Fachartikel

1.03.2016
erschienen in GIESSEREI Heft 3|2016

Mit Druckgießtechnik Zukunft gestalten

Fertige Getriebegehäuse: Mit einer umfangreichen Nachbearbeitung erreicht KSM Castings die maximale Wertschöpfung.

Die KSM Castings Group mit Werken in Europa, den USA und China stärkt mit einer Großinvestition von 13 Millionen Euro in die Wertschöpfung von Magnesiumbauteilen am Standort in Hildesheim ihre Wettbewerbsposition als Automobilzulieferer. Mit einer innovativen Werkstoffentwicklung und flexiblen Methoden bei der Personalsuche hat sich die Gießereigruppe in den vergangenen Jahren neu aufgestellt – und dabei konsequent in modernen Leichtbau mit globaler Reichweite investiert.

VON ROBERT PITEREK, DÜSSELDORF

Hell und sauber erstreckt sich der neue Maschinenpark für die Bearbeitung von Magnesiumbauteilen über die 1400 m2 große, von langen Rohrleitungen an den Wänden gesäumte Werkshalle. Ein vorbildliches Industrieszenario mit der typischen Geräuschkulisse einer mechanischen Bearbeitung: kreischende Fräslaute, surrende Robotergelenke, Motorenbrummen und gelegentliche Sirenentöne. Hinter Schutzzäunen verrichten emsige KUKA-Roboter ihre Arbeit: Die Blechkameraden legen Getriebegehäuse in doppelspindlige Bearbeitungsmaschinen, die zwei Gehäuse zugleich bearbeiten, und laden sie anschließend auf Fließbänder zur Hochdruckentgratungsanlage und zur Waschstraße.

Großserie für Daimler

Der Automobilgießer KSM Castings in Hildesheim hat seinen Maschinenpark um drei Prüfanlagen und sechs Bearbeitungszentren mit Robotern aufgestockt. Hinter der Investition in Halle und Anlagen steht der KSM-Kunde Daimler, der künftig pro Jahr mit 450 000 fertigbearbeiteten 9-Gang-Automatikgetriebegehäusen aus Magnesium beliefert wird. Steckt hinter dem Großprojekt ein Trend hin zum verstärkten Einsatz des Leichtmetalls bei den Automobilherstellern? „Nein“, versichern Dr. Klaus Greven, Leiter Technologische Entwicklung KSM Castings Group, und Dr. Marc Mateika, Werksleiter des KSM-Standorts Hildesheim: „Ausschließlich Daimler lässt seine Getriebegehäuse aus Magnesium fertigen, unsere anderen großen Automotive-Kunden wie z. B. ZF setzen weiter auf Aluminium“, betont Dr. Mateika und Dr. Greven ergänzt: „Die Verwendung des Materials Magnesium ist extrem anspruchsvoll. Da ist zunächst die sehr hohe Kontaktkorrosion, wenn der Werkstoff mit anderen Metallen wie Eisen in Verbindung kommt. Hinzu kommen die im Vergleich zu Aluminium geringere Steifigkeit und der deutlich geringere Kriechwiderstand bei Temperaturbelastung. In der Gießerei herrscht darüber hinaus ein erhöhtes Sicherheitsrisiko bei Arbeitssicherheit und Brandschutz.“ Und er setzt hinzu: „Das spiegelt sich alles in den Kosten wider!“  Magnesiumbauteile bleiben deshalb auch weiterhin ein Nischenprodukt, ist sich der promovierte Physiker sicher. Die Magnesiumgetriebegehäuse für Daimler bestehen aus der Legierung AS-31 mit einem Anteil von drei Prozent Aluminium und einem Prozent Silizium. „Damit gelingt es uns, die mangelnde Kriechfestigkeit des Magnesiums zu verbessern“, so der Entwicklungschef.

