-Ing. Dr.mont. Christian Oberwinkler,Jahrgang 1975, Absolvent der Studienrichtung Petro-leum Engineering an der Montanuniversität Leoben.Nach mehrjähriger internationaler Tätigkeit in derErdölindustrie kehrte er 2007 als wissenschaftlicherMitarbeiter am Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinen-bau an die Montanuniversität zurück, wo er 2009promovierte.Seit 2009 ist er Bereichsleiter für fertigungsinduzier-te Einflüsse auf die Betriebsfestigkeit an diesemLehrstuhl.

Univ.Prof.Dipl.-Ing.Dr. techn.Wilfried Eichls-eder, Jahrgang 1956, studierte Maschinenbau anderTechnischen Universität Graz. 1981 trat er in dieSteyr-Daimler-Puch AG als Finite Elemente Berech-ner ein, hatte dann verschiedene Positionen imBereich der Forschung und des Engineerings inne,zuletzt als Leiter des Engineerings und TechnologieZentrum Steyr.1999 wurde er an die Montanuniversität Leobenberufen, wo er heute Leiter des Lehrstuhls für Allge-meinen Maschinenbau ist.

Abb. 1: Probengeometrie mit Porenverteilung im kritischen Querschnitt(links); Spannungsverteilung unter axialer Zugbelastung (rechts).

Abb. 2: Spannungs- und Porenverteilung.

daraus resultierende Sicherheit gegen zyklisches Versagen liegt knappoberhalb von eins.Um eine realistische Berechnung der Sicherheit gegen zyklisches Ver-sagen zu gewährleisten, müssen daher die Porenverteilung im Bauteilund der Einfluss der Poren auf die Schwingfestigkeit bekannt sein. ImWeiteren sollen zwei Modelle zur Berücksichtigung dieser vorgestelltwerden.

Material und MikrostrukturDie für die Herleitung der neuen Methodik verwendeteAluminiumlegierung ist AlSi9Cu3. Diese untereutekti-sche Al-Si Legierung ist die im Druckguss am häufigsteneingesetzte. Die Mikrostruktur mit α-Al Dendriten, plat-tenförmigem Silizium und intermetallischen Phasen ist inAbb. 4 dargestellt.Plattenförmige Bauteile (140 x 115 x 20mm) wurdenfür die Untersuchung der Schwingfestigkeit und der Po-renverteilung gefertigt. Die Platten wurden im Druck-guss mit unterschiedlichen Kolbengeschwindigkeiten

und Nachdrücken abgegossen. Die drei daraus resultierenden Guss-qualitäten werden als Qualitäten 1 bis 3 bezeichnet, wobei 1 die be-ste und 3 die schlechteste Qualität darstellt.Die daraus resultierenden Porenverteilungen in den Platten sindin Abb. 5 abgebildet. Qualität 1 weist nahezu keine Poren in einemRandbereich von 5 mm auf, jedoch ein deutliches Band von Erstar-rungsporosität in der Mitte. Im Gegensatz dazu zeigt Qualität 3 einesehr hohe Porosität, welche in Richtung Mitte deutlich zunimmt.

Einfluss der Poren auf die SchwingfestigkeitTypische Porengeometrien aus der Druckgussplatte sind in Abb. 6zusammengefasst. Diese zeigen keine ideale Kugelform, sondern teil-weise sehr scharfkantige Übergänge, an denen es bei Belastung zuSpannungsüberhöhungen kommt.Typische Kerbformzahlen für Porenliegen im Bereich von 5 bis 9 [1]. Bei solch hohen Kerbformzahlenkann die Rissinitierungsphase vernachlässigt werden und die Lebens-dauer einer Probe oder eines Bauteils daher mit Hilfe der Bruchme-chanik beschrieben werden.

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Abb. 3:Verteilung der zulässigen und der tatsächlich auftretenden Spannungim kritischen Querschnitt der Probe.

Abb. 4: Mikrostruktur der Aluminiumlegierung AlSi9Cu3.

Abb. 5: Porenverteilung in einem Schnitt durch die abgegossenen Platten.

Abb. 6:Typische Porengeometrien aus der Druckgussplatte.

Dabei entspricht die Porengröße der initialen Risslänge (Abb. 7,links), und das Risswachstum durch das homogene Material (Abb. 7,rechts) wird mit Hilfe der Rissfortschrittskurve beschrieben.Die Rissfortschrittskurve beschreibt die Rissfortschrittsgeschwindig-keit in Abhängigkeit vom Spannungsintensitätsfaktor. Der Spannungs-intensitätsfaktor errechnet sich aus der aufgebrachten Spannung und

Abb. 7: Porengröße entspricht der initialen Risslänge (links); Risswachstum inder Mikrostruktur (rechts).

der aktuellen Risslänge. Je höher der Spannungsintensitätsfaktor ist,desto schneller wächst ein Riss durch das Material. Unterhalb einesbestimmten materialspezifischen Kennwertes – dem Schwellwert desSpannungsintensitätsfaktors ▲▲ Kth – kommt es zum Stoppen des Riss-wachstums.DiesenWert verwendete El-Haddad [2] gemeinsam mit der Dauer-festigkeit des rissfreien Materials (Glg. 1) um die Dauerfestigkeit inAbhängigkeit der initialen Risslänge zu berechnen.

Glg. 1

wobei die intrinsische Risslänge a* wie folgt definiert ist:

Glg. 2

El-Haddad berücksichtigt mit dieser intrinsischen Risslänge die Effektedes Kurzrisswachstums [3].Da Aluminium keine ausgeprägte Dauerfestigkeit aufweist, werdenalle Werte für 1.107 Schwingspiele berechnet. Daraus ergibt sich diein Abb. 8 gezeigte Kurve, die die zulässige Schwingfestigkeit für 1.107

Schwingspiele in Abhängigkeit der initialen Risslänge definiert.

Für die Verifikation des Ansatzes nach El-Haddad wurden zyklischeProbenversuche mit porenbehafteten Proben durchgeführt. Nachdem Versagen der Probe wurde die Bruchfläche nach der rissinitie-renden Pore untersucht und deren Größe vermessen. Diese Ergeb-nisse wurden zusätzlich in Abb. 8 eingefügt. Daraus ist ersichtlich,dass die, aus den Ergebnissen der Rissfortschrittskurve berechneteKurve, die Grenze zwischen den gebrochenen Proben und denDurchläufern definiert. Liegt eine Probe unterhalb der Kurve kommtes zu keinem Versagen.Wird z.B. eine Probe mit einem maximalenPorendurchmesser von 1,0 mm mit einer Spannungsamplitude von100 MPa belastet, liegt diese oberhalb der definierten Kurve und eskommt zu einem vorzeitigenVersagen der Probe.

Für die in Abb. 1 und Abb. 2 gezeigte Porenverteilung wurdefür jede Pore die ertragbare Spannungsamplitude nach Glg. 1 be-rechnet. Die Verteilung der aus der Porengröße berechneten zuläs-sigen Spannung ist für jede Pore in Richtung der inhomogenenSpannungsverteilung in Abb. 9 eingezeichnet. Die zulässige Span-

nung wurde daraus als einhüllende Kurve ermittelt. Aus der Be-rechnung der Sicherheit mit diesem Verlauf ergibt sich eine um60% höhere Sicherheit als für die in Abb. 3 dargestellte konventio-nelle Annahme.

Berechnung der Porenverteilung in einemDruckgussbauteil

Für die Anwendbarkeit des oben beschriebenen Materialmodellsmuss die Porenverteilung im Bauteil bekannt sein. Aufgrund des tur-bulenten Füllvorganges beim Druckguss gibt es bis dato kein physi-kalisches Modell, mit dem die resultierende Porenverteilung im Bau-teil berechnet werden kann. Darum wurde ein statistisches Modell –das sogenannte statistische Porositätsmodell [4] – hergeleitet. Da-mit ist es möglich die Porenverteilung in einem Druckgussbauteil ab-zuschätzen.

Es wird dabei die Weibull-verteilte Porosität innerhalb eines defi-nierten Temperaturbereichs in Abhängigkeit der Temperaturvertei-lung aus der Gießsimulation [5] und des Nachdruckes berechnet(Glg. 3).

Glg. 3

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Abb. 8: Schwingfestigkeit in Abhängigkeit von der initialen Risslänge.

Abb. 9: Zulässige Spannung entsprechend der graduellen Zunahme derPorengröße in Richtung Bauteilmitte.

Abb. 10:Temperaturbereiche in der Druckgussplatte (links); Porositätsvertei-lung der unterschiedlichen Bereiche in der Druckgussplatte.

Die Temperaturbereiche in der ursprünglich verwendeten Druck-gussplatte sind in Abb. 10 (links) dargestellt. Die dazugehörigenWeibull-Verteilungen der Porosität zeigt Abb. 10 (rechts). Die un-terste Verteilung (höchste Porosität) entspricht dem roten Bereichin der Platte, während der Randbereich (blau) die oberste Porosi-tätsverteilung aufweist (geringste Porosität).

