Druckguss Ingenieur stellt Herstellungsprozess von PKW-Alurädern auf den Kopf

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Der Ingenieur Ralf Bux hat mit dem „Turbu-Druck-Gießen“ ein Verfahren entwickelt, welches den Herstellungsprozess von PKW-Alurädern auf den Kopf stellt. Damit verringert sich der Energiebedarf um die Hälfte und der Bedarf an Rohmaterial um 25 Prozent. Gefördert wurde das Verfahren von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU).

Turbulenzarmes-druckbeaufschlagtes-gießen heißt die Innovation, die viele Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Niederdruckgießen hat. „Die Leichtmetallräder für PKW sind deutlich leichter, stabiler und fester als bisher“, sagt Erfinder Bux über das Produkt. „Dadurch können Räder flexibel und individuell gestaltet werden.“ Ein Verkaufsargument, denn auf ein filigranes Design wird beim Autokauf zuweilen besonders geachtet. Stärker fallen jedoch die Umweltentlastungen ins Gewicht: „Durch das Verfahren reduziert sich der Energieverbrauch um die Hälfte“, so Bux.

In einer energieintensiven Branche wie der Räderherstellung habe das erhebliche Einsparungen zur Folge. Der Ingenieur: „Mit unserer Herstellung benötigen wir pro Rad 57 Kilowattstunden statt wie üblich 114.“ Pro Jahr können mit nur einer Gießmaschine mehr als 150.000 Räder hergestellt werden. „Die Einsparung beträgt damit pro Jahr rund neun Gigawattstunden Strom“, so Bux. Das entspräche ihm zufolge einem Energiebedarf von mehr als 2.200 Vier-Personen-Haushalten.

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Zugleich verringere sich nach seinen Worten im entsprechenden Maße der Treibhausgas-Ausstoß. Und: Seine Firma Entec-Stracon verzichtet beim Prozess auf klimaschädliche Energieträger wie Gas. Im Zuge des Klimawandels und der immer schärferen Grenzwerte im PKW-Bereich ist die Branche angehalten, entstehende Emissionen stetig weiter zu verringern. Mehr noch: „Marktanalysen zeigen, dass Automobil-Leichtmetallräder zunehmend beliebter werden. Ein Grund sind die durch Leichtbau reduzierten Energiekosten“, so DBU-Fachreferent Dr. Michael Schwake. Bei immer größeren PKW und schweren Batterien in der Elektromobilität zahle es sich aus, wenn einzelne Bauteile leichter werden. Schwake weiter: „Insgesamt können mit diesem Vorhaben viele relevante Potenziale erschlossen werden.“

Einsatz von 100 Prozent Recyclingmaterial

Mit 25 Jahren Erfahrung auf dem Gebiet der Radentwicklung und einer vollkommen neuen Idee stellte Bux den Herstellungsprozess auf den Kopf. Er erklärt: „Beim Turbu-Druck-Gießen schießt die Aluminium-Legierung innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde unter hohem Druck seitwärts in die Form.“ Der Vorteil: „Das Material hat aufgrund der hohen Geschwindigkeit und der extrem niedrigen Werkzeugtemperatur nach der Erstarrung deutlich kleinere Korngrößen und deshalb eine höhere Festigkeit und Dehnung“, so Bux, der zuvor zehn Jahre als Entwicklungs-Ingenieur bei Mercedes gearbeitet hat.

Beim herkömmlichen Niederdruckgießen fließt die geschmolzene Aluminium-Legierung von der Mitte aus in die Form und verteilt sich mithilfe der Schwerkraft. Nach dem Abkühlen folgt ein Zerspanungsprozess, das heißt überschüssiges Material wird abgetrennt und es fallen Späne an – minderwertiges Sekundärmaterial. Bux: „Beim Turbu-Druck-Gießen sind durch das konturnahe Gießen dünnwandige Querschnitte möglich bei minimalem Nachbearbeitungsaufwand.“ Eine aufwendige mechanische Bearbeitung wie bei herkömmlichen Rädern entfalle dadurch. Sekundärmaterial entsteht laut Bux allenfalls durch Anguss und Überläufe, doch das sei höherwertig. „Deshalb kann es beim nächsten Guss wieder eingesetzt werden“, so der Erfinder. Der Prozess kann nach seinen Worten mit 100 Prozent Recyclingmaterial umgesetzt werden, was mit Blick auf Ressourceneffizienz einen deutlichen Mehrwert bietet.

Qualitätskontrolle und Echtzeitüberwachung revolutioniert

Bux hat zugleich die Qualitätskontrolle revolutioniert: Vor dem Guss und nach dem Erkalten wird die Metalllegierung genau gewogen, eine Sensorik prüft das Rad nach dem Abschrecken auf Porosität. „Durch hunderte Sensoren werden alle prozessrelevanten Parameter in allen Bereichen in Echtzeit erfasst und zentral dokumentiert“, so Bux. Neben diesen tausenden Parametern wird das neue Verfahren permanent überwacht und gesteuert – anders als beim Niederdruckguss. „Diese ganzheitliche Qualitätskontrolle bereits beim Gießen ist ein enormer Vorteil beim Turbu-Druck-Gießen“, so DBU-Fachreferent Schwake. Wenn sich die Qualität während des Prozesses verschlechtere, könne gezielt gegengesteuert werden. Schwake: „So entsteht erst gar kein Ausschuss und Energie- und Ressourcenverbrauch verringern sich zusätzlich.“

Erste Fahrzeuge mit Turbudruck-Leichtmetallrädern

Bei allen Gießversuchen wurden Leichtmetallräder in unterschiedlichen Ausführungen erzeugt und auf den Prüfständen im direkten Vergleich zum Straßeneinsatz getestet. Nun gibt es zeitnah erste Fahrzeuge von namhaften Automobilherstellern wie BMW und Mercedes, die mit dieser Technologie produzierten Leichtmetallrädern ausgestattet werden. Laut Bux sagen Fahrzeughersteller, dass langfristig Niederdruckgießen komplett durch Turbu-Druck-Gießen ersetzt werden soll. Für seine Entwicklung hat Bux den Deutschen Innovationspreis 2025 erhalten.

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