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Getunter Werkstoff

Magnesium wird für den Einsatz in Automobilen fit gemacht

Von Frank Grotelüschen

Der Käfer fuhr mit Magnesium-Motor
Der Käfer fuhr mit Magnesium-Motor (AP Archiv)

Materialforschung. - Verglichen mit ihren Vorläufern aus den 70er- oder 80er-Jahren sind heutige Autos wegen all ihrer Komfort- und Sicherheitsfunktionen wahre Schwergewichte. Um trotzdem immer sparsamer mit dem Sprit umzugehen, müssen sie konsequent auf Leichtbau getrimmt werden. Forscher arbeiten daran, neben Aluminium dem noch leichteren Magnesium zu mehr Bedeutung im Automobilbau zu verhelfen. Die neuesten Fortschritte diskutierten die Experten auf der Internationalen Leichtmetall-Technologie-Konferenz, die heute in Lüneburg zu Ende geht.

Der VW-Käfer. Der Wirtschaftswunder-Wagen. Ein Muster an Zuverlässigkeit.

"Jahre der Entwicklung und Forschung, Jahre der Erfahrung von sieben Millionen Besitzern in der ganzen Welt machten viele Eigenschaften des Volkswagens berühmt. Aber die allerwichtigste ist, dass dieser Wagen läuft und läuft und läuft und..."

Einer der Gründe für die legendäre Zuverlässigkeit des Käfers war sein luftgekühlter Boxermotor. Er bringt nicht nur Automobil-Nostalgiker zum Schwärmen, sondern auch Materialforscher. Denn:

"Der VW Käfer hatte einen Motor und ein Getriebe aus Magnesium","

sagt Professor Karl Ulrich Kainer vom Institut für Werkstoffforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht bei Hamburg. Magnesium ist bis zu viermal leichter als Stahl und sogar noch leichter als Aluminium, rund anderthalb Mal. Beim Käfer, dessen Motor hinten eingebaut war, verhinderte der leichte Magnesiummotor, dass der Wagen zu hecklastig wurde. Aber die luftgekühlten Motoren hatten auch ihre Nachteile. Kainer:

""Die hatten eine sehr geringe Leistung im Vergleich zu heute. Über die Jahre wurde die Leistung immer stärker. Und das machte es notwendig, Werkstoffe zu benutzen, die höhere Temperaturen aushalten und wassergekühlt werden konnten. Und da war zu der Zeit die Entwicklung noch nicht so weit, dass die Magnesiumlegierungen das liefern konnten."

Für viele Jahre geriet Magnesium im Fahrzeugbau eher in den Hintergrund. Nur 5 bis 6 Kilogramm sind heute im Schnitt in einen Pkw eingebaut. Kainer:

"Zum Beispiel das Lenkrad: 80 bis 90 Prozent der Fahrzeuge haben ein Magnesium-Lenkrad. Größere Bauteile finden sie zum Teil im Bereich der Getriebe: VW und Audi haben Getriebegehäuse aus Magnesium, Mercedes-Benz auch. Das sind klassische Magnesiumlegierungen, die heute Stand der Technik darstellen. Um zu versuchen, diese Werkstoffe in andere Bereiche hineinzubekommen, muss man noch etwas Forschung weiter fortführen."

Als Reinmetall ist Magnesium für den Fahrzeugbau nicht zu gebrauchen. Dazu, sagt Mark Easton von der Monash University in Melbourne, sind seine Eigenschaften einfach zu schlecht.

"Zwar ist Magnesium deutlich leichter als andere Metalle, es ist das leichteste Strukturmetall, das wir nutzen. Doch das Material hat auch seine Nachteile: Es ist nicht besonders hitzebeständig, und es korrodiert ziemlich schnell, deutlich schneller als andere Metalle. Deshalb bemühen wir uns darum, das Korrosionsverhalten zu verbessern, um das Magnesium länger haltbar zu machen."

Um Magnesium überhaupt verwenden zu können, muss man es legieren, muss es mit anderen Metallen mischen. Die klassischen Legierungszusätze sind Aluminium und Zink. Doch für den Einsatz in modernen Motoren eignen sich diese Legierungen nicht, denn sie halten keine besonders hohen Temperaturen aus. Easton:

"Deshalb versucht die Forschung, hitzebeständigere Magnesiumlegierungen zu entwickeln. Dann könnte man sie auch bei höheren Temperaturen einsetzen, etwa im Antriebsstrang eines Auto. Als neue Legierungszusätze eignen sich zum Beispiel die Elemente der Seltenen Erden wie Cer oder Lanthan. Und es sieht ganz so aus, als ob diese Legierungen schon in den nächsten Jahren im Fahrzeugbau Einzug halten werden."

Vorausgesetzt, die Rohstoffpreise für Seltene Erden schießen nicht weiter in die Höhe. Derzeit nämlich werden sie vor allem in China gefördert, und da China das meiste für den Eigenbedarf benötigt, hat es die Exportquoten begrenzt – was die Seltenen Erden auf dem Weltmarkt ziemlich teuer macht, und damit auch die entsprechenden Magnesiumlegierungen. Doch die Experten suchen nicht nur nach neuen Zauberformeln für Legierungen, sondern auch nach neuen Produktionstechniken. Bislang wird Magnesium vor allem gegossen. Für manche Anwendungen aber ist es vorteilhaft, Bleche aus Magnesium herzustellen, um sie anschließend in die gewünschte Form zu bringen, etwa einen Autositz. Das Problem: Derzeit ist ein Magnesiumblech zwei bis dreimal teurer als ein Alublech. Deshalb arbeiten Karl Ulrich Kainer und seine Kollegen an einem Verfahren, bei dem man das Magnesium nicht mehr bis zu 40 Mal, sondern nur noch dreimal walzen muss, bevor man ein Blech in den Händen hält. Das würde die Fertigung deutlich billiger machen.

"Unser Ziel ist Werkstoffe zu entwickeln, die dem Wettbewerb gegenüber Aluminium nicht scheuen müssen und auch den Wettbewerb gegenüber den aufkommenden kohlefaserverstärkten Werkstoffen zu bestehen. Da geht es wesentlich um den Preis."

Denn nur, wenn Magnesium wirtschaftlich mithalten kann, hat es die Chance, auch in Zukunft wieder für Zuverlässigkeits-Rekorde zu sorgen.

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