Die Verteilungen in blau entsprechen dabei der aus Schliffen gemes-senen Porenverteilung, während die roten mit dem statistischen Po-rositätsmodell berechnet wurden.

Für die Anwendbarkeit ist es wichtig, dass die Lage einer Pore in ei-nem Bauteil nicht exakt vorhergesagt werden kann. In Abb. 11 sindzwei Schliffflächen mit identischer Probenlage aus zwei unterschied-lichen Bauteilen gegenübergestellt. Beide Bauteile wurden mit den-selben Randbedingungen abgegossen. Um die größeren Poren her-vorzuheben, wurden diese in rot dargestellt. Bei einemVergleich derbeiden Schliffe ist die Anzahl der großen (roten) Poren in etwagleich, die Lage der großen Poren jedoch unterschiedlich. Auf diesenUmstand kann auch die große Streuung bei den Ergebnissen vonBauteilversuchen zurückgeführt werden – in einem Fall liegt diegrößte Pore im Bereich höchster, im nächsten im Bereich geringererSpannungen.

Die Verteilung der Porosität bleibt jedoch von Abguss zu Abgussgleich. Diese weist für die beiden gezeigten Schliffe nur minimale Ab-weichungen auf [6].

Bei der Anwendung des statistischen Porositätsmodells wird für je-den Temperaturbereich in einem Bauteil eine Verteilung der Poro-sität berechnet. Da die Lage der Poren nicht vorhergesagt werdenkann, werden die Porositäten entsprechend der berechneten Vertei-lung den Elementen innerhalb der definierten Temperaturbereichezufällig zugeordnet. Durch die zufällige Verteilung der Porositäten istfür jede Berechnung ein unterschiedliches Ergebnis zu erwarten. Da-bei bleibt die berechnete Porenverteilung als konstanter Faktor injedem Fall gleich.

Abb. 12 vergleicht die gemessene (computertomographische Auf-nahme) mit der berechneten Porenverteilung. Es kann dabei einesehr gute Übereinstimmung festgestellt werden.

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Abb. 11: Porenverteilung in zwei Schliffflächen aus zwei Bauteilen mit densel-ben Gießbedingungen.

Abb. 12: Gemessene (computertomographische Aufnahme) und berechnetePorenverteilung in einem Druckgussbauteil.

Berechnung der Sicherheit gegen zyklischesVersagen

Der Berechnungsablauf für die Ermittlung der Sicherheit gegenzyklisches Versagen unter Berücksichtigung der Porenverteilung istin Abb. 13 skizziert. Dabei wird mit dem statistischen Porositäts-modell eine Porenverteilung im Bauteil berechnet. Zusammen mitdem bruchmechanischen Materialmodell kann damit eine lokalzulässige Spannungsamplitude ermittelt werden. Zusammen mitder tatsächlich auftretenden Spannung aufgrund der Betriebslast istes möglich, daraus die Sicherheit gegen zyklisches Versagen zu be-rechnen.

Wird die Sicherheit gegen zyklisches Versagen mit nur einer zufälli-gen Verteilung der Poren ermittelt, hat dies die Aussagekraft wie eineinzelner Bauteilversuch. Darum müssen mehrere Durchläufe ge-rechnet werden, um auch die Verteilung der Sicherheit gegen zykli-

sches Versagen zu erhalten. Dabei definiert je-weils das Element mit der geringsten Sicherheitdie Sicherheit des gesamten Bauteils.

In Abb. 14 (links) ist die Verteilung der Sicher-heit gegen zyklisches Versagen im Bauteil darge-stellt. Im Querschnitt ist ersichtlich, dass die kri-tischsten Elemente knapp unterhalb der Ober-fläche liegen (Element in rot).

Um die Verteilung der Sicherheit gegen zykli-sches Versagen aus mehreren Durchläufen(unterschiedliche Porenverteilungen durch diezufällige Zuordnung auf die Elemente) zu erhal-ten, wurden 300 Berechnungen durchgeführt.Aus jeder Berechnung wurde die geringste Si-cherheit als Bauteilsicherheit abgespeichert. DieVerteilung dieser Daten ist in Abb. 14 (rechts)für unterschiedliche Nachdrücke dargestellt.Dabei zeigt sich ein großer Einfluss bei einerAusfallswahrscheinlichkeit von 50%, der sich zugeringeren Ausfallswahrscheinlichkeiten hin ver-kleinert.

Im Weiteren kann der Einfluss einer spanendenNachbearbeitung des Bauteils auf die Sicherheit

gegen zyklisches Versagen betrachtet werden. Dafür wird die Boh-rung von ursprünglich 30 auf 35 mm aufgebohrt. Durch die spa-nende Nachbearbeitung der Bohrung sind Poren an der Oberflächevorhanden.

Diese können durch das statistische Porositätsmodell mitberücksich-tigt werden. Die Porenverteilung wird über die Temperaturvertei-lung im Bauteil berechnet.Wird ein Bereich spanend bearbeitet, sotreten Bereiche mit erhöhter Temperatur an die Oberfläche, was zueiner erhöhten Porenanzahl führt.

Es wurde wiederum für eine Porenverteilung die Verteilung der Si-cherheit gegen zyklisches Versagen im Bauteil berechnet (Abb. 15,links). In Abb. 15 (rechts) sind die Verteilungen der Sicherheit fürdie bearbeiteten Bauteile jenen der unbearbeiteten gegenüberge-stellt. Durch die Bearbeitung der Bohrung verringert sich die mini-male Sicherheit des Bauteils bei einer Ausfallswahrscheinlichkeit von50 % um 0,6.

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Abb. 13: Berechnung der Sicherheit gegen zyklisches Versagen unter Berücksichtigung der Porenver-teilung.

Abb. 14:Verteilung der Sicherheit gegen zyklisches Versagen im Bauteil (links);Verteilung der Sicherheit gegen zyklisches Versagen für unterschiedliche Nach-drücke (rechts).

SchlussfolgerungenDie Praxis zeigt, dass eine betriebsfeste Auslegung von Druckguss-komponenten unter Berücksichtigung der porenfreien Randschichtund eines porenbehafteten Grundmaterials die Realität nicht aus-reichend abbildet. Für eine verbesserte Berechnung muss diePorenverteilung im Bauteil als auch der Einfluss der Größe derDruckgussdefekte auf die Schwingfestigkeit bekannt sein.Die Kombination der beiden Modelle – des statistischen Porosi-tätsmodells und des bruchmechanischen Materialmodells – ermög-licht die Berechnung der lokalen Sicherheit gegen zyklisches Versa-gen im Bauteil. Für die praktische Auslegung von hochbeanspruch-ten Druckgussbauteilen wird damit eine Methode verfügbar, diedie Brücke zwischen der Gießsimulation und der betriebsfestenBauteilauslegung deutlich qualifiziert.

DanksagungDer österreichischen Bundesregierung (insbesondere dem Bundes-ministerium für Verkehr, Innovation und Technologie und demBundesministerium für Wirtschaft und Arbeit), der MAN Nutzfahr-zeuge AG sowie dem Land Steiermark, vertreten durch die Österrei-chische Forschungsförderungsgesellschaft mbH und die SteirischeWirtschaftsförderungsgesellschaft mbH, wird für die finanzielle Unter-stützung der Forschungsarbeiten im Rahmen des von der MaterialsCenter Leoben Forschung GmbH abgewickelten K2 Zentrums für

„Materials, Processing und Product Engineering” im Rahmen desÖsterreichischen COMET Kompetenzzentren Programms sehr herz-lich gedankt.

Literatur[1] GaoY.X.,Yi J.Z., Lee P.D., LindleyT.C.: „The effect of porosity on the fati-

gue life of cast aluminium-silicon alloys“, Fatigue Fract Engng MaterStruct 27, 2004.

[2] El Haddad M.H., Smith K.N.,Topper T.H.: „Fatigue crack propagation ofshort cracks“,ASME transactions, vol. 101, 1979.

[3] Oberwinkler C., Leitner H., EichlsederW.:„The Definition of the Influen-ce of Pore Size on the Fatigue Limit Using Short Crack Growth Experi-ments“, 9th International ASTM/ESIS Symposium on Fatigue and Frac-ture Mechanics,Vancouver, 2009.

[4] Oberwinkler C.: „Virtuelle betriebsfeste Auslegung von Aluminium-Druckgussbauteilen“, Dissertation, Montanuniversität Leoben, 2009.

[5] MAGMASOFT® v.4.4, MAGMA Gießereitechnologie GmbH,Aachen.[6] Oberwinkler C., Schönfeld F., Schmidt S., Leitner H., Eichlseder W.:„Be-

triebsfeste Auslegung von Aluminiumdruckgussteilen unter Berücksichti-gung der Porenverteilung im Bauteil“, VDI Wissensforum Gießtechnikim Motorenbau, Magdeburg, 2009.

