Zusammenfassung

Das Druckgießen von Getriebegehäusen ist ein Hochdruck-Fertigungsverfahren, das für die Automobilindustrie von entscheidender Bedeutung ist. Dabei werden spezielle Aluminiumlegierungen wie A380 und ADC12 verwendet, um präzise, leichte und strukturell robuste Bauteile herzustellen. Dieses Verfahren ermöglicht eine erhebliche Gewichtsreduktion im Vergleich zu traditionellen Materialien wie Gusseisen und gewährleistet gleichzeitig die hohe Leistung, Wärmeabfuhr und Haltbarkeit, die für moderne Fahrzeugantriebsstränge erforderlich sind.

Der Hochdruck-Druckgussprozess erklärt

Das Hochdruck-Druckgussverfahren ist eine hochentwickelte Fertigungstechnik, bei der geschmolzenes Metall mit erheblicher Kraft in eine Stahlform, auch Gussform oder „Die“ genannt, eingespritzt wird. Dieses Verfahren eignet sich hervorragend zur Herstellung komplexer Geometrien eines Getriebegehäuses mit außergewöhnlicher Geschwindigkeit und Präzision. Das erstarrte Bauteil, also das Gussteil, wird anschließend ausgestoßen, entgratet und nachbearbeitet. Diese Methode wird besonders geschätzt, da sie nahezu fertige oder endkonturnahe Bauteile ermöglicht, wodurch der Bedarf an umfangreicher Nachbearbeitung minimiert und die Gesamtkosten für Serienfertigungen gesenkt werden.

Der Prozess kann grob in zwei Arten unterteilt werden: Druckguss mit Heißkammer und Druckguss mit Kaltkammer. Für Aluminium-Getriebegehäuse wird das Kaltkammer-Verfahren verwendet. Bei dieser Methode wird eine exakte Menge geschmolzene Aluminiumlegierung aus einem separaten Ofen in eine „kalte“ Einspritzkammer gegossen und anschließend von einem hydraulischen Kolben in die Form gepresst. Diese Trennung verhindert, dass das geschmolzene Aluminium ständig mit der Einspritzvorrichtung in Kontakt steht, was entscheidend ist, um Metalle mit höheren Schmelzpunkten wie Aluminium zu verarbeiten und eine Korrosion der Ausrüstung zu vermeiden.

Der Produktionszyklus für ein Getriebegehäuse durchläuft mehrere wichtige Phasen:

1. Werkzeugvorbereitung: Die beiden Hälften der Stahlform werden gereinigt und geschmiert, um die Entnahme des Bauteils zu erleichtern und die Lebensdauer des Werkzeugs zu verlängern.
2. Injektion: Die geschmolzene Aluminiumlegierung wird mit hoher Geschwindigkeit und unter hohem Druck in den Formhohlraum eingespritzt, wodurch sichergestellt wird, dass das Metall jedes feine Detail der komplexen Gehäusekonstruktion ausfüllt.
3. Erstarrung: Das Metall kühlt ab und erstarrt schnell innerhalb der wassergekühlten Form. Diese kurze Zykluszeit ist ein großer Vorteil des Druckgießverfahrens.
4. Auswurf: Sobald das Metall erstarrt ist, öffnen sich die beiden Hälften der Form, und das Gussteil wird durch Auswerferstifte herausgedrückt.
5. Fertigstellung: Anschließend wird das Gussteil zu einer Entgratstation transportiert, wo überschüssiges Material (Grate, Angüsse, Läufe) entfernt wird. Weitere Bearbeitungsschritte können Strahlen, maschinelle Bearbeitung kritischer Oberflächen und Reinigung umfassen.

Die Herstellung von Bauteilen, die so komplex wie Getriebesteuerkörper sind, gilt jedoch als eine der schwierigsten Herausforderungen im Aluminium-Druckguss. Solche Teile erfordern komplexe Formen mit empfindlichen, ineinander greifenden Komponenten. Um höchste Qualität sicherzustellen und Fehler wie Porosität zu minimieren, sind fortschrittliche Techniken unerlässlich. Hersteller setzen hochentwickelte Simulationssoftware zur Optimierung der Metallströmung ein und verwenden vakuumunterstützte Systeme, um eingeschlossene Luft aus dem Formhohlraum zu entfernen, wodurch dichtere, stärkere und zuverlässigere Gussteile entstehen. Für weitere Informationen zu komplexen Bauteilen Blue Ridge Pressure Castings liefert detaillierte Einblicke in die Herstellung von Ventilgehäusen und Statorn.

Kritische Materialauswahl: Aluminiumlegierungen für die Leistung

Die Wahl der Aluminiumlegierung ist eine entscheidende Entscheidung, die direkten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit, Haltbarkeit und Wirtschaftlichkeit eines druckgegossenen Getriebegehäuses hat. Aluminium ist aufgrund seines hervorragenden Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht, seiner thermischen Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit das bevorzugte Material. Unterschiedliche Legierungen bieten spezifische Eigenschaften, die auf bestimmte Anforderungen zugeschnitten sind, sei es das Aushalten hoher Drehmomentbelastungen oder die Sicherstellung der Druckdichtheit in hydraulischen Systemen.

