Techn. Hochsch., Diss., 2001--Aachen.

Festungsschleifungen haben in der Geschichte der abendländischen Städte eine große Tragweite: Sie sind der Endpunkt jeglicher Stadtbefestigungen. Welche Veränderungen der Gesellschaft dazu führten, weshalb und an welchem Punkt der Entwicklung man aufhörte, Städte zu vefestigen, wird beispielhaft an der Stadt Gießen mit Hilfe der "Dichten Beschreibung" nach Clifford Geertz nachvollzogen.

Auf der Basis des Pilling-Bedworth-Verhältnisses für die Charakterisierung der Oxidationsneigung wurden die für die Herstellung von Magnesiumgussteilen in Sandformverfahren relevanten Einflussfaktoren, Formstoff- und Werkstoffkennwerte erfasst. Ausgehend davon werden geeignete Schutzprinzipien und technologische Maßnahmen formuliert. Die vorgeschlagenen Schutzkomplexe (Borsäure und Harnstoff) vermeiden die Oxidation des Magnesiums, reduzieren deutlich den Wasserbedarf und verbessern die Fließeigenschaften des Formstoffes. Die Zusätze sind fluor- und schwefelfrei, was geringe Emissionen und bessere Arbeitsbedingengen ermöglicht. Im Rahmen der Arbeit erfolgte eine umfassende Entwicklung praxistauglicher bentonitgebundener und kalthärtender organischer Formstoffsysteme und Schlichten. Die Einsetzbarkeit der Formstoffe für die moderne Formtechnik wurde nachgewiesen. Die erreichbaren Werkstoffeigenschaften entsprechen den internationalen Normen, hervorzuheben ist die hohe Oberflächenqualität der Gussteile. Die erzielten Ergebnisse wurden auf die realen Bauteile und Herstellungsprozesse, wie z.B. zum Ablösen des Natursandformverfahrens und für die Herstellung eines 4-Zylinder Motorblockes, erfolgreich übertragen. Durch die Realisierung der dargestellten Innovationen im Bereich der Sandformverfahren werden neue Impulse zur Verbesserung der Magnesium-Produktion und damit der internationalen Wettbewerbsfähigkeit im Fahrzeugbau gegeben.

Vor dem Hintergrund des steigenden Leistungsniveaus, der Reduzierung von Emissionen, der sinkenden Motorengewichte, der Einschränkung der Gestaltungsfreiheit sowie der zunehmenden thermischen und mechanischen Belastungen bei der Motorenentwicklung für den Automobilbereich sind die derzeit vorhandenen Werkstoffe vielfach bis in den Grenzbereich optimiert. Um auch in Zukunft den Anforderungen der Politik und Kunden gerecht zu werden, wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Legierungen durch die Zugabe von unterschiedlichen Elementen mit differenzierenden Gehalten bei den Legierungessystemen AlMgSi, AlSi6Cu4, AlSi10Ni3 und AlCu5Mn zusammengestellt und systematisch untersucht. Neben der Bestimmung der mechanischen, gießtechnologischen und physikalischen Eigenschaften erfolgte auch eine metallkundliche Untersuchung. Als Vergleich der gewonnenen Ergebnisse diente die Legierung AlSi7Mg. Das ausgeglichenste und beste Eigenschaftsniveau, welches besonders durch eine wesentliche Steigerung der mechanischen Eigenschaften nach thermischer Belastung bei unterschiedlichen Temperaturen hervorgerufen wurde, wiesen die Legierungen AlMg3Si1VScZr, AlMg5Si3VScZr und AlCu5MnNiCe auf, welche in naher Zukunft für Vorserienabgüsse und Motorenprüfstandsläufe verwendet werden sollen.

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Entwicklung eines Werkstoffes auf Basis der Legierung AlSi13,5Mg9,5 (=Al-15Mg2Si-8Si), die sich durch ein verbessertes Verschleißverhalten, geringere thermische Ausdehnung und geringere Dichtewerte auszeichnet. Eine wesentliche Aufgabe der Arbeit bestand in der Einstellung bester mechanischer Eigenschaften durch die Feinung der Primär-Phase (Mg2Si) sowie durch Mikrolegieren. Ausbleibende Resultate begründeten die Wahl einer angepassten Legierungszusammensetzung AlMg8,6Si6,4 (=Al-14Mg2Si-1Si). Versuche zur Eigenschaftsoptimierung (Mikrolegieren, Wärmebehandlung) zeigten neben der Ermittlung der gießtechnischen Eigenschaften die spezifischen Legierungscharakteristika auf. Die Verarbeitung des optimierten Werkstoffes mit verschiedenen Verfahren machte die Abhängigkeit der Ausbildung der mechanischen Eigenschaften sowie des Gefüges deutlich. Die Untersuchung der thermo-physikalischen Eigenschaften sowie die Analyse der Wechselwirkungen zwischen Risswachstum und Gefüge runden die Beschreibung des Eigenschaftsprofiles ab.

