Nano-keramische Beschichtung wird auf die Formen für den Halbzeugguss dünn aufgetragen. Die Beschichtung haftet fest am Untergrund und härtet durch die Prozesswärme.
Foto: Ceranovis
Nano-keramische Beschichtung wird auf die Formen für den Halbzeugguss dünn aufgetragen. Die Beschichtung haftet fest am Untergrund und härtet durch die Prozesswärme.

Oberfläche

Kosten- und umweltschonender Trennmitteleinsatz in Gießereien

Die Trennmittel und Schutzbeschichtungen der Ceranovis GmbH für Schmelzwerke und Gießereien zeichnen sich durch Wirtschaftlichkeit, Arbeitsschutz und Nachhaltigkeit aus.

Trennmittel werden in Gießereien eingesetzt, um Metallformen und Feuerfestmaterial vor der flüssigen oder erstarrenden Schmelze zu schützen und beides voneinander effektiv zu trennen. Neben der Funktion beruht die konventionelle Wirtschaftlichkeitsbetrachtung auf Beschaffungskosten und Verbrauch. Meist sind dabei die Beschaffungskosten relativ niedrig, sodass auch der enorme Verbrauch die Wirtschaftlichkeit eines Prozesses nur moderat beeinflusst. Ein umfassenderer Blick berücksichtigt den Einfluss auf die Produktqualität, die Ressourcenschonung und Belastungen von Mitarbeitern, Umfeld und Umwelt. Auch bei der Entwicklung der nano-keramischen Trennmittel der Firma Ceranovis, stand zu Beginn und steht weiterhin die Wirtschaftlichkeit als das treibende Kriterium, wobei der Maintenance-Aufwand neben Verbrauch, Substratschutz und Preis das Kalkül bestimmt. Mit dünnen Schichten und somit geringen Mengen soll die gewünschte Funktion über einen möglichst langen Zeitraum gewährleistet sein. Das erspart dem Nutzer Produktionsunterbrechungen und den Aufwand des häufigen Nachtragens. Anlagenverfügbarkeit und Produktivität werden verbessert.

In Nachhaltigkeit, Umweltbelastung und Produktqualität gewinnt ein logischer Zusammenhang an Bedeutung: Trennmittel, die in einen Prozess eingetragen werden, werden auch aus dem Prozess ausgetragen. Das geschieht als Kontamination des Produktes, als unkontrollierter Austrag oder als kontrollierte, aufwändige Entfernung aus dem Prozess. Manche Trennmittel wie Öle reagieren, verdampfen, verrauchen. Somit beeinträchtigt jedes Kilogramm Trennmittel Umfeld, Umwelt und zuweilen auch das Endprodukt.

Trennmittel im Aluminium-Masselguss

Im Aluminium-Masselguss sind Pflanzenöle sowie Graphitsuspensionen auf Wasser- oder Ölbasis gängige Trennmittel. Suspensionen mit anderen Mineralien kommen eher selten zum Einsatz. Eine Nenngröße für den Verbrauch zu definieren ist schwierig, denn die Applikationsfrequenz reicht je nach Anlage und Werk von permanentem Sprühen bis hin zu einer Applikation am Tag. Ein solch hochfrequenter und mengenreicher Eintrag ist erforderlich, wenn ein entsprechender Austrag vorangeht oder das Trennmittel seine Wirkung verliert.

Rauchbildung

Das Pflanzenöl verraucht beim Kontakt mit der über 700 °C heißen Schmelze. Der Leitstand der Anlage muss so positioniert sein, dass der Rauch die Sicht nicht behindert. Die Gase und Schwebstoffe stellen ein signifikantes Risiko für Mitarbeiter und Umfeld dar. Die dabei entstehenden CO2-Emissionen sind eher marginal, es besteht jedoch Brandgefahr. Ein möglicherweise mit Öl belastetes Kühlwasser kann nicht einfach abgeleitet werden, sondern muss einer aufwändigen Entsorgung zugeführt werden.

Nano-keramische Beschichtung für Niederdruck-Räderguss.
Foto: Ceranovis
Nano-keramische Beschichtung für Niederdruck-Räderguss.

Produktkontamination

In der Kavität bilden sich durch Verkokeln bei Sauerstoffabwesenheit Kondensate. Diese kontaminieren das Endprodukt. Es entstehen dunkle Flecken am gegossenen Halbzeug. Über einen negativen Effekt dieser Kontamination lässt sich gewiss streiten, jedoch lehnen inzwischen viele Kunden kontaminierte Ware schlichtweg ab. Eine solche Kontamination ist auch bei der Verwendung von Graphit-Suspensionen zu beobachten.

