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Sprit sparen mit Magnesium
Je teurer der Sprit, desto mehr sind Energiesparautos gefragt. Die Hersteller folgen dem Trend: Sie bauen unter anderem möglichst leichte Fahrzeuge. Ein europäisches Forscherteam hat dafür neue, leichte und extrem belastbare Magnesium-Legierungen entwickelt und geprüft.
Ein Metall, leicht wie eine Feder – der Traum aller Autobauer. Magnesium kommt diesem Ideal schon ziemlich nahe: Es wiegt etwa ein Drittel weniger als Aluminium und ist sogar zwei Drittel leichter als Stahl. Ein idealer Werkstoff, um energiesparende Autos zu bauen. »Doch man kann Stahl nicht einfach durch Magnesium ersetzen«, erklärt Michael Kieninger vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt. »Die Bauteile müssen, auch wenn sie leicht sind, Stößen, Vibrationen und Korrosion standhalten – das Auto soll am Ende auch stabil sein.«
Magnesium selbst ist für den Fahrzeugbau zu weich. Durch die Verbindung mit anderen Elementen lassen sich die Eigenschaften jedoch verändern. Im EU-Projekt »Mg-Chassis« haben Forscher aus Deutschland, Schweden und Israel mit den Automobilherstellern VW, Opel und Fiat neue Magnesiumlegierungen entwickelt und getestet. Am israelischen Magnesium Research Institute entstanden leichte, aber dennoch extrem belastbare Werkstoffe aus Magnesium, das mit geringen Mengen Aluminium, Zink und Mangan aufgeschmolzen wurde. Die Ingenieure am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung IFAM in Bremen gossen daraus Bauteile. Wissenschaftler am LBF untersuchten diese Demonstratoren nach allen Regeln der Ingenieurskunst: »Wir haben zum ersten Mal alle relevanten Einflussgrößen auf die Betriebsfestigkeit an Bauteilen untersuchen können: Schwingfestigkeit bei Belastungen mit konstanten und variablen Lastamplituden und Bruchverhalten unter Stoßbelastungen«, sagt Christian Pohl vom LBF. Zusätzlich erforscht wurde der Einfluss einer bleibenden Verformung auf die Bauteillebensdauer, ausgelöst zum Beispiel, wenn der Fahrer den Bordstein touchiert. »Dabei hat sich gezeigt, dass manche der Magnesium-Legierungen exzellente Mate-rialeigenschaften haben und zum Bau sicherheitsrelevanter Bauteile wie Chassis oder Fahrwerk geeignet sind«.
Ein Fahrwerk aus Magnesium-Legierungen wäre eine echte Innovation: Bisher haben Autobauer das leichte Metall fast nur im Innenraum bei nicht sicherheitskritischen Komponenten eingesetzt, beispielsweise als Armaturenträger oder Konsole. Die Ergebnisse aus dem EU-Projekt werden die Einsatzmöglichkeiten des superleichten Werkstoffs enorm erweitern, davon ist Christian Pohl überzeugt: »Mit Hilfe unserer Kennwerte können die Konstrukteure jetzt die Belastbarkeit eines Bauteils bestimmen, mit den tatsächlichen Belastungen vergleichen und dann die geeignete Legierung auswählen.«
Fraunhofer-Gesellschaft.
Weitere Informationen
Anke Zeidler-Finsel
Telefon: +49 6151 705-268
Fax: +49 (0) 61 51/7 05-2 14
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit, LBF
Bartningstraße 47
64289 Darmstadt/Kranichstein
www.lbf.fraunhofer.de
 Mehr zu diesem Thema:
Forscher der Leibniz Universität Hannover entwickeln Magnesiumschwämme zur besseren Heilung bei Knochenbrüchen.
Offenporig wie ein Schwamm, leicht wie eine Feder und belastbar wie ein menschlicher Knochen - Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Produktionstechnischen Zentrums Hannover arbeiten innerhalb des Sonderforschungsbereiches 599 an dem Thema "Magnesiumschwämme als bioresorbierbare Implantate". Dahinter verbirgt sich eine Werkstoffstruktur, deren Eigenschaften ein schnelles Anwachsen am Knochen gewährleisten. Das Material löst sich während der Heilung des Knochendefektes von selbst ... mehr 
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Materialsgate Glossar
Aluminium
Aluminium (Al, Dichte: 2,7 g/cm3, Fp: 660,4 °C) ist ein silbergraues, wenig glänzendes und weiches Leichtmetall mit hoher Duktilität. Aluminium ist ein guter Wärme- und Stromleiter. Durch die Ausbildung einer dünnen, dichten und haftenden Oxidschicht besitzt Aluminium gute Korrosionseigenschaften (Passivierung). Typische Anwendungen: Münzen, Spiegel, Folien, Behältnisse, Kabel, Rohre, Karosseriebau, Verpackungen, Profile.
Korrosion
Als Korrosion bezeichnet man die Reaktion eines Materials mit Stoffen aus seiner Umgebung. Korrosionsvorgänge leiten eine messbare Veränderung des betroffenen Materials ein (etwa Volumenänderungen oder Masseänderungen) und führen in der Regel zu einer Beeinträchtigung der Funktion von Bauteilen, Komponenten und Systemen.
Legierung
In den Materialwissenschaften versteht man unter einer Legierung ein Gemenge mit metallischem Charakter, das aus zwei oder mehr chemischen Elementen besteht - mindestens eines dieser Elemente muss ein Metall sein.
Magnesium
Magnesium (Mg, Dichte: 1,74 g/cm3, Fp: 650 °C) ist ein silbrig glänzendes, vergleichsweise weiches und hoch reaktives Leichtmetall. Verwendung: Opferanoden, Reduktionsmittel, Legierungselement, Grignard-Verbindungen.
Schwingfestigkeit
Unter Schwingfestigkeit bzw. Materialermüdung wird das Versagensverhalten von Materialien bei zyklischer bzw. wechselnder mechanischer Beanspruchung verstanden.
Stahl
Als Stähle bezeichnet man metallische Legierungen, deren Hauptbestandteil Eisen ist und deren Kohlenstoffgehalt zwischen 0,002 % und maximal 2,06 % variiert.
Zink
Zink (Zn, Dichte: 7,14 g/cm3, Fp: 419,5 °C) ist ein bläulich weißes, unedles Schwermetall, welches bei Raumtemperatur einen eher spröden Charakter zeigt. Zink bildet an der Luft eine witterungsbeständige und vergleichsweise stabile Schutzschicht aus Zinkoxid und Zinkcarbonat, die als Korrosionsschutz wirkt. Verwendung: Legierungselement (Messing), Beschichtungsmaterial, Zinkblech, Anodenmaterial, Zinkdruckguss.
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