Kontaktadresse:Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau an der Montanuniversität Leoben,A-8700 Leoben,Austria, Franz-Josef-Strasse 18,Tel: +43 (0)3842 402 1456,Fax: +43 (0)3842 402 1402, E-Mail: christian.oberwinkler@unileoben.ac.at,http://amb.mu-leoben.at

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Abb. 15: Verteilung der Sicherheit im Bauteil mit bearbeiteter Oberfläche (links); Verteilung der Sicherheit gegen zyklisches Versagen für mehrere Berech-nungsdurchläufe (rechts).

INGENIEURBÜRO TSCHANDLE N G I N E E R I N G C O N S U L T A N T S T S C H A N D LG I E S S E R E I T E C H N I K U N D C H E M I EF O U N D R Y T E C H N O L O G Y A N D C H E M I S T R Y

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Weiterbildung – Seminare –Tagungen – Kongresse – MessenDerVerein Deutscher Gießereifachleute) bietet im 2.Halbjahr 2009 in seinerVDG-Akademie folgendeWeiterbildungsmöglichkeiten an:

Datum: Ort: Thema:

200927./28.10. Düsseldorf Fortbildungslehrgang f. Immissionsschutzbeauftragte in Gießereien

28./29.10. Stuttgart Kernmacherei (QL)

30./31.10. Stuttgart Formherstellung: Hand- u. Maschinenformverfahren (QL)

06./07.11. Stuttgart Schmelzen von Gusseisenwerkstoffen (QL)

12./14.11. Duisburg Grundlagen der Gießereitechnik f. Leichtmetall-Gußlegierungen (QL)

19./21.11. Stuttgart Grundlagen der Gießereitechnik (QL)

24./25.11. Düsseldorf Metallurgie u. Schmelztechnik d. Eisengusswerkstoffe im Induktions-Tiegelofen (S)

26.11. Düsseldorf Gefügebildung u. Gefügeanalyse der Aluminium-Gusslegierungen (SE)

27.11. Düsseldorf Konfliktmanagement für Führungskräfte (S)

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WeitereVeranstaltungen:

200920./22.10. Stuttgart parts2clean Int. Leitmesse f.Teilereinigung i.d. Produktion

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22./25.10. Graz 1. Int.Treffen d. Eisen-Kunstguß-Sammler (www.schell-collection.com)

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29./30.10. Freiberg/Sa. 19. Freiberger Ledebur-Kolloquium (www.vdg-mitteldeutschland.de)

11./12.11. Duisburg 6. Hochschul-Kupfersymposium (www.kupferinstitut.de/symposium)

11./13.11. Brasov/Ro. 20th Romanian Foundry Conference a. Exhibition (riposan@foundry.pub.ro)

18./20.11. Leipzig Ansys Conference & 27th CADFEM Users’ Meeting (www.cadfem.de)

23./24.11. Düsseldorf Aluminium Automotive Applications – Material for Lightweight Construction and Design(www.aluminium-congress.com)

02./05.12. Frankfurt/M. Euromold 2009 (www.euromold.com)

02./03.12. Frankfurt/M. ForumWerkstoffe –Werkstoffe – Fertigungsverfahren – Produktentwicklung für denWerkzeug-u. Formenbau (www.euromold.com)

03./04.12. Bad Neuenahr Werkstoffprüfung 2009 – Fortschritte d. Kennwertermittlung f. Forschung u. Praxis (www.stahleisen.de)

Veranstaltungskalender

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201019./21.01. Nürnberg EUROGUSS (www.euroguss.de)

02./03.02. Bochum 10. Int. CAR-Symposium (www.uni-due.de/car)

05./07.02. Ahmedabad 58th Indian Foundry Congress mit Cast India Expo (www.ifexindia.com)

23./24.02. Duisburg 8. Formstofftage – Berichte ausWissenschaft und Praxis

20./23.03. Orlando (USA) CastExpo ’10 (Co-sponsored by AFS & NADCA)

12./16.04. Detroit (USA) SAEWorld Congress 2010 (Society of Automotive Engineers)

14./17.04. Montichiari metef-foundeq Europe (www.metef.com)

22./23.04. Leoben 54.Österr.Gießerei-Tagung mit 50 Jahre Lehrstuhl f.Gießereikunde und60 JahreVÖG

03./07.05. Schaumburg (USA) 114th Metalcasting Congress

04./06.05. Düsseldorf Aluminium Brazing – 6. Int. Kongreß (www.alu-verlag.de)

25./28.05. Freiburg Euro Superalloys – European Symposium on Superalloys a. their Applications

30.08./02.09. Nürnberg MSE 2010 – Materials Science a. Engineering (www.dgm.de)

08./10.09. Portoroz 50. Slowenische Gießerei-Tagung

14./16.09. Essen Aluminium 2010 – 8.Weltmesse u. Kongreß (www.aluminium-messe.com)

28.09./02.10. Stuttgart AMB 2010 – Int.Ausstellung f. Metallbearbeitung(www.amb-messe.de)

16./20.10. Hangzhou (Cn) 69thWFCWorld Foundry Congress (www.founmdrynations.comund www.wfc2010.com)

13./17.11. Luxor (Egypt) SPCI-9 Symposium on Science a. Processing of Cast Iron

201104./08.04. Schaumburg (USA) 115th Metalcasting Congress (Co-sponsored by AFS & NADCA)

28.06./02.07. Düsseldorf GIFA,METEC,THERMPROCESS,NEWCAST(www.gifa.de, www.metec.de, www.thermprocess.de, www.newcast.de)

1. InternationalesTreffen der Freunde und Sammler von Eisenkunstgussin der Hanns Schell Collection,Wienerstraße 10, Graz

Donnerstag, 22. bis Sonntag, 25.Oktober 2009Das genaue Programm siehewww.schell-collection.com

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Aluminum Complex Components,Inc. (Denver, USA) gewinnt renom-mierten Druckguss-Wettbewerb mitThixalloy® aus dem Hause SAG.

Die Salzburger Aluminium Gruppe steht fürFortschritt in Aluminium. Der erste Preis fürein Thixoformingteil von ACC (AluminumComplex Components) bei einem interna-tionalen Wettbewerb in Denver, Colorado,beweist einmal mehr die Qualität und Ent-wicklungskompetenz der SAG.

Die nordamerikanische Druckguss-Vereini-gung NADCA veranstaltet einmal jährlich ei-nenWettbewerb, um die innovativsten Guss-lösungen und Produkte von verschiedenen

Druckgießereien zu ermitteln. Beur-teilt wird nach den Kriterien: Genia-lität des Gussteils und des Produkt-designs, der Qualität, der Kostener-sparnis und des Beitrages zur Er-weiterung des Druckguss-Marktes.ACC setzte sich in der Kategorie„Thixoforming“ mit einer Abgastur-bolader-Turbine von der Konkur-renz ab. Die Turbine presst Luft inden Dieselmotor, um die Leistungdes Fahrzeuges zu optimieren undum zugleich Emissionen zu verrin-gern. Das Produkt besticht durchseine komplexe Geometrie. Durchden Thixoforming-Prozess ergeben sich Kos-tenvorteile von bis zu 50% gegenüber ge-schmiedeten und gefrästen Bauteilen.Nur eine von SAG Aluminium Lend speziellentwickelte Legierung macht es möglich, diehohen Anforderungen an die dynamisch me-chanischen Eigenschaften zu erfüllen. DieseLegierung ist hervorragend geeignet für denhoch anspruchsvollenThixoforming-Prozess.„Viel Aufwand und eine Menge Erfahrungwaren nötig, um dieses Material zu entwi-ckeln“, so Andreas Kraly, Leiter der Produk-tions- und Technologieentwicklung. Ein Auf-wand, der sich offensichtlich gelohnt hat.