Staubbildung und Entsorgung

Bei Graphit-Wasser-Suspensionen wird eine Rauchentwicklung nicht festgestellt, jedoch führt die häufige Applikation zu einem Schichtdickenaufbau in weniger belasteten Bereichen der Form. Dies beeinträchtigt die Qualität der Produkte sowie die Prozessführung. Die Formen müssen gereinigt werden. Je nach Trennmittel und Auslastung der Anlage ist ein Abreinigen der Formen monatlich oder 2-mal im Jahr erforderlich. Das Abreinigen geschieht lokal unter hohen, sich unkontrolliert verteilenden Staubemissionen und Umfeldverschmutzung durch Bürsten oder durch CO2-Eisstrahlen. Alternativ können die Formen demontiert und zum eingehausten Strahlen gebracht werden. Eine solche Reinigung legt das Produktionsaggregat für Tage still.

Wirtschaftliche und nachhaltige Alternative

Das speziell für den Aluminium-Masselguss entwickelte nano-keramische Trennmittel Nanocomp MI wird extrem dünn aufgetragen, haftet fest am Untergrund und härtet durch die Prozesswärme. Diese Robustheit sorgt für eine wochenlange verlässliche Funktion. Der Abrieb ist marginal und somit auch der Trennmittelbedarf. Durch den Kontakt mit der Schmelze entstehen keine Reaktionsprodukte, die das Umfeld belasten und das Endprodukt kontaminieren könnten. Über die Lebenszeit einer Form ist ein Abreinigen nicht erforderlich. Auch damit wird eine Belastung von Umfeld und Umwelt vermieden. Die Reinheit der Endprodukte überzeugt im Markt, sodass die Akzeptanzkriterien vieler Abnehmer geschärft wurden, weil nicht kontaminierte Halbzeuge ja nun verfügbar sind.

Langlebige Beschichtungen für langlebige Feuerfest-Elemente

Bei der Schmelzeführung über Feuerfestmaterial sind bei der Verwendung von Nanocomp ST die Effekte von geringem Materialverbrauch bei hoher Standzeit mit den entsprechenden bereits genannten Vorteilen ebenfalls anzuführen. Zudem schützt die technologisch raffinierte Einbringung eines inerten Versiegelungseffektes das Feuerfestmaterial vor Angriffen aggressiver Legierungen. Kunden berichten von verdoppelter Standzeit von Rinnenelementen. Die positiven wirtschaftlichen Effekte liegen klar auf der Hand. Da diese keramischen Elemente mit hohem Energieeinsatz produziert werden, ergibt sich aber auch ein positiver Effekt auf den CO2-Footprint in der Gesamtbetrachtung.

Aluminium- und Messing-Kokillenguss

Im Kokillenguss gehen die Anforderungen an die Funktion der Beschichtung weit über das Trennen und Schützen hinaus. Die Erhöhung der Standzeit der Beschichtungen ist erklärtes und erreichtes Ziel der Nanocomp-Entwicklung, um ein Abstrahlen der Werkzeuge möglichst lange hinauszuzögern. Jeder Neustart nach dem Abstrahlen ist mit hohen Kosten und erheblichem Energiebedarf sowie weiteren Belastungen verbunden. Ein Prozess, der viel seltener durch Abstrahlen, Abkühlen, Neubeschichten und Aufheizen unterbrochen wird, führt zu guter Produktqualität, guter Produktivität und zu niedrigeren Kosten.

Cold box Kernfertigung

In der Kernfertigung werden Trennmittel – oft Silikonöle mit hohem Lösungsmittelanteil – intensiv versprüht. Dadurch ergeben sich gesundheitsschädliche Emissionen. Ceranovis stellt einen fest haftenden, robusten Kernkastenlack zur Verfügung, der einmalig im Toolshop vor der Serienfertigung aufgetragen wird und mit besserer Funktion bis zum Produktionsende die gewünschte Trennwirkung liefert. Dadurch werden viele schädliche Umweltfaktoren eliminiert.

Fazit

Diese Beispiele zeigen auf, dass zwischen Umweltschutz, Mitarbeiterschutz und Nachhaltigkeit auf der einen Seite und Wirtschaftlichkeit auf der anderen Seite kein Kompromiss gefunden werden muss. In der Gesamtbetrachtung wird offensichtlich, dass beide Bestrebungen sich sehr gut verzahnen lassen. Wenn der Trennmittelverbrauch oder dessen Entsorgung minimiert wird oder die Lebenszeit von Anlagen, Bauteilen und Werkzeugen durch intelligenten Trennmitteleinsatz in hohem Maße verlängert wird, ist das nicht nur kosteneffizient, sondern auch in hohem Maße nachhaltig.

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