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Leichtbau

Werkstofftrends: Alter Stahl neu erfunden

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Aber nicht nur hochfeste Stähle werden in der Zukunft eine Rolle spielen: Autobauer wollen sich auch beim Design voneinander unterscheiden. Tata Steel hat deshalb zwei neue Produkte entwickelt, die speziell das Erscheinungsbild des Fahrzeugs verbessern können. „Mit unserer neuen hochformbaren, feuerverzinkten Stahlsorte DX57-GI Hyper Form können Fahrzeughersteller jetzt markante Außenhautteile gestalten. Außerdem haben wir mit Serica eine Premium-Stahloberfläche für feuerverzinkte Stähle entwickelt, die durch eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit mit garantiert geringer Welligkeit für ein hochwertiges Lackierergebnis sorgt“, sagt Wooffindin. Damit eignet sich Serica zum Beispiel für Außenhautteile wie Motorhauben, Türen oder Kotflügel.

Aluminium als Alternative zu Stahl

Nun soll noch ein Blick auf die Stahlkonkurrenz Aluminium geworfen werden. Schaut man in die Fertigungshallen der Fahrzeughersteller, dominieren am Volumenmarkt der unteren und mittleren Fahrzeugklassen Stahl beziehungsweise Stahlleichtbau-Lösungen in immerhin fast 70 % des Marktes. In der Oberklasse kommt vermehrt Aluminium zum Einsatz. Damit lässt sich noch mehr Gewicht einsparen als mit Leichtbaustählen, allerdings ist dieses Material und seine Verarbeitung bisher auch deutlich teurer. Catherine Athènes, Sustainability Council Leader und Marketing Director Packaging and Automotive Rolled Products bei Constellium, einem Aluminiumproduzent, der 2011 durch Abspaltung von Rio Tinto gegründet wurde, sagt: „Aluminium ist leicht, gut formbar und ästhetisch ansprechend. Die Weiterentwicklung der Aluminiumherstellung und neue Entwicklungen in den Legierungen ermöglichen es auch Autoteile mit höherer Festigkeit aus Aluminium herzustellen.“ Sie erklärt weiter: „Speziell für die Automobilindustrie bieten wir ein ganzes Portfolio an Produkten, die den Wunsch der Autobauer nach ästhetischer Qualität, guter Formbarkeit, hoher Festigkeit und verbesserten Crash-Eigenschaften erfüllen. Unser Hauptprodukt ist Surfalex, eine hochformbare Aluminium-Karosserieaußenhaut-Legierung für komplexe Bauteile, die eine überlegene Umformbarkeit im Tiefziehprozess bietet und dabei gute Oberflächeneigenschaften beibehält.“ Ein weiterer Aluminiumwerkstoff im Portfolio von Constellium ist Formalex Plus; dieses Aluminium macht Autotüren 40 % leichter. „Bei diesem Werkstoff können Autobauer ihre vorhandenen Werkzeuge mit nur kleinen Änderungen weiter nutzen“, zeigt Athènes die Vorteile.

Ergänzendes zum Thema
Innovation ganz ohne Stahl geht nicht

Composites, Aluminium, Kunststoff – Autobauer werden trotzdem auch in Zukunft nicht gänzlich auf Stahl verzichten können. Dass aber auch Stahl leichtbaufähig ist, zeigen steigende Nachfrage, wachsende Bedeutung und die Entwicklung hochfester Stähle. Was diese leisten und worauf es darüber hinaus ankommt, erklärt Frank Wilke, Vice President technische Kundenberatung der Deutschen Edelstahlwerke, größtes Tochterunternehmen der Schmolz+Bickenbach-Gruppe, im Gespräch mit MM-Redakteurin Frauke Finus.

Wie sehen die Werkstofftrends der Zukunft aus?

Trotz bedeutender Entwicklungen mit anderen Werkstoffen: auf Stahl im Automobil wird man nie ganz verzichten können. Mindestens 30 % des Autos bleiben auch in Zukunft aus Stahl. Aber der Anspruch an Stahl steigt: Höhere Verschleißbeständigkeit und vor allem höhere Festigkeit sind gefordert, damit Bauteile anders konstruiert und damit leichter werden können. Deshalb liegt hochfester Stahl so im Trend, er ermöglicht es, zum Beispiel Bauteile kleiner zu realisieren, was Material und Gewicht spart. Das setzt allerdings voraus, dass er auch während der Weiterverarbeitung bei unseren Kunden hohen und zum Teil veränderten Anforderungen gerecht wird: hochfester Stahl muss sicher umgeformt, verbunden und gespant werden können.

Was müssen neue Stahlsorten leisten ?

