Digital zur grünen Gießerei

Mit „DiGiPro“ hat das Österreichische Gießerei-Institut eine weitreichende Digitalisierungsoffensive gestartet, um den ökologischen Fußabdruck von Gussbauteilen zu minimieren. Die richtungsweisende Pionierarbeit wird mit dem ACR Innovationspreis 2025 gewürdigt.

Österreichs Gießereien bewegen sich derzeit in einem schwierigen Spannungsfeld: Bei steigenden Umweltauflagen gilt es, die hohen herrschenden Qualitätsstandards aufrechtzuerhalten, während zunehmend internationale Konkurrenten auf den Markt drängen. Effizienzsteigerung ist damit das Gebot der Stunde und auch ein zentrales Ziel im Projekt „DiGiPro“ des ACR-Instituts ÖGI. Dabei gehen die beteiligten Forscher*innen vor allem der Frage nach, wie digitale Technologien genutzt werden können, um Gussbauteile mit komplexen Innenstrukturen möglichst klima- umweltschonend zu realisieren. „Als Gießer müssen wir beispielsweise bei der Produktion von Verbrennungs- oder auch Elektromotoren unterschiedliche Hohlräume abbilden“, verweist Mirnes Berbić, Projektleiter am ÖGI, auf eine zentrale Schlüsselbranche der heimischen Gießereiindustrie.

Um die gewünschten Aussparungen zu erreichen, kommen sogenannte „Sandkerne“ zum Einsatz. Sie bestehen zu 98% aus Sand und zu ca. 2% aus organischen bzw. anorganischen Bindemitteln und müssen ein komplexes Anforderungsprofil erfüllen. Denn während die Kerne beim Gussprozess hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, sollen sie gleichzeitig eine gute Entkernbarkeit aufweisen, also nach dem Gießen möglichst rückstandslos zerfallen. Immer öfter finden dabei 3D-Sanddruckverfahren Anwendung, in ihrer Stückzahl sind diese jedoch aktuell noch auf Kleinserien begrenzt. Forschungsbedarf gibt es auch mit Blick auf klimafreundliche Bindemittel. So gehen anorganische Systeme zwar nachweislich mit einer geringeren CO2-Belastung einher, bleiben in ihrem Entkernverhalten aber hinter organischen Alternativen zurück.

Simulation eines Gussbauteils auf einem Laptop
3D-Sanddrucker

Für die Forscher*innen hinter „DiGiPro“ war von Anfang an klar, dass Einzelmaßnahmen nicht zum gewünschten Erfolg führen. Neben 3D-gedruckten Sandkernen und emissionsarmen Bindersystemen widmet sich das Projekt daher auch der optimalen geometrischen Ausgestaltung von Bauteilen. Mathematische Modelle und Algorithmen geben dabei etwa Aufschluss über die bestmögliche Materialverteilung für effiziente und zugleich stabile Innenstrukturen. Um durchgeführte Simulationen auf ihre Praxistauglichkeit zu testen, haben Mirnes Berbic und sein Team einen eigenen Prüfstand entwickelt. Weltweit erstmalig kann das Entkern- und Emissionsverhalten damit standardisiert und unter realitätsnahen Belastungen beurteilt werden. „Diese einzigartige Kombination ermöglicht es, Gusskerne nicht nur funktional, sondern auch ökologisch zu optimieren“, betont Mirnes Berbić und weiter: „Ansatzpunkte ergeben sich entlang der gesamten Wertschöpfungskette von der Rohstoffgewinnung bis zur Wiederverwertung.“

„Diese einzigartige Kombination ermöglicht es, Gusskerne nicht nur funktional, sondern auch ökologisch zu optimieren.“

Mirnes Berbić, Projektleiter am ÖGI

Einem hochgradig interdisziplinären und praxisnahen Forschungsansatz ist es zu verdanken, dass sich für Gießereien und Zulieferer aus dem Projekt völlig neue Potenziale ergeben, um ihre Prozesse emissionsärmer, ressourcenschonender und wirtschaftlich effizienter zu gestalten. Zusätzlich befeuert wird der Trend hin zu 3D-Druck und digitaler Simulation durch die aufstrebende Leichtbau- und Elektromobilindustrie. „DiGiPro“ macht heimische Gießereien zu Vorreitern ihrer Branche – in Europa und auch darüber hinaus.