Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Versuche haben gezeigt, dass Graphitkolben hinsichtlich Treibstoff und \u00d6lverbrauch eine deutliche Verbesserung bei Verbrennungsmotoren bringen und dass der Schadstoffaussto\u00df um 30% – 70% reduziert werden kann. Die Firma Sintec hat bereits diesen Werkstoff mit entsprechenden Festigkeitswerten im Prinzip entwickelt und will nun im Rahmen dieses Projektes eine Automatisierung des Pressverfahrens entwickeln, so dass eine Serienfertigung der Teile m\u00f6glich sein wird.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1.\tDotierung von Sinterzus\u00e4tzen: Hier gilt es, entsprechende Dotierstoffe in die Pulver einzuarbeiten, ohne dass dadurch die Eigenschaften des Werkstoffes verschlechtert werden.
\n2.\tPulveraufbereitung: Wegen der hohen Feinheit der Mesophasenpulver ist eine Aufarbeitung zur Rieself\u00e4higkeit notwendig.
\n3.\tDummypressen: Um die Eignung der Schritte 1 und 2 abzusichern, werden die Teile gepresst und anschlie\u00dfend zu Fertigteilen versintert. Nur am Fertigteil k\u00f6nnen Fehler im Rohstoff erkannt werden.
\n4.\tEntwicklung einer Pressmatrize: Das Pressen solcher Teile muss in speziellen Pressmatrizen entwickelt werden, da die Wandst\u00e4rken sehr unterschiedlich sind und die Geometrie selbst sehr komplex ist.
\n5.\tEntl\u00fcftung der Pulver w\u00e4hrend des Pressvorganges: Bei dem angedachten Pressverfahren ist die Entl\u00fcftung des sehr volumin\u00f6sen feinen Pulvers ein entscheidender Zeitfaktor, welcher optimiert werde muss.
\n6.\tPressdynamik und Kommissionierung der Presse: Im Rahmen des Projektes wird ein entsprechendes Werkzeug f\u00fcr eine entsprechende Presse entwickelt und die Pressparameter empirisch ermittelt, welche anschlie\u00dfend \u00fcber FEM Kalkulationen ab-gesichert werden sollen.
\n7.\tDosierung der Pulver in der Pressmatrize: Nachdem die Pulver trotz Agglomerierung schwierig zu dosieren sind, muss bei einer Formschl\u00fcssigkeit, sprich volumenkonstanter Presstechnik, die automatische Dosierung der Pulver mit einer sehr hohen Reproduzierbarkeit gew\u00e4hrleistet werden. Diese Erfahrungen sind heute nicht Stand der Technik.
\n8.\tSintern und Charakterisierung: S\u00e4mtliche Entwicklungsschritte k\u00f6nnen erst am Fertigprodukt, also dem gesinterten Produkt beurteilt und charakterisiert werden. Entsprechend m\u00fcssen die Bauteile vor der Charakterisierung durch eine bekannte Hochtemperaturbehandlung gesintert und graphitiert werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Zugabe der im Projekt verwendeten Sinterzus\u00e4tze bzw. Presshilfsmittel f\u00fchrte zu einer verbesserten Druckverteilung im Pulver auf Grund einer homogeneren Pulververteilung im Presswerkzeug. Dies f\u00fchrte in allen F\u00e4llen zu rissfreien Sinterk\u00f6rpern. Leider verschlechterten jedoch jegliche Additive die sp\u00e4teren, physikalischen Eigenschaften der Kolben.
\nDurch eine gezielte Pulveraufbereitung sollte das automatische Bef\u00fcllen einer industriell zu betreibenden Presse erm\u00f6glicht werden. Eine hierf\u00fcr erforderliche Rieself\u00e4higkeit des Pulvers konnte nicht erreicht werden, ohne das Pressverhalten des Pulvers und\/oder die Sintereigenschaften des Gr\u00fcnk\u00f6rpers merklich zu verschlechtern. Verantwortlich hierf\u00fcr war haupts\u00e4chlich die Verringerung der sinteraktiven Oberfl\u00e4che des Mesophase-Pulvers, die durch die Zugabe von Dispersionsmittel zur Umstrukturierung der einzelnen Mesophase-Partikelpakete bewirkt wurde.
\nZur Herstellung der Kolbengr\u00fcnlinge wurden zwei unterschiedliche Pressmethoden verfolgt. Dies waren das druck-\/weggesteuerte, monoaxiale Verpressen und das isostatische Verpressen nach dem Dry-Bag-Verfahren. Der hohe Kompressionsfaktor des Mesophase-Pulvers von >3,3 machte es notwendig, f\u00fcr beide Methoden geeignete Presswerkzeuge zu entwickeln.
\nIm Falle des monoaxialen Pressens konnten Formk\u00f6rper verpresst werden, die anschlie\u00dfend rissfrei gesintert werden konnten. Eine geeignete, automatisierte Bef\u00fcllungsstrategie f\u00fcr diesen Presstyp konnte bis zum Ende dieses Projektes nicht gefunden werden. Zudem erforderte dieses Verfahren sehr komplexe Presswerkzeuge, was sich als sehr zeit- und kostenintensiv erwiesen hat. Eine Rentabilit\u00e4t in Bezug auf das Pressen ist demnach nur f\u00fcr hohe St\u00fcckzahlen ( ca. > 500.000) gew\u00e4hrleistet.
\nIm Falle des isostatischen Pressens nach dem Dry-Bag-Verfahren konnte nach dem \u00dcberwinden zahlreicher Dichtschwierigkeiten des Presssystems ein hochmodulares Presswerkzeug entwickelt werden, welches eine ausreichende Flexibilit\u00e4t bez\u00fcglich der Modifikation komplexer Geometrien und somit auch der Kolbendimensionierungen gew\u00e4hrleistet. Es konnten einsatzf\u00e4hige, f\u00fcr 2-Takt-Motoren geeignete Kolben, hergestellt werden. Die zu erwartenden Fixkosten lassen Klein- wie auch Gro\u00dfserien von Kolben zu, was eine gezielte Markteinf\u00fchrung positiv unterst\u00fctzt. Au\u00dferdem konnte f\u00fcr die isostatische Presse eine Bef\u00fcllungsmimik entwickelt werden, die auch mit rieselunf\u00e4higem Pulver ein automatisches Bef\u00fcllen einer Presse erm\u00f6glicht.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die einzelnen durchgef\u00fchrten Aufgabenstufen haben im Rahmen dieses Projektes gezeigt, dass sich eine Pulveraufbereitung mit dem Ziel der Verbesserung des Verpressens und\/oder der physikalischen Eigenschaften nach Sinterung mit dem verwendeten Mesophase-Pulver nachteilig auswirkt. Bez\u00fcglich eines wirtschaftlichen Verpressens von Mesophase-Pulver ist auf der Basis der durchgef\u00fchrten Untersuchungen das isostatische Verpressen (Dry-Bag-Verfahren) zu favorisieren. Es l\u00e4sst eine marktorientierte Modellflexibilit\u00e4t zu und erm\u00f6glicht einen \u00fcberschaubaren Kostenrahmen im Produktionsma\u00dfstab.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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