Bremsscheibenguss

Hohe Wärmekapazität und mechanische Festigkeit, gute Abriebeigenschaften und Laufruhe. Faktoren wie höhere Fahrzeuggewichte, stärkere Motoren und wirksamere Bremssättel stellen sowohl in thermischer wie auch in mechanischer Hinsicht hohe Ansprüche an die Materialeigenschaften der Bremsscheiben.

Bei Bremsscheiben für Schienenfahrzeuge werden bei mittleren und niedrigen Bremsleistungen die Reibringe aus Gusseisen mit Lamellengraphit hergestellt. Die Werkstoffwahl kann in erster Näherung von der Reisegeschwindigkeit abhängig gemacht werden und reicht hierbei vom GJS- über Aluminium- und Stahlguss- bis hin zu Keramik-(CMC-)Bremsen bei Hochgeschwindigkeitszügen. Für die endgültige Festlegung auf einen Werkstoff müssen jedoch zusätzlich vor allem Bremsleistung, Bremsenergie, Lastkollektiv sowie zu erwartende Lebensdauer betrachtet werden.

Vertikale und horizontale Formanlagen können heute eine hohe Maßgenauigkeit gewährleisten. Idealerweise wird mit automatischen Gießeinrichtungen gegossen und während der Formfüllung eine Gießstrahlimpfung durchgeführt. Als Kernformverfahren nimmt das Cold Box Verfahren, im europäischen Markt, eine dominierende Stellung. Um beste Oberflächengüte an den Gusskonturen zu gewährleisten, werden die Kerne geschlichtet eingesetzt.

Häufigste Fehler bei dieser Produktgruppe sind ungenügende Graphitausbildung, Lunker und Mikroporositäten sowie Blattrippen und Gasfehler.

Die Graphitausbildung im Werkstoff hat einen maßgeblichen Einfluss auf das Verhalten der Bremsscheibe. Bei starken Abweichungen zum gewünschten A-Graphit verbunden mit einer geringeren Graphitlamellenlänge kann es zu einem schlechteren tribologischen Verhalten (Zusammenwirken von Reibring, Bremsbelag, Scheibengeometrie, Bremsbedingungen) und zu einer erhöhten Wärmebelastung der Bremsscheibe kommen. D-Graphit und so genanntes Unterkühlungsgraphit sind im Gefüge nicht akzeptabel.

Da hier mit höheren Gießtemperaturen gearbeitet wird, kommt der thermomechanischen Belastung der Kerne und Schlichten große Bedeutung zu. Außerdem werden an die Bindersysteme wegen der kurzen Taktzeiten bei der Kernherstellung verbunden mit einer automatisierten Entnahmetechnik aus dem Formwerkzeug und der daraus resultierenden notwendigen hohen Sofortfestigkeit des Kernes hohe Anforderungen gestellt. Eine hohe Beständigkeit der Bindersysteme gegenüber Wasserschlichten ist ohnehin eine Grundvoraussetzung. An die Kernfertigung selbst werden hohe Ansprüche bzgl. Qualität der einzelnen Kernschießautomaten , Automatisierungsgrad und Verkettung der nachgeschalteten Prozesse gestellt.

Speziell bei dieser Gussteilgruppe ist der Einsatz von Simulationswerkzeugen von besonders wichtiger Bedeutung. Der geforderte A-Graphit im Teil wird maßgeblich von der Abkühlungsgeschwindigkeit und der Formfüllung beeinflusst, was in Auswertung der Formfüllungs- und Erstarrungssimulation bestätigt wird. Somit ist man in der Lage, durch entsprechende Anschnitt- und Speisetechniken in Verbindung mit keramischen Filtern und einer optimalen Impfung während der Formfüllung an gießtechnische Grenzen vorzustoßen, um fehlerfreie Gussteile zu erzeugen.

