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 Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter
23.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Materialwissenschaft: Widerstand wächst auch im Vakuum
22.06.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Future Security Conference 2017 in Nürnberg - Call for Papers bis 31. Juli

26.06.2017 | Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Digital Mobility“– 48 Mio. Euro für die Entwicklung des digitalen Fahrzeuges

26.06.2017 | Förderungen Preise

Fahrerlose Transportfahrzeuge reagieren bald automatisch auf Störungen

26.06.2017 | Verkehr Logistik

Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit

26.06.2017 | Physik Astronomie