Diszperzióval megerősített alumínium, nagy szilárdságú melegen hengerelt acél, nagy teljesítményű műanyagok,
Több felhasználói előny és alacsonyabb költségek - ez a célja minden termékfejlesztésnek. Ennek egyik módja az alkatrészek tömegének csökkentése. A legegyszerűbb módszer, a felhasznált elsődleges anyagok mennyiségének csökkentése, a fő előny nyilvánvaló: az anyagköltségek a súlycsökkenéssel lineárisan csökkennek. Ezen felül vannak olyan hatások, mint az alacsonyabb szállítási költségek, a könnyebb kezelhetőség vagy a vásárlói elfogadás fokozása. Cserébe megnövekedett kiadások várhatók az építőiparban, a gyártásban és esetleg a minőségbiztosításban.
Ha egy meglévő konstrukciót nem lehet egyszerűen "karcsúsítani" a geometria megváltoztatásával, akkor az anyagszakemberekre kereslet van. Végső soron sok alkalmazásban lényegében lényegtelen, hogy melyik anyagot használják - a követelmények és a költségek teljesítésének eredménye meghatározó. Az alumíniumfeldolgozók, a műanyagipar képviselői és a klasszikus acélfeldolgozók nem versenyeznek a jobb megoldásért, végül a magnézium, a kerámia és a speciális mérnöki anyagok anyagcsoportjai is érintettek, ami különösen világosan látható a Hannover Messe alvállalkozói területén (2003. április 7–12.) Mutatja.
Alumínium még könnyebb
Általában a technikusok és a felhasználók egyaránt természetes módon ötvözik a könnyedség és az alumínium kifejezéseket. Hagyományos alumínium anyagokat lehet használni az acél vagy más "nehéz" anyagok helyettesítésére számos alkatrész esetében, például házak és összekötő elemek, viszonylag kevés erőfeszítéssel az építkezés és a gyártás szempontjából.
Cégek a cikkhez
De még könnyebb anélkül, hogy megváltoztatnánk az anyagcsoportot: a porozitás az alkatrészek öntéskor nagyon nemkívánatos jellemzője. Ezek azonban kifejezetten felhasználhatók is. A legtöbbször zárt pórusú alumínium habok első autóipari alkalmazása után a nyílt pórusú fémhabokat egyre inkább más iparágakban is használják.
Az ötvözet kiválasztását, geometriáját, sűrűségét és cellaszerkezetét tekintve ezek a módosított beruházási öntési eljárásban feldolgozott anyagok széles határok között változtathatók. Ezenkívül masszív alkatrészek csatlakoztathatók egy gipszbe. Ez azt jelenti, hogy több "beállító csavar" áll rendelkezésre az alkatrészek optimálisan beállított paramétereinek elérése érdekében. A sűrűség az eredeti anyag tíz százalékára csökken. Mindazonáltal a háromdimenziósan összekötött szerkezetek nagy szilárdságot érnek el.
Az illetékes beszállítók kérdezték
Mivel ezen a területen alig vannak szabványok az olyan anyagi paraméterek ábrázolására, mint az erősség és a nyúlás, a potenciális felhasználóknak vissza kell térniük a megfelelő beszállítók szakértelmére. Ez nem csak a tervezésre vonatkozik, hanem az alkatrészek koncepciójára is. A folyamat újszerűsége miatt a tervezés és a további feldolgozás nagyrészt a gyártót terheli.
Az alumínium anyagból azonban "hagyományos" módszerekkel is lehet tartalékot kinyerni. A különféle por kohászati gyártási folyamatok és az ötvözetek célzott irányításának kombinálásával a félkész termékek különleges tulajdonságokat kaphatnak, amelyek az alkatrészeknek egyébként szokatlan technikai kombinációkat adnak.
Az alkatrészek és szerelvények mozgatásakor gyakran a tömeg csökkentéséről van szó - fokozottabb rendszerdinamikára van szükség. A korábban acélból készült alkatrészek leválásának azonban vannak buktatói: Az alkalmazástól függően olyan speciális anyagparaméterekre van szükség, amelyekre általában nem számítanak alumíniumötvözetek, de elengedhetetlenek a teljes rendszer működőképességéhez. Például a hidraulikus rendszerek vezérlődugattyúit esztergált alkatrészként gyártják, amelyeket rendkívül keménység és kopásállóság jellemez. Folyamatos használat esetén is képesek kopásvédő bevonat nélkül. A gyártásban nincsenek őrlési vagy sorjázási folyamatok sem. Természetesen ezek a dugattyúk lényegesen könnyebbek, mint acélból készült "versenytársaik". Ugyanez vonatkozik a pozicionáló csúszkára is: A drasztikus súlycsökkentés jelentősen nagyobb dinamikát és kevesebb stresszt jelent az egész rendszer számára. A mechanika az alapanyag gyártási folyamatának megfelelő kiválasztása alapján viselkedik, és az ötvözet az acélváltozathoz hasonló termikus viselkedéshez.
