Magnesium unter Extrembedingungen

Serieneinsatz eines Magnesium-Druckgusskolbens in einer Profi-Motorsäge – dank einer Oberflächentechnologie, die auf dem Kolben eine mechanisch und thermisch hochrobuste, sehr korrosionsbeständige Oberfläche erzeugt.

Manche Technologien bleiben im Verborgenen, obwohl sie in ihren Anwendungen längst eine wichtige und mitunter sogar entscheidende Rolle für technologische Entwicklungen spielen. In diese Kategorie fällt auch eine Oberflächentechnologie, die zwar schon seit Jahren erfolgreich in hochbelasteten Serienanwendungen verwendet wird – aber bisher in keiner Anwendung namentlich erwähnt werden durfte. Doch nun, mit dem Magnesiumkolben der Stihl MS 400 C-M Kettensäge ändert sich das. Zum ersten Mal ist ein reales Serienprojekt sichtbar, das veranschaulicht, was mit strukturell funktionalisierten Leichtmetallen heute möglich ist.

Magnesium im Serieneinsatz: Vorteile – und Grenzen

Das Potential von Magnesium als Leichtbauwerkstoff ist seit Jahrzehnten bekannt, allerdings beschränken bisher Einsatzfelder mit hoher mechanischer Belastung, thermischen Extrembelastungen sowie aggressiven Umgebungen den Einsatz, da klassische Schutzsysteme dann schnell an ihre Grenzen stoßen. Gerade in bewegten Systemen mit hohen Frequenzen, Reibung und Temperaturschwankungen zeigen konventionelle Schichtsysteme oft schon nach kurzer Einsatzzeit Schwachstellen.

Für Stihl versprach der Einsatz eines leichten Magnesiumkolbens jedoch erhebliche technologische Vorteile, deshalb stellte sich der bekannte Hersteller von Kettensägen der Herausforderung, ein Beschichtungssystem zu finden, das Magnesiumdruckgusskolben so gut und dauerhaft schützt, dass sie den Belastungen in einer Profi-Motorsäge mit bis zu 14.000 U/min im Dauereinsatz widerstehen können.

Als Lösung für diese Aufgabenstellung erwies sich eine keramische Oberfläche, die aus dem Substratmaterial Magnesium durch einen speziellen Prozess aufgebaut wird.

Ultraceramic – Transformation an der Oberflächengrenze

Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren zur plasmaelektrolytischen Oxidation (PEO), die im Ergebnis häufig spröde, poröse und inhomogene Schichten mit begrenzter Langzeitbeständigkeit liefern, erzeugt das Ultraceramic-Verfahren dichte und sehr präzise Schichtsysteme. Der Prozess nutzt streng kontrollierte Plasmaentladungen, um die metallische Oberfläche selbst in eine keramikähnliche Struktur zu transformieren – ohne zusätzlichen Auftrag, ohne Gefahr von Delamination oder Rissbildung.

Das Ergebnis ist eine werkstoffintegrierte Funktionalisierung, die dadurch dauerhaft mit dem Bauteil verbunden ist. Sie bietet nicht nur extremen Verschleiß- und Korrosionsschutz, sondern erhält auch strukturelle Integrität des Grundmaterials. Eine echte Alternative zu klassischen Beschichtungen – gerade bei hochdynamischen und thermisch belasteten Anwendungen.

Serienperformance im harten Einsatz

Der Magnesiumkolben der Stihl MS 400 C-M ist das erste bekannte Serienbauteil dieser Art, das mit einer Ultraceramic-Oberfläche ausgestattet wurde. Die Säge wird weltweit im professionellen Forsteinsatz verwendet und wurde 2020 sowohl mit dem IMA Award of Excellence als auch mit dem Euroguss Award ausgezeichnet. Die Gründe hierfür sind unter anderem die hohe Lebensdauer des Kolbens auch bei intensiver thermischer und mechanischer Beanspruchung, die reibungsoptimierte Oberfläche und außerdem die hohe thermische und chemische Beständigkeit, insbesondere bei Verbrennungsvorgängen.

Auch die konstante Bauteilgüte über die gesamte Serienlaufzeit stand mit auf dem Podest. Alles in allem ist das Projekt ein sehr gutes Beispiel, wie Magnesium in hochbelastbaren Anwendungen etabliert werden kann.

Vielseitige Einsatzfelder – von E-Mobilität bis Robotik

Die Sichtbarkeit des Stihl-Ceranod-Projekts eröffnet die Chance, vergleichbare Anwendungen in anderen Industrien zu erschließen. Insgesamt wurde Ultraceramic bereits in unterschiedlichen Anwendungsfeldern erfolgreich getestet und eingesetzt, zum Beispiel in optischen Technologien, der Robotik & Automatisierung, der Automobilindustrie, in der E-Mobilität, Luft- und Raumfahrt, Robotik und Industrieelektronik. Auch in der Textilindustrie und bezüglich FDA-konformen Oberflächen für die Lebensmittel- und Pharmatechnik konnte sich das Verfahren bereits bewähren.

Bezüglich Bauteilgeometrien und Produktionsvolumina sieht der Anbieter keine Begrenzung – denn der Prozess ist skalierbar und kann exakt auf Design und Einsatzprofil abgestimmt werden. Das Ultraceramic-Verfahren für die Magnesiumkolben bei Stihl zeigt, dass Oberflächentechnologie heute mehr leisten kann als schützen: Es kann integrieren, stabilisieren und Anwendungen überhaupt erst ermöglichen.

ELB - Eloxalwerk Ludwigsburg Helmut Zerrer GmbH
www.ceranod.de