Die im Bau von Personenwagen seitens der EU angestrebte CO2-Reduktion auf durchschnittlich 130 g/km beschäftigt nicht nur die Politik und die OEMs, sondern auch die Automobilzulieferindustrie und ihre Kunden. Hier ist vor allem die Energieeffizienz der Prozesse ein Schlüsselthema geworden. Um die angestrebte CO2-Reduktion auf 130 g (4,5 l Diesel, 5 l Benzin auf 100 km) erreichen zu können, stehen der Fahrzeugleichtbau als Schlüsseltechnologie sowie alternative Antriebskonzepte im Mittelpunkt der Bemühungen der Forscher und Entwickler.

Strukturgussteile im Fahrzeugbau, für die Karosserie im Druckgussverfahren mit Hochvakuum hergestellt, bieten dazu entscheidende Gewichtsvorteile sowie viele Freiheitsgrade in der Konstruktion zu herkömmlichen Blechumformteilen.

150 Kilo leichter als Stahl

Wie begründet die derzeit geführte Diskussion um das ökologische Sparprogramme beziehungsweise die «CO2-Diät» in der Automobilindustrie auch immer sein mag - neben Risiken birgt sie auch Chancen. Technologien und Werkstoffe, die bislang als zu aufwendig und zu teuer betrachtet wurden, rücken nun vermehrt in den Fokus und sollen helfen, den Treibstoffverbrauch zu senken. Die Gewichtseinsparung bei einer Leichtbaukarosserie beträgt 150 kg gegenüber einer Lösung in Stahl, dies entspricht etwa einer CO2-Reduktion von 15 g/km.

Automobilhersteller und Zulieferer haben Leichtbaulösungen in ihre Lastenhefte geschrieben, weil nachhaltige Wege zur Emissionsreduktion gefunden werden sollen. Deshalb investiert die DGS Druckguss Systeme AG, St. Gallen, aktuell mehr als 15 Mio Fr. in die Strukturgussteilefertigung. Für die DGS ist der Strukturguss die entscheidende Prozesstechnologie rund um das Thema Karosserie-Leichtbau.

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Dabei baut DGS auf modernste Anlagen und Technologien, die auch der Energieeffizienz im Unternehmen gerecht werden. Das Ostschweizer Unternehmen will nicht nur seinen Beitrag zur CO2-Reduktion im Automobilbau einbringen, wichtig ist für DGS auch eine ökologische und energiesparende Produktion, die beispielsweise durch Energierückgewinnung im Unternehmen unterstützt wird.

Neben dem Leichtbau gilt es, neue Antriebssysteme einzusetzen (Elektroantrieb, Hybrid etc.) und die bestehenden Antriebe bezüglich Benzin- oder Dieselverbrauch zu senken. Dabei werden hochbeanspruchte Aluminium-Knoten intelligent in Verbundkonstruktionen durch Kleben, Nieten oder Schweissen implementiert. Gerade für die gewichtsreduzierten Materialien ist die Fügetechnik von besonders hoher Wichtigkeit.

Durch die hohe Integrationsfähigkeit von Domanbindungen und die Minimierung von Einzelteilen bietet die Verfahrensanwendung Hochvakuumdruckguss mit ihren duktilen Werkstoffeigenschaften noch weitere Vorteile wie beispielsweise die hohe Massgenauigkeit.

Durch die Möglichkeit der kraftflussgerechten Auslegung der Geometrie sind dabei trotz des geringen Gewichts sogar noch Verbesserungen bei der Gestaltfestigkeit sowie bei der dynamischen Belastbarkeit erzielbar. Aber auch durch kontinuierliche Verbesserungsprozesse sorgt die DGS dafür, diese Eigenschafts- und Kostenpotenziale nutzbar zu machen.

Bereits in der Entwicklungsphase setzt DGS auf modernstes Equipment sowie auf die breite Erfahrung und Innovation der eigenen Ingenieure in Forschung und Entwicklung. Die Zusammenarbeit mit Hochschulen und die eigene Entwicklung mit Formfüllsimulationen und Festigkeitsberechnungen helfen, diese Bauteile schon in sehr frühen Phasen - bezogen auf Gewicht und Festigkeit - zu optimieren. Mit diesen Füll-, Erstarrungs- und Festigkeitsanalysen können lokale Strömungsgeschwindigkeiten, Verwirbelungen, Gasporositäten oder Kaltfliesstellen und deren Ursachen erkannt und verringert oder an nicht belastete Stellen verschoben werden. Das Ziel ist, hier die optimale Auslegung des Giessprozesses im Hinblick auf Qualität und Wirtschaftlichkeit zu finden.

Durch die Hochvakuum-Technik ist es gelungen, Porositäten und Gaseinschlüsse prozesssicher zu eliminieren. Somit giesst DGS bereits heute grossflächige Bauteile in Aluminium und Magnesium mit Wandstärken von nur 1,5 mm in der DGS-Strukturaltechnik auch dank eigener Legierungsentwicklungen und Wärmebehandlung.

Bei Betrachtung der Gewichtsreduktion hadern Entwickler allerdings nicht nur mit Kosten und Konstruktionsprinzipien, sondern auch mit neuen Gesetzen zur Abgasreinigung sowie verschärften Crash-Anforderungen und nicht zuletzt mit den Ansprüchen der Kunden. Wer wirklich fasten will, muss sich allerdings über den Tellerrand der Materialwaage bewegen und kommt dann auf neue Schutzkonzepte.

«Sparfasten» mit Magnesium

Um Platz und Gewicht zu sparen, werden hierfür erstmals aufblasbare Crash-Strukturen eingesetzt: Ähnlich wie bei einem Airbag entfalten sich kurz vor dem Unfall mit Hilfe von Gasgeneratoren auch Metalle und bilden so ohne Gewichtszuwachs stabilere Knautschzonen.

DGS ist heute auch im Bereich Magnesium-Druckguss einer der führenden Verarbeiter weltweit. Bereits vor mehr als zehn Jahren wurden mit den Aktivitäten zur prozesssicheren Verarbeitung dieses Leichbauwerkstoffes aus der Flugzeugindustrie begonnen. Magnesium ist ein Drittel leichter als Aluminium und viermal leichter als Stahl.

Durch die exzellenten Giesseigenschaften von Magnesium-Legierungen lassen sich auch hier vielteilige Konstruktionen in einem einzigen Gussteil produzieren. So können zusätzlich Rohmaterialkosten eingespart werden. Und nicht zu vergessen: Auch Magnesium ist vollständig rezyklierbar. Die Umwelt profitiert also in doppelter Weise.