Leichtbau durch den Einsatz von Magnesium

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Thi Van Huyen Vu

DUH- Fachgespräch

Leichtbau durch den Einsatz von

Magnesium

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DUH- Fachgespräch automobiler Leichtbau 19.05.2011

Agenda

 ThyssenKrupp Unternehmensstruktur

 Magnesium Werkstoff der Zukunft

 Wettbewerb der Leichtbauwerkstoffe

 Motivation Leichtbau in der Automobilindustrie

 Pilotanlage in Freiberg

 Magnesium Aktivitäten

 Verfügbare Legierungen und Lieferformen

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ThyssenKrupp Unternehmensstruktur

Steel Europe

Steel Americas

Stainless Global

Materials Services

Elevator Technology

Plant Technology

Components Technology

Marine Systems

ThyssenKrupp

Division Materials Division Technologies

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ThyssenKrupp Unternehmensstruktur

Steel Europe

Steel Americas

Stainless Global

Materials Services

Elevator Technology

Plant Technology

Marine Systems

financial ratios 09/10

Business volume : 41,5 Mrd. €

EBT: 1,1 Mrd. €

Employees worldwide: 177.000 Mitarbeiter ThyssenKrupp

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ThyssenKrupp Unternehemenstruktur

Steel Europe

Steel Americas

Stainless Global

Materials Services

Elevator Technology

Plant Technology

Marine Systems

ThyssenKrupp

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Werkstoffe

Le ich tba ue rfolg

Kompetenzfelder

+ + + +

Konzept- leichtbau Innovative

Technologien Stahlprodukte Verarbeitungs-

verfahren

Nachhaltig, innovativ, wirtschaftlich

Unser Beitrag: Leichtbau mit System:

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Magnesium Werkstoff der Zukunft

Nachhaltig, innovativ, wirtschaftlich

Kristallstruktur

hexagonal dicht gepackt (hdp)

Schmelzpunkt

^650°C

Dichte

1,738 g/cm³ bei Raumtemperatur 1,584 g/cm³ bei Schmelztemperatur

Elastizitätsmodul

45 000 Mpa

Streckgrenze

150 Mpa

Zugfestigkeit

250 Mpa

Bruchdehnung

17 %

Vorteile

- 35 % leichter als Aluminium

- günstiges Verhältnis der mech. Eigenschaften zur Dichte (hohes Leichtbaupotenzial)

- hohe Wärmeleitfähigkeit, geringe thermische Ausdehnung - achthäufigstes Element in der Erdkruste

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Unterschiedliche Eigenschaftsprofile von Konstruktionswerkstoffen

 spezifische Einsatzmöglichkeiten

Wettbewerb der Leichtbauwerkstoffe

 Trend: kombinierter Einsatz mehrerer Werkstoffe im Materialmix

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Energieverbrauch korreliert nahezu linear mit der bewegten Masse

Verringerte

mechanische Belastung

= Senkung der Strukturmasse

Verringerte Motorenmasse

Verringerte Tankkapazität /

Motorleistung Geringere

Antriebsleistung nötig Verringerte

Gesamtmasse

Energie-, Material- und

Kosten- einsparungen bei

Leichtbau- fahrzeugen

Motivation Leichtbau in der Automobilindustrie

 Maximaler Leichtbauerfolg durch Ausnutzung sekundärer Effekte

1

2

3

4 5

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OEM CO

₂

-Verordnung

Automobilkunde

CO

₂

- Reduktion Sicherheit

Kosten- druck

Durchschnittliche Neuwagenpreise

9.460 15.340

17.845 20.045

22.100 25.640

5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000

1983 1990 1995 2000 2003 2008

Quelle: Automobil Entwicklung online

Motivation Leichtbau in der Automobilindustrie

 Suche nach Lösungen zur Gewichtsreduzierung

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Quelle: Europäischer Umweltverband Transport & Environment (T&E)

Motivation Leichtbau in der Automobilindustrie

CO

₂

- Emissionen im Flottendurchschnitt im Jahr 2009 [g/km]

131 136

140 144

148 151

153

167

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Fiat PSA Renault Ford GM BMW VW Group Daimler

130 g/km

 Rückgang der CO₂ - Emissionen im Flottendurchschnitt der 2009 in Europa neu zugelassenen Fahrzeuge um 5,1 % (im Vergleich zu 2008) auf 145,7 g/km

