Großes Potenzial

Future

Leichtmetall oder Stahl? Während gegenwärtig noch Aluminium favorisiert wird, holt Stahl mit hoch- und höchstfesten Legierungen auf. Doch welche Rolle könnte eigentlich Magnesium spielen?

27. August 2010

Auf Initiative des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz wurde 2007 der Wachstumskern TeMaK – Technologieplattform zum Einsatz von Magnesium-Knetlegierungen für den Fahrzeugbau im Produktlebenszyklus – gegründet.

Forschungsschwerpunkt der TeMaK war und ist es, das Potenzial des Leichtwerkstoffs Magnesium durch die vollständige Betrachtung seines Lebenszyklus darzustellen. Insgesamt 16 Partner aus Forschung und Industrie gliedern sich dafür in die sechs Einzelbereiche: Magnesiumherstellung, Konstruktion, Umformen und Zerteilen, Fügen, Oberfläche und Recycling.

Gemeinschaftsaufgabe Autotür

So sollen spezifische Teilaufgaben gemeinsam gelöst und am Beispiel einer Autotür der Nachweis einer ganzheitlichen Lösung erbracht werden.

Im Fokus des Fraunhofer IWU stand unter anderem die Entwicklung der erforderlichen Technologien, die zum Umformen und Fügen der Magnesiumbleche für den industriellen Einsatz benötigt werden. Konkret wurden die Verfahren Tief- und Streckziehen, Innenhochdruck-Umformen, Rohr- und Rollbiegen, Fließpressen sowie Laserschweißen in Zusammenarbeit mit mehreren Industriepartnern erforscht und erfolgreich gelöst. Durch die intensive theoretische Betrachtung der einzelnen Technologien konnten umfangreiche Kenntnisse in Bezug auf temperaturabhängige Kennwerte und, darauf basierend, der Verfahrenssimulation gewonnen werden. Ein besonderes Augenmerk lag somit auf der notwendigen Erwärmung des Werkstoffs im Prozess, da die verwendete Legierung AZ31 erst oberhalb von etwa 220 ºC die erforderlichen Umformeigenschaften durch Bildung von Gleitebenen im Magnesiumgitter gewinnt.

Bereits zum Start des Vorhabens wurde durch alle Projektpartner entschieden, eine möglichst seriennahe Konstruktion umzusetzen. Der Hintergrund war, die zu entwickelnden Techniken und Werkzeuge von Beginn an an den realen Bedingungen des Presswerks zu messen.

Besonders für das Türinnenteil waren somit hohe Umformgrade zu realisieren. Diese ermöglichten letztendlich die geometrische Anbindung der verschiedenen An- und Einbauteile. In Bezug auf die industriell erforderlichen Taktzeiten erwiesen sich Kombinationen aus elektrisch beheizten Werkzeugen und induktiv erwärmten Halbzeugen als erfolgversprechend. So konnten in der praktischen Umsetzung seriennahe Taktzeiten von acht Sekunden für die Türaußen- und -innenteile umgesetzt werden.

Die Erwärmung der Tailored-Blank-Platinen erfolgte induktiv vor Zuführung in das beheizte Werkzeug. Aus energiepolitischen Gesichtspunkten wurden nur Bereiche der Platine mit erhöhten Umformgraden durch einen bauteilspezifischen Induktor direkt erwärmt, ebenso wie im Werkzeug durch verschiedene und variable Regelkreise ein nicht-isothermes Temperaturgefüge aufgebaut wurde. Hierdurch gelang es, den anfänglich komplett isotherm ausgelegten Prozess zu differenzieren und die notwendigen Energieeinträge für eine stabile Gutteilfertigung um mehr als 40 Prozent zu reduzieren.

Fast 60 Prozent leichter

In den praktischen Versuchen konnten so auch die für den Werkzeugbau wichtigen Erkenntnisse vertieft werden, die im ummittelbaren Zusammenhang mit den Werkzeugführungen, Aufmaßen und Isolierungen bei der Umsetzung von beheizten Prozessen standen. Eine aufwendige Werkzeugeinarbeitung, die bei jedem Schritt das Abkühlen der Werkzeuge voraussetzt, kann so zukünftig vermieden werden.

Die Ergebnisse des Wachstumskerns TeMaK spiegeln sich im umgesetzten Demonstrator (Autotür) wider. Die Baugruppe in der Magnesiumausführung besitzt nur ein Gesamtgewicht von rund 4,6 Kilogramm. Zum Vergleich: Eine Autotür aus Stahl wöge bei ähnlichen Gebrauchseigenschaften rund 11,2 Kilogramm.

Erschienen in Ausgabe: 04/2010