Mit Festigkeiten ohne Ende

Die Vorteile von Advanced High Strength Steels AHSS – hochentwickelten hochfesten Stählen – sprechen für sich: geringeres Gewicht, höhere Festigkeit und gesteigerte Wettbewerbsfähigkeit. Denn bei vorgegebener Festigkeit ist weniger Material erforderlich. Dank des wesentlich geringeren Gewichts steigt die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte beträchtlich – ohne irgendwelche sonstigen Einbußen.

AHSS ermöglichen es, die Konstruktionen zu optimieren, ohne den Produktionsprozess groß anpassen zu müssen. In der Stahlherstellung sinkt der Rohstoff- und Energieverbrauch. Sogar beim Transport wird Energie gespart dank der niedrigeren Gewichte.

SSAB Tunnplåt AB hat diese Stähle in den letzten 20 Jahren entwickelt und zählt heute zu den führenden Lieferanten von AHSS für die globale Automobilindustrie und auch für andere Industriezweige. Das Unternehmen gehört zum Stahlkonzern SSAB und produziert mit etwa 4000 Beschäftigten in Schweden über 500 Stahlsorten. Einige davon sind herkömmliche Stähle, der Schwerpunkt liegt aber bei AHSS. Folgende Ausführungen sind im Angebot:

Die warmgewalzten Stähle von SSAB Tunnplåt heißen Domex. Domex-Stähle werden hauptsächlich für Anwendungen wie Maschinen, verschiedene Fahrzeugarten, Hebevorrichtungen, Tanks und Behälter verwendet. Diese Stähle sind in unterschiedlichen Sorten mit Streckgrenzen von 200 bis 1200 MPa lieferbar.

Die kaltreduzierten Stahlbleche Docol mit Zugfestigkeiten bis 1500 MPa eignen sich für viele Anwendungen, wie beispielsweise Automobilteile und Behälter.

Dogal ist ein hochfester feuerverzinkter Stahl, der eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist. Er ist in mehreren Sorten lieferbar und wird in der Automobilindustrie breit angewendet, weil er einen guten Lackieruntergrund bietet.

Der Automobilbau ist ständig bestrebt, das Gewicht der Fahrzeuge zu verringern, die Unfallsicherheit zu verbessern und die Produktion zu rationalisieren. Der deutsche Zulieferer Dura Automotive GmbH, Daun, hat diese drei Ziele mit einem Seitenaufprallschutzträger erreicht, der aus AHSS hergestellt wird. Die damit ausgerüsteten Autos werden in hohen Stückzahlen verkauft. Bei dem patentierten Dura-Seitenaufprallträger handelt es sich um ein geschlossenes Profil mit rechteckigem Querschnitt, das seitlich eingeschnürt ist. Um ihm ein hohes Energieaufnahmevermögen zu verleihen, wurde die Konstruktion des Profils optimiert. Sie basiert nun auf einem hochfesten, martensitischen Stahl von SSAB, der sich gut schweißen lässt und über gute Walzprofiliereigenschaften verfügt. Der Stahl hat eine Mindestzugfestigkeit von 1200 MPa und ist damit einer der festesten Stähle auf dem Markt. Da er nur mit einer Wanddicke von 2 mm eingesetzt wird, ergibt sich für den 1,1 m langen Träger ein Gewicht von nur 1,75 kg.

Parallel zur Entwicklung des Trägers baute Dura ein hocheffizientes Produktionssystem auf. Alle Operationen erfolgen in einer Linie, in der das Stahlblech in einem kontinuierlichen Band vom Coil abläuft. Nach dem Walzprofilieren des Profil-Unterteiles werden die Verstärkungen platziert. Das Profil wird geschlossen und durch Laserschweißen gefügt. Zum Schluss wird der Träger auf die erforderliche Länge geschnitten, die für jeden Fahrzeugtyp unterschiedlich sein kann, ebenso wie die Montageart. Von Vorteil für den Automobilbauer ist natürlich, dass sich der Träger leicht an verschiedene Varianten eines Automodells anpassen lässt.