Der Auswahlprozess umfasst die Abwägung mechanischer Eigenschaften, Gießbarkeit und anwendungsspezifischer Anforderungen. Zum Beispiel bieten Legierungen mit einem höheren Siliziumgehalt eine bessere Fließfähigkeit, wodurch sie geeignet sind, dünne, komplizierte Abschnitte eines Gehäuses auszufüllen. Im Gegensatz dazu bieten Legierungen mit einem höheren Kupferanteil eine verbesserte Festigkeit und Verschleißfestigkeit. Laut einer Analyse von Autocast Inc. werden mehrere Legierungen häufig für Automobilanwendungen verwendet, jede mit spezifischen Vorteilen.

Hier ist ein Vergleich gängiger Aluminiumlegierungen, die zum Spritzgießen von Getriebegehäusen verwendet werden:

Letztendlich hängt die richtige Legierung von den spezifischen Anforderungen des Antriebsstrangs ab. Ingenieure müssen Faktoren wie Betriebstemperatur, mechanische Belastung, Kontakt mit korrosiven Flüssigkeiten und Bearbeitungsanforderungen berücksichtigen, um eine fundierte Entscheidung zu treffen, die sicherstellt, dass das Endprodukt die strengen Automobilstandards für Leistung und Zuverlässigkeit erfüllt.

Wesentliche Vorteile des Druckgusses für Getriebgehäuse

Der Einsatz von Hochdruck-Druckguss für Getriebegehäuse bietet eine Vielzahl von technischen und wirtschaftlichen Vorteilen, die für den wettbewerbsintensiven Automobilmarkt entscheidend sind. Dieses Fertigungsverfahren dient nicht nur der Herstellung eines Bauteils, sondern zielt auf die Optimierung der Leistung, die Gewichtsreduzierung und ermöglicht innovative Konstruktionen, die mit anderen Verfahren nur schwer oder zu hohen Kosten realisierbar wären.

Die Hauptvorteile sind:

• Erhebliche Gewichtsreduzierung: Alu-Druckgussgehäuse können im Vergleich zu traditionellen Gusseisenbauteilen ein Gewichtsreduzierung von bis zu 40 % erreichen. Diese Leichtbauweise ist entscheidend, um die Kraftstoffeffizienz und das Fahrverhalten des Fahrzeugs zu verbessern.
• Konstruktionskomplexität und Bauteilintegration: Das Verfahren ermöglicht die Herstellung komplexer, filigraner Formen mit dünnen Wänden. So können Ingenieure Funktionen wie Kühlkanäle, Anbaunippel und Versteifungsrippen direkt in den Guss integrieren, wodurch zusätzliche Einzelteile und nachfolgende Montageprozesse entfallen.
• Hohe Präzision und Konsistenz: Druckguss bietet eine hervorragende Maßgenauigkeit und Konsistenz von Teil zu Teil. Erste Hersteller können Toleranzen von bis zu ±0,05 mm erreichen, wodurch eine präzise Passform für innenliegende Komponenten wie Zahnräder und Lager gewährleistet wird.
• Hervorragendes Wärmemanagement: Aluminiumlegierungen weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit (ca. 150 W/m·K) auf, wodurch sie die vom Getriebe erzeugte Wärme effizient ableiten können. Dies hilft, die optimale Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten, verlängert die Lebensdauer des Schmierstoffs und verbessert die Zuverlässigkeit des gesamten Antriebsstrangs.
• Überlegenes Oberflächenfinish: Das Verfahren erzeugt eine glatte Oberflächenqualität (häufig Ra ≤1,6 µm), wodurch der Bedarf an nachfolgenden Nachbearbeitungsschritten bei nicht kritischen Flächen reduziert oder ganz entfallen kann.

Beim Vergleich von Druckguss mit anderen Fertigungsmethoden, insbesondere der CNC-Bearbeitung, liegt der entscheidende Unterschied in der Skalierbarkeit und den Kosten pro Bauteil. Während die CNC-Bearbeitung eine hohe Präzision bietet und sich ideal für Prototypen oder Kleinserien eignet, ist Druckguss bei großen Stückzahlen deutlich kostengünstiger. Die anfänglichen Werkzeugkosten beim Druckguss sind hoch, doch die geringen Kosten pro Bauteil und die kurzen Zykluszeiten führen bei großen Stückzahlen zu erheblichen Einsparungen.

Qualität sicherstellen: Technische Spezifikationen und Prüfung

Bei einem kritischen Bauteil wie einem Getriebegehäuse ist Qualität unverzichtbar. Diese Teile müssen extremen Temperaturen, hohen Drehmomentbelastungen und ständigen Vibrationen standhalten, ohne auszufallen. Daher ist ein robustes Qualitätskontrollverfahren während des gesamten Druckgussfertigungsprozesses – von der Anfangskonstruktion bis zur Endprüfung – unerlässlich. Führende Hersteller halten sich an strenge Standards, um sicherzustellen, dass jedes Gehäuse exakten Spezifikationen entspricht.

