Bei der EMP Tech erhalten wir Tooling-Datenpakete, die mit engen Toleranzen und aggressiven Zeitplänen geliefert werden – und oft mit denselben drei oder vier Fehlermustern, die bereits eingebaut sind. Das Problem liegt selten an der Druckgussmaschine. Es sind die technischen Annahmen, die vom Zeichenbrett in den Werkzeugbau wandern, ohne einen ordnungsgemäßen DFM-Filter (Design for Manufacturability) zu durchlaufen. Als IATF 16949-zertifizierter Automobil-Druckgusslieferant1, der 13 Vakuum-Hochdruckdruckguss-(VHPDC)-Zellen und über 150 CNC-Spindeln betreibt, erkennen wir Muster. Hier erfahren Sie, warum die meisten Projekte scheitern – und was sie wirklich davor bewahrt.
1. Die Porositäts-Panik
Die Zeichnung fordert „keine Porosität zulässig“, aber das Bauteil ist ein 3,2 kg schweres Getriebegehäuse mit Wandübergängen von 4 mm auf 18 mm. Ein absolutes Null-Porositätsziel zu verfolgen, ist thermodynamisch unsinnig. Im VHPDC-Verfahren werden gelöste Gase und Schwindungsunregelmäßigkeiten gesteuert, nicht eliminiert. Unser Prozess leitet die letzte Erstarrungsfront in dafür vorgesehene Überlaufmulden um, indem wir das thermische Feld mit Moldflow Insight abbilden, bevor auch nur eine Tasche geschnitten wird. Gemäß den praktischen Richtlinien der NADCA zu Gasporosität in strukturellen Druckgussteilen2 konzentriert ein gut ausgelegtes Anschnitt- und Überlaufsystem die Mikroporosität in nicht-funktionalen Bereichen. Die technische Diskussion sollte sich also um die akzeptable Größe, Lage und Häufigkeit von Unregelmäßigkeiten drehen – nicht um ein pauschales Verbot.
Was ein Projekt scheitern lässt, ist, wenn Porosität erst bei der PV-Prüfung (Production Validation) entdeckt wird, weil niemand einen CT-Scan an den T1-Erstmustern durchgeführt hat. Wir prüfen jeden ersten Hohlraum mit Röntgeninspektion und korrelieren die Ergebnisse mit der Moldflow-Heißstellenprognose. Dann legen wir das Prozessfenster fest.
2. Dichtheitsspezifikationen, die im Büro geschrieben wurden
Die O-Ring-Nut an einem E-Motor-Gehäuse hat eine Rauhigkeitsanforderung von 0,8 µm Ra und eine Ebenheit von 0,05 mm über eine 400 mm lange Dichtfläche. Bei einem Guss ist das nicht nur eine Bearbeitungsoperation, sondern ein Bezugssystem-Problem. Verschieben sich die Rohguss-Bezugsflächen aufgrund der fortschreitenden Wärmerissbildung im Werkzeug um 0,2 mm, kann kein CNC-Programm die Nutlage relativ zum Dichtflansch wiederherstellen.
Wir setzen auf 5-Achs-Bearbeitung in einer Aufspannung in unseren speziellen Fertigungszellen für Antriebsstranggehäuse3, um den Aufspannungsfehler zu eliminieren. Noch wichtiger ist jedoch die vorherige Vereinbarung einer Bezugshierarchie, die Guss-Schwankungen überlebt. Zu viele Projekte legen die CMM-Ausrichtung auf eine Fläche fest, die der Gießprozess nicht stabil halten kann. Dann wird jeder PPAP-Durchlauf zur Feuerwehrübung.
Die 100%ige Luftverlust-Dichtheitsprüfung ist bei Gehäusen, die IP67 oder ähnlich erfordern, unser Standard. Wir sehen regelmäßig Konstruktionen, bei denen das Toleranzband für die Nutlage die gesamte verfügbare Dichtungskompression aufbraucht. Die Lösung ist niemals „genauer bearbeiten“, sondern eine DFM-Überprüfung, die den Nutquerschnitt so anpasst, dass der Dichtungskompressionsbereich die positionelle Streuung des Gusses aufnimmt.
