Pressebericht von 2017

Joinventure Leichtbauworkshop in Kooperation mit dem Leichtbau-Cluster zeigt großes Potenzial des Leichtmetalls Aluminium

Die Themen Aluminium und Aluminium-Guss, Additive Fertigung sowie Industrie 4.0 bildeten die Schwerpunkte des mittlerweile 5. Joinventure Leichtbauworkshops am 29. Juni 2017 in Unterschleißheim bei München. Der Fokus der Workshops liegt auf der Herstellung und Fertigung von Leichtbaukonstruktionen. Durchgeführt wurde er vom Expertennetzwerk Joinventure GmbH & Co. KG zusammen mit dem Leichtbau-Cluster der Hochschule Landshut. „Praxis- und umsetzungsnah präsentierten Wissenschaftler und Anwendungsexperten Trends und Entwicklungen rund um den Werkstoff Aluminium“, wie es Initiator Stefan Allmeier (Joinventure GmbH & Co. KG) formulierte. Er freute sich ebenso wie Marc Bicker (Leichtbau-Cluster) über die hohe Teilnehmerzahl von 90 Experten aus Wissenschaft und Industrie.

In seinem Vortrag „Aluminium – idealer Werkstoff mit Zukunft“ betonte Prof. Dr. Jürgen Hirsch, (Hydro Aluminium Rolled Products GmbH) seine Überzeugung, dass jetzt die „Aluminium-Zeit angebrochen ist“. Der Jahresverbrauch steige aktuell auf fast 70.000 Tonnen. Aluminium werde aufgrund seiner positiven Materialeigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, gute Formbarkeit, hohe Leitfähigkeit und seines geringen Gewichts – es hat nur ein Drittel der Dichte von Stahl – bereits heute in vielen Branchen eingesetzt. Besonders im Automobilbau sei der Bedarf in den letzten Jahren enorm gestiegen, Ford setze in seinem Pick-up F 150 verstärkt auf Leichtbau, pro Fahrzeug werden 400 kg Alu verbaut. Mit dem verstärkten Einsatz des Leichtbaumetalls sei auch der Preis gefallen. Er erwartet weiterhin hohe Wachstumsraten. Hohes Potenzial bieten für ihn u.a. Verpackungen wie Dosen oder auch Folien, der Einsatz im Bauwesen z.B. für Dächer oder Brücken, im Bereich der Elektronik der Ersatz von Kupfer durch Aluminium oder auch in der Solar-Energie. Gerade durch neue Aluminium-Legierungen oder verbesserte Oberflächen seien zusätzliche Anwendungen denkbar. Außerdem biete die Additive Fertigung ein enormes Potenzial, wie z.B. das von Airbus APWorks vorgestellte Alu-Motorrad Light Rider gezeigt habe.

Mit dem Thema Aluminium-Guss in der Automobilindustrie befasste sich Prof. Dr. Lothar Kallien (Hochschule Aalen). Getriebe, Motorblock etc. seien häufig aus Aluminium hergestellt, aber zunehmend auch Fahrwerksteile, um das Leichtbaupotenzial auszunutzen, denn die Karosserie sei immer noch das schwerste Teil im Auto. Um Probleme beim Guss wie Schwindungporosität, Lunker oder Gasporen zu vermeiden, könne man je nach Verfahren an vielen Stellschrauben drehen, um ein optimiertes Ergebnis zu erhalten. Dies reiche von Parametern wie Temperatur und Fließgeschwindigkeit, über die Wahl des richtigen Gussverfahrens bis hin zum dem auf das Fertigungsverfahren abgestimmten und topologieoptimierten Konstruktion von Bauteilen. Die Gestaltung des Druckgießwerkzeugs sei für die Qualität des Bauteils und auch die Lebensdauer des Werkzeugs entscheidend. Wie komplex der Gießprozess ist, zeigt er an den unterschiedlichen Gussverfahren und verschiedenen Möglichkeiten, die Legierung bzw. das Gussergebnis zu verbessern. Im Rahmen von Industrie 4.0 laute das Ziel, mit neuer innovativer Sensorik alle relevanten Prozessparameter vollständig zu erfassen und damit auch steuern zu können.

Wie ein solcher Prozess für das Schweißen aussehen könnte, zeigte Sahin Sünger, (Ingenieurbüro für Software, Entwicklung und Schweißtechnik Sünger, Dachau), in seinem Vortrag über das Zusammenspiel von Industrie 4.0 und der Schweißtechnik. Dies von der Entwicklung intelligenter vernetzter Arbeitsplätze, die Auftragsanalyse und Materialbestellung über die Arbeitsplatzgestaltung und den Arbeitsschutz und die Produktionsüberwachung durch Mess- Maschinendaten und Fotodokumentation in einen ERP (Enterprise-Resource-Planning) Prozess eingebunden sind.

