Fostabericht P 558 - Der Werkstoff Stahl im Vergleich zu Konkurrenzwerkstoffen - Entwicklung bei Automobilbauteilen, Leitungsrohren und im FassadenbauFostabericht P 558 - Der Werkstoff Stahl im Vergleich zu Konkurrenzwerkstoffen - Entwicklung bei Automobilbauteilen, Leitungsrohren und im Fassadenbau

P 558 – Der Werkstoff Stahl im Vergleich zu Konkurrenzwerkstoffen Entwicklungen bei Automobilbauteilen, Leitungsrohren und im Fassadenbau

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P558

ISBN: 3-937567-03-8 Artikelnummer: P558 Kategorien: ,

Beschreibung

P 558 – Der Werkstoff Stahl im Vergleich zu Konkurrenzwerkstoffen Entwicklungen bei Automobilbauteilen, Leitungsrohren und im Fassadenbau

Rückgänge des Stahleinsatzes in traditionellen Absatzmärkten und das Erkennen damit verbundener Image-Defizite gegenüber anderen Werkstoffen führten im Auftrag der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. zur Initiierung einer Studie zur Gegenüberstellung der grundlegenden Eigenschaften des Werkstoffs Stahl im Vergleich zu seinen Konkurrenzwerkstoffen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens P 472 der Forschungsvereinigung waren daher Stähle und Konkurrenzwerkstoffe einander gegenübergestellt und bezüglich deren bauteilneutraler Eigenschaften, Eigenschaften bei der Weiterverarbeitung und Eigenschaften von Bauteilen analysiert worden.
Die Ergebnisse stellen in einer objektivierenden Betrachtung den Werkstoff Stahl als vielseitigen, qualitativ hochwertigen und innovativen Werkstoff vor und geben umfassende Hinweise auf seine Vorteile gegenüber Konkurrenzwerkstoffen. Nebenbei zeigte sich, dass Stähle auch Forderungen der Wirtschaftlichkeit, der Ressourcenschonung und der Ökologie in benahe idealer Weise gerecht werden.
Ziel des hier behandelten Forschungsvorhabens war es, das Gebiet der spezifischen Werkstoff- und Bauteileigenschaften zu verlassen und konkret aktuelle Entwicklungen und Werkstofftrends für ausgewählte Bauteile bzw. Bauteilgruppen zu erfassen und deren Ursachen zu erforschen. In Zusammenarbeit mit dem projektbegleitenden Arbeitskreis wurden drei für die Flachstahl-Industrie relevante Anwendungsgebiete definiert: Automobilbauteile, Leitungsrohre für Trink- und Abwassersysteme sowie Außenfassaden. Als Entscheidungsgrundlage für die Auswahl der Automobilbauteile diente der Teilebaum des in der Automobilstudie ULSAB-AVC (Ultra Light Steel Auto Body – Advanced Vehicle Concepts)
vorgestellten C-Class-Fahrzeuges. Es wurden bewusst solche Teile zur Analyse ausgewählt, die zurzeit zum Großteil nicht bzw. nicht mehr aus Stahl hergestellt werden. Bei den Rohren und Fassaden waren ganz ähnliche Gründe ausschlaggebend, da auch in diesen klassischen Absatzgebieten der Flachstahlindustrie seit längerem der massive Einsatz von Konkurrenzwerkstoffen zu beobachten ist.
Bei den Automobilbauteilen sind stark variierende Tendenzen zu erkennen. Während bei manchen Bauteilen der Werkstoff Stahl nahezu vollständig von Alternativwerkstoffen verdrängt wurde, stellt er in anderen Bereichen (z.B. Blattfeder) eindeutig die beste und kostengünstigste Lösung dar. Konkurrenz ist hier nicht durch andere Werkstoffklassen sondern vielmehr durch die Einführung von neuen Bauteilsystemen (Luftfederung) zu erwarten. Bei Karosserieanbauteilen
(Kotflügel) zeigt sich, dass für große Stückzahlen Stahl nach wie vor die kostengünstigste und in der Fertigung am besten handhabbare Alternative darstellt, jedoch in diesem Bereich großer Druck durch Leichtbau- und Designanforderungen herrscht und somit Aluminium und diverse Kunststoffe speziell in Premiumfahrzeugklassen akzeptiert und auch gefordert werden. Regionsspezifisch lassen sich ebenfalls markante Unterschiede beobachten.
So ist beispielsweise in Japan der Kraftstoffbehälter für PKW in Stahlausführung als Standard zu sehen, während in Europa noch fast ausschließlich Polyethylen hoher Dichte eingesetzt wird. Es bleibt vorerst noch abzuwarten, welchen Einfluss die 2004 in Kraft tretenden LEV II-Abgasvorschriften (und in weiterer Folge auch EU IV) auf den Materialeinsatz beim Tank haben werden.