Eine zentrale Herausforderung beim Aluminium-Druckguss ist die Beherrschung der Porosität, also winziger Hohlräume oder Gasblasen, die im Metall eingeschlossen werden, während es erstarrt. Eine übermäßige Porosität kann die strukturelle Integrität und Druckdichtheit des Gehäuses beeinträchtigen. Um dies zu verhindern, setzen Hersteller fortschrittliche Verfahren wie den vakuumunterstützten Guss ein, bei dem die Luft aus dem Formhohlraum vor dem Einspritzen abgesaugt wird. Zudem helfen ausgeklügelte Formkonstruktionen und thermische Analysen dabei, eine kontrollierte, gerichtete Erstarrung des Metalls sicherzustellen, wodurch verbleibende Porosität in nicht kritische Bereiche verlagert wird.

Der Herstellungsprozess für ein komplettes Getriebe umfasst mehr als nur das Gehäuse. Während der Druckguss ideal für die komplexe Geometrie des Gehäuses ist, erfordern andere innere Bauteile mit hoher Belastung oft unterschiedliche, spezialisierte Fertigungsverfahren. Viele Zahnräder und Wellen basieren beispielsweise auf hochfestem Schmieden, um die erforderliche Haltbarkeit und Ermüdungsfestigkeit zu erreichen. Auf dieses Segment fokussierte Unternehmen nutzen automobil-Schmiedeteile , wie Shaoyi (Ningbo) Metal Technology, liefern diese kritischen Innenteile und zeigen, wie eine Kombination aus fortschrittlichen Fertigungstechniken erforderlich ist, um ein modernes Antriebssystem herzustellen.

Um zu überprüfen, ob jedes fertige Gehäuse den Spezifikationen entspricht, wird ein mehrstufiger Prüfprozess angewandt:

• Dimensionsprüfung: Koordinatenmessmaschinen (CMM) werden verwendet, um sicherzustellen, dass alle kritischen Abmessungen, wie Lagerbohrungen und Montageflächen, innerhalb der vorgegebenen engen Toleranzen liegen (z. B. ±0,05 mm).
• Prüfung der strukturellen Integrität: Zerstörungsfreie Methoden wie Röntgeninspektion werden eingesetzt, um innere Fehler wie Porosität zu erkennen und sicherzustellen, dass das Gussteil massiv ist und keine verborgenen Fehler aufweist. Einige Zulieferer streben Porositätswerte unter 0,1 % an.
• Lecksuche: Gehäuse werden häufig Druckprüfungen unterzogen, um sicherzustellen, dass sie vollständig dicht sind, was für die sichere Enthaltung von Getriebeöl entscheidend ist.
• Materialanalyse: Spektrometer werden verwendet, um die chemische Zusammensetzung der Aluminiumlegierung zu bestätigen und sicherzustellen, dass sie der geforderten Güteklasse entspricht.

Schließlich ist eine wichtige Kennzahl für das Qualitätsengagement eines Lieferanten die Zertifizierung nach Automobilindustriestandards. Eine IATF-16949-Zertifizierung, wie sie von Lieferanten wie EMP Technik , erwähnt wird, zeigt, dass der Hersteller ein strenges Qualitätsmanagementsystem implementiert hat, das darauf ausgelegt ist, die anspruchsvollen Anforderungen des Automobilsektors zu erfüllen.

Häufig gestellte Fragen

1. Welche Legierung sollte für einen Druckguss eines Getriebegehäuses verwendet werden?

Die gebräuchlichsten Aluminiumlegierungen für Getriebegehäuse sind A380 und ADC12. A380 bietet ein hervorragendes allgemeines Gleichgewicht aus Festigkeit, Gießbarkeit und thermischen Eigenschaften. ADC12 zeichnet sich durch seine ausgezeichnete Fließfähigkeit aus und eignet sich daher für sehr komplexe Teile. Andere Legierungen wie A413 werden für Bauteile verwendet, die eine überlegene Druckdichtigkeit erfordern.

2. Ist Druckguss günstiger als CNC?

Bei großen Produktionsmengen ist das Druckgießen pro Bauteil deutlich kostengünstiger als das CNC-Bearbeiten. Obwohl die anfänglichen Werkzeugkosten (die Form) hoch sind, führen die hohe Geschwindigkeit des Verfahrens und der geringe Materialverlust zu niedrigeren Stückkosten. CNC ist kosteneffizienter für Prototypen und kleine Losgrößen, bei denen die Werkzeugkosten unerschwinglich wären.

3. Welche zwei Arten des Druckgusses gibt es?

Die beiden Hauptarten des Druckgusses sind Warmkammer- und Kaltkammer-Verfahren. Das Warmkammer-Verfahren wird für Metalle mit niedrigen Schmelzpunkten (wie Zink) verwendet, wobei der Einspritzmechanismus in das flüssige Metall eingetaucht ist. Das Kaltkammer-Verfahren wird für Metalle mit hohen Schmelzpunkten (wie Aluminium) eingesetzt, wobei das geschmolzene Metall bei jedem Zyklus in eine Spritzkammer gegossen wird, um die Maschinerie zu schützen.