Ungebrochener Trend zum Leichtbau

Bei allen Nachteilen von Werkstoff und Verfahren: Angesichts eines Gewichtsvorteils von 33 Prozent gegenüber Aluminium und eines ungebrochenen Trends zum Leichtbau ist das Potenzial des Werkstoffs verlockend und KSM Castings verfügt über das entsprechende Prozess-und Werkstoff-Know-how: Erste Erfahrungen sammelten die Hildesheimer beim Niederdrucksandgießen von Magnesium. Vor etwa zehn Jahren startete die damalige ThyssenKrupp-Fahrzeugguss GmbH dann mit dem Magnesiumdruckgießen auf einer kleinen Maschine. „Das waren Lenkungsteile aus Magnesium für den Kunden ThyssenKrupp Presta, da konnten wir intern sehr viel Know-how aufbauen und qualifizierte Mitarbeiter gewinnen, die u. a. mit den Themen Magnesiumschmelzen und Schutzgas vertraut sind“, blickt Dr. Greven zurück. In den darauffolgenden Jahren wurde der Fertigungsprozess weiter optimiert. KSM Castings wechselte in dieser Zeit zunächst an die Private Equity-Firma Cognetas und 2011 schließlich an den chinesischen Investor CITIC Dicastal Wheel Manufacturing Co., Ltd., Qinhuangdao, China. Mit acht Standorten in Deutschland, Tschechien, China und den USA sowie 3291 Mitarbeitern ist die KSM Castings-Gruppe heute global aufgestellt und erwirtschaftete 2015 einen Umsatz von 520 Millionen Euro. Hildesheim ist mit 1030 Mitarbeitern und einem Umsatz von 182 Millionen Euro das Schwergewicht der Gruppe. Hauptkunden sind VW, Daimler, Audi, ZF Friedrichshafen, Magna, Bosch und Benteler.

Finanzstarker Investor

Neuer Eigner der Gruppe ist der weltgrößte Aluminiumfelgenhersteller CITIC Dicastal. Gemeinsam mit KSM Castings gehört er zu den 100 größten Automobilzulieferern der Welt. 30 bis 40 Millionen Aluminiumfelgen gehen bei CITIC Dicastal jährlich vom Band – eine Nummer größer als bei anderen Seriengießern. Zum Vergleich: In Hildesheim gehört die Lagerrahmenlinie mit 1,3 Millionen Bauteilen pro Jahr zu den größten Serien. Der Einstieg des strategischen Investors brachte vielfältige Vorteile: „Die Partnerschaft bietet auf der Finanzseite große Stabilität, ohne dass die neuen Eigner zu stark ins Tagesgeschäft eingreifen“, erzählt Dr. Mateika. „CITIC ist nicht an den Basics des Gießverfahrens interessiert, die beherrschen sie selber, es geht um unser Produktionssystem und unsere Art, Bauteile zu fertigen, also um Qualität“, konkretisiert Dr. Greven und fährt fort: „In meinen Augen ist das eine Win-Win-Situation. CITIC interessiert sich für unser Know-how und wir haben den Vorteil, unseren Kunden globale Lösungen anbieten zu können. So ist es beispielsweise möglich, VW einen Radträger aus China anzubieten, der nach demselben Verfahren, mit denselben Legierungen und Eigenschaften gefertigt wurde wie in Deutschland. In der Gießereibranche können das nicht viele!“  Das größte Wachstumspotenzial sieht Dr. Greven, der seit 2005 bei KSM arbeitet, ohnehin in China. Aber auch in Shelby im US-Bundesstaat North Carolina hat KSM Castings 2014 ein neues Werk gebaut, um von dem Leichtbaupotenzial auf dem US-Markt zu profitieren. „Mit dieser Strategie sichern wir auch die Arbeitsplätze hier in Deutschland“, bekräftigt er.

