Zusammenfassung

Das Magnesium-Druckgussverfahren ist ein Fertigungsprozess, der außergewöhnlich starke und gleichzeitig leichte Metallbauteile mit einem hervorragenden Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht erzeugt. Diese Technologie ermöglicht eine erhebliche Gewichtsreduktion von 30–75 % im Vergleich zu Bauteilen aus Stahl oder Aluminium. Für die Automobilindustrie stellt das Magnesium-Druckgussverfahren für leichte Fahrzeugteile daher eine entscheidende Strategie zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz, zur Steigerung der Fahrzeugleistung und zur Reichweitenverlängerung von Elektrofahrzeugen (EV) dar.

Der zentrale Vorteil: Das hohe Festigkeits-Gewichts-Verhältnis

Der Hauptgrund, warum Ingenieure und Konstrukteure auf Magnesium-Druckguss setzen, ist das hervorragende Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Magnesium ist das leichteste aller Konstruktionsmetalle, etwa 33 % leichter als Aluminium und 75 % leichter als Stahl. Diese geringe Dichte geht nicht auf Kosten der Festigkeit, wodurch Bauteile entstehen können, die sowohl robust als auch äußerst leicht sind. Diese einzigartige Kombination bildet die Grundlage moderner Leichtbaustrategien in anspruchsvollen Branchen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie.

Dieses vorteilhafte Verhältnis bedeutet, dass ein Bauteil aus Magnesium die gleiche Festigkeit wie ein schwereres Gegenstück aus Aluminium oder Stahl aufweisen kann, jedoch mit deutlich geringerer Masse. Für Automobilanwendungen ergibt sich daraus direkt ein messbarer Leistungsvorteil. Ein leichteres Fahrzeug benötigt weniger Energie zum Beschleunigen und Abbremsen, was zu einem verbesserten Kraftstoffverbrauch bei herkömmlichen Fahrzeugen und einer verlängerten Reichweite bei Elektrofahrzeugen (EVs) führt. Darüber hinaus verbessert die Verringerung der Gesamtmasse des Fahrzeugs das Fahrverhalten, die Agilität und die Bremsleistung und sorgt so für ein sichereres und reaktionsschnelleres Fahrerlebnis.

Die Vorteile des hohen Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnisses von Magnesium sind quantifizierbar. Wie Branchenexperten festgestellt haben, kann der Ersatz von Stahl- oder Aluminiumteilen durch Magnesium das Gewicht eines Bauteils um 30 % bis 75 % reduzieren. Beispielsweise trägt der Einsatz von Magnesium bei Komponenten wie Getriebegehäusen, Lenkradrahmen und Sitzstrukturen zu einer erheblichen Verringerung des Gesamtleergewichts des Fahrzeugs bei. Laut Dynacast , einem globalen Hersteller von Präzisions-Druckgussteilen, machen Magnesiumlegierungen so die ideale Wahl für Anwendungen aus, bei denen Haltbarkeit nicht auf Kosten der Gewichtseinsparung geopfert werden darf.

Der Magnesium-Dieschütt-Prozess erklärt

Das Magnesium-Druckgussverfahren ist ein äußerst effizienter Prozess zur Herstellung komplexer, nahezu fertiggeformter Bauteile mit hoher Präzision und hervorragender Oberflächenqualität. Die am häufigsten verwendete Methode für Magnesium ist das Hochdruck-Druckgießen (HPDC), das aufgrund seiner Geschwindigkeit und Fähigkeit, filigrane Geometrien mit dünnen Wänden zu erzeugen, geschätzt wird. Bei diesem Verfahren wird geschmolzte Magnesiumlegierung unter hohem Druck in eine aus gehärtetem Stahl bestehende Form, auch Gießform genannt, eingespritzt.

Der Fertigungszyklus ist schnell und präzise, wodurch das Verfahren besonders für die Serienproduktion geeignet ist. Die wichtigsten Phasen des Kaltkammer-HDPC-Verfahrens, einer bei Magnesium angewendeten Methode, lassen sich wie folgt unterteilen:

