Forschungsprojekt CLEAN-Mag: TAF entwickelt neue Schmelzezuführtechnik für eine energieeffizientere Magnesiumverarbeitung
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Die TAF Thermische Apparate Freiberg GmbH - ein Unternehmen der Pörner Gruppe - hat gemeinsam mit elf weiteren Partnern aus Industrie und Wissenschaft das dreijährige Forschungsprojekt CLEAN-Mag erfolgreich abgeschlossen. Unter der Koordination der TU Bergakademie Freiberg wurden innovative Technologien und Prozessketten entwickelt, die eine perspektivisch CO₂-neutrale und deutlich energieeffizientere Verarbeitung des Leichtmetalls Magnesium für den Transportsektor ermöglichen. Gefördert wurde das Projekt im Rahmen des Technologietransfer-Programms Leichtbau (TTP Leichtbau) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE); betreut wurde es vom Projektträger Jülich (PTJ).
Leichtbau gilt als Schlüsseltechnologie für die Dekarbonisierung des Verkehrssektors. Insbesondere bei Fahrzeugen, Schienenfahrzeugen, Luft- und Raumfahrtanwendungen sowie im Katastrophenschutz können leichtere Bauteile den Energieverbrauch und die Emissionen erheblich reduzieren. Gleichzeitig ist die Verarbeitung von Magnesium zu Leichtbaukomponenten bislang mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Genau hier setzte CLEAN-Mag an: Ziel war eine möglichst CO2-neutrale Verarbeitung – erreicht durch niedrigere Temperaturen in den Umformprozessen, neuartige, energieärmere Verfahren für kürzere Prozessketten sowie den Einsatz von Wasserstoff in der Anwärmtechnik.
Magnesium – das leichteste technische Konstruktionsmetall – bietet in Kombination mit der calciumhaltigen Legierung ZAX210 großes Potenzial für nachhaltige Anwendungen. Innovative technologische Ansätze wie grüne Erwärmungstechnologien (Wasserstoffbrenner, grüner Strom), optimierte Prozessketten und reduzierte Umformtemperaturen ermöglichen dabei deutliche Effizienzgewinne und Emissionsreduktionen.
TAF als Schlüsselpartner im 12er-Konsortium: neue Schmelzezuführung für optimierte Magnesiumprozesse
Einen wichtigen Beitrag innerhalb des Konsortiums leistete TAF mit der Entwicklung neuer Schmelzezuführsysteme für das Draht- und Bandgießwalzen im Technikum der TU Bergakademie Freiberg.
Die Herausforderung bestand in der Verarbeitung der calciumhaltigen Magnesiumlegierung ZAX210. Vorversuche hatten gezeigt, dass bestehende Dosierrohrsysteme aufgrund der calciumhaltigen Legierung bereits nach kurzer Betriebszeit zu Ablagerungen, Verstopfungen und Prozessinstabilitäten führten. Ursache hierfür ist eine ausgeprägte Klebneigung der Legierung, die bei bisher verwendeten Magnesiumwerkstoffen nicht beobachtet wurde.
TAF entwickelte daraufhin eine prozessstabile Zuführtechnologie mit optimierter Gießdüsenkonstruktion. Aspekte wie Temperaturführung, Materialbeständigkeit und Wartungsfreundlichkeit wurden gezielt berücksichtigt. Zur Absicherung der Konstruktion wurden umfangreiche FE-Simulationen eingesetzt. Zusätzlich erfolgten thermische Langzeitversuche und Schmelzezufuhrtests unter realen Betriebsbedingungen.
Neben der Entwicklung der Schmelzezuführung unterstützte TAF die Technologieentwicklung für unterschiedliche Magnesium-Halbzeuge. Dabei wurden sowohl Langprodukte wie Drähte, Stäbe und Profile als auch Flachprodukte wie Bleche und Bänder betrachtet.
Ein besonderer Schwerpunkt lag auf dem neuartigen GieWaCon-Verfahren, das Gießwalzen und das kontinuierliche Conform®-Strangpressen miteinander kombiniert. Durch die direkte Prozesskopplung kann die in der Schmelze enthaltene Wärme wesentlich effizienter genutzt werden, wodurch zusätzliche Energieeinsparungen möglich werden.
Für die Herstellung von Flachprodukten wurden parallel zwei Prozessrouten untersucht:
Gießwalzen mit anschließendem Bandwalzen,
Bandgießen kombiniert mit Oberflächenbearbeitung und Wärmebehandlung
Beide Verfahren wurden im Projekt hinsichtlich Energieverbrauch und Emissionsbilanz bewertet, um die effizienteste industrielle Umsetzung zu identifizieren.
Erfolgreiche Projektergebnisse
Die entwickelten Lösungen konnten erfolgreich in Betrieb genommen und getestet werden. Die Ergebnisse sprechen für sich:
Stabilisierung der Versuchsbedingungen beim Bandgießwalzen
Erfolgreiche Optimierung der bestehenden Bandgießwalzanlage
Neukonstruktion und Inbetriebnahme der Schmelzezuführung für das Drahtgießwalzen
Positive Testläufe der neuen Headbox- und Zuführsysteme im Technikum der TUBAF
Beitrag zur klimafreundlichen Kreislaufwirtschaft
Die Bedeutung der Projektergebnisse reicht weit über die Magnesiumverarbeitung hinaus. Die entwickelten Technologien lassen sich perspektivisch auch auf andere Leichtmetalle wie Aluminium übertragen. Gleichzeitig bietet Magnesium selbst entscheidende Vorteile für eine nachhaltige Industrie: Es ist weltweit verfügbar, vollständig recyclingfähig und ermöglicht erhebliche Gewichtseinsparungen in zahlreichen Anwendungen.
CLEAN-Mag ist Teil der Industrieinitiative „NOCARBforging2050“ und verfolgt die Vision einer treibhausgasfreien Kreislaufwirtschaft für ultraleichte Komponenten im Transportsektor. Mit den erzielten Ergebnissen schafft TAF eine wichtige technologische Grundlage für die industrielle Umsetzung dieses Ziels. Das Projekt beweist, wie durch gezielte Forschung sowie Engineering- und Fertigungs-Kompetenz die Grundlage für eine klimafreundliche Kreislaufwirtschaft im Leichtbau geschaffen werden kann.
Die Ergebnisse der dreijährigen Arbeit wurden jüngst bei Verbundpartner Stolfig Leichtbau Kompetenzzentrum GmbH präsentiert. Das Projektkonsortium arbeitet bereits an konkreten Ideen für die weitere Nutzung der Technologie. Für weitere Infos rund um das Projekt sowie kommende Ereignisse: www.clean-mag.de
Mit ihrem Beitrag zu CLEAN-Mag unterstreicht die TAF Thermische Apparate Freiberg GmbH einmal mehr ihre Rolle als Spezialist für innovative Pilot- und Forschungsanlagen sowie als Entwicklungspartner für nachhaltige Verfahrenstechnologien innerhalb der Pörner Gruppe.