Aufwendiger Prozess

Szenenwechsel zum Magnesiumschmelzbetrieb: Gekleidet in einen mattsilbernen Schutzanzug öffnet Magnesiumschmelzer André Höltermann eine Klappe des Schmelzofens. Ein Kegel aus gleißend-weißem Licht fällt auf ihn, dann startet der schon bei KSM Castings zum Gießereimechaniker ausgebildete Werker mit geübten Bewegungen, den 2,3-Tonnen-Ofen zu entschlacken. Um die Kontaminierung der Schmelze durch den Kontakt mit Luft zu verhindern, führt eine mit Argon-Schutzgas gefüllte Rinne vom Schmelzaggregat zum 440-Kilogramm-Dosierofen an der 2700-Tonnen-Kaltkammerdruckgießmaschine. Wegen der Brandgefahr beim Austritt des heißen Metalls werden lange Wege vermieden - Schmelzofen und Druckgießanlage liegen nahe beieinander. Deutlich weniger Aufwand ist beim Aluminiumdruckgießen erforderlich, mit dem KSM Castings in Hildesheim weiter den Löwenanteil des Umsatzes generiert: die Schmelze wird per Stapler vom Ofen zum Warmhalteofen an der Druckgießanlage transportiert, wo sie in die Form geschossen wird. Der Kontakt mit Luft und erweiterte Sicherheitsmaßnahmen spielen bei dem vergleichsweise unproblematischen Werkstoff keine große Rolle. „Die Gießverfahren bei Aluminium und Magnesium sind identisch – Druckgießen eben. Von der technischen Seite muss man aber wissen, dass die Erstarrungsmorphologie bei Magnesium anders ist als bei Aluminium und das muss bei der Prozessentwicklung berücksichtigt werden“, beschreibt Dr. Greven weitere Prozessunterschiede. Über die Jahre hat KSM Castings ein Fertigungsverfahren für Magnesiumdruckguss ausgetüftelt, das mit Schutzgas, aber ohne Vakuum auskommt. „Natürlich steckt der Teufel im Detail. Gerade beim Druckgießen ohne Vakuum muss sehr viel Wert auf Entlüftungskanäle gelegt werden. Nur so kann gewährleistet werden, dass die in der Form befindliche Luft schnell genug entweichen kann“, verrät der Absolvent der RWTH Aachen. Ziel der Entlüftung: möglichst porenfreier Magnesiumdruckguss.

Gestaltungsfreiheit ist Trumpf

Der Anteil von Magnesiumbauteilen an der Gesamtkapazität des Werks (30 000 Tonnen bei 70000 Tonnen Kapazität) ist vergleichsweise gering, wie schon die Anzahl der Magnesiumdruckgießmaschinen zeigt: Nur zwei der insgesamt 28 Maschinen der Hersteller Idra, Italpresse und Bühler sind für das Vergießen von Magnesium ausgelegt. 2016 wird im Austausch für eine Aluminiumdruckgießmaschine noch eine weitere Anlage in Betrieb gehen: 6,5 Millionen Euro beträgt die Investitionssumme. Von den Wachstumsperspektiven des Leichtbaus, insbesondere des Werkstoffs Aluminium, ist Entwicklungschef Dr. Greven überzeugt. Zuversichtlich ist er auch, was das Fertigungsverfahren Gießen angeht: er erwartet Zuwächse sowohl bei Karosserie- als auch bei Fahrwerksteilen. Guss ist seiner Überzeugung nach auch deshalb ein Fertigungsverfahren mit Zukunft, weil zunehmend Konstruktionssoftware zur Topologieoptimierung zum Einsatz kommt: „Das Programm nimmt überall Material weg, wo es nicht gebraucht wird, dabei kommen sogenannte bionische Strukturen heraus, die man oft nur Gießen kann“ – Wettbewerbsvorteile durch Gestaltungsfreiheit!
Die Bauteile aus Aluminiumdruckguss bei KSM Castings können vier Produktfamilien zugeordnet werden:

  • Engine, also Bauteile der Motorperipherie wie Zylinderkopfhauben oder Nockenwellenlagerrahmen.
  • Powertrain, dazu zählen Getriebegehäuse und auch Bauteile aus dem Getriebeinneren.
  • Chassis, Fahrwerksteile, die sowohl in der Kokillengießerei als auch im Druckgießverfahren gefertigt werden sowie
  • Steering, Teile für Lenkung und Pedalerie, 

bei denen es sich zum Beispiel um Fußhebellagerwerke handelt. Größter Kunde hier ist Audi. Die Ingolstädter sind nicht wie viele andere auf den Zug für Hybrid- oder Kunststoffteile aufgesprungen, sondern setzen weiter auf die bewährten Aluminiumbauteile.Um die Wertschöpfung zu maximieren, werden auch Aluminiumdruckgussteile umfangreich nachbearbeitet, etwa auf der Lagerrahmenlinie, die 1,3 Millionen Aluminiumbauteile pro Jahr durchlaufen. Besonderheit dort ist ein Portalroboter, der – ähnlich wie die Schwebebahnen in Wuppertal oder am Düsseldorf Flughafen – auf beiden Seiten einer Hochschiene hin und her fährt und die Maschinen mit Bauteilen füllt – ein Schauspiel wie aus einem Science Fiction-Film!  