3. Die Bearbeitungstoleranzkette, die niemand verantwortete
Ein Motorsteuergerätegehäuse trifft mit 27 Gewindebohrungen, fünf Lagerbohrungen und einer Ebenheitsspezifikation an der Steckverbinderfläche ein. Der OEM-Ingenieur geht davon aus, dass der Gusslieferant die Gusshülle kontrolliert, der Bearbeitungslieferant die Bohrungen – und dass beides magisch zusammenpasst. In einem Tier-2-Modell verantworten wir beides. Wenn aber die Konstruktion nicht genügend Aufmaß für eine Schrupp- und Schlichtbearbeitung der kritischen Bohrungen vorsieht, kann die Gusshaut das Schneidwerkzeug in eine Konizität ziehen.
Wir sehen oft Zeichnungen, bei denen die Toleranz für das Oberflächenprofil einer Dichtfläche exakt der Toleranz der bearbeiteten Fläche entspricht. Das verbietet praktisch jede Bearbeitung – denn jeder Materialabtrag verletzt die Gusstoleranz, es sei denn, das Bezugssystem wird neu verhandelt. Erfolgreiche Projekte sind solche, bei denen wir eine werkzeugflussgestützte Bearbeitungssimulation durchführen, bevor der Werkzeugstahl bestellt wird, und bei denen die Bezugsverriegelungsbolzen an der Vorrichtung gemeinsam mit dem Werkzeugbauer konstruiert werden.
4. Sauberkeitsanforderungen in einer späten Phase
Ein Getriebegehäuse fällt bei der PSW (Production Part Submission Warrant) durch, weil die Anzahl der Restpartikel im Ölkanal den Grenzwert überschreitet. Das Bauteil wurde bearbeitet, gewaschen und verpackt, aber niemand hatte VDA 19 im ursprünglichen Lastenheft spezifiziert. Die nachträgliche Implementierung eines validierten Reinigungsprozesses nach Abschluss des Werkzeugs kostet Monate.
Die Einhaltung der VDA-19-Grenzwerte für technische Sauberkeit4 bei funktionalen Bauteilen erfordert Ultraschallwaschen, kontrolliertes Spülen und eine reinraumnahe Verpackungslogistik. Wir haben für E-Motor-Gehäuse eine Inline-Partikelüberwachung an ölbenetzten Kanälen eingeführt, weil ein 600-Mikron-Span, der von einer Bohroperation zurückbleibt, bei 8.000 U/min einen Schmierstrahl blockieren kann. Der Schlüssel liegt darin, die Sauberkeitsanforderungen bereits in der APQP-Phase-1-Risikobewertung festzulegen – nicht erst in der ISIR-Ablehnungssitzung.
5. Die PPAP-Papierkriegs-Zeitbombe
Eine PPAP-Level-3-Einreichung umfasst Maßprüfergebnisse, Materialzertifikate, Fähigkeitsuntersuchungen und eine unterschriebene PSW. Der häufigste Grund für die Ablehnung einer PSW, den wir sehen, ist eine Diskrepanz zwischen dem CMM-Programm und der bemaßten Zeichnung des Kunden – meist weil der Zeichnungsstand zwischen der T2-Musterprüfung und dem Serienanlauf geändert wurde. Mit unserem hauseigenen Zeiss-CMM und PPAP-Workflow5 erkennen wir diese Abweichungen, bevor der Messbericht erstellt wird. Ein Automotive-Tier-1 kann es sich nicht leisten, ein Level-3-Paket neu einzureichen, weil der Lieferant die Nummerierung der Prüfpunkte falsch zugeordnet hat.
Der zweithäufigste Grund sind unzureichende Daten zur Prozessfähigkeit bei Seriengeschwindigkeit. Wenn das PPAP-Los 300 Teile umfasst, aber das Werkzeug vorher nur 30 Schüsse gelaufen ist, ist die Prozessstabilität ein Glücksspiel. Wir bestehen auf mindestens 200 Schüssen zur thermischen Stabilisierung, bevor ein einziger Maßwert aufgenommen wird, und die Prozessfähigkeitsdaten spiegeln diese reale Streuung wider.
Projekte scheitern, wenn der Konstruktionsauftrag ohne Fertigungsdaten über den Zaun geworfen wird. Sie gelingen, wenn die Daten des Lieferanten zu thermischer, maßlicher und sauberkeitstechnischer Fähigkeit als Konstruktionseingangsgrößen behandelt werden – und nicht als Obduktionsbericht. Dieses Gespräch beginnt beim Werkzeug-Kick-off.