Eigenschaften des Aluminium-Werk-stoffesTHIXALLOY®:● Exzellente Oberflächengüte der herge-stelltenTeile

● Homogene und ausgezeichnet feine Ge-fügestruktur

● Gleichförmige Randzone● Höhere Dauerfestigkeit der SAG-Legie-rung gegenüber Druckguss

Kontaktadresse:SAG Salzburger Aluminium Aktiengesellschaft,A-5651 Lend,Tel.: +43 (0)6416 6500 0, Fax: 209,E-Mail: aluminium@sag.at, www.sag.at

Der Technologiekonzern Linde Group unddie Abu Dhabi National Oil Corporation(ADNOC) werden über ihr Gemeinschafts-unternehmen Elixier zwei große Luftzerle-gungsanlagen in Abu Dhabi (Vereinigte Ara-bische Emirate) errichten. Die Gesamtinve-stition beträgt rund 800 Millionen US-Dollar.Die neuen Anlagen werden ab Ende 2010an das lokale Versorgungs- und Pipeline-Netzwerk angeschlossen und stellen Stick-stoff zur Erdgasförderung bereit.Bei der Tiefengründung zur Baustellensiche-rung gilt es nun zu beweisen, dass der dukti-le Pfahl derTiroler Röhren- und MetallwerkeAG gegenüber dem ausgeschriebenen Bohr-pfahl Vorteile aufweist. Bohrpfähle haben ei-nen hohen Betonanteil, was zu logistischenProblemen in VAE führen könnte, zudem

müsste das Anmachwasser gekühlt werden,da der Beton bei Temperaturen bis 55° C inseiner Verarbeitbarkeit beeinträchtigt wer-den könnte. Nach zahlreichen Gesprächenmit Behörden und Spezialisten des Grund-baus führteTRM zusammen mit Bauer Inter-national FZE, Abu Dhabi, im Mai d.J. einenviel beachteten Pfahltest durch. Die örtlicheBaubehörde, das „Abu Dhabi Municipality“,fordert eine Gebrauchslast von 100 Tonnenpro Pfahl mit einer Sicherheit von 2,5, alsomit einer Testlast von 250Tonnen. Mit einemHydraulikhammer (Dienstgewicht 4.200 kg),der eine Schlagenergie von 6.000 kN hat,wurde der duktile Pfahl DN 170 mm in denBoden gerammt. Das Eintreffen des Ramm-kriteriums (20 sec/1cm) lag bei 12 Meter.Der anschließende hydraulische Pfahltest

Abu Dhabi –TRM und BAUER schließen Pfahltesterfolgreich ab

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Als Sotschi am 4. Juli 2007 den Zuschlag fürdie Austragung der 22. Olympischen Win-terspiele bekam, tanzten die Menschen dersüdrussischen Stadt am schwarzen Meer aufden Straßen und feierten ausgiebig mit„Schampanskoje“. Zwei Jahre später, am20. Mai 2009, war die Freude ganz auf Sei-ten der Tiroler Röhren- und MetallwerkeAG. Der Vertrag über die Lieferungvon 14,6 Kilometer Rohrleitung und 1.414Formstücken für die Beschneiungsanlagendes Olympiaortes am Kaukasus war introckenen Tüchern: Gesamtauftragsvolumenca. 1,5 Millionen Euro.„Das prestigeträchtigste aller Beschneiungs-projekte 2009/2010 ist ganz klar an uns ge-gangen, weil wir auf diesem Gebiet dietechnologische Führerschaft besitzen undaufgrund der hohen Anzahl der benötigtenFormstücke als einziger Anbieter zuverlässi-ge und pünktliche Lieferungen zusagenkonnten“, berichtet Stefan Sterr, LeiterSonderprodukte TRM, „außerdem bietenwir den technischen Support und habenbeste Referenzen am Markt.“Für die Auftraggeber war dies entscheidend,denn die Beschneiungsanlagen im olympi-schen Skigebiet Rosa Khutor sind technolo-gisch anspruchsvoll, weil der Geländeverlaufsteil und verwinkelt ist und durch die langenZuläufe hohe Drücke in den Rohren entste-

hen. Über 12 Milliarden Dollar werden inInfrastrukturmaßnahmen und den Ausbauvon Sportstätten gesteckt. Auf den erstenBlick scheint es verwunderlich, dass hierWinterspiele stattfinden sollen. Sotschi istüppig mit Palmen, Orchideen und anderenexotischen Pflanzen ausgestattet. Das Klimaist subtropisch und verwöhnt Sotschi mit

durchschnittlich 200 Sonnentagen im Jahr.Schweift der Blick weiter nach oben, wirdklar, wo die Olympiade ausgetragen wird:Die schneebedeckten Gipfel gehören zumKaukasus-Gebirge, die höchste Erhebung,der Elbrus, liegt bei 5.642 Metern. Das zuSotschi gehörende Skigebiet Rosa Khutor inder Region Krasnaja Poljana ist etwa 40 Ki-lometer von der Küste entfernt und wirdvom 7. bis 23. Februar 2014 Austragungsortder alpinen Wettbewerbe der OlympischenSpiele sein.60 LKWs sind nötig, um alle Rohre und Form-stücke an ihren Einsatzort im Kaukasus zubringen. Im Juni d.J. machten sich die erstenLaster, beladen mit der für 2009 angeforder-tenTranche, auf die rund 2.000 Kilometer lan-ge Strecke nach Krasnaja Poljana. NächstesJahr wird die zweite Lieferung folgen.Es gilt, einen straffen Zeitplan zu bewältigen.Die Bauarbeiten müssen bis 2010 abgeschlos-sen sein. Die Fertigstellung der komplettenAnlage ist für 2011 vorgesehen. Ein Jahr spä-ter finden die Testläufe statt und 2013 wirdquasi als Generalprobe zu den olympischenWinterspielen die Universiade stattfinden.

Kontaktadresse:Tiroler Röhren- und Metallwerke AG,A-6060 Hall i.Tirol, Innsbruckerstraße 51,Tel.: +43 (0)5223 503 0, Fax: +43 (0)5223 503 210,E-Mail: office@trm.at, www.trm.at

zeigte hervorragende Ergebnisse. Bei Errei-chen der Gebrauchslast von 1.000 kN trateine Setzung von 9,46 mm auf, was nachEntlastung einer bleibenden Setzung von

2,03 mm entspricht und wiederum die her-vorragenden Materialeigenschaften des duk-tilen Werkstoffes bestätigte. Mit diesen Er-gebnissen sind nun sehr gute Voraussetzun-

gen geschaffen, um den duktilen Pfahl alsernsthafte Variante zu Bohrpfählen bei Auf-traggeber, Planer und Generalunternehmerzu platzieren.

Winterolympiade 2014 in SotschiTRM liefert Rohre und Formstücke für die Beschneiungsanlagen

Führender Gießereichemieherstellerbietet seine Produktlösungen erst-malig auf der Grundlage eines pro-zessübergreifenden Nachhaltigkeits-konzepts an.ASK Chemicals ist ein Pioneer für nachhaltigwirksame Produktlösungen für die Gieße-rei-Industrie. Auf dieser Grundlage entwi-ckelt ASK emissionsarme Bindersystemeund leistungsstarke Schlichten zum Schutzder Umwelt und einer verbesserten Pro-duktivität in den Gießereien.Die ASK Chemicals Gruppe setzt mit einemprozessübergreifenden Nachhaltigkeitskon-zept Maßstäbe, das alle wesentlichen Kern-und Formherstellungsverfahren umfasst. Esbetrifft sowohl anorganische und organischgebundene Sandkerne als auch absorptiveSchlichten. Dieser Nachhaltigkeitsansatzbeinhaltet genauso wie die technologischenund ökologischen Anforderungen eine hoheProzesssicherheit, niedrige Ausschussratenund einen wirksamen Umweltschutz. DieASK Produktlösungen werden in engerFeinabstimmung mit den Kunden, ihren indi-viduellen Gießereifertigungsprozessen undunterschiedlichen Anwendungsbereichenangepasst.

„Unsere Forschung & Entwicklung legt ihrenSchwerpunkt besonders auf die Entwicklungemissionsarmer Gießereichemieproduktemit einer sehr hohen Produktivität, die aufeine nachhaltige Fertigung der Kerne undFormen und somit auch ihrer Gussteile ab-gestimmt sind“ sagt Dr. Ulrich Girrbach,Marketing- und Verkaufsdirektor von ASKChemicals. “Wir bieten unseren Kunden in-dividuelle Systemlösungen für komplexeProbleme an.”

Anorganisches BindersystemEmissionsfreie anorganische Binder sind zur-zeit ein viel diskutiertes Thema in der Gie-ßereiwelt. In einem gemeinsamen Projektzwischen BMW und ASK hat sich gezeigt,dass das anorganische Bindersystem INO-TEC das wirksamste Verfahren für serien-mäßigen Aluminiumguss ist (Bild 1). Emis-sionen konnten bis zu 98% vermieden wer-

den, sogar mit verbesserter Produktivität.Guss mit anorganisch gebundenen Sandker-nen nach dem INOTEC-Verfahren weisenweniger Porositäten auf und damit aucheine bessere Bruchdehnung; sicherlich einguter Ansatz für die Leichtbauweise in derAutomobilindustrie.Die WD Giesserei-Technik GmbH hat alsein Teil der ASK Gruppe im Mai 2009 einneues Produktionswerk in Moosburg /Deutschland zur Fertigung von Sandkernenmit dem INOTEC- Verfahren für den Moto-renguss in Betrieb genommen.

Emissionsreduziertes hocheffizientesCold-Box Binder SystemASK Chemicals hat eine neue Generationvon Cold-Box Hochleistungsbindern mitder Eigenschaft, den Binderanteil um bis zu25% im Vergleich mit Standardsystemen zusenken, in den Markt eingeführt (Bild 2).Weniger Binderverbrauch bedeutet eineweitere deutliche Reduzierung von Emissio-nen und trägt damit zu einer nachhaltigerenGussproduktion bei. Mineralische Additivekönnen zusätzlich die Geruchsentwicklungverringern.

