Magnesium MnE21 macht Leichtbau möglich

Leichtbau ist ein wesentlicher Faktor zur Senkung der CO2-Emissionen und für die E-Mobilität. Prof. Ulrich Bruhnke, Geschäftsführender Gesellschafter der TechMag GmbH, stellte die positiven Materialeigenschaften und die geringen Kosten der Magnesium-Legierung MnE21 auf dem »Würzburger Automobil Gipfel« 2010 vor.

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„Ein Beitrag zu wirksamem Leichtbau kann die Verwendung von Magnesium MnE21 sein“, sagte Bruhnke. Interessant sei, dass die Kosten von Bauteilen aus MnE21 auf einem Niveau lägen, das diese Legierung gerade für Großserien interessant werden lasse. Die Legierung, an der die Stolfig-Gruppe die Pantente besitzt, besteht aus 97 Prozent Magnesium, 2 Prozent seltene Erden und 1 Prozent Mangan.

Maximal 40 Kilo MnE21 pro Auto

Derzeit rechnet Bruhnke mit einem maximalen Volumen von 40 Kilogramm MnE21 in einem Auto. Mittelfristig will die Stolfig Group und der Vetriebspartner TechMag durchschnittlich 20 Killogramm der Legierung in rund fünf Prozent aller Neufahrzeuge zum Einsatz bringen. Dabei verfolgen die beiden Unternehmen keine radikalen Ansätze, sondern konzentrieren sich auf Bauteile, die sofort in Großserie produziert werden können. „Der Kundennutzen liegt in einer erheblichen Gewichtseinsparung bei Komponenten, die nicht im Außenhautbereich angesiedelt sind und keine Class-A-Oberfläche brauchen.“ Dabei handele es sich vorzugsweise um Anbauteile im weitesten Sinne wie: Cockpitträger, Sitzschalen, Tür-Crashstreben, Rücksitzwände, Dachquerstreben, Motorhauben-Innenbleche Bumper sowie Interior Panels.

Die Kosten pro Kilogramm MnE21 belaufen sich auf 10 bis 15 Euro. Demgegenüber sind Stahl mit 2,5 bis 5 Euro und Aluminium mit 6 bis 10 Euro günstiger. Bruhnke betonte aber, dass die tatsächlichen Kosten zwischen Stahl und Alu lägen. „Der Abfall im Produktionsprozess wird direkt in die Schmelze zurückgeführt. Das garantiert große Kostenperformance bei Komponenten mit großem Verschnitt.“

Besondere Eigenschaften der Magnesium-Legierung

- MnE21 hat ein drittel des Gewichts von Stahl und zwei Drittel des Gewichts von Aluminium.

- MnE21 hat keine Mg17Al12-Phase und ist dadurch bei Temperaturen von über 560 °C gefahrlos zu verarbeiten.

- MnE21 besitzt ein sehr reines Gefüge und habe die Korrosionstests überzeugend absolviert.

- Die Legierung ist in allen Zuständen wie Blech, Profil, Guss und Draht erhältlich.

- Die Kriecheigenschaften sind sehr gut.

- Ein Spring-back-Verhalten ist nahezu nicht vorhanden. Damit sind Umformwerkzeuge wirtschaftlich zu konstruieren und einzufahren.

- Die Dämpfungseigenschaften sind magnesiumtypisch jenen von Stahl und Aluminium überlegen.

- Die Schweißbarkeit ist hervorragend. Durch sortenreines Schmelzschweißen gibt es kaum Festigkeitsabfall in der Wämeeinflusszone.

„Magnesium MnE21 ist deutlich im Vorteil gegenüber anderen Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium und Kohlefasern“, sagte Bruhnke.

Der Herstellungsprozess von Magnesium

Magnesium ist eines der häufigsten Elemente der Erde und damit praktisch unbegrenzt verfügbar. Die hier relevanten Quellen sind das Meerwasser und Dolomit-Steine. Gewonnen wird Magnesium mittels Elektrolyse oder in einem thermischen Reduktionsprozess. Momentan wird MnE21 aus thermisch reduziertem Magnesium, welches aus Dolomit-Steinen gewonnen wird, hergestellt. Dieser sogenannte Pidgeon-Prozess ist in China sehr weit verbreitet.

Für eine Großserienverwendung von MnE21 lohnt ein Blick auf die CO2-Bilanz. Heutzutage dürfen die CO2-Emissionen des Herstellungsprozesses 25 Tonnen CO2 je Tonne Magnesium nicht überschreiten. Bisher, insbesondere in China, war das bislang kein relevantes Kriterium, und somit existieren heute zwar schon deutlich verbesserte Prozesse, aber diese weisen immer noch Emissionen von 40 Tonnen CO2 aus. Das ist heute grenzwertig.

Magnesium aus Europa

Es sind nun zwei Szenarien entwickelt worden, die eine Magnesiumproduktion außerhalb von China sinnvoll erscheinen lassen. Nutzt man den thermischen Reduktionsprozess, so implementiert man in ein europäisches Zementwerk einen Pidgeon-Ofen mit neuester Filtertechnik. Die Zementwerke haben in den vergangenen Jahren bereits einen großen Teil der Technik umwelttechnisch auf den neuesten Stand gebracht. Was bei der Zementherstellung ein unerwünschtes Abfallprodukt ist, nämlich Magnesium, ist der Rohstoff für MnE21.

Der zweite mögliche Ansatz besteht darin, den Meerwasserentsalzungsprozess zu nutzen und auch dort den Abfallstoff per Elektrolyse zu Magnesium zu verarbeiten. Gelingt es, die Energie für den Elektrolyseprozess aus regenerativen Quellen zu erzeugen, ist auch das ein überaus denkbares Szenario, den CO2-Ausstoß auf unter 20 Tonnen pro Tonne zu drücken. Mit einem dieser Prozesse kann neben dem wirtschaftlichen Leichtbau auch eine vorteilhafte CO2-Bilanz gezeigt werden.

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