Leichtbau in der Komponentenfertigung

(openPR) Die Georg Fischer AG mit Sitz im Schweizer Schaffhausen ist mit ihrer Division GF Automotive anerkannter Entwicklungs- und Fertigungspartner der Automobilindustrie in der Gussfertigung. Sie betreibt aktuell neun Produktionsgesellschaften in drei Ländern (Deutschland, Österreich und China). Mit 4.900 Beschäftigten erzielt das Unternehmen einen Umsatz von 1,4 Milliarden Schweizer Franken. Über Tendenzen bei der Produktion und Entwicklung von Fahrzeugkomponenten in Leichtbauweise sprach OEM&Lieferant mit Klaus Decking, Leiter New Business Development und Marketing, Communication & Services.

> Spricht man heute über Tendenzen bei der Produktion und Entwicklung von Fahrzeugkomponenten steht die Frage nach der Gewichtsreduktion und den dabei verwendeten Materialien im Mittelpunkt. Gibt es hierbei einen Königs- weg zu mehr Leichtigkeit und damit höherer Effizienz?

> Darauf gibt es sicherlich keine pauschale Antwort. Vielmehr muss nach Anwendungsart und Einsatzmodalität, zum Beispiel Strukturteile, Chassiskomponenten oder im Motorbereich und Antriebsstrang differenziert werden. Die richtige Antwort lautet: „Das richtige Material am richtigen Platz“. Das verwendete Material stellt jedoch nur einen Aspekt in der Fertigungstechnologie dar. Daneben stehen gleichbedeutend Konstruktion, Design, die Validierung mit modernsten Prüfmethoden sowie Fragen des Fertigungsprozesses. Eine wichtige Bedeutung nimmt dann aber auch die Verbindungstechnologie zwischen den unterschiedlichen Materialien ein.

> Können Sie dies an einem Beispiel verdeutlichen?

> Die unterschiedlichen Aspekte der Materialauswahl zwischen Aluminium- und Stahlblechen, Aluminiumdruckguss und Magnesiumdruckguss zeigt beispielhaft die Serienproduktion von Türrahmen. Der Gewichtsvergleich geht eindeutig zu Gunsten der Gussvariante aus. Bei identischer Funktion ergeben sich Produktgewichte von beispielsweise 11,6 Kilogramm beim Aluminiumblech und 5,5 bis 9 Kilogramm bei Aluminium- und Magnesiumdruckguss. Die Anzahl der Teilkomponenten variiert zwischen zwei bis acht Teilen bei der Gusslösung auf bis zu 12 Bauteilen bei der Blechvariante.

> Stellt die Verwendung von Kohlenstoffverbindungen eine zukunftsfähige Alternative zu Aluminium- bzw. Magnesiumguss dar?

> Zunächst ist festzustellen, dass die Produktionskette bei Kohlefasern deutlich länger und damit in ihren Einzelschritten aufwendiger als bei Guss ist. Betrachtet man die Emissionen in einer Life-Circle-Bilanz der unterschiedlichen Materialien liegen die Werte beim Stahl am niedrigsten, gefolgt von Aluminium, Magnesium und mit deutlichem Abstand der Kohlefaser. Für den Umweltaspekt weiter von Bedeutung ist die Verfügbarkeit der Werkstoffe. Magnesium ist z. B. das achthäuftigste Element in der Erdkruste und damit fast unbeschränkt verfügabr. Grundstoff für die Herstellung von Kohlefaser ist zum Beispiel der nicht unbeschränkt verfügbare Kunststoff Polyaerylnitril. Last but not least liegen die Vorteile von Metallen gegenüber Kohlefasern im Recycling. Gussmetalle sind voll wiederverwendbar und in neuen Legierungen einsetzbar, wohingegen die Kohlefaser geschreddert entsorgt oder neuen Verwendungen zugeführt werden muss.

> Wie stellt sich die Kostenseite bei der Verwendung von Kohlefaser im Ver- gleich zu anderen Materialen dar?