1. Schmelzen: Magnesiumlegierungsbarren mit hoher Reinheit werden in einem separaten Ofen geschmolzen. Dabei wird ein Schutzgas verwendet, um Oxidation zu verhindern – ein kritischer Schritt angesichts der Reaktivität von Magnesium.
2. Abgießen: Eine exakt bemessene Menge geschmolzenen Magnesiums wird aus dem Ofen in die Druckkammermasse der Druckgussmaschine überführt.
3. Injektion: Ein hydraulischer Plunger presst das flüssige Metall mit extrem hoher Geschwindigkeit und unter hohem Druck aus der Einspritzhülse in den Formhohlraum. Dadurch wird sichergestellt, dass die gesamte Form schnell und gleichmäßig gefüllt wird und feinste Details exakt abgebildet werden.
4. Erstarrung: Das geschmolzene Magnesium kühlt innerhalb der wassergekühlten Gießform rasch ab und erstarrt dabei zu der gewünschten Bauteilform.
5. Auswurf: Nach dem Erstarren öffnet sich die Form, und Auswerfstifte drücken das fertige Gussteil heraus. Das Bauteil zusammen mit überschüssigem Material (sogenannter Grat oder Angüsse) wird anschließend entfernt.

Dieses Verfahren, wie es von Dienstleistern wie Xometrie , beschrieben wird, ermöglicht die Herstellung von Bauteilen mit außergewöhnlicher Maßgenauigkeit und Formstabilität, wodurch oft umfangreiche Nachbearbeitungen vermieden werden können. Die hohe Zyklusgeschwindigkeit in Kombination mit der langen Lebensdauer der Formen macht das Hochdruckgussverfahren (HPDC) zu einer kostengünstigen Lösung für die Produktion von Tausenden identischer Teile für den Automobilsektor.

Magnesium im Vergleich zu Aluminium und Stahl: Ein direkter Vergleich

Die Wahl des richtigen Materials ist eine entscheidende Entscheidung im Automobilbau und erfordert eine sorgfältige Abwägung von Gewicht, Festigkeit, Kosten und Leistungsmerkmalen. Während Stahl und Aluminium seit langem die Standardmaterialien der Branche sind, bietet Magnesium eine überzeugende Alternative, insbesondere wenn die Gewichtsreduzierung oberste Priorität hat. Dieser Vorteil bringt jedoch spezifische Kompromisse mit sich, die Ingenieure berücksichtigen müssen.

Der bedeutendste Vorteil von Magnesium ist seine geringe Dichte, wodurch es das leichteste verfügbare Konstruktionsmetall ist. Dies führt zu erheblichen Gewichtseinsparungen im Vergleich zu Aluminium und Stahl. Während Aluminium ebenfalls als leichtes Material gilt, ist Magnesium etwa ein Drittel leichter. Dieser Unterschied ist entscheidend bei Anwendungen wie EV-Batteriegehäusen oder inneren Tragstrukturen, bei denen jedes eingesparte Kilogramm die Fahrzeugreichweite verlängert. Stahl hingegen, obwohl fest und kostengünstig, ist deutlich schwerer und wird daher im modernen Fahrzeugdesign zunehmend ersetzt.

Die Entscheidung basiert jedoch nicht allein auf dem Gewicht. Aluminiumlegierungen bieten im Allgemeinen eine höhere absolute Festigkeit und eine bessere Korrosionsbeständigkeit als Standard-Magnesiumlegierungen. Magnesium ist anfälliger für galvanische Korrosion, weshalb Schutzbeschichtungen und eine sorgfältige Konstruktion erforderlich sind, um Probleme beim Kontakt mit anderen Metallen zu vermeiden. Ein weiterer Faktor ist der Preis; die Herstellung von Magnesium ist energieintensiver, was es zu einem teureren Rohstoff im Vergleich zu Aluminium machen kann. Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Abwägungen zusammen:

Während das Druckgießen ideal für die Herstellung komplexer, leichter Formen ist, werden andere Fertigungsmethoden je nach Anforderungen gewählt. Beispielsweise kommen bei kritischen Bauteilen, bei denen höchste Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit entscheidend sind, Verfahren wie das Warmumformen zum Einsatz. Unternehmen, die auf präzise gefertigte Schmiedeteile für die Automobilindustrie spezialisiert sind, bieten einen weiteren Weg zu robusten, leistungsstarken Komponenten und verdeutlichen die vielfältige Landschaft der verfügbaren Materialverarbeitungstechnologien für Automobilhersteller.

Automotive Anwendungen: Vom Antriebsstrang bis zu Innenausstattungskomponenten

Die einzigartigen Eigenschaften von druckgegossenem Magnesium haben zu dessen Einsatz in einer Vielzahl von automotive Komponenten geführt, bei denen Gewichtsreduzierung einen klaren Wettbewerbsvorteil bietet. Automobilhersteller nutzen dieses Material, um sowohl die Kraftstoffeffizienz als auch die Fahrzeugdynamik zu verbessern. Die Anwendungen erstrecken sich über das gesamte Fahrzeug, vom Motorraum bis zum Fahrgastraum.

