Projekt 35497/01

Anorganisches Kernpaketverfahren mit dünnwandigen Strukturen zur Energieeinsparung

Projektdurchführung

Peak Deutschland GmbH
Dresdner Str. 58
01683 Nossen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Obwohl anorganische Kernherstellungsverfahren aus Umweltschutz- und Gesundheitsschutzgründen zwingend in der Gießerei eingeführt werden müssen, ist die tatsächliche Anwendung dieser Systeme zur Zeit auf ein relativ enges Feld begrenzt, insbesondere in der Herstellung von Aluminiumkokillengussteilen und wenigen Anwendungen in anderen Bereichen. Das geplante Vorhaben will hier mit der Entwicklung eines neuartigen anorganischen Kernpaketverfahrens einen Beitrag zur verstärkten Verbreitung dieser Technologie leisten. Genutzt werden soll dabei die aus dem (organischen) Maskenformverfahren bekannte Technologie der Herstellung von Hohlkernen. Gemäß des Standes der Technik werden anorganische Kerne heute durch Trocknung verfestigt. Dabei ist Energie nötig, die entweder über ein temperiertes Urformwerkzeug, erwärmte Luft oder Mikrowellentechnik in den Formstoff eingebracht wird. Durch die angestrebte Herstellung von Hohlkernen soll der Energiebedarf im Vergleich zur üblichen Produktion von Vollkernen deutlich gesenkt werden. Diese Energieeinsparungen sollen durch die Erstellung einer Ökobilanz des entwickelten Verfahrens
nachgewiesen werden.



Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Erreichung der Projektziele wurde ein Arbeits- und Versuchsprogramm bestehend
aus 7 Arbeitspaketen und 2 Meilensteinen erarbeitet:

AP1: Anforderungen an Formen und Kerne fu?r anorganische Kernpaketverfahren
AP2: Hohlkern- und Hohlformerzeugung, Folienkern, Eiskern
AP3: Hohlkern- und Hohlformerzeugung, Ziehkern, Unterdruck
AP4: Anpassung des chem. Materialsystems fu?r Hohlkernerzeugung
MS1: Validierung der entwickelten Verfahren und Entscheidung fu?r die zwei
vielversprechendsten Prozess-Varianten fu?r weitere Untersuchungen
AP5: Eigenschaften von Hohlkernen
MS2: Validierung der Kern-Eigenschaften der untersuchten Prozessvarianten
in Bezug auf die gießtechnischen Herausforderungen und Entscheidung fu?r die
vielversprechendere Alternative bevor Regenerationsverhalten untersucht wird
AP6: Untersuchung der Regenerierbarkeit




Ergebnisse und Diskussion

Die Notwendigkeit von Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit in der produzierenden Industrie ist von zentraler Bedeutung für die Zukunft Europas. Angesichts der begrenzten Verfügbarkeit natürlicher Ressourcen und der wachsenden Umweltbelastung müssen Unternehmen Wege finden, ihre Produktionsprozesse effizienter und umweltfreundlicher zu gestalten. Ressourceneffizienz bedeutet, den Material- und Energieeinsatz zu minimieren, Abfall zu reduzieren und Produkte so zu gestalten, dass sie länger halten und leichter recycelt werden können.

Die EU hat mehrere Richtlinien und Verordnungen erlassen, um die Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit in der Industrie zu verbessern. Ein zentrales Instrument ist der "Europäische Green Deal", der darauf abzielt, die EU bis 2050 klimaneutral zu machen. Teil dieses Deals ist der Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft, der Maßnahmen zur Reduzierung von Abfällen und zur Förderung des Recyclings vorsieht.
Durch die Umsetzung dieser europäischen Gesetze soll nicht nur die Umwelt geschont, sondern auch die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie gestärkt werden. Unternehmen, die ressourceneffiziente und nachhaltige Praktiken übernehmen, können ihre Kosten senken, ihre Marktposition verbessern und sich auf zukünftige regulatorische Anforderungen vorbereiten. Die Förderung von Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit ist daher nicht nur ökologisch notwendig, sondern auch ökonomisch vorteilhaft.
Die Ergebnisse des Forschungsprojekts zur Entwicklung einer Methodik zur Herstellung von Hohlkernen basierend auf Kernschießtechnologie sowie Handabformung zeigt vielversprechende Ergebnisse und Fortschritte in der Gießereitechnologie:

1. **Umweltfreundlichere Fertigungstechnologien**: Das Projekt adressiert den Bedarf nach umweltfreundlicheren Herstellungsverfahren in der Gießereiindustrie, insbesondere durch den Einsatz anorganischer Bindemittel und die Entwicklung ressourcenschonender Prozesse.
2. **Alternative Ansätze zur Kernherstellung**: Die Untersuchung verschiedener Ansätze zur Herstellung von Hohlkernen mittels Folienkernen, Eiskernen und anderen Techniken zeigt einen innovativen und vielseitigen Ansatz zur Verbesserung der Gießereiproduktion.
3. **Reduzierung des Energiebedarfs**: Durch die Herstellung von Hohlkernen wird eine Senkung des Energiebedarfs im Vergleich zur herkömmlichen Produktion von Vollkernen angestrebt, was potenziell zu erheblichen Energieeinsparungen führen kann.
4. **Besseres Entkernverhalten**: Die Ergebnisse zeigen, dass Hohlkerne ein verbessertes Entkernverhalten aufweisen, was zu effizienteren Entkernungsprozessen führt und die Produktivität steigert.
5. **Materialeffizienz**: Trotz des geringeren Materialverbrauchs bei der Herstellung von Hohlkernen im Vergleich zu Vollkernen erreichen die Hohlkernproben vergleichbare Festigkeitswerte, was auf eine verbesserte Materialeffizienz hinweist.
6. **Anwendungspotenzial**: Die Entwicklung eines Doppelrohrkerns als Demonstrator zeigt das Anwendungspotenzial der entwickelten Methodik und Technologie in der Praxis, was die Relevanz und den Nutzen des Projekts für die Gießereiindustrie unterstreicht.
Darüber hinaus wurde festgestellt, dass eine Einsparung von bis zu 20% des Formstoffes sowohl in der Kernherstellung als auch in der Herstellung von Formen im Handformguss umsetzbar ist. Die daraus resultierend Reduktion der CO2-Emission ist beträchtlich.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Christopher Locke (30.03.2023). Erzeugung von anorganisch gebundenen Hohlkernen mit Hilfe von verlo renen Eiskernen. Vortrag. 4. Formstoff-Forum 2023, Clausthal.
Locke, C., Polzin, H., Bissels, J. et al. Production of Inorganic Hollow Cores Using Sacrificial Ice



Fazit

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen das Potenzial von Hohlformern für den Sandguss, sowohl in Bezug auf die Effizienz der Produktion als auch auf die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks, und legen nahe, dass weitere Untersuchungen und Entwicklungen in diesem Bereich erfolgversprechend sind.
Insgesamt liefert das Forschungsprojekt vielversprechende Ergebnisse, die das Potenzial haben, die Effizienz, Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit von Gießereiprozessen deutlich zu verbessern.