Erfinderpreis
Erfolgsstory: Leichtbau mit ultrafestem Stahl
Der voestalpine-Entwickler Josef Faderl hat gemeinsam mit seinen Teamkollegen Siegfried Kolnberger, Thomas Kurz und Andreas Sommer einen Werkstoff und ein Fertigungsverfahren zum Einsatz verzinkter Stahlbleche für höchstfeste, aber leichte Fahrzeugteile entwickelt. Das Verfahren macht den Stahl im Vergleich zu konventionellen Stahlgüten bis zu sechsmal fester. Es ist bereits seit Jahren bei der voestalpine im Einsatz und wurde nun für den Europäischen Erfinderpreis 2023 nominiert.
So funktioniert Presshärten
Beim Presshärten wird Stahl bei hohen Temperaturen erhitzt und dann in einer Presse schnell abgekühlt. Auf diese Weise entsteht ein robuster Stahl, aus dem auch komplexe Bauteile geformt werden können. Um sie korrosionsbeständig zu machen, müssen diese Bauteile aber noch mit einer zusätzlichen Beschichtung überzogen werden. Die kann man auf unterschiedliche Art aufbringen. So können die Hersteller den Stahl in Aluminium feuerverzinken. Nachteil: Eine solche Beschichtung ist weniger korrosionsbeständig als eine aus Zink. Zink wiederum verdampft bei Erhitzung auf 900 Grad Celsius, also bei den Temperaturen, die zum Presshärten von Stahl erforderlich sind. Bringt man die Beschichtung aus diesem Grund erst nachträglich auf, wenn der Stahl bereits geformt wurde und abgekühlt ist, erhält man weniger widerstandsfähige Bauteile.
Zink mit Aluminium kombiniert
Faderl, Kolnberger, Kurz und Sommer erkannten, was die Industrie brauchte, und machten sich daran, eine Lösung auf Zinkbasis zu entwickeln. Als sie damit anfingen, wurde in diversen Publikationen behauptet, die Herstellung einer solchen Beschichtung sei aufgrund der Schmelz- und Verdampfungstemperatur von Zink gar nicht möglich. Aber das Team der voestalpine stellte sich dieser Herausforderung. Es fügte dem Zink Aluminium hinzu, und dadurch konnte die Beschichtung den hohen Temperaturen beim Presshärten standhalten.
Das Ergebnis dieses schnellen Entwicklungsprozesses war ein Stahl mit der Bezeichnung phs-ultraform. Im Jahr 2005 wurde das erste Bauteil mit der Beschichtung produziert und im Herbst 2008 ging die erste Serienproduktion für BMW an den Start. Heute werden jährlich weltweit über 30 Mio. Fahrzeugteile aus phs-ultraform gefertigt und in mehr als fünf Millionen Fahrzeugen verbaut.
Gewichtsreduktion mit Sicherheit
Der Spezialstahl wird nun von allen wichtigen europäischen Automobilherstellern zur Herstellung von Fahrzeugteilen aus verzinktem pressgehärtetem Stahl verwendet. Er macht in der Regel 10 bis 20 Prozent des Gewichts der Rohkarosserie eines Fahrzeugs aus. Die stabilen, leichten und verzinkten Stahlteile ermöglichen somit den Bau leichterer Autos. Das Martensitgefüge, das während des Presshärtens nach der Abschreckung des auf ca. 900 °C erhitzten Stahls entsteht, macht den Stahl bis zu sechsmal fester als konventionellen Stahl. Darüber hinaus verursacht die Werkstoffherstellung weniger Emissionen, da weniger Stahl erforderlich ist und Stahl im Vergleich zu alternativen Materialien wie Aluminium oder Kohlefaser kostengünstiger, emissionsärmer und besser recycelbar ist.
Kreativität, Hinterfragen und Verstehen
Josef Faderl gehört seit 33 Jahren der voestalpine Stahl GmbH an, zunächst als Forscher und seit 1993 schließlich als Leiter eines Forschungs- und Entwicklungsteams. Das Unternehmen wurde mehrfach ausgezeichnet, insbesondere in den Bereichen Nachhaltigkeit und Global Impact. Vor mehr als 20 Jahren hat der österreichische Physiker begonnen, an einer neuen Technologie zu arbeiten, um die Widerstandsfähigkeit der Autokarosserie und damit auch die Sicherheit für Fahrer*innen und Passagiere zu erhöhen. "Unsere Kunden wollten eine Beschichtung auf Zinkbasis haben, weil es aus Sicht des Korrosionsschutzes eine bessere Lösung im Vergleich zu einem passiven System wie der Feueraluminierung oder viel besser als unbeschichtetes Material ist", sagt Faderl.
Drei Finalisten
Faderl und sein Team gehören zu den drei Finalisten in der Kategorie "Industrie" des diesjährigen Europäischen Erfinderpreises. Der Preis würdigt die Arbeit von Erfinder*innen herausragender und kommerziell erfolgreicher Technologien, die sich große europäische Unternehmen patentieren ließen. Die diesjährigen Preisträger*innen werden am 4. Juli 2023 in Valencia (Spanien) bekannt gegeben. Die feierliche Zeremonie wird online übertragen und ist für die Öffentlichkeit zugänglich. [gr]
Video: "Korrosionsbeständiger Stahl für leichtere und robustere Autoteile"
Der Europäische Erfinderpreis
Der Europäische Erfinderpreis wurde 2006 vom Europäischen Patentamt (EPA) ins Leben gerufen und ist einer der renommiertesten Innovationspreise. Die Auszeichnung ehrt Einzelpersonen und Teams, die Lösungen für einige der größten Herausforderungen unserer Zeit gefunden haben. Eine unabhängige Jury, die sich aus früheren Finalisten des Preises zusammensetzt, prüft gemeinsam die Vorschläge hinsichtlich ihres Beitrags zum technischen Fortschritt, zur sozialen und nachhaltigen Entwicklung und zum wirtschaftlichen Wohlstand. Für die Erfindung muss ein europäisches Patent erteilt worden sein.
EPA
Mit 6 300 Beschäftigten ist das Europäische Patentamt (EPA) eine der größten Behörden in Europa. Das Amt hat seinen Hauptsitz in München sowie Niederlassungen in Berlin, Brüssel, Den Haag und Wien. Sein Ziel ist die Stärkung der Zusammenarbeit zwischen den Staaten Europas auf dem Gebiet des Patentwesens. Erfinderinnen und Erfinder können in bis zu 44 Staaten hochwertigen Patentschutz erlangen, der sich über einen Markt von rund 700 Millionen Menschen erstreckt.