A diszperzióval megerősített alumínium rengeteg lehetőséget kínál a tulajdonságok bizonyos kombinációinak elérésére. A keménység, a kopásállóság, az alacsony hőtágulás és a rendkívüli merevség csak néhány paraméter, amely befolyásolható. Megfelelő kombinációban még nagyobb teljesítmények is lehetségesek, mint az acél alkatrészekkel lehetséges - ésszerű erőfeszítéssel: Ha biztosítja, hogy a fogaskerekek és a házak magas hő- és kopásállósággal rendelkezzenek, akkor az olajszivattyúk nagyon kicsi résekkel is megvalósíthatók. Ez nagyobb nyomást és ennek következtében kisebb szivattyútérfogatot tesz lehetővé. Az ilyen siker eléréséhez bizonyos mértékű know-how szükséges az anyagok kiválasztásában és feldolgozásában ahhoz, hogy megfelelően be lehessen építeni a tervezésbe.
Másfajta könnyűfém
A magnéziumötvözetek még könnyebbek, mint az alumínium, legalább olyan szilárd alumínium anyagok. Az öntött magnéziumból készült sorozatrészek már soros használatban vannak. Eddig félkész magnéziumtermékeket alig használtak. Tulajdonságainak érdekes technológiai profilja miatt a magnéziumlemez új építőanyag, nagy a könnyűszerkezeti potenciál. A magnéziumlap korábbi korlátozott használatának különféle okai vannak, többek között a félkész termékek minőségi és rendelkezésre állási problémái. A múltból azonban a járművek és repülőgépek gyártása során számos igényes szerkezeti alkalmazás ismert a magnéziumlemez számára.
Még ma is a magnéziumlap kínálja a legjobb előfeltételeket a komplex terhelésnek kitett ultrakönnyű alkatrészek számára, magas mechanikai és felületi technológiai követelményekkel. Ez új alkalmazási területeket nyit meg ezen anyagcsoport számára, amelyeket nehéz vagy lehetetlen elérni az öntött magnéziumból készült versenyképes termékekkel. A magnéziumlemez teljesítményprofiljának a felhasználó számára érdekes pontjai elsősorban a nagy tömegspecifikus szilárdsági és merevségi tulajdonságokra vonatkoznak, különösen hajlító és kihajló terhelések esetén. Ez akár 60, illetve 25 százalékos súlyelőnyt eredményez az alkatrészen az acélhoz és az alumíniumhoz képest.
A könnyű konstrukció ezen a területén is a járműipar a legerősebb "hajtóerő" és felhasználója az innovációknak. Az alkalmazási területek tehát kezdetben a személygépkocsik belső területein merülnek fel, nagyméretű kiegészítő alkatrészekkel, de a karosszéria szerkezeti elemeivel, a hajtóműben (hengerfejfedél, olajteknő) és a A magnéziumlemezek nagyüzemi gyártásának tapasztalatai még nem eléggé kiterjedtek. A Salzgitter Magnesium Technologie gyártóval, a potenciális felhasználókkal, például a Volkswagen AG-vel és az egyetemekkel szoros együttműködésben a folyamatokat jelenleg kísérleti projektekben tesztelik és fejlesztik.
A fehér-karosszéria és más ütközési alkatrészek területén a funkció és súly optimalizált magnéziumhegesztett konstrukciókat is alkalmazzák, fémlemez alkatrészekből, extrudált profilok vagy présöntés kapcsán. Ugyanez vonatkozik a vékony falú, például lézerrel hegeszthető, fémlemez csőprofilokra, amelyeket belső nagynyomású formázási és hajlítási műveletek alkotnak.
A nehéz magnéziumlemezek érdekes alapot jelenthetnek a nem autóipari alkalmazások ultrakönnyű szerkezeti alkalmazásaihoz is. A rádióteleszkóp panel prototípusát már nehéz magnézium lemezből készítették el. A könnyű konstrukció, a merevség és az alacsony alaktűrés optimálisan kombinálható itt.
Klasszikus könnyű változatban
Míg az alumínium és egyre inkább a magnézium természetesen csökkenti az alkatrészek és csoportok súlyát, az acélfeldolgozóknak két lehetőségük van a könnyebb konstrukciókért folytatott versenyben. Nagyobb szilárdságú acélminőségek és geometriai optimalizálások alkalmazása annak érdekében, hogy kevesebb anyagot használjon a szilárdsági követelmények teljesítéséhez kell.