Aus Sicht eines Praktikers beschäftigte sich Alois Lang (Joinventure GmbH & Co. KG) mit der Verarbeitung bzw. dem Schweißen von Aluminium-Guss. Er zeigte darin den Einfluss der Qualität des Gusses und der Legierungen auf den Schweißprozess, befasste sich mit Designvorgaben, notwendigen Prozessschritten und der Qualitätssicherung. So seien z.B. Einschlüsse, Lunker oder verunreinigte Oberflächen zu vermeiden. Design und Wandstärken und auch die Legierung eines Bauteils müssten für das Schweißen ausgelegt sein, um optimale Ergebnisse erzielen zu können. Der Schweißprozess selbst stelle eine weitere Herausforderung dar, grundlegend seien u.a. die Wahl der richtigen Materialien und Temperaturen. 

Das Magnetimpulsschweißen, als eine Methode zum Schweißen,  aber auch Schneiden, Lochen Umformen, Krimpen und Falzen mit hoher mechanischer Energie, stellte Sorin Binder von der INSTAL Engineering GmbH vor. Die beiden Fügepartner werden dabei mit Hilfe eines Magnetfeldes, das in der Werkzeugspule entsteht, aufeinander beschleunigt. Die somit erzeugte kinetische Energie wird beim Aufprall vollständig in Deformationsenergie umgewandelt und die beiden Fügepartner auf atomarer Ebene verbunden. Einer der wichtigsten Vorteile des Magnetimpulsschweißens ist die Herstellung einer kalten Schweißung. Somit kann man ähnlich wie beim Reibschweißen und Diffusionsschweißen artfremde Metalle miteinander verbinden, die mit Schmelzschweißverfahren wegen der unterschiedlichen Schmelzpunkte nicht verarbeitet werden können. Der Prozess dauert weniger als 100 Mikrosekunden und die Festigkeit der Schweißverbindung ist besser als die des schwächeren Fügepartners. Das zu verformende Werkstück muss jedoch einige Voraussetzungen erfüllen: Es muss ein geschlossenes Profil haben, elektrisch leitend, gut kaltumformbar und dünnwandig sein.

 

Einen Überblick über die Prozesskette der Additiven Fertigung sowie die verschiedenen Verfahren, bot Stephan Janson (Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universität München). Augenmerk legte er auf die Möglichkeiten der Prozessüberwachung bei der Additiven Fertigung, die es erlauben, Defekte bei der Herstellung zu erkennen. Von der sCMOS-Kamera über Elektro-optische Systeme, mit denen Defekte mit hohem Kontrast und hoher Tiefenschäfte entdeckt werden können, bis hin zur 3D-Rekonstuktion eines Baujobs durch Schichtaufnahmen, mit denen makroskopische Defekte erkannt werden können. Auch ging er auf die konstruktiven Herausforderungen der Additiven Fertigung durch innere Spannungen, Schwindung, Verzug sowie die Vermeidung von Treppenstufeneffekten, Überhängen und die richtige Bauteilpositionierung usw. ein.

Mit der 3D Metal Print Technologie stellte Tobias Röhrich (GEFERTEC GmbH) ein schnelles und wirtschaftliches Additives Verfahren unter Nutzung unterschiedlicher Metalle und Legierungen vor. Dies sei auch für großvolumige Bauteile geeignet und erlaubt, endkonturnahe Rohlinge mit einfacher und mittlerer Komplexität zu fertigen. Das Verfahren, das mit Lichtbogen, MSG und Draht arbeitet, sei zur Substitution von Sand- und Druckguss bei Prototypen, Einzelteilen und Kleinserien geeignet. Aber nur begrenzt könne die Oberflächenbeschaffenheit optimiert werden, begrenzt sei es auch durch geometrische Komplexität des zu fertigenden Bauteils.

Einen Vorabeinblick erhielten die Teilnehmer von Peter Blechert (Arcion GmbH, Fellbach), der ein von ihm weiter entwickeltes Plasma MIG Schweißen vorstellte. Es kombiniere die Vorteile beider Verfahren wie u.a. hohe Nahtqualität, Poren- und Spritzerfreiheit, keine Bindefehler am Nahtanfang, eine hervorragende Reinigungswirkung bei Al-Werkstoffen und eine hohe Schweißgeschwindigkeit.