Fachartikel

24.02.2021
erschienen in GIESSEREI Heft 3|2021

Strukturguss fertigen mit der neuen GDK-Baureihe

Maschinenabnahme
in den USA.

Die US-Leichtmetallgießerei Spartan Light Metal Products produziert in Missouri und Illinois Gussteile für die Automobil- und Konsumgüterindustrie und setzt dafür schon seit den 1970er-Jahren Druckgießmaschinen von Oskar Frech ein. In einem neuen Werk in Missouri ist im vergangenen Herbst eine neue Maschine mit über 4000 Tonnen Schließkraft in Betrieb gegangen, derzeit wird eine weitere baugleiche Anlage installiert. Ziel: Die Produktion von Strukturguss und Guss für die E-Mobilität. Was können die neuen Anlagen der GDK-Baureihe?

VON PHILIP WIEDERHOLD, SCHORNDORF

Spartan Light Metal Products mit Hauptsitz in St. Louis, Missouri, USA, gehört zu den weltweit führenden Herstellern von Aluminium- und Magnesiumkomponenten im Druckgießverfahren. Das Unternehmen betreibt drei Fertigungswerke in den USA: in Hannibal und Mexico in Bundesstaat Missouri sowie in Sparta im Bundesstaat Illinois. Das Unternehmen ist Spezialist in den Bereichen konventioneller Druckguss, maschinelle Bearbeitungslinien, Montage und Formen und fertigt Produkte für den Automobilsektor und den Konsumgüterbereich. Namhafte Kunden in der Automobilbranche sind u. a. Toyota, GM, Ford und Honda.

Die Zusammenarbeit zwischen Spartan Light Metal Products und Oskar Frech ist bis auf die 1970er-Jahre zurückzuführen. Im Jahr 1979 wurden mehrere Warmkammerdruckgießmaschinen für Magnesiumkomponenten geliefert. In den vergangenen Jahren wurde Spartan zudem mit verschiedenen Produkten und Technologien der Frech-Gruppe ausgestattet, z. B. Temperiertechnologie der österreichischen Oskar Frech-Tochter Robamat Automatisierungstechnik GmbH, Gmunden.

Spartans Expansion bei Strukturteilen

Zur Sicherstellung der zukünftigen Wettbewerbsfähigkeit und der strategischen Weiterentwicklung des Produkt-/Appli­kationsportfolios wurden Investitionen in die Strukturteileherstellung als großes Wachs­tumspotenzial erkannt. Im Januar 2018 wurde offiziell angekündigt, ein viertes Werk in Mexico, Missouri, zu errichten. Im August 2018 folgte der Spatenstich für das neue 135 000 Quadratmeter große Gebäude mit einer eigenständigen Produktionsstätte für mehrere vollautomatisierte Druckgießzellen, einschließlich Bearbeitung und Logistik für die Herstellung einbaufertiger Strukturgussbauteile.

Diese neue, hochmoderne Infrastruktur soll dazu beitragen, die Anforderungen der OEMs zur CO2-Reduzierung durch Leichtbau mithilfe von Druckgießapplikationen in Al-/Mg-Strukturteilen zu erfüllen. Im Zuge dessen ist die Beteiligung am wachsenden Markt für neue Bauteile von elektrischen Antrieben geplant. In der ersten Ausbaustufe werden komplexe Aluminiumstrukturteile für Fahrzeughersteller produziert. Die erste Druckgießzelle GDK4100S mit 44 000 kN Schließkraft ist erfolgreich im Oktober 2020 nach einer Aufbauzeit von nur acht Wochen bis zum Produktionsstart im Werk in Betrieb genommen worden.

Coronabedingte Herausforderungen und Reisebeschränkungen hatten keine Auswirkung auf die Aufbauzeit. Der vernetzte weltweite Frech-Service mit hoch qualifiziertem Personal vor Ort und Online-Remote-Support zur globalen Unterstützung ermöglichte die reibungslose Aufstellung der GDK4100S. Die zweite Druckgießzelle vom Typ GDK4100S wird derzeit angeliefert, der Produktionsstart ist für Anfang 2021 geplant.