Hochleistungsfähige No-BakeBindersysteme für eine wirksameSchadstoffabsenkung

Säurehärtung ist eines der meistgebräuch-lichsten Verfahren für die Kern- und Form-herstellung in der Europäischen Gießereiin-dustrie. Ein Nachteil dieses Bindersystemsist es jedoch, dass unter thermischer Belas-tung Schadstoffe wie Benzol, Toluol, Xylol(BTX) und Schwefeldioxid entstehen.

Abnehmende Bedingungen vor und nachdem Abguss lassen einige Komponentenmit einer starken Geruchsentwicklung ent-stehen. Einige davon enthalten Schwefel, an-dere wiederum nicht.

ASK Chemicals hat dafür einen neuen No-Bake Furanharzbinder ASKURAN LE (LE =low emission), besonders für den Großguss,entwickelt. Ein sehr reaktives Furanharz miteinem Säurehärter, der weniger Schwefel undaromatische Verbindungen enthält. Mit demASKURAN LE Bindersystem können BTXund aromatische Verbindungen bis zu 95%mit neuem Sand und bis zu 65% bei Sandre-generaten gesenkt werden (Grafik 1).

Absorptive Spezialschlichte gegenSchadstoffe

Neben Luftreinigungssystemen, die kosten-intensiv und technisch komplex sind, ist dieAufnahme von Abgasen in absorptivenSchlichten eine andere Option.

Die CLEANTOP Schlichte ist die ASK-Ant-wort auf diesen Ansatz. CLEANTOP isteine Schlichte mit stark absorptiven Eigen-schaften, die unabhängig vom Fertigungsver-fahren im nassen Zustand auf die Formka-stenoberfläche aufgetragen wird.Die Spezialschlichte beinhaltet besonders ak-tive Festkörper, die Gerüche und Schadstoffe

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ASK Chemicals – der Spezialist für nachhaltige Produktlösungen

Firmennachrichten

Bild 1: Das anorganische Inotec® Bindersystemvon ASK Chemicals wird erfolgreich in derSerienproduktion von Kernpaketen eingesetzt,bestehend aus unterschiedlichen Sandkernen wiez. B. einWassermantelkern

Bild 2:ASK Chemicalsentwickelt emis-sionsarme hoch-effiziente Cold-Box Binder, diesich durch einensehr wirtschaft-lichenVerbrauchan Bindern undKatalysatorenauszeichnen.

Grafik 1:Schadstoffe inAbgussgasenbei Standard-Fertigung undbei Einsatz vonASKURANLE Furanharz-Bindersystem

wie vor allem die Schwefeldioxide in den Abgussgasen unterdrückenkönnen. Die Schlichte ist im nassen Zustand besonders wirksam undsollte daher nicht getrocknet werden.Die absorptiven Bestandteile können auch an die Rezeptur der Bin-demittel in den Formstoffen angepasst werden, wodurch die Wirk-samkeit der Abgasbehandlung verbessert wird. Die absorptive Kapa-zität der aktiven CLEANTOP Schlichteschicht (Grafik 2) verhinderteinen großen Anteil der BTX-Schadstoffe sich auszubreiten. DieMethode bietet den Gießereien eine wirksame Alternative, unge-wollte Schadstoffe und Gerüche zu verhindern.

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Grafik 2:Die Absorptionskapazität einer aktiven CLEANTOP Schlichteschicht

Kontaktadresse:Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH, D-40721 Hilden, Reisholzstraße 16-18,Tel.: +49 (0)211 71103-0, Fax: +49 (0)211 71103-70, info@ask-chemicals.de,www.ask-chemicals.de

Georg FischerAG – Massnahmen des Strukturprogramms greifen

Der Halbjahresabschluss des GeorgFischer Konzerns widerspiegelt dieglobale Krise der Märkte. Der Um-satz liegt 39% unter dem Wert desausgezeichneten ersten Halbjahrs2008. Das Betriebsergebnis (EBIT)beträgt CHF –122 Mio., einschliess-lich CHF 59 Mio. einmalige Sonder-belastungen für das laufende Struk-turprogramm. GF Automotive undGF AgieCharmilles waren besondershart getroffen, während GF PipingSystems weniger stark litt. Das imMai 2009 veröffentlichte Strukturpro-gramm ist auf Kurs und zeigt bereitspositive Auswirkungen, die sich imVerlaufe des Jahres noch verstärkenwerden. Die Betriebs- und Personal-kosten im ersten Halbjahr 2009 wur-den gegenüber der Vorjahresperiodeum 26% gesenkt.

Der Konzern erzielte im ersten Halbjahr2009 einen Umsatz von CHF 1 448 Mio.gegenüber CHF 2 383 Mio. im Vorjahr. Berei-nigt umWährungseffekte undVeränderungenim Konsolidierungskreis beträgt der Rückgang38%. GF Automotive und GF AgieCharmillesverloren rund die Hälfte ihres Umsatzes, GFPiping Systems 15%. Die Marktkrise erfasstealle Segmente und Regionen, wenn auch inunterschiedlichem Ausmass.Das Betriebsergebnis (EBIT) vor Sonder-belastungen per Mitte 2009 beträgt CHF–63 Mio. Die getroffenen Massnahmen zeig-ten zunehmend Wirkung, sodass der opera-tive Verlust vor Sonderbelastungen im zwei-ten Quartal gegenüber dem ersten um 60%reduziert werden konnte. Zusätzlich enthältder Halbjahresabschluss einmalige Sonder-belastungen auf Stufe EBIT in Höhe vonCHF 59 Mio. Der Konzernverlust im Halb-jahr beläuft sich auf CHF –139 Mio.

Der Freie Cashflow liegt bei CHF –125 Mio.Die Debitoren und die Lagerbestände wur-den um CHF 139 Mio. reduziert. Der Um-satzrückgang und die Kürzung der Investitio-nen führten zu einem starken Rückgang derLieferantenverbindlichkeiten. Dieser Effektwurde deutlich verstärkt, weil das Produk-tionsvolumen tief gehalten wurde, um die La-ger abbauen zu können. In der Folge ist dasNettoumlaufvermögen leicht angestiegen.Die Investitionen in Sachanlagen wurden imVergleich zur Vorjahresperiode deutlich um20% auf CHF 72 Mio. gesenkt. Durch dennegativen Freien Cashflow hat sich die Net-toverschuldung auf CHF 702 Mio. erhöht. Mitden Banken wurden neue Kreditbedingun-gen (Covenants) für den Syndikatskredit aus-gehandelt, welche eingehalten werden. Einneuer Kreditvertrag wird erarbeitet. Die Ei-genkapitalquote präsentiert sich mit 42%nach wie vor sehr solide.

Bitte besuchen Sie uns auf derTIB in Bukarestvon 28. 10. – 31. 10. 2009, Halle 14, Stand 28

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GFAutomotive verlagert Fertigung von Kanada nach China

Strukturprogramm zeigtWirkungGeorg Fischer hat im ersten Halbjahr 2009ein breit angelegtes Strukturprogramm ein-geleitet, um bis 2012 die Gesamtkosten desKonzerns nachhaltig um CHF 350 Mio. zureduzieren. Das Ziel ist, im Jahr 2010 ein po-sitives Betriebsergebnis zu erreichen undspätestens im Jahr 2012 wieder eine EBIT-Marge von 8% zu erzielen sowie die Netto-verschuldung auf unter CHF 400 Mio. zusenken. Georg Fischer geht davon aus, dassim Jahr 2009 die Talsohle erreicht, ein tragfä-higer Aufschwung aber erst 2011 zu erwar-ten ist.Die Umsetzung des Strukturprogramms istin vollem Gang. Es umfasst einschneidendeKostensenkungen, Kapazitäts- und Struktur-anpassungen sowie Devestitionen von nichtbetriebsnotwendigen Vermögenswerten.Der Konzern hat darüber am 28. Mai 2009informiert. Die Massnahmen werden gröss-tenteils bis Ende 2009 vollzogen sein. Siebelasten die Jahresrechnung 2009 mit ein-maligen Aufwendungen von rund CHF 100Mio. Davon sind CHF 59 Mio. im Halbjah-resabschluss 2009 enthalten.Die bereits realisierten Sparmassnahmenhaben im ersten Halbjahr 2009 zu einerSenkung des Betriebs- und Personalauf-wands um CHF 260 Mio. oder 26% geführt.Auch im Juni 2009 wurde die Kurzarbeit auftieferem Niveau fortgesetzt. Betroffen sindaktuell 4 000 Mitarbeitende. Dort, wo keineKurzarbeit möglich ist, wurde die Arbeitszeitreduziert und das Gehalt entsprechend an-gepasst. Die Fixgehälter der Konzernleitungund von 250 oberen Führungskräften wur-den ab Mai um 10% gekürzt, das Fixsalär re-

spektive die Bezüge des CEO und des Ver-waltungsrates um 20%.