In Antriebssystemen wird Magnesium für Komponenten verwendet, die sowohl leicht als auch steif sein müssen. Getriebegehäuse, Kupplungsgehäuse und Motorblöcke sind dafür typische Beispiele. Ein leichterer Antriebsstrang verringert das Gesamtgewicht des Fahrzeugs und kann zudem die Gewichtsverteilung verbessern, was zu einem besseren Fahrverhalten führt. Während sich die Branche hin zu Elektrofahrzeugen entwickelt, gewinnt Magnesium an Bedeutung für Teile wie Motorgehäuse und Batteriegehäuse, bei denen die Gewichtsreduzierung entscheidend ist, um die Reichweite zu maximieren.

Im Innenraum des Fahrzeugs bietet Magnesium strukturelle Stabilität, ohne unnötiges Volumen hinzuzufügen. Typische Anwendungen im Innenraum umfassen:

• Instrumententafelträger: Diese großen, komplexen Strukturen tragen die Armaturentafel, die Lenksäule und die Airbags. Die Verwendung von Magnesium ermöglicht eine feste, einteilige Konstruktion, die deutlich leichter ist als eine mehrteilige Stahlbaugruppe.
• Lenkradkerne: Der Innerrahmen eines Lenkrads muss aus Sicherheitsgründen stabil und steif sein. Magnesium bietet diese Festigkeit und hält gleichzeitig die Lenkvorrichtung leicht und agil.
• Sitzrahmen: Die Gewichtsreduzierung von Sitzen verringert die Gesamtmasse des Fahrzeugs und kann sie leichter verstellbar machen. Magnesiumrahmen bieten die notwendige Haltbarkeit, um strengen Sicherheitsstandards zu genügen.
• Mittelkonsole Halterungen: Magnesium wird für verschiedene Träger und Gehäuse innerhalb der Mittelkonsole verwendet und trägt so zu kleinen, aber wichtigen Gewichtseinsparungen bei.

Magnesium wird auch für strukturelle und Karosserieteilkomponenten wie Kühlerhalterungen, Rahmeneinheiten und Türinnerrahmen verwendet. Durch den gezielten Ersatz schwererer Materialien in diesen Bereichen können Automobilhersteller ihre Leichtbauziele erreichen, ohne Kompromisse bei der Sicherheit oder strukturellen Integrität des Fahrzeugs eingehen zu müssen.

Häufig gestellte Fragen

1. Ist Magnesium gut für Autoteile?

Ja, Magnesium ist hervorragend für viele Autoteile geeignet, besonders wenn das Hauptziel die Gewichtsreduzierung ist. Aufgrund des hohen Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnisses eignet es sich ideal für Bauteile wie Lenkradkern, Armaturenbretterstützen, Sitzgestelle und Getriebegehäuse, was zu einer verbesserten Kraftstoffeffizienz und besseren Fahrzeugführung führt.

2. Kann Magnesium druckgegossen werden?

Auf jeden Fall. Das Druckgießen, insbesondere das Hochdruck-Druckgießverfahren (HPDC), ist eine der gebräuchlichsten und effizientesten Methoden zur Herstellung von Magnesiumteilen. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung komplexer, dünnwandiger Bauteile mit hoher Präzision und in hoher Geschwindigkeit, geeignet für die Massenproduktion.

3. Was ist der Nachteil von Magnesiumlegierungen?

Die Hauptnachteile von Magnesiumlegierungen sind eine geringere Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu Aluminium und höhere Materialkosten. Um Spannungsrißkorrosion zu verhindern, insbesondere beim Kontakt mit anderen Metallen, sind Schutzbeschichtungen erforderlich. Zudem weisen sie eine geringere absolute Festigkeit und Duktilität auf als einige Aluminiumlegierungen und Stähle.

4. Warum Magnesium statt Aluminium verwenden?

Der wichtigste Grund, Magnesium gegenüber Aluminium zu bevorzugen, ist die bessere Gewichtseinsparung. Magnesium ist etwa 33 % leichter als Aluminium. Wenn die Massereduzierung der entscheidende Konstruktionsfaktor ist – beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt oder bei Hochleistungsfahrzeugen – ist Magnesium trotz höherer Kosten und des Bedarfs an Korrosionsschutz oft die bevorzugte Wahl.