Fertigungsverfahren Thixomoulding Vorbild Treibsand

Ausgerechnet ein Fahrradhersteller zeigt der Autoindustrie, wo es lang geht: Dank eines Verfahrens namens Thixomoulding lassen sich wesentlich leichtere Bauteile aus Magnesium herstellen. In der holländischen Zweiradschmiede Flevobike ist die Technologie schon im Einsatz, Pkw-Produzenten könnten nachziehen.

Von Gregor Honsel


Es ist nicht leicht, sich auf einer Messe mit 868 Ausstellern zu profilieren, doch Johan Vrielink hat das geschafft: Auf der diesjährigen Eurobike in Friedrichshafen bekam der Chef des niederländischen Fahrradherstellers Flevobike für sein Liegerad "GreenMachine" die Gold-Auszeichnung in der Kategorie "Fahrradmobilität" verliehen. Der sichtbarste Clou des schicken Kurzliegers: Die gesamte Kette verläuft – wartungsfrei und hosenbeinsicher – innerhalb des Rahmens, auch die 14-Gang-Nabenschaltung wurde komplett in das Schwingenlager integriert. "Perfektes Industriedesign in seiner besten Form", lobte die Jury.

Weniger offensichtlich ist eine weitere Innovation, die Vrielink der GreenMachine angedeihen ließ: Ihre Räder werden per Magnesium-Spritzguss ("Thixomoulding") hergestellt. Damit ist Vrielink Vorreiter einer Technologie, die auch für die Autoindustrie zunehmend von Interesse ist.

Bisher werden größere Bauteile aus Aluminium oder Magnesium fast ausschließlich per Druckguss produziert, bei dem ein Kolben flüssiges Leichtmetall in die Gussform presst. Bei Vrielinks Thixomoulding dagegen wird die Magnesium-Legierung nicht vollständig geschmolzen, sondern nur bis etwa hundert Grad unter dem Schmelzpunkt von 650 Grad erhitzt. In einem bis auf ein Zehntel Grad genau definierten Temperaturfenster geht das Magnesium dann in einen sogenannten "thixotropen" Zustand über – es wird wie Treibsand oder Ketchup umso dünnflüssiger, je stärker es gerührt wird. Durch die Scherkräfte einer Schnecke, die die Magnesium-Masse zur Gussform befördert, kann sich ihre Viskosität von honigartig zu wässrig ändern.

Das hat eine Reihe von Vorteilen. "Dadurch, dass ich vor dem Einspritzen sehr gezielt die Struktur des Materials einstellen kann, kann ich präzisere und dünnwandigere Strukturen schaffen", sagt Andreas Lohmüller vom Forschungsunternehmen Neue Materialien Fürth GmbH. Vrielink selbst spricht von bis zu 0,5 Millimeter dünnen Wänden, die sich dank Thixomoulding gießen lassen. Zudem schrumpft das Werkstück durch die niedrigeren Temperaturen weniger, ist weniger porös, und es können mehr Legie- rungen verwendet werden. Weitere Pluspunkte: Magnesium- Thixomoulding ist umweltfreundlicher als Druckguss, weil es weniger Heizenergie benötigt. Außerdem bekommt das hochreaktive Magnesium kaum Kontakt mit der Luft und muss deshalb weniger aufwendig mit Schutzgas umgeben werden. Diese Vorteile machen sich asiatische Produzenten schon seit den neunziger Jahren bei der Herstellung von Handyschalen oder Kameragehäusen zunutze. Doch bisher konnte sich das Verfahren kaum bei Bauteilen etablieren, die größer sind als etwa ein Fernseher. "Der limitierende Faktor ist die Zuhaltekraft der Maschinen", sagt Verfahrenstechniker Lohmüller – also die Kraft, mit der die beiden Hälften der Gussform aneinandergedrückt werden. Die derzeit größte Maschine für diesen Zweck hat eine Zuhaltekraft von tausend Tonnen. Das reicht für Bauteile von etwa 1300 Kubikzentimeter Volumen und knapp drei Kilogramm Gewicht.

Bisher ist der Markt für Thixomoulding-Maschinen in der Hand des Herstellers Japan Steel Works, der vor allem den asiatischen Raum beliefert. Lohmüller schätzt, dass in Asien derzeit etwa 300 Thixomoulding-Maschinen im Einsatz sind, in Europa hingegen "erst ein paar". Der kanadische Kunststoff- Spezialist Husky Injection Moulding Systems aber möchte jetzt verstärkt in das Leichtmetall-Geschäft eintreten und hat dabei besonders die Autoindustrie im Visier. "

Die nächste Maschinengeneration wird vermutlich um die 2000 Tonnen Zuhaltekraft haben und vier bis sechs Kilogramm Magnesium-Legierung verarbeiten können", sagt Zac Glasford, Product Manager für Metall-Spritzguss bei Husky. Damit ließen sich schon ganze Getriebegehäuse spritzgießen. Lohmüller spricht dem Thixomoulding gute Chancen auf eine zweite Karriere bei den Maschinenbauern zu: "Es wird der Punkt kommen, an dem der Magnesium-Spritzguss eine ernstzunehmende Konkurrenz zum Druckguss wird. In der Autoindustrie herrscht relativ großes Interesse am Magnesium- Spritzguss, weil dadurch die Qualität der Magnesium-Teile größer wird, aber auch, um durch neue Magnesium-Legierungen Aluminium zu ersetzen."

Noch in weiter Entfernung ist hingegen der Spritzguss von anderen Metallen wie Aluminium oder Stahl. Die Gründe dafür: Stahl hat eine so hohe Schmelztemperatur, dass er die Werkzeuge beschädigen würde; Aluminium wiederum ist in flüssigem Zustand aggressiver als Magnesium. Laut Lohmüller ist zu erwarten, dass es sich so nur mit teuren Keramikwerkzeugen verwenden ließe.

Flevobike-Chef Vrielink jedenfalls setzt voll auf die Magnesium- Karte. Sobald die GreenMachine bis ins letzte Detail optimiert ist und Stückzahlen von einigen Tausend winken, will er auch Bauteile wie Tretlager- und Schwingengehäuse, die derzeit noch aus Aluminium gefräst werden, aus Magnesium spritzgießen – Gewichtsvorteil gegenüber Aluminium: 30 bis 35 Prozent. Ein englischer Fahrradhersteller, mit dem Flevobike zusammenarbeitet, ließ schon die ersten 200 Exemplare eines 1,2 Kilogramm schweren Magnesium-Rahmens für ein Stadtrad gießen.

Derzeit geschieht das noch bei Partnerfirmen in Kanada, Malaysia und Taiwan. Sobald sich aber lukrative Aufträge abzeichnen, möchte Vrielink mit der Firma Thixotech Europe BV, deren Teilhaber er ist, auch eigene Spritzguss- Maschinen anschaffen. Auf diese Weise bekäme seine Green- Machine einen weiteren Titel: Know-how-Träger für die Autoindustrie.




© Technology Review, Heise Zeitschriften Verlag, Hannover
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