Tapasztalattal, de mindenekelőtt a technológia koncentrált alkalmazásával a félkész termékek gyártói és feldolgozói új étrendet alkalmaznak. Itt is az egyik legnagyobb acélfogyasztó, az autóipar a hajtóerő. Jelenleg új gyártási, számítási és szimulációs folyamatokkal próbálnak nagyobb lépéseket tenni a könnyű konstrukció felé. A Salzgitter AG és a Wilhelm Karmann GmbH közötti együttműködés, az Atlas projekt (Advanced Technologies for Lightweight Autobodies in Steel) hosszú utat tett meg. A projekt ötlete egy térvázszerkezet kifejlesztése volt, innovatív acéltípusokkal, új gyártási és összekapcsolási folyamatokkal.
Az űrkeret-struktúrák potenciális elemzése alapján virtuális prototípust készítettek. Ezenkívül a prototípusokat beépítették a szériajárművekbe és tesztelték. Közel sorozatgyártási folyamatok alkalmazása prototípusok készítéséhez, a technológia összekapcsolásának intenzív vizsgálata, a fáradási szilárdsági tulajdonságok és az ütközési viselkedés tesztekkel történő validálása révén a projekt nem csupán egy újabb könnyű konstrukciós tanulmány.
Az anyagválasztást szorosan összehangolták a gyártási folyamattal. A tekercsprofilozás különösen előnyösnek bizonyult a nagy szilárdságú szerkezeti anyagok használata esetén. 700 MPa feletti folyáshatárú anyagokat használtunk itt. Másrészt az alakítási folyamat során a formázási folyamatban a munkakeményítő hatás miatti hozamnövekedést célzottan alkalmazták, és ezt már a szimuláció során figyelembe vették. Ily módon a kiválóan alakítható acéltípusoknál nagyobb tényleges alkatrészszilárdságok is beállíthatók.
Amint a projekt eredményei azt mutatják, a test merevsége nőtt. A vizsgált szerkezet súlya akár 40 százalékkal is csökkent. A teljes testhez viszonyítva ez csaknem 20 százalékos súlycsökkenést jelent. Az új technológiák sorozatbeli használatának költségelemzése jelentős költségelőnyöket mutat az alkatrészköltségek jelentős csökkenése miatt. Az összeszerelő állomások esetleges csökkentésével együtt a bonyolultabb gyártási és csatlakozási technológiák meghaladják a túlkompenzációt.
Ez a példa azt is megmutatja, hogy a felhasználók, az anyagbeszállítók, a gyártási szakemberek, a tervezők együttműködésében és a modern szimulációs módszerek alkalmazásával viszonylag rövid idő alatt még a "klasszikus" acélból is hatalmas potenciál nyerhető ki.
A műanyagok jól teljesítenek
Még a műanyag technikusoknak sem kell megbújniuk a csíkok fémmegmunkálása mögött. A nagy teljesítményű műanyagok növekvő használata további lehetőségeket nyit meg az alkatrészek tömegének csökkentésére. Ez versenyre kelti őket acéldal, alumíniummal és néha még üveggel is. A Solvey Advanced Polymers (Düsseldorf) poliarilamid-vegyületeinek használata lehetővé teszi a felület megjelenésének magas követelményeket támasztó alkalmazásokat, ugyanakkor nagy mechanikai igénybevétel mellett. Eddig ezt csak különböző anyagkombinációk alkalmazásával lehetett elérni. Amint a poliaramid eléri a hőhatárait, a poliftalamid a választott anyag - ha nagy mechanikai terhelésre van szükség széles hőmérsékleti tartományban. Hőállósága eléri a 300 Celsius fokot. A komponensek olyan tulajdonságainak kombinációja is elérhető, mint a magas hőmérséklet, a hidrolízis és a sterilizálási ellenállás, amelyek korábban nem voltak lehetségesek.
Könnyen félreérthető
Ha a telefon lecsúszik az asztalról, mert csak könnyedén húzza meg a kézibeszélő vezetékét, akkor a könnyű konstrukció témáját nyilvánvalóan félreértették. Általános szabály, hogy a tömeg csökkentése technikai vagy gazdasági okokból történik. A járműgyártók az üzemanyag-fogyasztás csökkentésére és a vezetési teljesítmény növelésére koncentrálnak. Ami a mozgó alkatrészeket illeti, a gépészmérnökök a jobb dinamikára, a sima futási viselkedésre és más célokra törekszenek.
A trend, mint a szállítóipar nagy vevői szektorainak egyéb hosszú távú fejleményei, nem új keletű, de mindig meglepő megoldásokat hoz. Tömören mutatja, hogy ad-hoc alapon csak ritkán lehet optimális megoldásokat találni, de hosszú folyamatok során folyamatosan új lehetõségeket fejlesztenek ki. Alapkutatók, anyagszakemberek, tervezők, feldolgozók, mindenféle felületkezeléssel foglalkozó szakemberek interakciójában sok más szakember - és természetesen a felhasználók - piacra dobható termékké válnak.
Akik könnyedén veszik az ilyen trendeket, azokat a jövőben nehéz lesz elviselni. Meinolf Droege