Fachartikel

Aluminiumguss mit Schaumskelett
Mirko Göpfert und Sven Hensel, Freiberg, Carsten Lies und Jörg Hohlfeld, Chemnitz

Die zellularen metallischen Werkstoffe sind in den letzten Jahren in den ­Fokus von Leichtbaukonzepten gerückt, da mit diesen der Struktur- und Stoffleichtbau in Kombination sehr effektiv betrieben werden kann. Die Schwerpunkte der Entwicklungsarbeit in den letzten Jahren ­lagen in der Ermittlung der grundlegenden ­Eigenschaften dieser Werkstoffe sowie in der Verbesserung der Herstellungstechnologien und der Reproduzierbarkeit der Werkstoffstrukturen und -eigenschaften.

Ein wichtiger Vertreter dieser Werkstoffgruppe sind die Metallschäume, speziell die pulvermetallurgisch hergestellten Aluminiumschäume. Infolge der strukturspezifischen Eigenschaften dieser Aluminiumschäume können Verbundstrukturen mit verbesserter Steifigkeit, einem deutlich verbesserten Dämpfungsvermögen sowie der Möglichkeit zur kontrollierten Energieabsorption hergestellt werden. Die Energieabsorption in Form der Schwingungsdämpfung stellt eine wesentliche Maßnahme zur Verbesserung des Gebrauchswertes von Maschinen dar, da Schwingungen durch äußere Einflüsse im gesamten Bearbeitungsprozess immer auftreten können.

Die Dämpfung dieser Schwingungen durch gestalterische, füge- oder werkstofftechnische Maßnahmen war stets ein Schwerpunkt der Entwicklung hochdynamischer Maschinen. Die Automobilindustrie ist ein weiteres Anwendungsgebiet für Aluminiumschäume. Strengere Umweltauflagen und  verbesserte Crashsicherheit machen auch hier den Einsatz von völlig neuen Werkstoffkonzepten notwendig. Metallschäume werden daher für den Strukturleichtbau als Versteifungselement und als Crashabsorber zunehmend interessant. Eingesetzt als Crashelement ist es möglich, die eingeleitete kinetische Energie gleichmäßig in Verformungsarbeit umzuwandeln.

Neben der Verwendung als 3-D-Formelement bzw. als Kernlage in Sandwiches oder Profilen ist der Einsatz als Dauerkern in Aluminiumgussbauteilen sehr erfolgversprechend. Das Umgießen von Aluminiumschaum zur Herstellung von Verbundbauteilen stellt eine hervorragende Maßnahme zum Herstellen komplexer und dreidimensional gestalteter Verbundbauteile mit verbessertem Masse-Steifigkeit-Verhältnis und einer erhöhten Dämpfung für die gezielte Beeinflussung der Bauteileigenfrequenzen mit der Möglichkeit zur kontrollierten Energieabsorption (Schall-, Crashabsorption) dar. Da Aluminiumschaumkerne aufgrund ihrer geringen Dichte als extrem leichte Platzhalter im Bauteil verbleiben können, lassen sich zudem Hohlräume oder Hinterschnitte realisieren, die mit herkömmlichen Methoden (Schieber, Kernzüge) nicht darstellbar sind.

Dipl.-Ing. (FH) Mirko Göpfert und Dr.-Ing. Sven Hensel, ACTech GmbH, Freiberg, Dipl.-Ing. Carsten Lies und Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, Gruppe Leichtbau und Metallschaum, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, Chemnitz

www.zellmetall.de

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Bild 1: Ergebnis der Finite-Elemente Simulation zur Von-Mises-Vergleichsspannung