Die drei Unternehmensgruppen vollziehenzahlreiche, nachhaltig wirksame Strukturan-passungen.

GF Piping Systems konzentriert die Produk-tion bei Georg Fischer TPA S.r.l. in Italien aneinem Standort in Busalla und fasst dieschweizerischen Haustechnik-Aktivitäten un-ter dem Dach der neu akquirierten GeorgFischer JRG AG in Sissach zusammen. Per1. Juli 2009 wurde die gesamte Organisationgestrafft.

GF Automotive passt die Strukturen undProduktionskapazitäten der Nachfrage an.Im Bereich Leichtmetall wurde die Druck-giesserei in Gleisdorf bereits verkauft. FürdasWerk in Garching laufen dieVerkaufsver-handlungen. Der Standort Herzogenburgwird verschlankt und umstrukturiert. DieFertigung in Kanada wird derzeit nach Chinaverlegt.

GF AgieCharmilles beschleunigt angesichtsder andauernden Marktkrise die Fokussie-rung der Produktionsstandorte in derSchweiz. Die Produktion in Schaffhausenwird bis zum Herbst an den Standort Nidauverlagert. Die weltweite Verkaufsorganisa-tion wurde in den vergangenen Monatengestrafft. Die Massnahmen zur Senkung derKosten, zurVerkleinerung der Produktpaletteund zur Beschleunigung der Produktent-wicklung werden vorangetrieben.

Die Umsetzung des Strukturprogrammsführt im Konzern insgesamt zu einer Reduk-tion des Personalbestands gegenüber Jahres-ende 2008 um rund 2 300 Stellen oder

16%. Im ersten Halbjahr 2009 wurden welt-weit bereits rund 1 300 Stellen abgebaut.GF Automotive litt unter dem massivenAbsatzeinbruch seiner Kunden im PKW-und vor allem im LKW-Bereich. Der wichtigeMarkt Deutschland zeigte im Mai und Junieine leichte Besserung, vor allem dank Ab-wrackprämie und Steuererleichterungen.Der insgesamt rapide Rückgang des Umsat-zes um 48% auf CHF 626 Mio. führte im er-sten Halbjahr trotz Restrukturierungs- undKostensenkungsmassnahmen zu einem ope-rativen Verlust vor Sonderbelastungen vonCHF –44 Mio. Der EBIT liegt im Halbjahr beiCHF –83 Mio. Auch bei GF Automotive istein positiver EBITTrend festzustellen. Die La-ger der Kunden im PKW-Bereich sind mitt-lerweile weitgehend abgebaut, die Talsohlescheint daher erreicht zu sein. Der Nutzfahr-zeugmarkt wird erst 2010/11 wieder wach-sen. Aussagen über das zweite Halbjahr2009 sind nach wie vor sehr schwierig, denndie Visibilität ist äusserst gering. Im Mai wur-de die erste Eisengiesserei von GF in China,die weltweit modernste Anlage dieser Art,offiziell in Betrieb genommen. Die Leichtme-tallgiesserei in Suzhou hat erfolgreich gear-beitet und den Umsatz um 22% gesteigert.GF Automotive festigt seine Position immittlerweile grössten Fahrzeugmarkt derWelt. Die derzeitige Krise hat den Trend zusparsameren, leichteren Fahrzeugen nochverstärkt. GF Automotive arbeitet mit meh-reren Kunden bereits im Entwicklungssta-dium an Leichtbaulösungen für Nachfolge-modelle.

Quelle: Halbjahresbericht der Georg Fischer AGper 30. Juni 2009 (www.georgfischer.com)

GFAutomotive, eine Unternehmens-gruppe der Georg Fischer AG, Schaff-hausen,wird den grösstenTeil derAk-tivitäten im Bereich Druckguss vomStandort Montreal, Kanada, in dieLeichtmetallgiesserei Suzhou, China,verlagern. Mit diesem Schritt stelltGF Automotive auf Ende Juli 2009seine Giessereiaktivitäten in Kanadaein. Produkte von GFAutomotive fürden NAFTA-Raum werden künftig inChina oder Europa gefertigt. Die zur-zeit 60 Beschäftigten werden im Rah-men der Verlagerung graduell freige-stellt. Die Produktion am künftigenStandort in China soll ohne Liefer-unterbruch für die Kunden weiterge-führt werden. Der Entscheid geht

darauf zurück, dass sich das wirt-schaftliche Umfeld in Nordamerikain den vergangenen Monaten starkverschlechtert hat und steht im Ein-klang mit der von Georg Fischer be-reits im November 2008 angekündig-ten Überprüfung aller Standorte vonGF Automotive. Die Verlagerungführt zu keiner wesentlichen Belas-tung der Rechnung 2009.

Ein kleinerTeil der Geschäftstätigkeit, der aufKundenwunsch lokal erfolgen soll, kann inZukunft mit Partnern vor Ort abgewickeltwerden. Die Giesserei in Kanada produziertim Druckgussverfahren Komponenten ausLeichtmetall für die Automobilindustrie undandere Industriezweige und erzielte 2008

einen Umsatz von rund CHF 10 Mio. Da-von entfallen rund drei Viertel auf den Be-reich Automobilguss.Aufgrund des stark rückläufigen Auftragsein-gangs und der damit verbundenen unterkri-tischen Grösse kann ein wirtschaftlicher Be-trieb in Montreal nicht mehr gewährleistetwerden. Die Verlagerung der wichtigstenAktivitäten in die moderne Leichtmetallgies-serei in Suzhou ist ein weiterer Schritt vonGeorg Fischer, sich dem wirtschaftlichschwieriger gewordenen Umfeld ohne Ver-zug und mit weitreichenden Massnahmenanzupassen und dadurch Kosten zu reduzie-ren.

Quelle: Medienmitteilung vom 24.02.2009(www.georgfischer.com)

Härteprüfung in ihrer effizientesten Form

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GFAutomotive startet Produktion in der Eisengießerei Kunshan/China

Seit einigen Jahren produziert GFAutomotive Aluminium-Gussteile fürdie chinesische Automobilindustriedirekt vor Ort. Jetzt fertigen dieGiesser des Schweizer Unterneh-mens in China auch Komponentenaus Eisen. Plangemäss nahm am15. Mai die neue Eisengiesserei inKunshan die reguläre Produktion auf.So kann GFAutomotive den regiona-len Markt noch flexibler bedienen.GFist einer der wenigen Hersteller inChina, die Sicherheitsbauteile ausSphäroguss anbieten. Das angewand-te Fertigungsverfahren erzeugtLeichtbaukomponenten nach höch-stem schweizer Qualitätsstandardund ist in China einzigartig. Es liegenbereits zahlreiche Aufträge von chi-nesischen und internationalen Kun-den vor, so dass das Werk bereitsjetzt gut ausgelastet ist. Kunden undGeschäftspartner von GF eröffnetenmit der Geschäftsleitung und denMitarbeitenden von Georg Fischerdie Produktion.

Mit dem neuen Werk in Kunshan setzt Ge-org Fischer seine Strategie fort, die Geschäf-te in den asiatischen Wachstumsmärktenweiter zu entwickeln. Den Anfang machte2005 die Leichtmetallgiesserei in Suzhou.Dort werden im Druckgussverfahren mitheute rund 300 Mitarbeitenden überwie-gend für den chinesischen Markt Aluminium-Produkte gefertigt. Die neue Eisengiessereiin Kunshan liegt nur 30 Kilometer entfernt,was Synergieeffekte schafft. In Kunshan in-vestierte Georg Fischer Automotive CHF50 Mio. (320 Mio. RMB). Auf dem, trotzWirtschaftskrise wachsenden, chinesischenMarkt besteht großer Bedarf an Sicherheits-bauteilen wie Schwenklagern, Radträgernund Achslenkern aus Sphäroguss. Zudemsteigern neue chinesische Bestimmungen zuAbgas- und Verbrauchswerten von Fahrzeu-gen die Nachfrage nach leichten Bauteilenauf dem neuesten technischen Stand.

