Hochfeste Stähle verhelfen zu Leichtigkeit

Hochfeste Stahlwerkstoffe ermöglichen filigrane Konstruktionen im Stahlbau und sorgen im Automobilbau nicht nur für Leichtigkeit der Karosserie.

Immer wieder zeigen Forscher, dass im Stahl auch nach Dekaden intensiver Erforschung dieses Werkstoffs überraschende Talente schlummern. „Trotz aller Substitutionsbemühungen gilt dies auch weiterhin für den konventionellen Leichtbau. Neben dem günstigen Kilopreis ist hierfür sicherlich die große Breite an verfügbaren Halbzeugen und Qualitäten ursächlich. Ein weiterer Vorteil ist auch die große Vielfalt in den mechanischen und physikalischen Eigenschaften, die von weichen bis hochfesten und zu korrosionsbeständigen Stählen reicht“, schreibt Springer-Autor Bernd Klein in „Leichtbau-Konstruktion - Berechnungsgrundlagen und Gestaltung“ (Seite 38). Die Forschung zum Thema Leichtbau mit Stahl wird nun seit dem 1. Mai 2015 im Rahmen des Forschungsverbunds „massiver Leichtbau“ mit dem Ziel intensiviert, mithilfe neuer Stahlwerkstoffe sowie Bauteilkonstruktionen und Fertigungsmethoden auch den Antriebsstrang von Automobilen – vom Motor über das Getriebe bis hin zu den Radlagerungen – noch leichter zu machen und trotzdem höchste Lebensdauererwartungen zu erfüllen. Bislang ist Leichtbau mit Stahl im Automobilbereich häufig noch auf die Karosserie beschränkt.

Massiver Leichtbau

„Wir freuen uns sehr über die Möglichkeiten, die uns die Förderung des neuen Forschungsverbundes gibt und sind optimistisch, dass wir das Image des Werkstoffs Stahl in Sachen Leichtbau weiter verbessern werden“, sagt Hans-Werner Zoch, Geschäftsführender Direktor der Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT) und Professor für Werkstofftechnik an der Universität Bremen. Bei Leichtbau im Auto denke man heute eher an Aluminium als an Stahl. Dabei sei Stahl sowohl in der Herstellung als auch im Recycling deutlich ressourcenschonender als Aluminium und böte noch vieles an Entwicklungspotenzial. Die Idee für das neue Vorhaben des Forschungsverbunds „massiver Leichtbau“ ist eine Weiterführung einer gleichnamigen durch zahlreiche Stahlhersteller und Automobilzulieferer finanzierten Initiative. Hier wurden durch die Ausschöpfung schon vorhandener Leichtbaupotenziale für den Antriebsstrang bereits 42 kg Gewicht an einem Mittelklasse-Pkw eingespart. Darauf aufbauend entstanden neue Ideen, durch werkstoff- und fertigungstechnische sowie konstruktive Maßnahmen das Gewicht weiter zu reduzieren.

Standhaft auch bei höchsten Belastungen

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Die Dillinger Hütte will künftig über eine gemeinsame Forschungsarbeit mit der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Universität des Saarlandes die Qualität ihrer Grobbleche aus Stahl, die unter anderem im Stahlbau, Maschinenbau, in Windkraftanlagen und der Offshore-Industrie zum Einsatz kommen, weiter verbessern. Fundamente von Offshore-Windkraftanlagen und Erdöl-Bohrinseln sind ein Beispiel für Bauwerke, in denen weltweit die Hochleistungsstähle der Dillinger Hütte zum Einsatz kommen. „Die dort verwendeten Grobbleche aus Stahl müssen auch nach jahrelanger extremer Beanspruchung einen sicheren Betrieb der Anlagen gewährleisten. Sie müssen sehr fest sein, dürfen dabei aber nicht spröde und brüchig werden“, erläutert Bernd Münnich, Vorstand Technik der Dillinger Hütte. Schon bei der Herstellung der Spezialstähle müsse an vielen kleinen Stellschrauben gedreht werden, um die gewünschten Effekte zu erzielen. „Diesen komplizierten Prozess wollen wir vonseiten der Materialwissenschaft begleiten, um zum einen noch genauer zu verstehen, wie sich die inneren Strukturen der Grobbleche durch die einzelnen Produktionsschritte verändern. Denn nur so lassen sich mögliche Schwachstellen analysieren. Außerdem wollen wir Simulationsverfahren entwickeln, mit denen man noch besser vorhersagen kann, wie der Spezialstahl zusammengesetzt sein muss und wie man ihn behandeln sollte, um bestimmte Funktionen später zu erfüllen“, sagt Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes.