Verbundprojekt: Optimierte Produktionsprozesse zur Verringerung des CO2-Abdruckes im Druckgießprozess mit Sekundär-Aluminium (OptiProGRessAl)

Abstract

Im Verbundvorhaben Optimierte Produktionsprozesse zur Verringerung des CO2-Abdruckes im Druckgießprozess mit Sekundär-Aluminium (OptiProGRessAl) wurden technologische und datenbasierte Ansätze zur Verringerung des CO2-Abdrucks im Aluminiumdruckguss mit Sekundär-Aluminium untersucht und bewertet. Ziel war es, wesentliche ökologische Einflussgrößen im Druckgießprozess zu identifizieren, geeignete Optimierungsmaßnahmen technisch zu qualifizieren und deren Wirkung anhand einer Lebenszyklusanalyse sowie qualitätsbezogener Untersuchungen einzuordnen. Hierzu wurden zunächst ein industrienahes Referenzbauteil sowie belastbare Referenzprozesse im Druckguss und Spritzguss definiert und messtechnisch erfasst. Aufbauend darauf wurde ein Gate-to-Gate-Lebenszyklusanalysemodell entwickelt, mit dem die relevanten Stoff-, Energie- und Medienströme der Prozesse in den Wirkungskategorien Treibhauspotenzial, Versauerungspotenzial und Eutrophierungspotenzial bewertet werden konnten. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere der Materialeinsatz und hier vor allem der Anteil an Aluminium aus Primärrohstoffen einen dominierenden Einfluss auf die Umweltwirkungen besitzt. Für die prozessseitige Betrachtung erwies sich darüber hinaus der Schmelzprozess als zentraler ökologischer Hebel. Vor diesem Hintergrund wurden im Projekt mehrere Optimierungsansätze untersucht und bewertet. Hierzu zählen insbesondere die wasserstoffbasierte Bereitstellung der Prozesswärme, der Wechsel des Hydraulikmediums, die CO2-basierte Trennstoffapplikation, das Mindermengensprühen sowie weitere material- und prozessbezogene Variationen. Für mehrere dieser Maßnahmen konnte ein relevantes Entlastungspotenzial aufgezeigt werden, wobei sich insbesondere der wasserstoffbasierte Schmelzansatz als langfristig wirksame Transformationsmaßnahme und Maßnahmen im Bereich der Hilfs- und Betriebsstoffe als vergleichsweise gut übertragbare kurzfristige Optimierungsansätze erwiesen. Ergänzend wurden die Voraussetzungen für eine datenbasierte Prozessbewertung und KI-gestützte Qualitätsprognose geschaffen. Hierzu erfolgten die systematische Erfassung von Prozess-, Energie- und Zustandsdaten, die Durchführung gezielter Gießserien mit Parametervariationen sowie die Verknüpfung dieser Daten mit thermographischen und CT-basierten Qualitätsinformationen. Die Untersuchungen zeigten, dass insbesondere Schussgewicht, Trennmittelmenge, Temperierung und Schusskurve einen relevanten Einfluss auf die Bauteilqualität besitzen. Die durch Projektpartner durchgeführten Auswertungen zeigen darüber hinaus, dass sich aus zeitaufgelösten Prozessdaten qualitätsrelevante Unterschiede zwischen verschiedenen Prozesszuständen sowie erste Zusammenhänge zu globalen Qualitätskennwerten ableiten lassen. Damit wurde eine wesentliche Grundlage geschaffen, um qualitätskritische Prozesszustände künftig datenbasiert zu erkennen und die Prozessführung gezielter zu unterstützen. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass die im Vorhaben entwickelten Ansätze einen wichtigen Beitrag zur ökologischen und qualitätsbezogenen Weiterentwicklung des Druckgießprozesses leisten und in weiten Teilen auch auf weitere Bereiche der Gießereiindustrie übertragbar sind.