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Pilotanlage in Freiberg

 Vorteile Gießwalzen:

- Niedrigere Kosten durch günstigeres Ausgangsmaterial und verkürzter Prozesskette - Endabmessungsnahe Produktion

- Höheres Ausbringen

- Geringerer Energiebedarf

- Möglichkeit der Produktion von Coils

Schere Schmelze Gießwalzen Treiber-

einheit

Coiler Coiler Walz- Coiler gerüst

Warmwalzwerk

Gießwalzanlage

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Pilotanlage in Freiberg

Gießwalzgerüst

 Walzendurchmesser : 840 mm

 Walzenmaterial : Stahl

 Walzenoberfläche : Stahl

 Walzkraft : 700 t Schmelzofen

 Kapazität : 1200 kg

 Schutzgas : Schwefelhexafluorid

 Betriebstemperatur : ca. 700°C

 Förderleistung : 750 kg/h

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Magnesiumband

 Gießbreite : 760 mm

 Gießbandstärke : 3,5 bis 8 mm

 Legierungen : AZ31, ZE10, AM20 oder AM40

 Haspelgewicht : 1600 kg max

.

Mg-Warmwalzwerk

 Walzbandbreite : 650 mm

 Walzbandstärke : 0,8 bis 5 mm

 Walzgeschwindigkeit : ca. 180 m/min

Pilotanlage in Freiberg

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Beschichtungsaufbau:

Vorbehandlung ANOF – grau

KTL – schwarz

Füller – hellgrau

Basis- + Klarlack – blau

Automobile Magnesium Aktivitäten

Dachaußenhaut Dachquerträger vorne Dachquerträger B-Säule Dachquerträger C-Säule Dachquerträger hinten Längsträger

InCar

®

-Dach

 Gewichtseinsparung im InCar-Dach: 23,65  8,86 Kg (- 63 %)

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Automobile Magnesium Aktivitäten

InCar-Dach

Gew ich t in kg

0 2 4 6 8 10 12

konv.

Stahl

AHSS Sandwich Mg CFK

-blech 6,7 8

Referenz,

Serie 4,1 4,5

Ko sten in €

0 20 40 60 80 100 120

Serie

15,8 15,0 21,9

45,0 10

270,4

0,75 mm 0,60 mm 0,85 mm 1,40 mm 1,76 mm Dicke:

Gewichts- und Kostenvergleich der Dach-Außenhaut

 Differenzierter Werkstoffeinsatz für angepasste Leichtbaulösungen

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Automobile Magnesium Aktivitäten

Magnesium-Dach Porsche

 Gewichtseinsparung im Dachbereich: 7,5 2,3 kg (- 69 %)

Magnesium-Dach

Erfolgreicher Test der Mg-Blechtechnologie beim 24-h-Rennen auf dem Nürburgring

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Instrumentenquerträger (IPC) Autotür aus TeMaK-Projekt

Automobile Magnesium Aktivitäten

• Simulation und Fertigung von ersten Prototypen eines Magnesium-

Instrumentenquerträgers

• Folgende Gewichtseinsparungen wurden realisiert:

- Projekt 1: gegenüber Al-Version : 20%

- Projekt 2: gegenüber Stahl-Version: 53% • Erzielte Gewichtseinsparung Mg-Autotür gegenüber Al-Version: 25 %

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Weitere Magnesium Aktivitäten

Rollstuhl ZX1 Radiogehäuse

Seitenteil

Fußplatte

Bauteil Blechdicke Gewicht Einsparung

Seitenteil 3 mm 275 g 92 g

Fußpatte 4 mm 140 g 47 g

Bottom brace

Material Gewicht Einsparung

Stahl 265 g

205 g

Magnesium 60 g

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Mechanische Eigenschaften von gieß- und warmgewalztem AZ31B versus ZE10, AM20 und AM40:

Lieferformen (in mm):

Verfügbare Legierungen und Lieferformen

0 50 100 150 200 250 300

Festigkeit [MPa]

ZE10 AZ31 AM20 AM40

Dicke Breite Länge

Band: 1,2 – 3,0 bis 650 Coil

andere Formate auf Anfrage

Zugfestigkeit Streckgrenze Bruchdehnung

60

40

30

20 10

0 50

Bruchdehnung [%]

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Leichtbau durch den Einsatz von Magnesium