Überzeugende Performance

Besonderer Fokus wurde beim Maschinenauswahlprozess auf das Gießaggregat gelegt. Die Performance des von Oskar Frech in Echtzeit geregelten 2100 kN-Gießaggregats bietet hohe Flexibilität für Struktur-, Chassis- und Motorkomponenten. Die Anlage eignet sich aufgrund ihrer Eigenschaften vor allem für dünn- und dickwandige Bauteile. Im Vergleich zu Gießaggregaten anderer Hersteller bedeuten die Schussbeschleunigung von ≥650 m/s² und die maximale Geschwindigkeit (V2) ohne Metall von bis zu 11 m/s Bestwerte.

Gering beschleunigte Massen erlauben aufgrund des durchströmten innen liegenden Multiplikators kaum Druckspitzen sowie kurze Druckanstiegszeiten von 20 ms bei maximalem spezifischem Formdruck. Folge: minimaler Gießausschuss. Diese technischen Eigenschaften waren unter anderem maßgebliche Entscheidungskriterien in der Entwicklungsphase bei Frech. Ein patentiertes und optimiertes Hydraulikkonzept, das bei der neuen Maschinengeneration der GDK-Baureihe die Anzahl der Ventile um bis zu 30 % reduziert und dessen Frequenzumrichter-Antrieb zudem sehr leise ist, ermöglicht die einfache Instandhaltung bei guter Zugänglichkeit und Energieeinsparungen von bis zu 50 % gegenüber der vorherigen Serie.

Die Kombination aus hochauflösendem Wegmesssystem und schneller Verarbeitung der High-End-Echtzeitsteuerung mit schnellen Laufzeiten ermöglicht der GDK-Maschine eine hohe Wiederholgenauigkeit sowie Prozessstabilität bei einer Maschinenfähigkeit von cmk ≥1,33. Das weltweit als besonders robust und zuverlässig bekannte Schließteil der 3-Platten-Baureihe GDK gewährt darüber hinaus langfristig niedrige Gesamtbetriebskosten.

Wirtschaftlichkeit mit hoher Anlagenverfügbarkeit

Für den wirtschaftlichen Erfolg ist neben Qualität und Prozessstabilität eine leistungsstarke Produktivität jeder Anlagenkomponente bei hoher Verfügbarkeit im Dauerbetrieb erforderlich. Diese Voraussetzung wird speziell vom robusten Herzstück der Anlage erfüllt. Die optimierte Kinetik/Kinematik der 3-Platten-Konstruktion des Schließteils erlaubt trotz Kniegelenk kürzere Baulängen als bei den 2-Platten-Maschinen, die sich bereits auf dem Markt befinden. Unter anderem konnte durch Optimierung der Hydraulik das notwendige Tankvolumen für Betriebsmittel halbiert werden.

Öffnungs- und Schließzeiten von weniger als 13 Sekunden sowie dauerhafte hohe Verfügbarkeiten werden auch bei langjährig eingesetzten Maschinen erreicht. Über das geregelte Gießaggregat werden Einflussgrößen auf Gießparameter wiederholgenau kompensiert. Die Toleranzen des Gießvorgangs sowie aller qualitätsrelevanten Prozessparameter werden permanent überwacht. Die installierten, auf dem neuesten Stand der Technik ausgestatteten Anlagen erfüllen die notwendigen Voraussetzungen für das zukünftige erfolgreiche Wachstum von Spartan Light Metal Products mit anspruchsvollen neuen Applikationen aus den Bereichen E-Mobilität und Strukturguss. Durch die enge Zusammenarbeit von Spartan mit seinen Partnern konnten die Kundenanforderungen an das komplexe Gießzellenkonzept quasi schlüsselfertig umgesetzt werden. Eine offene Kommunikation, kombiniert mit Vertrauen und einer hohen Engineering-Kompetenz waren hierbei die Erfolgsfaktoren.

www.frech.com

Wirtsch.-Ing. (M.Eng.) Philip Wiederhold, Oskar Frech GmbH + Co. KG, Schorndorf