Maßgeschneiderte Lösung durch „Tailored Orbitals“: Neues Produktionsverfahren erweitert Möglichkeiten für umweltschonenden Einsatz von Edelstahl in Autoabgasanlagen
In der Automobilproduktion setzen die Hersteller zunehmend auf Leichtbau-Elemente. Denn jedes Gramm Gewichtsersparnis reduziert den CO²-Ausstoß und macht die Fahrzeuge dadurch umweltschonender. Mit innovativen Lösungen unterstützt ThyssenKrupp die Automobilindustrie in der Erreichung dieser Ziele. So hat die ThyssenKrupp Tailored Blanks GmbH ein neuartiges Produktionsverfahren entwickelt, bei dem unterschiedliche Werkstoffe mit verschiedenen Dicken oder Beschichtungen per Laserschweißen zu einem Bauteil verbunden werden. Dieses Tailored-Prinzip ist auch auf rotationssymmetrische Komponenten ausgeweitet worden, den sogenannten Tailored Orbitals. In diesen Rohren kann jetzt auch Edelstahl zum Einsatz kommen – insbesondere in den Bereichen des Fahrzeugs, die einer hohen Beanspruchung durch Korrosion ausgesetzt sind. Daher eignen sich diese Bauteile vor allem für Rohre in Pkw-Abgassystemen.
Die Kooperation von ThyssenKrupp Tailored Blanks und ThyssenKrupp Nirosta sowie die erfolgreiche Gemeinschaftsarbeit mit der ThyssenKrupp Steel Anwendungstechnik bei der Erprobung haben sich bisher schon auf den Einsatz von Edelstahl bei den sogenannten Tailored Strips erstreckt. Zur Fertigung dieser maßgeschneiderten Stahlbänder werden zwei oder drei Coils unterschiedlicher Dicke oder Oberflächenbeschaffenheit mittels Laserstrahls miteinander verbunden. Diese werden endlos verschweißt, d. h. Längen von mehreren hundert Metern an einem Stück sind herstellbar. Dabei sind auch verschiedene Edelstahl-Güten kombinierbar. Die so gefertigten Bauteile, deren Materialstärke und Werkstoffeigenschaft genau auf die jeweiligen lokalen Anforderungen abgestimmt sind, werden bereits für die Serienproduktion von Autoschalldämpfern verwendet.
„Das Prinzip, anders beschaffene Materialien zu einem neuen Bauteil zusammenzusetzen, ist bei Tailored Orbitals von Platinen auf Rohre übertragen worden“, beschreibt Dr. Klaus Zimmermann, Leiter Tailored Orbitals. Für die Herstellung der Rohre wird eine eigens entwickelte, patentierte Laserschweißanlage für rotationssymmetrische Bauteile genutzt. Diese Anlage kann bis zu fünf Rohrsegmente stirnseitig zusammenfügen. Die einzelnen Komponenten werden aus endlos hergestelltem Rohr abgelängt und dann neu konfiguriert wieder verbunden. Daraus entstehen Tailored Orbital-Rohre mit einer Länge bis zu 2,5 Metern, einem Durchmesser zwischen 30 und 90 Millimeter und einer Wandstärke von 0,7 bis 5 Millimeter. Hierbei sind Werkstoff-Kombinationen von verschiedenen Stahlsorten inklusive Edelstahl möglich. „Die Verbindung der Herstellung von Tailored Orbitals mit Edelstahl ergibt ganz neue Einsatzmöglichkeiten“, betont Stefan Schuberth. Bislang wurden mit diesem Verfahren beispielweise Stoßdämpferkomponenten für Pkw gefertigt. „Nun sind wir in der Lage, Rohre für Autoabgassysteme herzustellen, die maßgeschneidert auf den Bereich abgestimmt sind, z. B. die besonders starker Korrosion und hohen Temperaturen ausgesetzt sind bzw. bei denen eine hohe Umformung gefordert ist“, so der Leiter Anwendungstechnik bei der ThyssenKrupp Nirosta.
Für die Automobilhersteller ergeben sich aus dieser bahnbrechenden Technologie diverse Vorteile: Durch die Reduzierung der Wandstärke kann Gewicht gespart werden. Bei Edelstählen ergeben sich durch Tailored Orbital-Rohre Einsparungen bei den Werkstoffkosten. „Außerdem sind durch den Einsatz verschiedener Werkstoffe in einem Rohr neue Konstruktionsweisen und durch die Werkstoffauswahl eine freiere Formgebung möglich. Das Material lässt sich gerade in kritischen Bereichen besser verformen“, erklärt Dr. Zimmermann. Über den Bereich Abgassysteme hinaus sind weitere Anwendungsgebiete für Tailored Orbitals wie Pkw-Cockpit-Träger, -Sitzsysteme, -Fahrwerksteile oder die Industriegüterindustrie denkbar.
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