Vielfältige Gießereiprozesse – innovative Legierungen

Attraktiv für Automobilkunden ist besonders die Vielfalt der Gießprozesse des Global Players, mit denen das Potenzial der Werkstoffe ausgereizt wird: Mit dem patentieren Druckgießvakuumverfahren CVC werden wärmebehandlungs- und schweißfähige Gussteile gefertigt. Der Gießprozess ist in den letzten Jahren im Rahmen der Entwicklung eines Fahrwerksrahmens für BMW so weiterentwickelt worden, dass er serientauglich ist und zugleich Gussteile mit einer sehr hohen Qualität liefert. Beim Vakuumdruckgießen wird die Luft nahezu restlos aus der Form gesaugt, die dadurch im erstarrenden Gussteil keine Poren mehr erzeugen kann. Für hochbelastete Bauteile wie Fahrwerksteile wird das CPC- oder Counter Pressure Casting-Verfahren eingesetzt. „Dieser Fertigungsprozess ähnelt dem Niederdruckgießen. Es ist wie bei einer Mineralwasserflasche. Steht sie unter Druck, entweicht die Kohlensäure nicht, öffnet man die Flasche, sprudelt sie hoch. Ähnlich verhält sich die Luft in der Form“, vergleicht Dr. Greven.  Dieses Verfahren bietet mit Streckgrenzen von größer 260 Megapascal und einer Bruchdehnung von mehr als acht Prozent zwar bereits sehr gute mechanische Eigenschaften. Damit gaben sich die KSM-Entwickler rund um Dr. Klaus Greven aber nicht zufrieden: auf dem Spiel stand und steht der Wettbewerb mit Eisenguss und Aluminiumschmiedeteilen. „Wir wollten weg von dieser eierlegenden Wollmilchsau AlSi7Mg und eine Legierung speziell für dieses Verfahren entwickeln“, so Dr. Greven. Das ist ihnen mit der neuen Legierung Tensal gelungen. Mit drei Prozent enthält sie im Vergleich zu AlSi7Mg etwas weniger Silizium, etwas mehr Magnesium und zusätzlich noch Chrom zum Aushärten. Streckgrenzen von 300 – 320 Megapascal, Zugfestigkeiten von 360 – 370 Megapascal und eine Bruchdehnung von sechs Prozent sprechen für sich und blieben bei den großen OEMs nicht unbemerkt: „Wir konnten eine neue Marke etablieren und von Audi und einem weiteren OEM neue Serienaufträge akquirieren“, erzählt der Entwicklungschef nicht ohne Stolz. Dabei kann sich KSM Castings ohnehin nicht über mangelnde Auslastung beklagen: „Wir haben in den letzten 36 Monaten hier am Standort über 40 Neuanläufe gehabt“, verrät Dr. Mateika. Regelmäßig fließen hierfür die Investitionen: Vier Millionen Euro für das neue Tensal-Produkt für Audi und vier Millionen für eine neue Nachbehandlungslinie in der CPC-Gießerei stehen als nächstes auf dem Programm.

Fachkräfte gesucht!

