Bild: Tesla
Unter Druck gegossen wird in der Automobil-Produktion viel, aber wohl kein Hersteller geht dabei so weit wie Tesla, das erst für das Model Y und später für den Cybertruck immer mehr und größere Druckguss-Maschinen bestellt hat. Von ihrem italienischen Hersteller Idra Group selbst wie von Tesla werden die tonnenschweren und hausgroßen Druckguss-Maschinen als Giga-Pressen bezeichnet; in den neuen Gigafactorys in Deutschland und Texas sollen sie sowohl das hintere als auch das vordere Rahmen-Teil des Model Y an einem Stück produzieren. Und damit das auch ohne aufwendige Nachbehandlung funktioniert, haben sich Tesla-Mitarbeiter tief in die Materialforschung begeben, wie ein neuer Patent-Antrag zeigt.
Tesla-Forscher testen 10 Legierungen
Er trägt den Titel „Aluminium-Gusslegierungen für strukturelle Komponenten“, wurde nach den Angaben darin in diesem Januar eingereicht und jetzt von der Patent-Organisation Wipo veröffentlicht. Als Erfinder werden mehrere Tesla-Mitarbeiter genannt und als Ziel ihrer Arbeit „Aluminium-Legierungen mit verbesserter Festigkeit, Duktilität und Gießbarkeit für High-Performance-Anwendungen einschließlich Automobil-Teilen“. Gesucht wurde also ein Material, das sich für den Einsatz in den Giga-Pressen eignet und nach dem Druckguss darin ohne weitere Behandlung verwendet werden kann.
Schon der Begriff der Duktilität führt tief in die Welt der Materialforschung – er steht für die Verformbarkeit eines Materials, bevor es reißt oder platzt. Die soll natürlich so hoch wie möglich sein, und ebenso gefragt ist hohe Festigkeit, aber beides steht in einem Zielkonflikt zueinander. Mit der Beigabe von zusätzlichen Stoffen zu einem gießbaren Metall wie Aluminium lässt sich dieser nicht auflösen, aber abmildern. Nach Angaben in dem Tesla-Antrag reicht jedoch keine der bislang verfügbaren Legierungen aus, um die eigenen Anforderungen zu erfüllen. Aus diesem Grund haben die dort tätigen Forscher neue entwickelt, erst am Computer und dann mit realen Experimenten.
Zunächst nutzten sie Simulationen, um Vorschläge für aussichtsreiche neue Legierungen zu bekommen, wird in dem Antrag erklärt. Dabei ließen sie die Software zusätzlich zu Aluminium Silizium, Magnesium, Mangan, Nickel, Kupfer, Eisen, Titan, Zinn, Vanadium und Strontium mit unterschiedlichen Gewichtsanteilen beimischen. Nach den Modell-Rechnungen blieben zehn Alu-Legierungen übrig, die bei Tesla dann real hergestellt und auf ihre Eigenschaften getestet wurden.
Neues Material übetrifft Anforderungen
Und dabei fand sich tatsächlich eine Legierung, die wie erwünscht ohne Nachbehandlung mindestens 135 Megapascal Zug aushält und sich zugleich bei 3 Millimeter Stärke um mindestens 24 Grad biegen lässt (s. Grafik oben). Am Ende kamen bei den Experimenten und Tests sogar 143 Megapascal und 25 Grad Biege-Winkel heraus. Tesla bezeichnet diese Legierung als 3C10 und nennt in dem Patent als Aluminium-Beimischung darin 7 Prozent Silizium, 0,15 Prozent Magnesium, 0,45 Prozent Mangan, 0,8 Prozent Kupfer, 0,2 Prozent Eisen, 0,05 Prozent Titan, 0,1 Prozent Vanadium und 0,03 Prozent Strontium.
Ob die Mischung tatsächlich patentwürdig ist, müssen jetzt die Prüfer entscheiden. Für Tesla dürfte allerdings wichtiger sein, dass sie überhaupt existiert. Andere Elektroauto-Hersteller wiederum würden sich wahrscheinlich ohnehin erst in einigen Jahren konkret dafür interessieren, wenn sie selbst anfangen, nach dem Tesla-Vorbild große Gussteile aus Giga-Pressen zu verbauen.
