Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWSMehr Energieeffizienz in der Prozesskette – Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten für naturharte martensitische Stahlbleche durch Weiterentwicklung der Fertigungstechnologien
Motivation
Leichtbau ist ein wesentlicher Ansatzpunkt um Energie im Betrieb eines Fahrzeuges einzusparen. Dabei wird auch der Herstellungsprozess des Werkstoffes in die Betrachtung der gesamten Energieeffizienz der Mobilität mit einbezogen.
Als Leichtbauwerkstoff ist Stahl im Massenmarkt etabliert. Faserverstärkte Kunststoffe (FKV) finden dagegen hauptsächlich im High-Performance-Bereich sinnvolle Anwendungen.
Bezüglich der benötigten Energie unterscheiden sich die eingesetzten Werkstoffe erheblich. Im Vergleich zu einer Aluminium- bzw. FKV-Karosse bedarf die Herstellung einer entsprechenden Stahlkarosse nur etwa ein Drittel bzw. ein Sechstel der erforderlichen Energie. Weiteres Einsparpotential in der Herstellung tragender Strukturbauteile eröffnet die Verwendung von naturharten, martensitischen Stählen statt der derzeit genutzten Bor-Mangan-Stähle. Zwar verbrauchen beide Stähle in der Herstellung ähnlich viel Energie. Bei der Verwendung des naturharten, martensitischen Stahls kann jedoch auf den Presshärtevorgang als zusätzlichen Prozessschritt und somit auf die dafür notwendige Energie verzichtet werden.
Stahl besitzt zudem im Vergleich zu Faserverbundwerkstoffen eine hohe Recyclingquote (~100 %), was zum einen den Einsatz von Eisenerz verringert und zum anderen eine weitere Reduzierung des Energiebedarfs um 35 % mit sich bringt.
Ziele und Vorgehen
Die aktuell noch fehlenden Technologien (Trennen, Umformen, Fügen) zur großflächigen Nutzung des martensitischen Werkstoffes für Strukturbauteile im Automobilbau sollen im Rahmen des Projektes PROMAR entwickelt werden. Bei vollumfänglicher Einführung der Technologie besteht im gewählten Anwendungsfall ein deutschlandweites reales Einsparpotential von 40 GWh pro Jahr für die Fertigung von PKW-Stahlkarossen, was dem durchschnittlichen Stromverbrauch von ca. 13.000 Haushalten entspricht.
Sowohl im Umformen als auch beim Laserschweißen kann der Energiebedarf bei den Bearbeitungstechnologien gesenkt werden. Zusätzlich kann mit Einführung eines Laserverfahrens im Zuschnitt die Nutzung von klassischen Verschnittmaterial für Kleinbauteile ermöglicht werden, was die Materialausnutzung erhöht.
Innovation und Perspektiven
Der dem Projekt zugrundeliegende Trend – Stahl als Leichtbauwerkstoff sowie dessen energieeffiziente Verarbeitung – soll mit den im Projekt zu entwickelnden Bearbeitungstechnologien und deren Überführung in die Industrie weiter vorangetrieben werden.