Die zahlreichen Gießprozesse und unterschiedlichen Werkstoffe erfordern nicht nur viel Know-how, sondern auch qualifiziertes Fachpersonal. „Trotz erwarteter Produktivitätssteigerung können wir unsere Expansionspläne voraussichtlich nicht komplett umsetzen. Der limitierende Faktor sind fehlende Fachkräfte“ ließ Franz Friedrich Butz, CEO der KSM Castings Group, in einer Pressemitteilung Ende September 2015 wissen. „Der Fachkräftemangel im Unternehmen betrifft besonders Metallurgen mit Gießerei-Know-how und erstreckt sich über alle Werke bis hin zu Shelby in den USA“, betont Lothar Mutzen, Personalleiter am Standort Hildesheim und seit 14 Jahren bei KSM Castings. Dabei sei mit Blick auf die demografische Entwicklung insbesondere die langfristige Planung wichtig. „Alte Hasen müssen rechtzeitig ersetzt werden“, betont er. Dafür arbeiten die Hildesheimer besonders eng mit den Hochschulen in Magdeburg,  Hannover, Clausthal und Aachen zusammen. Neueinsteiger können das ganze Repertoire des Berufseinstiegs in Kooperation mit den Hochschulen nutzen: duale Studiengänge, Stipendien sowie Bachelor- und Masterarbeiten im Unternehmen. „Einen Mitarbeiter, der mit einem KSM-Stipendium in Magdeburg studiert hat, haben wir vor kurzem übernommen“, nennt Mutzen ein Beispiel. Auch auf die Führungskräftenachwuchsentwicklung legt das Unternehmen Wert: „Wir haben Mitarbeiter, die sich hier vom Azubi bis zum Geschäftsführer entwickelt haben“. Bei der Ausbildung von Fachkräften hat sich KSM Castings einiges einfallen lassen: So gibt es Angebote für die Weiterbildung zum Meister und zum Techniker sowie für berufsbegleitende Studien.  Besonders attraktiv sind die gute betriebliche Altersvorsorge und die „Unterstützungskasse“, die Mitarbeitern und ihren Angehörigen Einkommensabhängig für einen geringen monatlichen Beitrag finanzielle Unterstützung für medizinische Leistungen wie Brillen- und Zahnersatz bietet. „Man muss das aber auch individuell sehen: für den einen ist Geld wichtiger, für den anderen flexible Arbeitszeiten“, berichtet der Diplom-Betriebswirt aus seiner Berufspraxis. Derzeit sind etwa 20 Auszubildende aus allen Bereichen gefragt: Gießerei- und Industriemechaniker, Industrieelektriker, Mechatroniker, Werkzeugmechaniker sowie Industriekaufleute und IT-Fachinformatiker. Hinzu kommen Fachkräfte, die bereit sind zu einem Auslandsaufenthalt in den Werken in den USA und China. Für China hat sich Mutzen etwas einfallen lassen: sechs bis zehn Chinesen mit deutschem Hochschulabschluss werden nach ihrem Studium bei KSM ausgebildet und nach China geschickt – ganz im Sinne der deutsch-chinesischen Partnerschaft, die das Unternehmen heute prägt. 

Zukunftsfähige Produkte und Verfahren für eine globalisierte Welt

In der werkseigenen Ausbildungswerkstatt haben Ausbildungsleiter Jörg Gustke und Bernhard Twickler das Kommando: die Technischen Modellbauerinnen Mariya Schmidt und Melissa Wolpers sind gerade dabei, ein Modell zu tischlern, nebenan zerspant der 20-jährige Werkzeugmechaniker-Lehrling Marcel Bodenburg ein Bauteil mit einer Universalfräsmaschine, während eine Gruppe Auszubildende ihren Dienst antritt. Der fast 70 Jahre alte Betrieb hat eine lange Ausbildungstradition, an die Roboterskulpturen aus zusammengeschweißten Gussteilen – den  Abschlussarbeiten ehemaliger Auszubildender – auf dem Werkgelände erinnern. Die zwei hauptamtlichen Ausbilder haben zurzeit 50 Auszubildende unter ihren Fittichen, jedes Jahr kommen 12 – 14 neue hinzu, darunter vier Gießereimechaniker und zwei technische Modellbauer. Twickler bestätigt, dass die Bewerberzahlen in den vergangenen Jahren zurückgegangen sind. „Aber wir machen viel - mit Fachkräftewerbung auf der GIFA und auf der IdeenExpo in Hannover, aber auch mit Einladungen von Schulklassen ins Werk und der Beteiligung an der Nacht der Bewerber.“ Bernhard Twickler arbeitet schon 36 Jahre bei KSM Castings, davon zehn als Ausbilder. Die Auszubildenden sind mit ihrer Arbeit zufrieden und begründen das mit dem Spaß an der Arbeit, dem guten Ansehen der Firma in und um Hildesheim oder auch der Überzeugung, hier gebraucht zu werden. Ein Plakat an einer der Hallenwände im Werk zeigt eine Seilbahn, die von einem KSM-Strukturbauteil gestützt wird und gleichzeitig einem Mann Halt gibt, der über einem Abgrund hängt: eine Werbung für die hohe Qualität von KSM-Produkten. Die Auszubildenden des Unternehmens müssen sich nicht vor dem Abgrund fürchten: sie legen ihre Zukunft in die Hände eines Unternehmens, das auf zukunftsfähige Produkte und Verfahren für eine globalisierte Welt setzt – und den Wert von gutausgebildetem Fachpersonal zu schätzen weiß!

www.ksmcastings.com