Joinventure Workshop zeigt bei Expertentreff das hohe Leichtbau-Potenzial von Aluminium

Die Nachfrage nach Aluminium steigt stetig, viele Branchen und gerade der Automobilbau nutzen immer intensiver das hohe Leichtbaupotenzial des Metalls. Leichtbau und Aluminium standen deshalb auch im Mittelpunkt des 4. Joinventure Leichtbau-Workshops (7. Juni 2016) in Garching bei München. Neue Erkenntnisse rund um die Eigenschaften des Leichtmetalls, seine Verarbeitung sowie unterschiedliche Fertigungsverfahren und Einsatzmöglichkeiten wurden in Vorträgen praxisnah präsentiert und von den rund 80 Teilnehmern aus Unternehmen und Wissenschaft diskutiert.
In seiner Begrüßung betonte Dr. Stefan Allmeier, Initiator der Veranstaltung und des Joinventure Beraternetzwerkes für den Leichtbau mit Schwerpunkt Fügetechnik, wie vielfältig die Chancen aber auch die Herausforderungen im Leichtbau sind. Mit den Mitgliedern im Joinventure-Netzwerk sowie den Partnern im Leichtbau-Cluster der Hochschule Landshut, der Mitveranstalter des Workshops war, stünden vielfältige Kompetenzträger zur Verfügung, um diese Herausforderung gemeinsam anzugehen, wie Clustermanager Marc Bicker hinzufügte.

Nachfrage nach Aluminium stark angestiegen

Die Festigkeit des Aluminiums ist zwar um den Faktor drei geringer als die von Stahl, das Gewicht bei gleicher Steifigkeit aber nur halb so groß, außerdem biete das Material Vorteile wie sehr gute Umformbarkeit, hohe Leitfähigkeit, hohe Energieabsorption und auch hohe Korrosionsbeständigkeit, wie Prof. Dr. Jürgen Hirsch (Hydro Deutschland GmbH, Bonn) in seinem einführenden Vortrag betonte. Aufgrund der hohen Nachfrage vor allem aus dem Automobilbereich sei die Alu-Produktion weltweit von 40 Millionen (2010) auf heute 50 Millionen Tonnen gestiegen. Zusätzlich steige der Einsatz von Recycling-Alu. So würden in Deutschland beispielsweise 99 Prozent der Getränkedosen recycelt. Auch im Automobilbau setzte man zunehmend auf den Einsatz von Recycling-Material, der Rücklauf sei hier bisher aber nicht sehr hoch.

Die eingesetzte Legierung und das Fertigungsverfahren seien entscheidende Parameter für die Produktion und den Einsatz von Aluminium. In Deutschland sei das Walzverfahren mit 65 Prozent immer noch führend, allerdings hätten Gussprodukte mit 25 Prozent ihren Anteil stark erhöht, 20 Prozent seien Press- und Ziehprodukte. Dabei bieten Gusslegierungen, mit der auch komplizierte Formen und multifunktionale Komponenten poren- und lunkerfrei möglich seien, eine wirtschaftlich attraktive Alternative. Die Menge der im Walzverfahren hergestellten Aluminiumbleche habe sich seit 2013 vervierfacht. Besonders im Automobilbereich herrsche eine hohe Nachfrage, die bereits zu Engpässen in Amerika geführt habe. Sehr effektiv sei das Warmwalzen und die im direkten Anschluss durchgeführte Verarbeitung, allerdings sei das Kaltwalzen etwas exakter. Um die nötigen Materialeigenschaften von Aluminium hinsichtlich Festigkeit zu erreichen, werden verschiedene Legierungen verwendet, erst durch die Wärmebehandlung erhält das Aluminium seine volle Festigkeit. Bei einer erneuten Wärmebehandlung wie z.B. Schweißen verliert das Material in der Wärmeeinflusszone diese Eigenschaften wieder, was eine Herausforderung bei der Verarbeitung von Aluminium und der Dimensionierung der Schweißverbindung darstellt.

Herausforderung Schweißen von Aluminium

Aus der Sicht des Praktikers gab Alois Lang (Joinventure GmbH & Co. KG) Empfehlungen für das Schweißen von Aluminium. Dabei seien die Parameter je nach verwendeter Legierung sorgfältig zu wählen: die richtigen Zusatzwerkstoffe müssen ausgesucht, die Temperatur des Schweißbades stimmen sowie die Draht- und Schweißgeschwindigkeit optimal festgelegt werden. Auch der Anstellwinkel und die Position des Brenners seien wichtig, um Oxideinschlüssen in der Schweißnaht zu verhindern und damit die Schweißqualität sicherzustellen. Eine Methode der Nachbehandlung, die gerade die Ermüdung an Schweißnähten verhindern bzw. reparieren könne, stellte Peter Gerster (PITEC GmbH, Heudorf) mit dem hochfrequenten Hämmern vor. Als einziges Nachbehandlungsverfahren könne diese Methode sowohl die Kerbwirkung verringern und Druckeigenspannungen einbringen, was die oberflächennahen Zugeigenspannungen überlagert, als auch die die Randschicht verfestigen.

