Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stahl und Aluminium: ab jetzt einfach unzertrennlich

10.10.2014

Das stoffschlüssige Verbinden verschiedenartiger Metalle ist für Leichtbaukonstruktionen sehr wichtig, gleichzeitig ist es in der Umsetzung sehr schwierig.

Konventionelle thermische Fügeverfahren, wie z.B. Schweißen, sind oft unbrauchbar, da sie breite Zonen an intermetallischen Phasen erzeugen, die ein sehr sprödes Verhalten zeigen.


Gebogene Platine in Stahl-Aluminium-Mischbauweise, gefügt mittels Transition Joint

© Fraunhofer IWS Dresden

Dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden ist es nun gelungen, Stahl-Aluminium-Mischverbindungen mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften herzustellen. Schlüssel für den Erfolg, der den Weg für eine Vielzahl von Anwendungen ebnet, ist die Kombination zweier Fügeverfahren.

Am Fraunhofer IWS in Dresden werden zwei Verfahren erfolgreich miteinander kombiniert, das Laserstrahlschweißen und das Laserinduktionswalzplattieren (LIWP). „Mit den beiden Verfahren lassen sich gänzlich verschiedene Metalle in hoher Qualität miteinander verbinden“, berichtet Prof. Dr. Berndt Brenner vom Fraunhofer IWS Dresden. In seiner Abteilung „Randschicht- und Fügetechnologien“ werden die beiden Verfahren seit Jahren untersucht und weiterentwickelt.

„Die Vereinigung der beiden Verfahren eröffnet vor allem für Werkstoffkombinationen aus Stahl und Leichtmetallen neue Anwendungsmöglichkeiten“, führt Prof. Brenner weiter aus. „Im Vergleich zu herkömmlichen thermischen Fügeverfahren weisen die erzeugten Verbindungen eine deutlich höhere Duktilität auf, sind umformbar und damit prädestiniert für Leichtbaukonstruktionen im Fahrzeugbau oder den Einsatz in potenziell crashbelasteten Zonen eines Fahrzeuges.“

Da es sich um linienförmige Verbindungen handelt, treten die für punktförmige Verbindungen typischen ungewollten Spannungsspitzen nicht auf. Die Verfahrenskombination des IWS stellt somit eine wirtschaftliche Alternative zum Widerstandspunktschweißen, Clinchen oder Nieten dar.

Um Stahl-Aluminium-Mischverbindungen mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften zu erzielen, bedarf es eines zweistufigen Prozesses. Im ersten Schritt, dem Laserinduktionswalzplattieren, erfolgt zunächst die Herstellung eines Bimetallbandes aus der gewünschten Materialkombination.

Dazu werden die zwei bandförmigen Ausgangsmaterialien induktiv vorgewärmt, mit einem speziell geformten Laserstrahl partiell auf Fügetemperatur gebracht und mittels Walzplattieren flächig miteinander verbunden. Dabei entsteht eine sehr feste und zugleich duktile Fügezone, die nahezu frei von spröden intermetallischen Phasen ist.

Bereits das durch Laserinduktionswalzplattieren hergestellte Band eignet sich für verschiedene Anwendungen. In der Starkstromtechnik beispielsweise werden Kupfer- und Aluminiumbänder miteinander gefügt, für die Gleitlagerfertigung sind Verbindungen aus Stahl und Bronze oder Messing interessant. Das Verfahren wurde vom Fraunhofer IWS Dresden patentiert. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie wurde die notwendige Anlagentechnik entwickelt, im IWS erprobt und kontinuierlich bis zur Serienreife optimiert.

Beim Verbinden von Blechen aus Aluminium einerseits und Stahl andererseits dient das geometrisch an die Verbindungsstelle angepasste Bimetallband als Bindeglied (Transition Joint) zwischen den beiden unterschiedlichen Materialien (siehe Abb. 1). Die jeweils art-gleichen Verbindungen zwischen Blech und Transition-Joint werden vorteilhaft durch Laserstrahlschweißen hergestellt, welches Prozessgeschwindigkeiten von 5 m / min und mehr ermöglicht.

Der dabei auftretende lokal begrenzte Energieeintrag beeinträchtigt die Eigenschaften des Bimetallbandes nahezu nicht. Neben Überlapp- und Eckstößen können auch echte Stumpfstöße erzeugt werden, wie sie bisher nur in der Tailored-Blank-Fertigung bekannt sind.

Die anlagen- und prozesstechnischen Entwicklungen am Fraunhofer IWS Dresden haben einen Stand erreicht, der eine erfolgreiche Umsetzung metallischer Mischbauweisen in Realbauteile, beispielsweise für Karosserieanwendungen, ermöglicht. Mehrere wissenschaftliche Arbeiten belegten die ausgezeichnete Umformbarkeit in Biege-, Crash- und Tiefziehversuchen. Dr. Axel Jahn, Leiter der Gruppe „Bauteilauslegung“ am Fraunhofer IWS, führte erfolgreiche Umformversuche mit herkömmlichen Tiefziehwerkzeugen durch. Damit zeigte er auch, dass Einführung der Multimaterialbauweise in bestehende Produktionslinien keine große Hürde darstellt.

Mit seinen Mitarbeitern realisierte Dr. Jahn außerdem ein belastungsangepasstes Kastenprofil aus Stahl und Aluminiumblechen. Gegenüber herkömmlichen punktgeschweißten Stahlprofilen mit den gleichen Außenabmessungen ergibt sich eine beachtliche Massereduktion von 30 %, bei gleichem Crashverhalten!

Das Fraunhofer IWS bietet die kundespezifische Anpassung aus einer Hand, von der belastungsgerechten Auslegung der Hybridbauteile über die Anpassung der Fügeprozesse bis hin zur Bauteilprüfung.

Unsere Experten freuen sich auf Ihren Besuch im Fraunhofer IWS Dresden, zur Euroblech 2014 (21.-25.10.2014, Halle 11, Stand C05) in Hannover und zur LASER World of PHOTONICS 2015 in München.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden
01277 Dresden, Winterbergstr. 28

Dr.-Ing. Axel Jahn
Telefon: (0351) 83391 3237
Telefax: (0351) 83391 3210
E-Mail: axel.jahn@iws.fraunhofer.de

Presse und Öffentlichkeitsarbeit
Dr. Ralf Jäckel
Telefon: (0351) 83391 3444
Telefax: (0351) 83391 3300
E-Mail: ralf.jaeckel@iws.fraunhofer.de

Weitere Informationen:

http://www.iws.fraunhofer.de und
http://www.iws.fraunhofer.de/de/presseundmedien/presseinformationen.html

Dr. Ralf Jaeckel | Fraunhofer-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Beton - gebaut für die Ewigkeit? Ressourceneinsparung mit Reyclingbeton
19.04.2017 | Hochschule Konstanz

nachricht Gelatine statt Unterarm
19.04.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

VLC 200 GT von EMAG: Neue passgenaue Dreh-Schleif-Lösung für die Bearbeitung von Pkw-Getrieberädern

27.04.2017 | Maschinenbau

Induktive Lötprozesse von eldec: Schneller, präziser und sparsamer verlöten

27.04.2017 | Maschinenbau

Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

27.04.2017 | Informationstechnologie