Josef Edbauer, Leiter GF Automotive, zeigtesich für das neueWerk zuversichtlich: „Selbstwenn die Wirtschaftskrise dem Boom aufdem chinesischen Automobilmarkt geradeeine kleine Delle verpasst – wir sind über-zeugt, dass die Giesserei in Kunshan erfolg-reich sein wird.“ Die ersten Komponentenfür chinesische Autobauer liefen am Eröff-nungstag vor den Augen der Gäste bereitsaus den Maschinen.Die Georg Fischer Automotive (Kunshan)Co. Ltd. befindet sich strategisch günstig inder Economic & Technical DevelopmentZone von Kunshan mit einer sicheren Ener-gieversorgung und guten Verkehrsverbin-dungen. Auf der 56’000 Quadratmeter gro-ßen Fläche wurde in einer Rekordzeit vonnur 16 Monaten die Eisengiesserei in einer22’000 Quadratmeter großen Halle auf1’500 Betonpfählen errichtet. Das Herz derAnlage bilden die vier Elektroöfen mit einerLeistung von acht Megawatt und einem Fas-sungsvermögen von je zehn Tonnen. Diejährliche Gesamtkapazität der Produktions-linie beträgt 35’000 Tonnen. Zum Werk ge-hören neben dem Schmelzbetrieb eineForm- und eine Strahlanlage sowie ein sepa-rater Bürotrakt. DasWerk verfügt über zwei31,5-Megawatt-Transformatoren, die dieEnergieversorgung der Öfen mit 110 Kilo-volt Spannung sicherstellen. Bei Bedarf kannGF Automotive die Giesserei um weitereSchmelz- und Formkapazitäten erweitern.Die Produktpalette des Werks in Kunshanumfasst, unter anderem, folgende Bauteileaus dem sehr wirtschaftlichen WerkstoffSphäroguss:Schwenklager für Pkw,Achsschenkel für Pkw,Radträger für Pkw, Kontrollarme für Pkw,Kurbelwellen für Pkw, Radnaben für Lkw,kleine Achsen für Lkw, Bremssättel für Lkw.

VieleVorteile für die Kunden vonGF in ChinaDass Georg Fischer in Kunshan produziert,bietet den chinesischen Autobauern vieleVorteile: So kann GF flexibel und zeitnah auf

Kundenwünsche und Änderungen bei denBedarfen reagieren. Das ist auf dem starkschwankenden, hart umkämpften chinesi-schen Automobilmarkt von großer Bedeu-tung, denn so sind die Bauteile nicht mehrwochenlang auf See unterwegs. Die Kundenin China können zudem bei GF kostengün-stiger einkaufen als bei anderen Anbietern,da Eisenguss – bei genauso guter Qualität –preiswerter ist als Schweiss- oder Schmiede-konstruktionen.Doch anders als GF wagen sich die meistenAnbieter von Sicherheitsbauteilen in Chinanicht an Eisenguss. „Denn wer Sicherheits-bauteile aus Eisenguss fertigt, muss den Pro-zess beherrschen“, erklärt Mujia Zhang, Lei-ter von GF Automotive in China. Seit fast30 Jahren hat GF Erfahrungen mit Sicher-heitsbauteilen aus Sphäroguss gesammeltund die Bauweise kontinuierlich verbessert.GF Automotive gilt in diesem Bereich alsinternational anerkannter Material- und Ver-fahrensexperte. Das Werk in Kunshan ver-fügt über das gleiche profunde Know-howwie die europäischenWerke und greift auchauf die Qualitätskontrolle des Zentrallaborsin der Schweiz zurück. „Dank unsererLeichtbauweise fertigen wir dünnwandige Si-cherheitsbauteile aus Sphäroguss mit deut-licher Gewichtsreduktion“, sagt Zhang. Wei-tererVorteil: Die Sphärogussteile von GF ha-ben einen wesentlich geringeren Platzbedarfals vergleichbare Teile aus Aluminium undkönnen auch in engen Bauräumen eingesetztwerden.Die Giesserei in Kunshan, die zunächst mit110 Mitarbeitenden im Ein-Schichtbetriebarbeitet, wird im September mit dann170 Mitarbeitenden eine zweite Schicht ein-führen. Im kommenden Jahr werden rund250 Mitarbeitende den Drei-Schichtbetriebaufnehmen. Auf demWerksgelände könnenin Zukunft vier weitere Module auf insge-samt 140’000 Quadratmetern Bauland ent-stehen.

Quelle: GF Medienmitteilung vom 15. Mai 2009(www.georgfischer.com)

EMCO-TEST Härteprüfmaschinen bietenbeste Bedienbarkeit und einen revolutionärenAutomatisierungsgrad bei höchster, normge-rechter Präzision. EMCO-TEST entwickelt ne-ben seinem umfangreichen Produktprogrammauch Sonderprüfanlagen für namhafte Firmenin der Stahl- und Metallverarbeitungsindustrie.

Bereits 1954 wurde die Härteprüfabteilungin der Firma EMCO Maier GmbH im öster-reichischen Hallein bei Salzburg gegründet.Im Zuge einer Restrukturierung des Werk-zeugmaschinenherstellers EMCO, der imwesentlichen Drehmaschinen und Fräsma-schinen für die Industrie produziert, wurde

das Geschäftsfeld „Härteprüfung“ 1996 aus-gegliedert und die Fa. EMCO-TEST Prüfma-schinen GmbH gegründet.EMCO-TEST begann im Sept. 1996 mit denMitarbeitern der ehemaligen Härteprüfab-teilung in einem Teil der alten Räumlichkei-ten in Hallein. Aufgrund der äußerst positi-

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ven Geschäftsentwicklung baute EMCO-TEST ein neues Werk in Kuchl-Brennhofle-hen, welches im Mai 2001 bezogen wurde.Ausgesuchte Vertriebspartner in allen Indu-striestaaten vermarkten gemeinsam mit demEMCO-Test-Vertrieb die weltweit geschätz-ten Produkte.

Mit erfolgreichen Entwicklungen und offensi-ver Expansion konnte das Ziel, die etablierteMarktposition zu festigen und auszubauen,erreicht werden. Die zwei Geschäftsberei-che Standardsysteme und Sondermaschi-nen/Anlagen sowie 40 kompetente und mo-tivierte MitarbeiterInnen bilden die Basis desGeschäftserfolges.

Die Härteprüfmaschinen werden für dieVerwendung der genormten PrüfverfahrenRockwell, Brinell, Vickers und Knoop welt-weit angeboten und stellen den aktuellenStand derTechnik und Normen dar.

Neben der serienmäßigen Herstellung vonHärteprüfmaschinen in portabler Ausfüh-rung und als Standgeräte (mit Analog- oderDigitalanzeige der Härtewerte) und derenZubehör werden vor allem auch sämtlichekundenspezifische Härteprüfaufgaben alsSonderlösungen oder komplexe Sonderan-lagen mit höchster Fachkompetenz entwi-ckelt und erzeugt.

Universitäten und Konzerne in der Grund-lagenforschung in Labors und Versuchsab-teilungen.

Kontaktadresse:EMCO-TEST Prüfmaschinen GmbH,A-5431 Kuchl, Brennhoflehen-Kellau 174,Tel.: +43 (0)6244 20 438 – 25,Fax: +43 (0)6244 20 438 – 8,E-Mail: L.Zoechling@emcotest.com,www.emcotest.com

Über 90 % der Produktion werden in alleKontinente exportiert.Die Anwendungsgebiete für EMCO-TESTMaschinen und Sonderanlagen liegen vor al-lem in der metallverarbeitenden Industrie,der Wareneingangskontrolle, der Produk-tionskontrolle für Einzelteile oder auchKleinserien, sowie in der automationsunter-stützten Prüfung von Großserien. Weiterewichtige Anwendungsbereiche sind Schulen,

Zum 16.09.2009 wird die Foseco GmbH,Borken, in Vesuvius GmbH umbenannt. ImApril letzten Jahres wurde die FosecoUnternehmensgruppe von der Cookson Plcgekauft und in die Vesuvius Gruppe inte-griert. Mit dem Erwerb schlossen sich diebeiden weltweit größten Keramikspezialis-ten für den Flüssigmetallbereich zusammen.Im Rahmen dieser Integration wurde dieUmbenennung aktuell vollzogen.

„Die Umfirmierung des Unternehmens isteine logische Konsequenz, um unser Ge-schäftsmodell dem Markt gegenüber deut-lich zu machen: Den Verkauf von umfassen-den Problemlösungen zur Wertsteigerungder Produkte unserer Kunden, den Gieße-reien und Stahlwerken weltweit“, so Ge-

schäftsführer Heinz Nelissen. „Zusätzlichentstehen durch den Zusammenschlussauch optimale Ressourcen für die Technolo-gieentwicklung. Unser gemeinsames Ziel istes, das Unternehmen durch diese neu ge-wonnenen Möglichkeiten weiterzuentwi-ckeln, um damit auch künftig für Unterneh-menswachstum zu sorgen.“

Mitte dieses Jahres wurde das Geschäft derVesuvius Deutschland GmbH, Emmerich,zum Standort Borken verlagert. Die Stand-orte Vesuvius Becker & Piscantor Groß-almeroder Schmelztiegelwerke GmbH unddie Vesuvius-VGT-DYKO GmbH bleibenvon der Umbenennung unberührt. DerMarkenname FOSECO und das bekannteFirmenlogo repräsentieren weiterhin denGeschäftsbereich Foundry. Die beiden Be-reiche Flow Control und Linings werden absofort durch das Vesuvius Logo symboli-siert. Die Vesuvius GmbH, Borken, bleibt einwichtiger technologischer und wirtschaft-licher Standort innerhalb der globalen Vesu-vius Gruppe.

