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Leichtbau praxisnah

Leichtbau praxisnah

Future - Leichtau

Aluminium, additive fertigung und Industrie 4.0 bildeten die Schwerpunkte des fünften Joinventure-Leichtbauworkshops in Unterschleißheim bei München. Organisiert wurde er von der Expertengruppe Joinventure und vom Leichtbau-Cluster der Hochschule Landshut.

17. Oktober 2017
Eine Fachausstellung gab Gelegenheit, Detailfragen zu klären. Bild: Hochschule Landshut
Bild 1: Leichtbau praxisnah
(Eine Fachausstellung gab Gelegenheit, Detailfragen zu klären. Bild: Hochschule Landshut)

Der Fokus der Workshops liegt auf der Herstellung und Fertigung von Leichtbaukonstruktionen. »Praxis- und umsetzungsnah zeigten Wissenschaftler und Experten Entwicklungen rund um den Werkstoff Aluminium«, so Initiator Stefan Allmeier von Joinventure. Er freute sich ebenso wie Marc Bicker vom Leichtbau-Cluster über die 90 Teilnehmer aus Wissenschaft und Industrie.In seinem Vortrag »Aluminium – idealer Werkstoff mit Zukunft« betonte Prof. Dr. Jürgen Hirsch von Hydro Aluminium Rolled Products seine Überzeugung, dass »jetzt die Aluminiumzeit angebrochen ist«. Der Jahresverbrauch steige aktuell auf fast 70.000 Tonnen. Aluminium werde aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit, der guten Formbarkeit und hohen Leitfähigkeit sowie seines geringen Gewichts – es hat nur ein Drittel der Dichte von Stahl– bereits heute in vielen Branchen eingesetzt.

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Besonders im Automobilbau ist der Bedarf in den letzten Jahren enorm gestiegen: Ford setzt in seinem ›Pick-up F 150‹ verstärkt auf Leichtbau – pro Fahrzeug werden 400 Kilogramm Aluminium verbaut. Mit dem verstärkten Einsatz des Leichtbaumetalls sei auch der Preis gefallen. Prof. Dr. Jürgen Hirsch erwartet weiter hohe Wachstumsraten. Großes Potenzial bieten für ihn beispielsweise Verpackungen wie Dosen oder Folien, der Einsatz im Bauwesen, zum Beispiel für Dächer oder Brücken, der Ersatz von Kupfer in der Elektronik oder auch in der Solarenergie.

Gerade durch neue Aluminiumlegierungen und verbesserte Oberflächen sind zusätzliche Anwendungen denkbar. Außerdem bietet die additive Fertigung ein großes Potenzial, wie das von Airbus AP Works vorgestellte Aluminium-Motorrad ›Light Rider‹ gezeigt hat.

Industrie 4.0 in der Schweißtechnik

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Im Rahmen von Industrie 4.0 lautet das Ziel, mit Sensoren alle relevanten Prozessparameter vollständig zu erfassen und damit auch zu steuern. Wie ein solcher Prozess für das Schweißen aussehen könnte, zeigte Sahin Sünger vom Ingenieurbüro für Software, Entwicklung und Schweißtechnik Sünger in seinem Vortrag. Dabei ging er auf die gesamte Prozesskette ein: von der Entwicklung intelligent vernetzter Arbeitsplätze, die Auftragsanalyse und Materialbestellung über die Arbeitsplatzgestaltung und den Arbeitsschutz bis zur Produktionsüberwachung durch Fotodokumentation, Mess- und Prüfmaschinen.

Aus Sicht eines Praktikers beschäftigte sich Alois Lang von Joinventure mit dem Schweißen von Alumi-niumguss. Er zeigte in seinem Vortrag den Einfluss der Qualität des Gusses und der Legierungen auf den Schweißprozess. Darüber hinaus befasste er sich mit Vorgaben im Design und der Qualitätssicherung.

 So müssen zum Beispiel Einschlüsse, Lunker oder verunreinigte Oberflächen vermieden werden. 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 laut Alois Lang eine weitere Herausforderung dar. Grundlegend sind unter anderem 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 Instal Engineering vor. Die beiden Fügepartner werden dabei mithilfe eines Magnetfeldes, das in der Werkzeugspule entsteht, aufeinander beschleunigt. Die 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: Ähnlich wie beim Reib- und Diffusionsschweißen können artfremde Metalle miteinander verbunden werden, 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 zudem dünnwandig sein.

Einen Überblick über die Prozesskette der additiven Fertigung bot Stephan Janson vom 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 Fehler mit hohem Kontrast und hoher Tiefenschärfe erfasst werden können, bis hin zur 3D-Rekonstuktion eines Baujobs durch Schichtaufnahmen, mit denen makroskopische Defekte erkannt werden können.

Darüber hinaus ging er auf die Herausforderungen der additiven Fertigung durch innere Spannungen, Schwindung, Verzug sowie die Vermeidung von Treppenstufeneffekten, Überhängen und die richtige Bauteilpositionierung ein.

Aluminium als Werkstoff der additiven Fertigung

Mit der 3D-Metal-Print-Technik stellte Tobias Röhrich von Gefertec ein schnelles und wirtschaftliches additives Verfahren unter Nutzung unterschiedlicher Metalle und Legierungen vor. Es ist für klein- und großvolumige Bauteile geeignet und erlaubt, endkonturnahe Rohlinge mit einfacher und mittlerer Komplexität zu fertigen.

Das Verfahren, das mit Lichtbogen, MSG und Draht arbeitet, ist zur Substitution von Sand- und Druckguss bei Prototypen, Einzelteilen und Kleinserien geeignet. Aber nur begrenzt kann die Oberflächenbeschaffenheit optimiert werden. Begrenzt ist das Verfahern auch durch die geometrische Komplexität des zu fertigenden Bauteils.

Einen Vorabeinblick erhielten die Teilnehmer von Peter Blechert von Arcion, der das von ihm entwickelte Plasma-MIG-Schweißen vorstellte. Es kombiniert die Vorteile von Plasma und WIG wie hohe Nahtqualität, Poren- und Spritzerfreiheit, keine Bindefehler am Nahtanfang, eine hervorragende Reinigungswirkung bei Aluminiumwerkstoffen und eine hohe Schweißgeschwindigkeit. Das Verfahren wird auch beim nächsten Leichtbauworkshop Thema sein, der am 27. Juni 2018 stattfinden wird.

Erschienen in Ausgabe: 06/2017