Möglichkeiten des Werkstoff-Leichtbaus

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Blech als ideales Halbzeug für Stahl

Der traditionelle Maschinenbauwerkstoff Stahl lässt sich hervorragend walzen und zu Platten und Blechen verarbeiten, die es dank dieser Voraussetzungen in nahezu unüberschaubarer Vielfalt und zudem relativ kostengünstig gibt. Kein Wunder also, dass sie in vielen Konstruktionen eingesetzt werden. Häufig wird deshalb versucht, bei einem von Leichtbaubestrebungen getriebenen Werkstoffwechsel das Halbzeug und die Fertigungs- und Verarbeitungsverfahren beizubehalten, was zu kurz gedacht ist: Denn andere Metalle erlauben auch andere Halbzeuge und Herstellverfahren.

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Abbildung 2 soll dies verdeutlichen. Sie zeigt als Matrix die drei wichtigsten metallischen Konstruktionswerkstoffe und die drei wichtigsten (Halbzeug-)Herstellverfahren. Farblich, angelehnt an eine Ampel, wird die Eignung der drei Werkstoffe für die einzelnen Verfahren vergleichend bewertet. Die Kriterien für diese Einschätzung sind als Stichworte in den Feldern genannt.

Es fällt zunächst auf, dass es bei Aluminium und Magnesium ein bei Stählen nicht industriell genutztes konkurrierendes Verfahren zur Herstellung von Profilen und Rohren, also längsorientierten Bauteilen, gibt: das Strangpressen.

Die klare Überlegenheit des Bleches als Halbzeug bei Stahl findet sich bei den beiden anderen Werkstoffen ebenfalls nicht: Bei Aluminium muss eine Blechkonstruktion immer in harter Konkurrenz mit einem dünnwandig und mit ähnlichen Eigenschaften ausgestatteten Guss gesehen werden; Strangpressen ist zudem für längsorientierte Bauteile das technologisch und kostentechnisch überlegene Herstellverfahren.

Magnesium am besten für Gussbauteile

Bei Magnesium verändert sich das vom Stahl gewohnte Bild komplett: Guss (oder Spritzguss bei kleineren Bauteilen wie beispielsweise Handy-, Kamera- oder Laptopgehäuse) ist eine technologisch und kostenmäßig in Großserie der sehr aufwendigen und technologisch schwierigen Herstellung von Magnesiumblechen überlegene Technologie: Es können z.B. komplexe dünnwandige Bauteile zu gewichtsbezogenen Kosten hergestellt werden, zu denen heute kaum das Magnesiumblech als Halbzeug eingekauft werden kann.

Wirtschaftlicher Leichtbau ist also eine Aufgabe, die von dem Konstrukteur erhebliches Wissen auf den Gebieten Werkstoffeigenschaften, aber auch Fertigungstechnik und den damit verbundenen Kosten, erfordert, dass in dem Umfang häufig nicht in der Ingenieursausbildung vermittelt wird. Firmen und Konstrukteure die in diesem Bereich wirtschaftlich erfolgreich arbeiten wollen, müssen deshalb diese Lücken schließen. (qui)

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* Prof. Dr.-Ing. Jochen Dörr, Produktentwicklung - Leichtbau - Umformtechnik an der HS Ostwestfalen-Lippe, Lemgo

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