Der Markt gibt das Ziel vor: Damit Autos weniger Sprit verbrauchen, müssen sie leichter werden. Trotzdem sollen die Stahlbleche, aus denen Karosserien meist gefertigt sind, genauso fest und sicher sein wie bisher. Das Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf entwickelt solche neuen Stähle. Sie haben weniger Gewicht, weil dem Eisen Leichtmetalle wie Aluminium oder Mangan zulegiert werden. Zugleich bieten sie mehr Sicherheit, weil die Wissenschaftler den atomaren Aufbau des Materials verändern. Das Team von Professor Georg Frommeyer setzt der Eisenschmelze zum Beispiel Silizium zu: Dadurch wird die regelmäßige Anordnung der Atome gestört - folglich ändern sich die Eigenschaften des Stahls. Frommeyer:
"Die hoch manganhaltigen, mit Silizium und Aluminium legierten Stähle zeichnen sich durch bestimmte Verformungsmechanismen aus, die bislang nicht untersucht wurden, das beruht darauf, dass diese Stähle eine relativ niedrige Stapelfehler-Energie haben, das sind Fehler, die im Kristallgitter des Eisens auftreten und die eben bestimmte Verformungsmechanismen aktivieren."
Das heißt: Das Blech verformt sich bei einem Aufprall ungewöhnlich stark. Es nimmt sehr viel Energie auf und bietet mehr Schutz beim Crash. Mit "Bake-Hardening"-Stählen hat sich Thorsten Anke an der Technischen Hochschule Clausthal befasst. Dieses Material wird erst nach der Montage richtig hart, wenn es beim Einbrennen der Lackierung erhitzt wird. Seit kurzem werden Bake-Hardening-Stähle auch für tragende Teile in der Karosserie verwendet, müssen also Crash-fest sein. Wie gut sie diese Anforderung erfüllen, hat Dr. Anke in 21 Experimenten ermittelt. Eigentlich hätte er 1200 Versuche machen müssen, um die unterschiedlichen Temperaturen und Lackierzeiten der Hersteller zu berücksichtigen - er hat jedoch eine neue Formel gefunden, die für jedes Stahlblech eine präzise Endfestigkeit angibt - Produktionskosten können dadurch deutlich sinken. Autohersteller finden noch ganz andere Einsparpotentiale. Sie verändern nicht nur die Eigenschaften der Bleche, sondern kombinieren den Stahl zunehmend mit anderen Materialien.
"Da tauchen dann zunächst mal in den tragenden Bereichen höherfeste Stähle auf, da wo man viel Gewicht einsparen muss, kann man Aluminium einsetzen, kann sogar Magnesium einsetzen, in den Innenbereichen der Tür ist Magnesium, und kann bestimmte Kunststoffe einsetzen, wie zum Beispiel im Bereich der Kofferraumhaube und der Fronthaube - ja, und jetzt kommt eigentlich die Problematik, wenn ich Stahl mit Aluminium verbinden muss oder gar Kunststoff mit Aluminium. Dann gehen die herkömmlichen Fügeverfahren nicht mehr, und dann muss man halt schauen, dass man neue Fügeverfahren einsetzt."
Werkstoffe wie Stahl und Aluminium lassen sich eben nicht miteinander verschweißen. Daher hat Professor Ulrich Dilthey an der Technischen Hochschule Aachen das "Schwöten" entwickelt: eine Kombination aus Schweißen und Löten. Die Aachener Forscher setzen die beiden Materialien einer Temperatur um die 700 Grad Celsius aus. Der Stahl schmilzt dabei nicht, doch das Aluminium wird aufgeschmolzen wie beim Schweißen, es fließt auf das Stahlblech und bildet eine feste Löt-Verbindung damit. In Kürze, meint Ulrich Dilthey, wird man so Auto-Dächer aus Aluminium mit dem stählernen Rahmen verbinden - und erneut einige Kilogramm Gewicht einsparen.
"Die hoch manganhaltigen, mit Silizium und Aluminium legierten Stähle zeichnen sich durch bestimmte Verformungsmechanismen aus, die bislang nicht untersucht wurden, das beruht darauf, dass diese Stähle eine relativ niedrige Stapelfehler-Energie haben, das sind Fehler, die im Kristallgitter des Eisens auftreten und die eben bestimmte Verformungsmechanismen aktivieren."
Das heißt: Das Blech verformt sich bei einem Aufprall ungewöhnlich stark. Es nimmt sehr viel Energie auf und bietet mehr Schutz beim Crash. Mit "Bake-Hardening"-Stählen hat sich Thorsten Anke an der Technischen Hochschule Clausthal befasst. Dieses Material wird erst nach der Montage richtig hart, wenn es beim Einbrennen der Lackierung erhitzt wird. Seit kurzem werden Bake-Hardening-Stähle auch für tragende Teile in der Karosserie verwendet, müssen also Crash-fest sein. Wie gut sie diese Anforderung erfüllen, hat Dr. Anke in 21 Experimenten ermittelt. Eigentlich hätte er 1200 Versuche machen müssen, um die unterschiedlichen Temperaturen und Lackierzeiten der Hersteller zu berücksichtigen - er hat jedoch eine neue Formel gefunden, die für jedes Stahlblech eine präzise Endfestigkeit angibt - Produktionskosten können dadurch deutlich sinken. Autohersteller finden noch ganz andere Einsparpotentiale. Sie verändern nicht nur die Eigenschaften der Bleche, sondern kombinieren den Stahl zunehmend mit anderen Materialien.
"Da tauchen dann zunächst mal in den tragenden Bereichen höherfeste Stähle auf, da wo man viel Gewicht einsparen muss, kann man Aluminium einsetzen, kann sogar Magnesium einsetzen, in den Innenbereichen der Tür ist Magnesium, und kann bestimmte Kunststoffe einsetzen, wie zum Beispiel im Bereich der Kofferraumhaube und der Fronthaube - ja, und jetzt kommt eigentlich die Problematik, wenn ich Stahl mit Aluminium verbinden muss oder gar Kunststoff mit Aluminium. Dann gehen die herkömmlichen Fügeverfahren nicht mehr, und dann muss man halt schauen, dass man neue Fügeverfahren einsetzt."
Werkstoffe wie Stahl und Aluminium lassen sich eben nicht miteinander verschweißen. Daher hat Professor Ulrich Dilthey an der Technischen Hochschule Aachen das "Schwöten" entwickelt: eine Kombination aus Schweißen und Löten. Die Aachener Forscher setzen die beiden Materialien einer Temperatur um die 700 Grad Celsius aus. Der Stahl schmilzt dabei nicht, doch das Aluminium wird aufgeschmolzen wie beim Schweißen, es fließt auf das Stahlblech und bildet eine feste Löt-Verbindung damit. In Kürze, meint Ulrich Dilthey, wird man so Auto-Dächer aus Aluminium mit dem stählernen Rahmen verbinden - und erneut einige Kilogramm Gewicht einsparen.