TeMaK – die Technologieplattform zum Einsatz von Magnesium-Knetlegierungen für den Fahrzeugbau im Produktlebenszyklus – untersuchte das Potenzial des Leichtbauwerkstoffs Magnesium durch die vollständige Betrachtung seines Lebenszyklus. Insgesamt sechzehn Partner aus Industrie und Forschung arbeiteten in den Einzelbereichen Magnesiumherstellung, Konstruktion, Umformen und Zerteilen, Fügen, Oberfläche und Recycling an spezifischen Teilaufgaben. Am Beispiel einer Autotür sollte der Nachweis einer ganzheitlichen Lösung erbracht werden.

Im Fokus des Fraunhofer IWU stand unter anderem die Entwicklung der erforderlichen Technologien, die zum Umformen und Fügen der Magnesiumbleche für den industriellen Einsatz benötigt werden. In Zusammenarbeit mit mehreren Industriepartnern wurden dazu die Verfahren Tief- und Streckziehen, Innenhochdruck-Umformen, Rohr- und Rollbiegen, Fließpressen sowie Laserschweißen untersucht. Daraus resultieren umfangreiche Kenntnisse in Bezug auf temperaturabhängige Kennwerte und die Verfahrenssimulation. Ein besonderes Augenmerk lag auf der Werkstofferwärmung im Prozess. Bei der Legierung AZ31 stellen sich die erforderlichen Umformeigenschaften erst oberhalb von ca. 220 °C durch Bildung von Gleitebenen im Magnesiumgitter ein.

Ziel aller Projektpartner war die Umsetzung einer möglichst seriennahen Konstruktion. Von Beginn an sollten die zu entwickelnden Technologien und Werkzeuge an den realen Bedingungen des Presswerks gemessen werden. Vor allem beim Türinnenteil waren hohe Umformgrade zu realisieren, die letztendlich die geometrische Anbindung der verschiedenen An- und Einbauteile ermöglichten.

Als Erfolg versprechend in Bezug auf die industriell erforderlichen Taktzeiten erwiesen sich Kombinationen aus elektrisch beheizten Werkzeugen und induktiv bzw. magnetisch erwärmten Halbzeugen. Dadurch konnten in der praktischen Umsetzung seriennahe Taktzeiten von beispielsweise acht Sekunden für die Türaußen- bzw. -innenteile umgesetzt werden. Die Erwärmung der Tailored-Blank-Platinen erfolgte induktiv vor der Zuführung in das beheizte Werkzeug. Aus energetischen Gründen wurden dabei ausschließlich Platinenbereiche mit erhöhten Umformgraden durch einen bauteilspezifischen Induktor direkt erwärmt. Im Werkzeug wurde durch verschiedene variable Regelkreise ein nicht-isothermes Temperaturgefüge aufgebaut. Dadurch ist es gelungen, den anfänglich komplett isotherm ausgelegten Prozess zu differenzieren und die notwendigen Energieeinträge für eine stabile Gutteilfertigung um mehr als 40 Prozent zu reduzieren.

Praxistests haben die für den Werkzeugbau wichtigen Erkenntnisse, die im unmittelbaren Zusammenhang mit Werkzeugführungen, Aufmaßen und Isolierungen bei der Umsetzung von beheizten Prozessen standen, vertieft. Eine aufwendige Werkzeugeinarbeitung, die bei jedem Schritt das Abkühlen der Werkzeuge voraussetzt, wird so zukünftig vermieden.

Der Demonstrator Autotür spiegelt die Ergebnisse der TeMaK-Forschungsarbeiten wider. Die Baugruppe in Magnesiumausführung ist mit einem Gesamtgewicht von 4,6 Kilogramm wesentlich leichter als eine Tür in Stahlkonstruktion mit ca. 11,2 Kilogramm.