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Innovationen für die Autoindustrie: Stahl für übermorgen

Stahl mit enormem Dehnungsvermögen, Stahl, der sich selbst repariert - Werkstoffforscher bescheinigen dem althergebrachten Autobaustoff noch eine Menge Entwicklungspotenzial.

Neue Leichtbaumaterialien für die Autobranche stehlen Stahl - dem altgedienten Werkstoff der Automobilindustrie - seit Jahren die Show. Aluminium, Magnesium und faserverstärkte Kunststoffe empfehlen sich im Rennsport, in spektakuläre Studien und Concept Cars und auch in Serienmodellen nimmt der Anteil der innovativen Alternativen kontinuierlich zu. Doch mit einem Anteil von über 50 Prozent ist Stahl immer noch der mit Abstand wichtigste Werkstoff für die Automobilindustrie. Durch Zugabe von Metallen wie Mangan, Nickel und Chrom haben Stahlhersteller ihre Produkte verändert und auf die immer anspruchsvolleren Anforderungen der abgestimmt. Der Autobaustoff ist leichter und fester geworden. Eigenschaften der automobilen Schutzhülle wurden weiter optimiert, so dass sich die Karosserie bei einem Unfall kalkulierbar verformt, möglichst viel Aufprallenergie schluckt und dabei nicht zerreißt.

Vor einigen Jahren schien es der Fachwelt so, als seien die Eigenschaften von Stählen damit ausgereizt, weitere Funktions- und Leistungssteigerungen des Materials nicht mehr möglich. Doch inzwischen sind Experten, die an der Optimierung des Werkstoffs arbeiten, überzeugt, dass Stahl noch ein erhebliches Entwicklungspotenzial hat. Dabei richten Materialentwickler ihr Augenmerk auf die Kristallgitterstrukturen, das heißt auf die räumliche Anordnung der Atome in den winzigen Kristallen, die sich beim Abkühlen einer Schmelze bilden. Denn diese bestimmen das Verhalten des Materials. Seit einiger Zeit steht dabei der "Trip-Effekt" im Visier. Trip steht für "transformation induced plasticity" - was übersetzt "durch Kristallgitter-Transformation induzierte plastische Verformbarkeit" bedeutet.

Herkömmliche Trip-Stähle sind seit über zehn Jahren auf dem Markt und zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit von bis zu 700 Mega¬ Pascal aus. Ihre Dehnbarkeit beträgt etwa 35 Prozent - was eher eine moderate Leistung ist. Auch weil dieses Dehnvermögen bereits bei der Herstellung des Autos weitgehend "aufgebraucht" wird. Diesen Vorgang muss man sich so vorstellen: Karosserie-Bleche werden zumeist mit dem sogenannten Tief- oder Streckziehen umgeformt, das heißt in eine Presse gelegt und in die gewünschte Form gebracht. Je dehnbarer das Material ist, desto besser lässt es sich in Form pressen - ohne zu zerreißen. Bei herkömmlichem Trip-Stahl verwandelt sich schon während des Tiefziehens die Anordnung der Atome im Material so, dass eine feste Kristallstruktur entsteht. Wird das Stahlblech - etwa bei einem Unfall - erneuter Krafteinwirkung ausgesetzt, lässt es sich kaum noch dehnen, die Karosserie verfügt dann nur noch über eine bescheidene Dehnungsreserve von fünf Prozent.

Die Werkforscher am Düsseldorfer Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) experimentieren zurzeit mit einer Mangan-Silizium-Aluminium-Legierung, die das Dehnungsvermögen deutlich verbessert. Hier macht man sich kleine Unregelmäßigkeiten im Kristall zunutze. Als "Stapelfehler" wird diese Verschiebung innerhalb der regelmäßig angeordneten Atom-Lagen in der Fachsprache bezeichnet. An einem Stapelfehler kann eine Kristallstruktur umklappen. Dadurch entsteht eine Spiegelebene mit umgekehrt angeordneten Kristallstrukturen, die Fachleute auch "Zwilling" nennen. Diesem Phänomen verdankt das Material seine besondere Dehnbarkeit. Die Messwerte für die neu entwickelten Stähle sind vielversprechend. Vor allem Stahl mit einem Gehalt von 15 Prozent Mangan und jeweils drei Prozent Aluminium und Silizium hat sich im Labor als extrem fest und zugleich sehr dehnbar erwiesen und hielt Spannungen von bis zu 1100 Megapascal stand.