Systemlösungen für den Bremsscheibenguss

Aufgrund der stetigen Anpassungen und Verschärfungen der Umweltschutzauflagen kommt es zu immer mehr Beschränkungen der bisher eingesetzten Kernfertigungsverfahren, die meist nur mit kostenintensiven Maßnahmen angepasst werden können. Um Emissions- und Geruchsbelastungen zu reduzieren, bietet der Einsatz von anorganischen Kernbindersystemen eine entsprechende Alternative, die in einer Grundlagenarbeit von ASK Chemicals gemeinsam mit einer Gießerei realisiert wurde. Mit dem modifiziertem anorganischen Bindersystem INOTEC™ wurden Bremsscheibenkerne für den Abguss mit Gusseisen hergestellt. In mehreren Versuchsreihen wurden Anpassungen bezüglich der eingesetzten INOTEC™-Promotoren und der verwendeten Formstoffüberzüge vorgenommen, um eine Anpassung an die jeweiligen Systemeigenschaften zu erreichen. In weiteren Versuchsreihen ist nun mit die Optimierung des Verfahrens sowie der Fertigungsparameter fortzuführen, wobei auf die erreichten Ergebnisse im Eisenguss aufgebaut werden kann. Unumstrittenes Ziel ist, eine prozesssichere Systemlösung für anorganische Binder zu finden, um diese Binder in Zukunft prozesssicher in Eisengießereien einsetzen zu können.

Auch für die herkömmlichen organischen Binder bietet ASK Chemicals Systemlösungen dahingehend an, dass alle Komponenten auf den jeweiligen Formstoff, Werkstoff, aber auch auf die vorhandenen Ausrüstungen und Anlagen und deren Peripherie abgestimmt werden. Außerdem hat die verwendete Schlichte gerade für Bremsscheibenkerne eine außerordentliche Bedeutung, so dass auch sie in Verbindung mit hochfeuerfesten Additiven in die Systemlösung einbezogen wird.

Im Bereich Metallurgie sorgt ASK Chemicals im Verbund mit seinen anderen Partnern für ständige Systementwicklungen von komplexen Impfmitteln in Form von Pfannen-, Gießstrahl-, Formimpfmitteln und Impfdraht sowie Kombifiltern (Formimpfung und Filter) für den Einsatz im Eisenguss.

Die Anwendungstechniker und Außendienstmitarbeiter der ASK Chemicals beraten die Kunden, wie sie eine gleich bleibende Gussqualität in ihrem Produktionsablauf sicherstellen können. Dies geschieht durch kompetente Anwendungsberatung, gemeinsame Systementwicklungen und Prozessoptimierung.

Wie beim Motorenguss werden auch hier die von ASK Chemicals vertriebenen Produkte an die speziellen, in den jeweiligen Gießereien der einzelnen Länder vorherrschenden Grund- und Rohstoffe angepasst und modifiziert. In enger Zusammenarbeit mit den Gießereien werden die Produkte konsequent auf die Anwendungs- und Praxistauglichkeit im entsprechenden Land ausgerichtet, was selbstverständlich und in erster Linie auch für Deutschland zutrifft.

Die Gießsimulation ist ein Werkzeug zur Simulation verschiedener physikalischer Prozesse, die während des Abgusses in der Form ablaufen. Dies sind im Wesentlichen die drei Prozesse Formfüllung, Erstarrung und Spannungsbildung während der Abkühlung. Die Simulation dieser physikalischen Prozesse dient dazu, den Gieß- und Erstarrungsprozess schnell und effizient zu untersuchen, Lunker und Mikroporositäten zu vermeiden, Restspannungen und Verzug zu minimieren sowie die Anzahl der Prototypen und Gießversuche zu verringern. ASK Chemicals nutzt konsequent dieses Werkzeug, um gemeinsam mit den Kunden aus den Ergebnissen Rückschlüsse für weitere Entwicklungsschritte zu ziehen.

Ziel jedes Projekts ist es, eine Gussqualität zu erreichen, die den Spezifikationsanforderungen entspricht. Durch gemeinsames Vorgehen von der Form- und Kernherstellung, Schmelzführung über das Impfen, Gießen und Formfüllen bis zum Filtrieren können deutliche Synergieeffekte erreicht werden. Vorschläge zur Verbesserung des gesamten Fertigungsablaufes werden gemeinsam erarbeitet und umgesetzt. Im Endeffekt stehen fertigungs- bzw. gussstückspezifische Produkte zur Verfügung.