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Metall als Luftikus

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Aluminium ist wegen seiner geringen Dichte für Schäume prädestiniert. Doch auch aus Zink- und Kupferlegierungen werden Halbzeuge hergestellt: links 3-D-Schaumteile, rechts Verbundteile aus Schaum und Stahl. © Fraunhofer IWU

Fahrzeug- und Maschinenbau profitieren zunehmend vom niedrigen Gewicht geschäumter Metalle. Erste, in Serie gebaute Werkzeugmaschinen sind in ihren mechanischen Eigenschaften den massiven Geschwistern überlegen. Der Verbund "Zellulare Werkstoffe Sachsen" präsentiert sich vom 11. bis 15. April auf der Hannover Messe.

Knochen und Holz könnten bei der Entwicklung geschäumter Metalle Pate gestanden haben. Bei Bäumen wie beim Skelett von Tieren und Menschen führt die zelluläre Bauweise zu geringem Gewicht bei hoher Bruchfestigkeit und Elastizität. Metalle kontrolliert zu strukturieren, fordert Werkstoffforscher heraus: Wie kann Gas so in Metalle eingebracht werden, dass sie porig wie Schwamm werden? Metallpulver werden mit geringen Mengen von Treibmitteln gemischt und zu Strängen mit unterschiedlichen Profilen gepresst. Ein zweiter Weg, der endformnahe Bauteile liefert, besteht darin, hohle Stahlkörper mit kompaktierten Vormaterial zu befüllen. Beim Aufheizen liefern Hydride Wasserstoff und Carbonate Kohlendioxidgas. Die Kunst besteht zum einen darin, die richtige Kombination aus Metall und Treibmittel zu finden, denn die aufschäumende Wirkung muss knapp unter dem Schmelzpunkt des Metalls einsetzen. Zum anderen sollte ein bestimmtes Zeit-Temperatur-Profil eingehalten werden, damit das Produkt die gewünschte Porenstruktur ausbildet und nicht wieder kollabiert.

Eine Initiative für die Luftikusse ist das Metallschaumzentrum in Chemnitz, Initiator des Verbunds "Zellulare Werkstoffe Sachsen". 1998 am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU auf Laborniveau gegründet, hat sich inzwischen ein stattlicher Park verschiedener Öfen, Bearbeitungsmaschinen und Analysegeräte angesammelt. "Damit bieten wir Kunden eine komplette Dienstleistungskette", betont der Leiter des Zentrums, Thomas Hipke. "Dies reicht von der Projektidee über den Entwurf, die Konstruktion und Simulation im Computer bis zur Fertigung des Bauteils." Mit institutsinternen Kooperationen überprüfen die Forscher messtechnisch, ob die gewünschten Eigenschaften auch tatsächlich erreicht wurden. Der Verbund ist auf der Hannover Messe im "Innovationszentrum Ingenieur-Werkstoffe" in Halle 5 vertreten.

Der Erfolg der Arbeit manifestiert sich in zahlreichen Prototypen und ersten Serienteilen - besonders im Bereich Maschinenbau. Je nach Anforderung der Industriepartner wurden die Neukonstruktionen in unterschiedlicher Ausführung angelegt - Variationen ausgeschäumter Träger und unterschiedliche geschweißte Sandwichbauweisen aus Stahlblechen mit Aluminiumschäumen dazwischen. Gemeinsam ist ihnen eine deutliche Gewichtseinsparung bei verbessertem mechanischem Dämpfungsverhalten im Betrieb. Für eine Maschine mit der Bezeichnung Dynapod wurde das mit sechs Metern Länge weltweit größte Schaumteil konstruiert und verbaut.

Ansprechpartner:

Dr. Thomas Hipke
Telefon: 03 71 / 53 97-4 56 , Fax: -64 56
hipke@iwu.fraunhofer.de

Dr. Jörg Hohlfeld
Telefon: 03 71 / 53 97-4 96, Fax: -64 96
hohlfeld@iwu.fraunhofer.de

Dr. Johannes Ehrlenspiel | Quelle: Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen: www.iwu.fraunhofer.de/schaumzentrum

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