Als Leichtbaumaterial für die Autos von morgen bringen die Düsseldorfer Werkstoffforscher auch ihren "Triplex-Stahl" ins Spiel. Dafür haben sie dem eisenhaltigen Autobaustoff Nanopartikel aus Kohlenstoffverbindungen beigefügt. Das Produkt ist bis zu zehn Prozent leichter als aktuelle Leichtbaustähle - gleichzeitig deutlich härter und dehnbarer als diese. Bevor das Material industriell eingesetzt werden kann, müssen allerdings noch einige Probleme gelöst werden. Allen voran die Versprödung des Materials bei der Oberflächenveredlung.

Noch weiter in die Zukunft reicht ein anderes Thema hinein, mit dem sich die Düsseldorfer Eisenspezialisten aber auch andere Forschungsinstitute aktuell befassen - "selbstheilende Werkstoffe". Vorbild für diesen Ansatz liefert die Natur. Knochen heilen von selbst, nachdem ihnen durch Stöße winzige Risse zugefügt wurden. Der Mensch merkt in der Regel gar nichts davon, weil der Körper die Schäden von allein behebt. Auf Werkstoffebene übertragen sieht das so aus: Winzige Klebstoffkapseln werden in ein Material integriert. Treten durch Materialermüdung kleine Risse auf, platzen die Kapseln - der Klebstoff tritt aus und füllt die Risse. Noch sind es auf den Stahl aufgebrachte Verbundmaterialien, denen die Forscher solche Reparaturfunktion einimpfen können. In nicht allzu ferner Zukunft wollen sie auch dem Stahl selbst "Selbstheilungskräfte" verleihen.

Press-Inform / pressinform
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Oldtimer gekauft - bei Instandsetzung Unfallschäden entdeckt
Hallo, ich habe mir vor ein paar Wochen einen amerikanischen Oldtimer gekauft - ein Import aus den Staaten, bekam hier eine Vollabnahme und H-Gutachten. Aufgrund der Entfernung konnte ich den Wagen jedoch lediglich auf Fotomaterial besichtigen und auf den Fotos sah er aber sehr gut aus - hatte wenig Laufleistung und wurde auch beim Gespräch mit dem Verkäufer am Telefon mit einem guten Zustand beworben. Nach der Lieferung fielen mir dann sofort 2 Roststellen auf, wo ich mir noch sagte "Hey - das Auto ist 40 Jahre alt - darf es haben, also reparierst du es einfach". Bei der Reparatur stellen sich dann jedoch weitere Roststellen heraus, die sogar zur Demontage der Innenverkleidungen, Kotflügel und Windschutzscheibe führten. Aber Ok - altes Auto. Der Wagen ging daraufhin zum Lackierer und wurde dort weiter behandelt. Dabei kamen dann weitere Mängel zum Vorschein: Die Beifahrertüre wurde bereits im unteren Bereich dick mit Spachtel überzogen - die Unterkante wurde ausgetauscht und von innen nicht versiegelt - das Blech rostete durch. Jedoch war das gesamte untere Türdrittel komplett verbeult - dazu braucht es schon einen recht großen Hammer. Ca. 8mm dicke Spachtelbrocken musste ich abschlagen. An einer Stelle wurde das Blech der Seitenwand bereits ausgetauscht. Durch die schlechte Arbeit waren Blechteile vollständig durchrostet. Auf der anderen Seitenwand hatte der Wagen einen weiteren Treffer kassiert - das Blech war eingedrückt und wurde mit massig Spachtel übergetüncht. Von außen nur anhand sehr schlechtem Lackbildes zu sehen und von innen sind deutlich Schweißpunkte vom Blechzughammer erkennbar. Auch die Seitenscheiben waren stümperhaft montiert. Diese wurden nicht mit Scheibenkleber, sondern einer kaugummiartigen Substanz montiert und fielen bei der Demontage der Zierleisten dem Lackierer bereits entgegen. Laut Verkäufer wurden die Seitenwände zwar überlackiert (was man auch sehen konnte), ein Grund wurde jedoch nicht genannt - angeblich schlechter Lack oder Kratzer. Nun meine Frage: Im Kaufvertrag ist der Wagen wie folgt beschrieben: "Keine Unfallschäden laut Vorbesitzer" "Dem Verkäufer sind auf andere Weise keine Unfallschäden bekannt" Weitere Regelungen gibt es im Kaufvertrag nicht. Durch die Beseitigung der Durchrostungen an den unfachmännisch ausgeführten Blech- und Spachtelarbeiten ist der Preis für die Lackierung deutlich gestiegen. Kann man beim Verkäufer hierfür mitunter Schadensersatz geltend machen? Gekauft wurde das Fahrzeug Mitte Dezember 2018, geliefert in der 2ten KW im Januar. Danke im Voraus für eure Antworten.
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