Die Anforderungen nach Gewichtseinsparung dominieren bei nahezu allen untersuchten Automobilbauteilen oder sind zumindest ein wichtiges Thema für die OEM. So fordern die Auto mobilhersteller innovative Lösungen, die dem Komplex von technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Anforderungen gerecht werden. Dabei sind die Fahrzeughersteller nicht auf einen Werkstoff fixiert, und bei entsprechendem Mehrwert einer alternativen Lösung spielen auch die Kosten eine untergeordnete Rolle. Infolgedessen ist man gegenüber der Einführung von neuen Lösungsansätzen aufgeschlossen, und so ist es nicht ungewöhnlich, dass innerhalb der Fahrzeugpalette eines Herstellers zahlreiche Lösungen aus  unterschiedlichen Werkstoffen und Konstruktionen desselben Bauteils parallel zueinander im Einsatz stehen. Die Stahlunternehmen sind jedenfalls angehalten, weiterhin gemeinsam mit den Systemanbietern innovative Konzepte auszuarbeiten, da die Automobilproduzenten mehr und mehr in Richtung Modulbauweise gehen und komplett gelieferte Systeme einschließlich der Werkstoffwahl und technologischer Ausführung verlangen. Die ab 2005 geltende  Altfahrzeugeverordnung, die eine Recyclingquote von mindestens 85 % (95 % ab 2015) des durchschnittlichen Fahrzeuggewichts vorschreibt, wobei der Anteil der Wiederverwendung und der stofflichen Verwertung mind. 80 % (85 % ab 2015) des durchschnittlichen Fahrzeuggewichts betragen muss, sollte sich dabei positiv auf den Werkstoff Stahl auswirken.
In der öffentlichen und industriellen Wasserversorgung sowie Abwasserbeseitigung zeigt sich gegenwärtig insbesondere bei den Rohrleitungssystemen eine starke Dominanz von Kunststoffen, die seit ihrer Markteinführung Mitte der 30er Jahre als Rohrwerkstoffe weltweit an Bedeutung gewonnen haben. Die führende Stellung resultiert einerseits aus dem Mehrbedarf an Rohrleitungen in den vergangenen Jahrzehnten und andererseits aus der teilweisen Verdrängung
von traditionellen Rohrwerkstoffen. Trotz der Etablierung von modernen Verlege- und Sanierungstechniken, die wiederum in erster Linie den Kunststoffen zugute kommen, behaupten sich die traditionellen Werkstoffe Beton, Steinzeug und Gusseisen vor allem in urbanen Gegenden. Der für Stahlrohre interessante Einsatzbereich konnte im Siedlungswasserbau in der Trinkwasserversorgung für Druckwasserleitungen mittelgroßen Durchmessers ausgemacht werden.
Die Ansprüche an Außenfassaden beschränken sich heutzutage nicht mehr ausschließlich auf die Erfüllung der technischen Anforderungen, vielmehr steht die ästhetische Anmutung der Gebäude im Vordergrund. Künstlerische Gestaltungsmöglichkeiten sollen genutzt werden, um dem Aussehen des Bauwerks eine besondere Note zu verleihen und somit sein Umfeld zu prägen. In Abhängigkeit vom Gebäudetyp dominieren somit unterschiedliche Werkstoffe das
Geschehen. Während Stahl bei Fabrik- und Werkstattgebäuden am häufigsten für die Fassade eingesetzt wird, wurden bei höherwertigen Gebäuden diesbezüglich Image-Defizite festgestellt. So führte der geringe Bekanntheitsgrad der spezifischen Eigenschaften von Stahl unter Architekten wie Bauherren gleichermaßen zur Bevorzugung anderer Werkstoffe – unter den Metallen genießt beispielsweise das Aluminium einen hohen Stellenwert. Da gezeigt werden
konnte, dass sich Stahl in seinen unterschiedlichen Varianten hervorragend als Fassadenwerkstoff eignet, erscheint es notwendig, in diesem Bereich aktiv Aufklärungsarbeit vorzunehmen. Darüber hinaus gilt es zu berücksichtigen, dass Modeerscheinungen nicht zu vernachlässigende unbekannte Größen beim Fassadenbau darstellen, die jedoch nachhaltigen Einfluss auf die Werkstoffwahl ausüben und alle Werkstoffgruppen betreffen.

Autoren:
O. Deutscher, R. Ebner, P. Prevedel, G. Geißler, H. Rösner, M. Oeter

Veröffentlichung:
2004