Bei Lokomotiven und Eisenbahnwaggons ist geringes Gewicht ebenso wichtig wie bei Autos – es bedeutet Kraftstoffeinsparung und höhere Nutzlast. AHSS bieten auch hier die Möglichkeit, die Sicherheit bei Kollisionen zu erhöhen. Deshalb haben die Konstrukteure von Vossloh Locomotives in Spanien bei ihrer neuen Diesel-Elektro-Lok Euro 4000 hochfeste Stähle für wichtige Teile gewählt. Damit gelang es ihnen, das Gewicht des Fahrwerks um 25 % zu verringern. Die neue Konstruktion gestattet den Einsatz eines leistungsfähigeren Triebwerks mit besseren Emissionswerten und ermöglicht einen höheren Auslastungsgrad der Schienennetze – das Frachtvolumen der betroffenen Züge steigt. Vossloh verwendet einen warmgewalzten, hochfesten 6-mm-Stahl von SSAB mit einer Streckgrenze von 500 MPa für das Fahrwerk, wobei die Dicke einiger Teile beträchtlich reduziert wurde.

Auch für neue „Crashboxen“ der Euro 4000 werden AHSS verwendet, die im Kollisionsfall die Energie aufnehmen sollen. Für diese Anwendung greift Vossloh zu Stahl mit einer Streckgrenze von 700 MPa. Zukunftsweisend ist der Einsatz solcher höherfester Stähle auch für den Bau von Eisenbahnwaggons. AHSS können das Eigengewicht beträchtlich verringern und die Nutzlast erhöhen, gleichzeitig nehmen der Verschleiß und damit auch der Wartungsbedarf ab.

Das schwedische Unternehmen CMT fertigt einen der stabilsten und leichtesten Container der Welt. Das vorwiegend verwendete Material ist ein kaltgewalzter Stahl mit einer Mindestzugfestigkeit von 1400 MPa. Bei einem Holzspänecontainer sind die Wände nur 1 mm und der Boden 2 mm dick.

Die gleiche Stahlsorte, jedoch 2 mm dick, wird für die Wände eines Universalmodells verwendet. Bei diesem Container besteht der Boden aus 3 mm dickem warmgewalztem Stahl mit einer Mindeststreckgrenze von 650 MPa. Die erhöhte Nutzlast bedeutet, dass sich die Investitionskosten für den Container sehr schnell amortisieren.

Bei beiden Modellen ist die Konstruktion äußerst wichtig. Beim Holzspänemodell werden die dünnen Wände sowohl innen als auch außen zu horizontalen Rippen gefalzt. Beim Universalmodell hingegen sind die Wände innen glatt, damit sie dem Verschleiß standhalten, der durch schwere, abrasive Lasten verursacht wird.

Die horizontalen Rippen steigern die Festigkeit und machen die Verstärkungsträger überflüssig, die normalerweise auf der Außenseite anderer Container zu sehen sind. Ein anderes Konstruktionsmerkmal ist der abgerundete Übergang zwischen dem Boden und den Seitenwänden. Er entsteht dadurch, dass das Bodenblech seitlich aufgekantet und an die Wandbleche angeschweißt wird. Dies verringert die Nahtstellen und führt zu höherer Festigkeit. Der Wegfall der seitlichen Träger bewirkt nicht nur eine Gewichtsverringerung, sondern resultiert auch in einer Minderung des Luftwiderstands und einer Kraftstoffeinsparung von mindestens 5 %.

Anders Sörman Project Manager Marketing Communications bei der SSAB Tunnplåt AB, Borlänge/Schweden

Über 1 m langer Träger wiegt nur noch 1,75 kg

Nicht nur der Automobilbau kann von höherfesten Stählen profitieren – auch wenn dort die meisten Anwendungsbeispiele herrühren. Denn hohe Zugfestigkeiten und Streckgrenzen bedeuten höhere Belastbarkeit, geringerer Materialeinsatz, niedrigere Wanddicken und weniger Gewicht: Eine Marktchance auch bei Gasflaschen, Zementmischern, Straßenpfosten – oder was immer sich die Konstrukteure als Anwendung sonst noch ausdenken.