> Wir rechnen heute bei der Verwendung von Kohlefaser mit bis zu dreifach höheren Kosten gegenüber der Gussfertigung. Mit neuen verbesserten Produktionsprozessen halten wir eine Optimierung der Kostenstrukturen in einer Größenordnung von bis zu 30 Prozent im Zeitraum bis 2020 realistisch für erreichbar. Damit ist der Guss aber bei weitem noch die kostengünstigste Lösung.

> Welche Materialien haben die höchsten Leichtbaupotenziale? > Im Vergleich zum Stahl sehen wir bei Magnesium und Kohlefaserverbindungen ein Gewichtsreduktionspotenzial in der Größenordnung von 30 bis 70 Prozent. Leicht darunter, nämlich bei 30 bis 60 Prozent, liegen unsere Erwartungen beim Aluminium. Am geringsten – mit 10 bis 30 Prozent – liegt das Entwicklungspotenzial von AHSS (advanced high strength steel). Diese Werte sind stark von der jeweiligen Anwendung abhängig.

> Gibt es bei der Produktion von Strukturteilen und dem damit verbundenen Materialeinsatz nach Ihren Erfahrungen Best-Practice-Lösungen?

> Bei der Produktion, z.B. von Türen oder Federbeindomen, können wir klare Trends erkennen. So hängt die Lösung bei der Türproduktion hauptsächlich vom Fahrzeugtyp und insbesondere der Stückzahl ab. Im Einzelfall kann bei der Türrahmenproduktion eine Gewichtsreduktion von bis zu 40 Prozent durch die Verwendung von Druckguss erzielt wer- den. Bei höheren Stückzahlen von unserer Meinung nach über 40.000 Fahrzeugen pro Jahr ist die Fertigung aufgrund der dann anfallenden hohen Werkzeugkosten im Vergleich zur Blechfertigung nicht mehr wirtschaftlich. Für die Produktion von Federbeindomen, wo wir Gewichtsreduktionen von bis zu 45 Prozent durch den Einsatz von Aluminiumdruckguss realisieren konnten, ist ein klarer Trend zur Gusslösung auch bei Massenfahrzeugen zu erkennen. Die Vorteile bei Gewichtsreduktion, Funktionsintegration und Reduzierung der Bauteilekomplexität überzeugen hier auf breiter Ebene.

> Gilt dies auch für Chassis-Komponenten und Antriebsstrang-Teile?

> Im Motorbereich ist es uns z.B. gelungen, durch die Optimierung des Produktdesigns bei der Kurbelwelle mit einer Gusslösung eine Gewichtsreduktion von 12,5 Prozent gegnüber einer Schmiedelösung zu erreichen. Hier hat uns der hohe Grad an Designfreiheit, der beim Guss gegeben ist, geholfen. Die Verwendung von Magnesiumguss anstelle von Aluminiumguss bei einem Steuerkastendeckel führte zu Gewichtseinsparungen von bis zu 45 Prozent. Auch im Chassis-Bereich bieten Gussteile hohe Freiheitsgrade bei Design, um abgeleitet von bionischen Formen und Mustern- mit der Natur als Vorbild- ein neues Produktdesign zu realisieren. So konnten bei der Produktion von Schwenklagern auf der Basis unseres Bionik Design Ansatzes unter Verwendung unseres Eisenwerkstoffs SiboDur 32 Prozent Gewichtsreduktion gegenüber den Vorgängern erzielt werden.

> Wie sieht die Zukunft des Leichtbaus aus?

> Die oben genannten Beispiele zeigen, dass es nicht den Königsweg gibt. Am Ende hat jedes Material an der richtigen Stelle eingesetzt seine Berechtigung. Dies wird zu verstärktem Einsatz unterschiedlicher Materialien und Fertigungsverfahren führen. Eine mögliche Zukunftslösung, die unter- schiedlichsten Materialien, also einen Multi-Material-Mix, in einem Bauteil zu verwenden, sehen wir im „Verbundguss“ oder „Compound Casting“. Dabei werden zum Beispiel Gusswerkstoffe und Kunststoffe mit integrierten Fertigungsverfahren in einem Bauteil zusammengefügt. Sowohl im Gewichtsvergleich eingesetzter Materialien als auch im Kostenvergleichsehen wir im Multi-Material-Mix Ansatz die höchsten Entwicklungspotenziale.

> Vielen Dank für das Gespräch.