Neue Stahlsorten sollen zukünftig möglichst schon nach der Erschmelzung, der sekundärmetallurgischen Behandlung und gegebenenfalls dem erneuten Umschmelzen und Umformen alle gewünschten Eigenschaften besitzen, sodass nicht mehr zusätzlich beziehungsweise mehrfach wärmebehandelt werden muss.

Der Kunde erwartet, dass trotz gestiegener Anforderungen an den Stahl, an die Herstellungs- und Weiterverarbeitungsprozesse, die Prozesskosten insgesamt nicht steigen. Einer Herausforderung, die wir bei jeder unserer Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Blick haben. Auch, weil durch solche Werkstoff- und Prozessoptimierungen die Energieressourcen geschont und die CO2-Bilanz verbessert werden kann.

Wie kann ein Stahlhersteller über die Werkstoffentwicklung hinaus beim Leichtbau helfen?

Neben der Entwicklung von hochfesten Stählen, ist es auch wichtig, dass wir als Stahlproduzent und technischer Kompetenzpartner mit dem Autobauer gemeinsam den gesamten Prozess betrachten, hinterfragen und gegebenenfalls anpassen. Sind für den neuen hochfesten Stahl die richtigen Anlagen zur Bearbeitung vorhanden? Ist dem Kunden bewusst, dass der Stahl unter Umständen nicht geschweißt werden kann? Wir unterstützen mit unserem Know-how und unserer Erfahrung und sprechen konkrete Empfehlungen aus: Beispielsweise ist Verbundschmieden häufig eine hervorragende Alternative zum Schweißen.

Anderes Beispiel: Beim Zerspanen sind Werkzeuge nötig, die die neuen Festigkeiten aushalten können. Wir forschen gemeinsam mit Hochschulen daran, Parameter zu finden und zu prüfen, damit die Zerspanung der hochfesten Stähle nachhaltig und wirtschaftlich bleibt. Wir verstehen uns als Problemlöser, Optimierer und Innovationspartner für unsere Kunden.

Was bieten Sie, die Deutschen Edelstahlwerke, für die gestiegenen Anforderungen der Automobilindustrie?

Wir arbeiten in unserer Forschung- und Entwicklungsabteilungen ständig daran, hochfesten Stahl zu entwickeln, der die gewünschten Eigenschaften, wie Verschleißbeständigkeit und hohen Reinheitsgrad, in sich vereint. Wir bieten zum Beispiel speziellen Getriebestahl, der sehr zäh und dabei trotzdem elastisch ist. Dadurch kann er nicht spröde wegbrechen. Unsere Produkte der Marke Carbodur ist beispielsweise prädestiniert für Kolbenbolzen oder Antriebswellen. Außerdem beschäftigen wir uns in der Forschung und Entwicklung kontinuierlich mit Werkzeugstahl für Werkzeuge zum Schmieden und Pressen.

E-Mobility braucht Leichtbau

Das Streben nach Gewichtsreduzierung ist nicht nur durch den Wunsch motiviert, weniger Kraftstoff zu verbrauchen. Gerade auch wenn kein Benzin- oder Dieselmotor das Auto antreibt, sondern ein Elektroantrieb, ist es das große Ziel, leichter zu werden. Die Entwicklungen rund um die E-Mobility treiben den Leichtbautrend nur noch mehr voran: Noch sind die Batterien der Elektroantriebe sehr schwer, dieses Mehrgewicht des Antriebsstrangs muss kompensiert werden. „Die Nachfrage nach einer erhöhten Reichweite von Elektrofahrzeugen lässt die Anforderungen an den Karosserieleichtbau und die Effizienz von Elektromotor und Akkumulator weiter steigen. Dabei testen die Fahrzeughersteller stets neue Werkstoffe für ihre Elektrofahrzeuge, beispielsweise Karbon- und Glasfasern. Dennoch bleibt Stahl weiterhin die wirtschaftlichste Lösung für Elektrofahrzeuge im Volumensegment“, sagt Wooffindin von Tata Steel. „Wir bieten überzeugende Lösungen für das gesamte Elektrofahrzeug an. Mit unserem Bandstahl-Portfolio unterstützen wir den Leichtbau bei Karosseriestrukturen für diese Fahrzeuge. Unser Elektrobandstahl unterstützt die nächste Generation an Elektromotoren, die weniger Leistungsverlust und mehr Kraft haben. Unsere neuen ultrahochfesten Stähle für den Antriebsstrang erfüllen die Anforderungen der neuesten Downsizing-Hybridantriebe.“ Automobilhersteller können also mit den richtigen Werkstoffproduzenten als Partner an der Seite Leichtbau gut und wirtschaftlich realisieren.

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Über den Autor

Frauke Finus

Frauke Finus

Leitende Redakteurin, Redaktion @blechnet.com

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