Als Alternative zum Schweißen von Strangpressprofilen präsentierte Dr. Thomas Luhn (Riftec GmbH, Geesthacht) das Rührreibschweißen. Die sehr lokale Erhitzung auf eine im Vergleich zum Schweißen niedrigere Temperatur von 400-500 Grad Celsius biete sehr gute mechanische Eigenschaften. Da das Material im teigigen Zustand verbunden wird, treten keine Heißrisse und Poren in der Schweißverbindung auf. Auch entstehe verfahrensbedingt eine saubere Nahtoberfläche ohne Nahterhöhung, die ohne weitere Bearbeitung verbaut oder bei Bedarf beschichtet werden kann. Durch den Einsatz des Verfahrens könnten Wandstärken bei der Verbindung von Strangpressprofilen minimiert, ein zusätzliches Leichtbaupotenzial genutzt und so Kosten gespart werden.

Dr. Benedikt Moser (Suisse Technologies Partners AG) zeigte an Schadensanalysen Beispiele und Ursachen von Material- und Produktfehlern. Dies von der Korrosion durch Kontakt mit Chemikalien über Fehler beim Gießprozess, der zu Materialermüdung führte, bis zu verschmutzten Blechen durch Rollenabrieb, was in der Folgeverarbeitung zu Fehlstellen führte. An CT-Untersuchungen erläuterte er die Festigkeitsabnahme in der Wärmeeinflusszone von Schweißverbindungen.

Einen Überblick über die Möglichkeiten und Herausforderungen beim Einsatz von CFK und Aluminium und deren Verbindung gab Philipp Kraus (Forward Engineering GmbH, München). Komponenten in Hybridbauweise Stahl/CFK sind in der Automobilindustrie bereits in der Serienproduktion im Einsatz. Trotz Herausforderungen wie z.B. Kontaktkorrosion bei Verbindungen von Aluminium- mit CFK-Werkstoffen, durch Setzverhalten der CFK-Komponenten bei Verschraubungen oder unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, denen man mit entsprechendem Lagenaufbau entgegensteuern könne, sieht er hier wegen des hohen Leichtbaupotenzials dennoch vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.

Automatisierte Industrialisierung der Prozesskette angestrebt

Mit der Frage nach einer automatisierten industriellen Prozesskette im Bereich der Aluminium-Druckguss-Bearbeitung befasste sich Prof. Dr. Sven Roeren (Technologiezentrum Produktion und Logistik der Hochschule Landshut, TZ PULS, Dingolfing). Hierzu wurde eine eigene Arbeitsgruppe unter Mitwirkung von Automobilherstellern und weiteren Industriepartnern ins Leben gerufen, die Empfehlungen aussprechen und Standards definieren will, die in die Prozesskette einfließen können. So wurde bereits die Richtlinie „Landshuter Blister Modell (LBM)“ entwickelt. Blister sind Blasen, die sich bei der Wärmebehandlung „Lösungsglühen“ aus oberflächlichen Gaseinschlüssen bilden und als Fehlstellen z.B. die mechanischen Eigenschaften des Materials negativ beeinflussen. In der Richtlinie werden Definitionen, Empfehlungen und Spezifikationen gegeben, um Blister messbar zu machen und u.a. das evtl. mögliche Nacharbeiten zu regulieren. Zusätzlich wurde am TZ PULS mit Erfolg eine Versuchsanlage umgesetzt, die automatisiert Blister erkennen kann, eine wichtige Voraussetzung für eine Industrialisierung der Herstellung von Aluminium-Druckgusskomponenten. Einen geplanten Katalog, der die Bewertung von Fehlern bei der Durchstrahlungsprüfung an Aluminium-Schweißverbindungen anhand von Vergleichsbildern evtl. per Handy-App ermöglichen soll, stellte zum Abschluss Paul R. Hoene (DVS Media GmbH, Düsseldorf) vor, ehe die Teilnehmer die Gelegenheit nutzten die vielen Informationen der Vorträge und der begleitenden Fachausstellung beim anschließenden get together intensiv zu diskutieren.

Termin 5. Joinventure Leichtbau-Workshop: 29. Juni 2017, weitere Infos unter www.joinventure.de oder unter www.leichtbau-cluster.de.

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