Die steigende Bedeutung des Leichtbaus in der modernen Fahrzeugtechnik stellt stetig neue technologische Herausforderungen an die Hersteller. Dabei rückt die Entwicklung neuer energetisch effizienter Herstellungsverfahren sowie geeigneter Werkstoffe immer weiter in den Vordergrund. In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung eines zukunftsorientierten kombinierten Gieß-Umformverfahrens zur Herstellung hochfester Aluminiumbauteile, z.B. für die Automobilindustrie, vorangetrieben. Die Anwendung aushärtbarer Aluminiumlegierungen, insbesondere mit höheren Siliziumgehalten, wird betrachtet. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Ermittlung und Begründung günstiger Prozessbedingungen für einzelne Prozessschritte von Aluminiumbauteilen (Gießen, Umformen, Warm-, bzw. Kaltauslagern) im Zusammenhang mit dem Siliziumgehalt der Legierung. Die Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse auf die Verhältnisse des kombinierten Gieß-Umformverfahrens in einen industrienahen Maß-stab stellte ein weiteres Ziel der Arbeit dar.

Bei der Arbeit stellte sich heraus, dass die Verwendung von aktiviertem Calciumbentonit oder von natürlichem Natriumbentonit als Formstoffbinder zu deutlich geringeren Porositäten im Gussstück führt als die Verwendung eines Calciumbentonits. Ein hoher Wassergehalt im Formstoff, z.B. bedingt durch einen hohen Schlämmstoffanteil, führt zu einer Erhöhung der Porosität. Stärker als der Formstoff jedoch wirkte sich die Formfüllung auf die Porosität im Gussstück aus, da bei einer Überschreitung der kritischen Gießgeschwindigkeit eine verstärkte Turbulenzbildung verursacht wird. Bei Dauerschwingfestigkeitsuntersuchungen zeigte sich, dass bei bearbeiteten Proben, trotz Verwendung verschiedener Nassgusssande ein vergleichbares Dauerfestigkeitsniveau auftritt. Unterschiede ergaben sich jedoch bei Verwendung verschiedener Gießverfahren und somit unterschiedlicher Formfüllbedingungen. Beim turbulenzarmen Niederdruckguss wurde eine höhere Dauerfestigkeit erzielt als beim Schwerkraftguss.

Festungsschleifungen haben in der Geschichte der abendländischen Städte eine große Tragweite: Sie sind der Endpunkt jeglicher Stadtbefestigungen. Welche Veränderungen der Gesellschaft dazu führten, weshalb und an welchem Punkt der Entwicklung man aufhörte, Städte zu vefestigen, wird beispielhaft an der Stadt Gießen mit Hilfe der "Dichten Beschreibung" nach Clifford Geertz nachvollzogen.

Die nachhaltige und dauerhafte Reduzierung von Emissionen und prozessbedingten Gerüchen in Gießereien kann nur durch den Einsatz emissionsarmer und geruchsfreier Einsatzstoffe direkt im Prozess erreicht werden. Obwohl bisher bekannte anorganische Kernbindemittel diese Vorteile bieten, konnten diese aber aufgrund unzureichender Produktivität im Fertigungsprozess nicht zur Herstellung von Aluminiumgussteilen für den Motorenbau, in hohen Stückzahlen, eingesetzt werden. Mit der vorliegenden Arbeit konnte erstmalig nachgewiesen werden, dass ein Kernbindemittel auf Basis von Magnesiumsulfat zur Fertigung von Aluminiumgussteilen für PKW-Motore geeignet ist. Zusätzlich werden alle umwelttechnischen Anforderungen erfüllt. Es ist zu erwarten, dass Gießereien weltweit dieses Verfahren in naher Zukunft einsetzen werden.

Bei der Arbeit stellte sich heraus, dass die Verwendung von aktiviertem Calciumbentonit oder von natürlichem Natriumbentonit als Formstoffbinder zu deutlich geringeren Porositäten im Gussstück führt als die Verwendung eines Calciumbentonits. Ein hoher Wassergehalt im Formstoff, z.B. bedingt durch einen hohen Schlämmstoffanteil, führt zu einer Erhöhung der Porosität. Stärker als der Formstoff jedoch wirkte sich die Formfüllung auf die Porosität im Gussstück aus, da bei einer Überschreitung der kritischen Gießgeschwindigkeit eine verstärkte Turbulenzbildung verursacht wird. Bei Dauerschwingfestigkeitsuntersuchungen zeigte sich, dass bei bearbeiteten Proben, trotz Verwendung verschiedener Nassgusssande ein vergleichbares Dauerfestigkeitsniveau auftritt. Unterschiede ergaben sich jedoch bei Verwendung verschiedener Gießverfahren und somit unterschiedlicher Formfüllbedingungen. Beim turbulenzarmen Niederdruckguss wurde eine höhere Dauerfestigkeit erzielt als beim Schwerkraftguss.