Mankord GmbH
Im Rahmen des CLEAN-Mag-Projektes leistete die Mankord GmbH zwei Beiträge. Das erste Arbeitspaket umfasste die Entwicklung transportabler Leichtbau-Computergehäuse aus Magnesium inklusive einer eingehenden Bauteilprüfung. Das zweite Arbeitspaket umfasste eine modellbasierte CO2-Lebenszyklusanalyse von Magnesiumbauteilen im Transportsektor sowie die Veröffentlichung eines frei zugänglichen CO2-Rechners, der zu diesem Zweck entwickelt wurde. Beide Arbeiten wurden unter Berücksichtigung der industriellen Verwertbarkeit umgesetzt. Dies geschah mithilfe iterativ entwickelter Prototypen, verifizierender Prüfungen und einer Methodik, die transparent dokumentiert und auf weitere Anwendungen übertragbar ist.
Magnesium-Leichtbau-Computergehäuse
Das Ziel dieses Beitrags war die Entwicklung eines Gehäusesystems aus Magnesium, das sich mit angemessenem Aufwand in der Größe skalieren lässt und typische Anforderungen aus Industrie- und Transportanwendungen erfüllt. Für die Prototypenfertigung wurden drei repräsentative Systeme ausgewählt, die sich in Abmessungen, Leistungsdichte, Schnittstellenumfang und thermischer Verlustleistung unterscheiden: ein mikrocontrollerbasiertes Embedded-System, ein kompaktes x64-Single-Board-System sowie ein modulares x64-System im Mini-ITX-Formfaktor. Auf dieser Grundlage wurden Fertigungstechnologien abgeleitet und zwei skalierbare Gehäusekonzepte entwickelt. Das erste Konzept sah einen hybriden Magnesium-Kunststoff-Verbund vor, während das zweite Konzept ein rein metallisches Konzept mit Nut-Feder-Fügung und standardisierten Distanzhülsen vorsah. Beide Ansätze zielen auf Variantenfähigkeit bei unveränderter Grundlogik von Fertigung, Montage und Wartung ab.
Die Auslegung wurde durch Bauteilprüfungen abgesichert. Die mechanischen Untersuchungen umfassten FEM-gestützte Festigkeits- und Stoßbetrachtungen sowie ein anwendungsnahes Vibrations-Screening. Zur Ermittlung der elektromagnetischen Verträglichkeit wurden Nahfeldmessungen mit E- und H-Sonden durchgeführt. Die Signale wurden per FFT spektral ausgewertet und über einen Sliding-Window-Ansatz im Frequenzbereich von 1 MHz bis 6 GHz zusammengesetzt. Durch Referenzmessungen des Grundrauschens und Differenzbildung im Frequenzbereich konnten Umgebungs- und Rauschanteile reduziert und relevante Emissionspegel identifiziert werden. Diese dienten als Grundlage für das Abschirm- und Öffnungskonzept. Die Abschirmeigenschaften des Konzepts wurden weiterführend verifiziert. Ergänzend wurde das Thermaldesign mithilfe von Lasttests im Gehäuse und im Referenzaufbau ohne Gehäuse untersucht. Auf diese Weise konnten für unterschiedliche Leistungsprofile belastbare Aussagen zu passiven bzw. aktiven Kühlkonzepten abgeleitet werden.
CO2-Bilanz und Online-CO2-Rechner
In dem zweiten Beitrag wurde eine attributionale Lebenszyklusanalyse (Cradle-to-Grave) für ausgewählte Magnesiumbauteile im Transportsektor durchgeführt und um eine kostenbezogene Sichtweise ergänzt. Im Mittelpunkt stand dabei die konsistente Abbildung kompletter Prozessketten über die Phasen Herstellung, Nutzung und End-of-Life. So konnten Hotspots entlang des Lebenszyklus identifiziert und Optimierungsmaßnahmen gezielt dort bewertet werden, wo sie in der Gesamtsicht den größten Einfluss besitzen. Die Bilanzierung orientiert sich methodisch an ISO 14040/14044/14067.
Die Methodik folgte einem dreistufigen Datenmodell, das Nachvollziehbarkeit und Szenarienfähigkeit vereint. Auf der Ressourcenebene werden zentrale Inputs wie Strom, Prozesswärme, Wasserstoff, Kraftstoffe oder Schutzgase mit Emissions- und Kostenfaktoren belegt, inklusive relevanter Vorketten. Auf der Ebene der Prozessschritte kommen parametrisierte Simulationszwillinge von Produktionsaggregaten zum Einsatz, die den Ressourcenverbrauch in Abhängigkeit von Prozessparametern wie Masse, Temperatur und Prozesszeiten abbilden. Auf der Prozesskettenebene werden die Schritte schließlich zu vollständigen Lebenszyklen zusammengeführt und über konsistente Parameterwahl zu Szenarien instanziiert. Dies ermöglicht eine transparente Rückführung der Ergebnisse auf konkrete Ressourcenflüsse und macht Hotspot-Analysen auch dann belastbar, wenn Prozessketten aus vielen Einzelschritten bestehen.
Die Szenarioanalysen ergaben ein klar strukturiertes Bild. In vielen Anwendungen wird die Lebenszykluswirkung maßgeblich durch die Primärmagnesiumroute und die Nutzungsphase bestimmt. Prozessseitige Verbesserungen in der Fertigung, wie effizientere Halbzeugrouten, Wärmerückgewinnung oder die Substitution fossiler Prozessenergien durch erneuerbare Energieträger, sind wirksam und führen zu messbaren Reduktionen in der Herstellung. In der Gesamtsicht werden diese Effekte jedoch besonders dominant, wenn die Nutzungsphase zunehmend dekarbonisiert wird (zum Beispiel durch Elektrifizierung). Parallel dazu zeigen die Untersuchungen, dass Änderungen an der Primärmagnesiumproduktion sowie der Einsatz von Sekundärmagnesium häufig zu den wirkungsvollsten Stellhebeln zählen, da sie direkt an einem der größten Emissionshotspots ansetzen.
Für die Berechnung der Bilanz im Lebenszyklus und weiterführenden Szenarioanalyse wurde ein CO2-Rechner als frei zugängliche Webanwendung entwickelt. Die Anwendung bildet das dreistufige Datenmodell ab, erlaubt die Analyse vollständiger Prozessketten und stellt Ergebnisse sowohl chronologisch als auch aggregiert dar. Damit unterstützt sie Hotspot-Analysen und Szenarienvergleiche. Die Anwendung ist nicht auf die im Projekt betrachteten Fallstudien beschränkt und wurde der Industrie sowie der Forschung für weitere Untersuchungen unter der URL https://app.clean-mag.de zur Verfügung gestellt.
