Giesssimulation und experimentelle Validierung der aktiven Luftkühlung von Gussteilen

Grossgussbauteile für Gas-, Dampfturbinen oder Motoren benötigen Tage bis Wochen, um zu erstarren und auszukühlen.

Ziel

Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, die mehrtägige Abkühlzeit eines Grossgussbauteils in einer Sandform durch ein neues, gesteuertes Kühlungsverfahren mit Luft bei gleichzeitiger Wahrung der Gussqualität zu halbieren.

Ausgangslage

Um die Abkühlzeit bei Gussteilen zu verringern, muss gezielt mehr Wärme abgeführt werden. Dies soll mit einem aktiven Kühlverfahren erfolgen. Aufgrund dieser Anforderung muss eine zuverlässige Vorhersage der Kühlwirkung mittels Simulation möglich sein, um den Nutzen des zusätzlichen Aufwands der aktiven Kühlung für unterschiedliche Grossgussteile vorgängig abklären und deren Auslegung zu realisieren. Die durch das aktive System abgeführte Wärmeenergie soll in einer Gusssimulationssoftware bis zur Ausformtemperatur rechnerisch vorhergesagt werden.

Ergebnis

Das Potential einer aktiven Kühlung von Sandguss wurde im Rahmen des Projektes im Labormassstab und im Grossguss nachgewiesen. Durch die aktive Kühlung können die folgenden Verbesserungen bei der Erstarrung und der weiteren Abkühlung erzielt werden: 

• Reduktion der Kühlzeit bis zum Ausformen um 67% mittels aktiv gekühlter Eisenkokille im Laborversuch
• Aktive Beeinflussung des Erstarrungsablaufs und der heissen Zonen im Bauteil, wodurch komplexe Geometrien giesstechnisch leichter umgesetzt werden können
• Feineres Gefüge und verbesserte mechanische Kennwerte
• Verminderung von Gussdefekten