Mit dem aktuell vollzogenen Eintrag insCoesfelder Handelsregister hat auch einGeschäftsführerwechsel stattgefunden: Dipl.-Ing. Dirk Höckendorff wurde zum weiterenGeschäftsführer neben Heinz Nelissen be-

stellt. Dirk Höckendorff ist zudem Ge-schäftsführer der Vesuvius Becker & Piscan-tor Großalmeroder SchmelztiegelwerkeGmbH. Im Oktober 2008 übernahm erinnerhalb der Vesuvius Gruppe die PositionDirector Supply Chain Foundry Europe.„Die Schwerpunkte meiner zukünftigenTätigkeit sehe ich in den Bereichen Produk-tion, IT, Einkauf, Finanzen, Arbeitssicherheit,Qualitätsmanagement und Personalwesen.Stets mit dem Ziel, uns auf die Anliegen un-serer Kunden, die auch unser bisherigesGeschäft gekennzeichnet haben, zu konzen-trieren. Ich freue mich auf diese Herausfor-derung“, formuliert Dirk Höckendorff.

Quelle: FOSECO Pressemeldung vom17. September 2009

Foseco GmbH wird inVesuvius GmbH umbenannt

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HEFT 9/10 GIESSEREI-RUNDSCHAU 56 (2009)

PersonaliaWir gratulieren zumGeburtstag

Herrn Ing. Gerd Werner Faulhammer,D-74889 Sinsheim-Düren, Förstelblick 25,zum 50. Geburtstag am 15. Oktober2009.

Herrn Alois Wagner, A – 5020 Salzburg,Kirchenstraße 46, zum 80. Geburtstagam 3. November 2009.

1929 in Salzburg geboren, war AloisWagnernach seiner schulischen Ausbildung zunächstin einem pharmazeutischen Unternehmentätig und wechselte im Mai 1957 zur FirmaFranz Oberascher & Co., Eisen- und Metall-gießerei in Salzburg-Kasern. Er war dort inleitender Position, zuletzt als Prokurist bis zuseiner Pensionierung im Jahre 1992 tätig.Mitglied des Vereins Österreichischer Gieße-reifachleute ist Herr AloisWagner seit 2002.

Herrn Dipl.-Ing. Dr. techn. Peter Israiloff,A-1030 Wien, Custozzagasse 8/8, zum65.Geburtstag am 7. November 2009.Geboren in Wien, absolvierte Peter Israiloffnach Volks- und Hauptschule die HöhereAbteilung für Betriebstechnik amTechnologi-schen Gewerbemuseum in Wien im Jahre1963 mit Auszeichnung, nachdem er 1962bereits TGM-Bester war. Nach kurzer Tätig-keit als Arbeitsvorbereiter bei den Siemens-

Schuchert Werken in Wien und Ableistungdes Präsenzdienstes begann er mit dem Stu-dium der Technischen Physik an der Techni-schen Hochschule Wien, das er auf Basis ei-ner Diplomarbeit „Über die Ursachen derKornverfeinerung durch mechanische Beein-flussung erstarrender Metallschmelzen“1972 beendete. Die anschließende Disserta-tion über „Strukturchemische Untersuchun-gen an Germaniden und Siliciden von Über-gangsmetallen“ führte zur Aufklärung derStruktur bislang unbekannter intermetalli-scher Verbindungen mit Riesenzellen undgipfelte in der Promotion 1974. Währendder gesamten Studienzeit war Peter Israiloffberufstätig: zunächst vier Jahre als Assistentam TGM (Abteilung Silikattechnik), aufgrundwelcher er die Standesbezeichnung „Inge-nieur“ erlangte, danach als Sachbearbeiterund später als Patentanwaltsanwärter in derehemaligen Patentanwaltskanzlei Dipl.-Ing.Hamburger. Diese Kanzlei hat er nach Able-gung der österreichischen Patentanwaltsprü-fung und nach dem Tod von Dipl.-Ing.W. A.Hamburger weitergeführt. Seit 1997 ist erPartner in der Patentanwälte OEG Barger,Piso & Partner. Abgesehen von der österrei-chischen Vertretungsbefugnis auf dem Ge-biet des gewerblichen Rechtsschutzes ist erauch zugelassener Vertreter beim Europäi-schen Patentamt (München) sowie beimHarmonisierungsamt für den Binnenmarktfür Marken, Muster und Modelle (Alicante).

Neben seiner Anwaltstätigkeit begannDr. Peter Israiloff 1972 auch zu unterrichten:zunächst am Bundesgymnasium Schwechatund an der Höheren BundeslehranstaltWien IV (jetztWien III, Rennweg), danach ab1976 an der HTBLWien 10, Ettenreichgasse54 (vormals Pernerstorfergasse 81 – 83),deren Leitung er seit 1987 innehat. Für dieim Bereich des österreichischen berufsbil-denden Schulwesens erbrachten Leistungenwurde Direktor Dr. Peter Israiloff 1995 mitdem Berufstitel Hofrat ausgezeichnet.

PA HR Dir. Dr. Peter Israiloff ist seit 1987Mitglied des Vereins Österreichischer Gieße-reifachleute.

Herrn Ing.Harald Schuller, A – 4020 Linz,Gruberstrasse 59, zum 70. Geburtstagam 18. November 2009.

Geboren 1939 in Gleisdorf / Stmk., absol-vierte Harald Schuller auch da die Grund-schulen und im Anschluss daran die HTL fürWerkzeug- und Vorrichtungsbau in Waidho-fen /Ybbs. Nach Ableistung des Präsenzdien-stes begann er seine berufliche Laufbahn imKostruktionsbüro der Firma D.I. Hitzinger u.Co. – Maschinen u. Elektromaschinenbau inLinz, wo er in der Folge 1964 die Leitungdes Konstruktionsbüros und die Betriebslei-terstellvertretung übertragen erhielt. 1966wechselte er zur Fa. Reform–Werke Baueru. Co. Ges.m.b.H. nach Wels in die Funktionals Betriebsingenieur der AbteilungWerkser-haltung. 1972 übernahm Schuller die LeitungAllgemeiner Betrieb, 1976 die Leitung derAbteilungen Allgemeiner Betrieb undWerksplanung und bekam damit verbundenauch die Prokura. 1982 wurde Harald Schul-ler zusätzlich die Führung der Maschinenfa-brik , 1985 des Beschaffungswesens für dasGesamtunternehmen und 1990 auch dieLeitung der Gießerei übertragen, welche ne-ben Kundenguß alle anspruchsvollen Guss-teile der eigenen Maschinenfabrik herstellte.Im Jänner 2000 wurde Ing. Harald Schuller inAnerkennung seiner Bemühungen um einequalitativ hochstehende Ausbildung derLehrlinge das Goldene Verdienstzeichen desLandes Oberösterreich verliehen. 1990 wur-de Ing. Schuller in die Geschäftsführung be-rufen und war bis zum Ausscheiden in diePension Mitte 2002 als Technischer Ge-schäftsführer der Reform– Werke Bauer u.Co. Ges.m.b.H. und als Vorstandsmitglied derReform–Werke Bauer u. Co. Holding AG imUnternehmen inWels tätig.

Mitglied des Vereins Österreichischer Gieße-reifachleute ist Ing. Harald Schuller seit 2003.

Den Jubilaren ein herzlichesGlückauf!

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Vereinsnachrichten

Bisherige Gießerei-Weltkongresse (WFC) undTechnische Foren (TF)

TF =Technical Forum WFC =World Foundry Congress

InternationalerAluminium-Druckguss-Wettbewerb 2010Der Verband der Aluminiumrecycling-Industrie (VAR) und die Organisation of European Aluminium Refiners andRemelters (OEA) führen gemeinsam einenWettbewerb für Aluminium-Druckguss durch. Unterstützt werden sie dabeivom Verband Deutscher Druckgießereien und dem Fachausschuss Druckguss des Bundesverbandes der DeutschenGießerei-Industrie (BDG). DieserWettbewerb soll der Öffentlichkeit den hohen Qualitätsstand von Aluminium-Druck-guss vor Augen führen.

Die Begutachtung und eine Auswahl der zur Prämierung vorgesehenen Gussstücke wird von einer kompetenten Juryaus Forschung und Praxis vorgenommen. Für die Bewertung ist maßgebend sowohl die Gussqualität als auch diedruckgussgerechte Konstruktion. Außerdem ist mitbestimmend, inwieweit durch die Verwendung des Gussstückes derEinsatz von recyceltem Aluminium gefördert wird. Die Entscheidung der Jury wird den Gewinnern schriftlich mitgeteilt;sie ist unanfechtbar.

Die drei besten Einsendungen werden durch Urkunden ausgezeichnet.Weitere Gussstücke können eine besondere An-erkennung erhalten. Die Auszeichnung der besten Einsendungen erfolgt anlässlich der EUROGUSS (19. bis 21. Januar2010) in Nürnberg.

Ausschreibung undAnmeldung (PDF) siehe www.aluminium-recycling.com bzw. www.oea-alurecycling.orgEinsendeschluß: 15.November 2009