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18 ZVOreport Ausgabe 4 – August 2009 Im Fokus Fachaufsatz Die Bedeutung des im Automobilbau Neben den bekannten Stahlwerkstoffen und deren Entwicklungen haben sich schon seit Langem Kunststoffe und Aluminiumlegierungen für die Realisierung von Leichtbauprinzipien etabliert. Als relativ junger Werkstoff mit alter Vergangenheit sind jedoch in den letzten 15 Jahren auch die Magnesiumlegierungen wieder in den Blickpunkt der Entwicklungsabteilungen der Automobilhersteller, aber auch anderer Industriezweige getreten. ❯ Es sind vor allem die Magnesiumgusslegierungen, die im heutigen Automobilbau eine wichtige und nicht mehr wegzudenkende Rolle spielen. Auch bei neuen Antriebskonzepten wird dem Leichtbau besondere Beachtung geschenkt. Bei Hybridantrieben muss neben dem Gewicht des zusätzlichen Elektromotors auch das der Strom speichernden schweren Batterie ausgeglichen werden. Nur bei verringertem Gesamtgewicht können auch die Stromquellen kleiner werden und die alternativen Antriebskonzepte wirtschaftlich arbeiten. Mit einem kurzen historischen Rückblick auf die Anfänge des Magnesiumeinsatzes wird übergeleitet zu den wichtigsten Eigenschaftsprofilen der Guss- und Knetlegierungen. Neben den bereits heute bekannten vielfältigen Einsatzgebieten von Gusslegierungen sollen auch zukünftige Aspekte für den Einsatz von Knetlegierungen und deren besondere Problematik aus der Sicht der Oberflächenbehandlung vorgestellt werden. Kurzer historischer Rückblick Bei der Auflistung von beispielhaften Anwendungen der Magnesiumlegierungen kommt man um die Nennung des VW- Konzerns und im Speziellen um den VW Käfer nicht umhin. Bereits in den Vierzigerjahren des vergangenen Jahrhunderts wurden in diesem Auto rund 20 Kilo- gramm Magnesiumguss verbaut. Grund war damals schon der Einsatz von Leichtbauwerkstoffen für die Anwendung am Heckmotor des VW Käfer, um so eine ausgewogene Gewichtsverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse zu erzielen. Der Höhepunkt des Magnesiumeinsatzes wurde 1971 mit der Verarbeitung von etwa 42.000 Tonnen Magnesiumguss im VW-Konzern erreicht [1]. Diesem steilen Anstieg folgte ein dramatischer Absturz der Magnesiumproduktion. Grund waren die ungenügende Korrosionsbeständigkeit der vorhandenen Magnesiumlegierungen bei der Einführung von wassergekühlten Motoren und die Verlagerung des Motors in den vorderen Teil der PKW. Auch andere Automobilhersteller setzten auf das Leichtmetall Magnesium. So wurden in den 1950er-Jahren zahlreiche Karosserien bzw. Karosserieteile aus Magnesiumknetlegierungen hergestellt. Beispiele dafür sind der Jaguar Mark VII aus dem Jahre 1957 und der Mercedes-Benz 300 SLR mit einer Magnesium-Elektron- Karosserie aus dem Jahre 1955. Heute beträgt die Menge an Magnesiumgusslegierungen, beispielsweise im VW Passat, rund 1,4 Kilogramm, und Motivationen, diesen Anteil weiter zu erhöhen, gibt es in ausreichender Zahl. Mit dem Anstieg der Rohölpreise, der Forderung nach verringertem CO 2 -Ausstoß, dem stetigen Anstieg der Leergewichte der PKW auf Grund umfangreicher Sonderausstattungen und Sicherheitspakete ist auch die Leichtbauweise als Konstruktionsprinzip wieder verstärkt in den Fokus der Entwicklungsabteilungen getreten. Die Gewichtsentwicklung im PKW-Bau der letzten 30 Jahre (Abbildung 1) macht dieses Erfordernis deutlich. Ebenso deutlich geht aus dieser Abbildung aber auch hervor, dass erste positive Trends erkennbar sind. Eng verbunden mit der Anwendung dieser Prinzipien ist natürlich der Einsatz
Magnesiums Abbildung 1: Entwicklung des Leergewichtes eines Mittelklasse-PKW von Leichtbauwerkstoffen und die Anwendung verschiedener Technologien und Verfahren zur Erzeugung entsprechender Bauteile und Baugruppen. Hier wird deutlich, dass ein moderner Leichtbau immer mit einem Material-Mix, auch als Mischbauweise bezeichnet, verbunden ist und damit auf Grund unterschiedlicher Werkstoffeigenschaften neue Lösungsansätze notwendig werden. Magnesiumgusslegierungen Mit der Entwicklung der so genannten High-Purity-Legierungen (hp) Ende der 1980-er Jahre und des damit verbundenen erhöhten Korrosionswiderstands wurde der Weg für den verstärkten Einsatz von Magnesiumgusslegierungen im Automobilbau geebnet. Diese Legierungsgruppe nimmt bei der Anwendung des Magnesiums das größte Marktsegment ein (Abbildung 2). So sind vielfältige Anwendungen bekannt, die vorwiegend durch die beiden Legierungen AZ91 und AM50 abgedeckt werden. Die hier aufgeführten Beispiele stehen stellvertretend für eine ganze Palette an Anwendungen von Gusslegierungen: ❯ Metallkern von Lenkrädern fast aller Hersteller aus der Legierung AM50 ❯ Gehäuse eines Siebengang-Automatikgetriebes Mercedes-Benz ❯ Verbundkurbelgehäuse der Sechs-Zylinder-Ottomotoren bei BMW [2] ❯ Verdeckteile bei Porsche ❯ Sitzlehnen und Heckscheibenrahmen bei Mercedes-Benz ❯ Instrumententafelträger bei Audi und Opel ❯ Diverse Gehäuseteile für Getriebe, Pumpen etc. verschiedener Hersteller Im Fokus Neue kriechbeständige Legierungen werden beispielsweise für unterschiedliche Bauteile am Motorblock eingesetzt. Diese Legierungen sind unter anderem Ergebnis einer umfassenden Legierungsentwicklung vor allem auf dem Gebiet der Gusslegierungen. Hier werden neben den bereits bekannten und etablierten Legierungselementen Al und Zn mit sehr guten Erfolgen die Seltenen Erden, wie Neodym und Gadolinium und auch Elemente wie Zirkonium, Strontium und Calcium einge- Fortsetzung auf Seite 20 ❯❯❯ ZVOreport Ausgabe 4 – August 2009 19
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