Aluminium gut in Form

So stehen die Zulieferer von Aluminium-Bauteilen derzeit gut da. Einen Überblick über den Stand der Technik vermittelt die Hannover Messe. Erste Einblicke finden Sie hier.

Aluminium hat ein modernes Image. Das hat mehrere Gründe. Geschicktes Marketing der Erzeuger ist einer. Unbestreitbar trägt dazu jedoch die enorme Vielfalt an Anwendungsmöglichkeiten und Verarbeitungsverfahren, die auch viele designerische Freiheiten eröffnen, zu diesem Eindruck bei.

Ausgehend vom Flugzeugbau haben Aluminiumwerkstoffe sukzessive in nahezu allen Branchen Fuß gefasst. Neben designorientierten Unternehmen wie Möbel- und Fassadenbauern nutzt vor allem die Automobilindustrie diese Werkstoffgruppe in immer neuen Anwendungen. Zunehmend kommen aber auch Konstrukteure und Designer anderer Branchen ¿auf den Geschmack¿. Sie nutzen nicht nur die Gewichtsvorteile, sondern intelligente Fertigungstechnologien mit verschiedenen Möglichkeiten von Kostensenkungen.

Geringes Gewicht ist nur eine ¿ wenn auch eine außerordentlich wichtige ¿ Eigenschaft von Aluminiumbauteilen. Zunehmend führen andere werkstoffspezifische Größen zum Einsatz der verschiedenen Legierungen. So kann der Einsatz von Strangpressprofilen zu drastischen Kostensenkungen führen. Die Gestaltungsfreiheit ist in zwei Dimensionen nahezu unbegrenzt, enge Toleranzen sind verfahrenstypisch. Komplexe Strukturen lassen sich ohne Fügeoperationen realisieren.

Lösungen mit Profil

Eher ein anwender- als verfahrensabhängiges Problem ist die noch unzureichende ¿Denke in Profilen¿ klassischer Konstrukteure. Sie konstruieren häufig in kleineren Einheiten, beispielsweise Blechteilen, die in separaten Schritten zu Baugruppen miteinander verbunden werden. Selbst die sehr investitionsintensiven Folgeverbundwerkzeuge, die ebenfalls häufig dazu dienen, Fertigungsschritte einzusparen, können bei geschickter Profilkonstruktion durch meist deutlich kostengünstigere Matrizen für die Profilerzeugung ersetzt werden.

Weitere Einsparungspotenziale ergeben sich aus den vielfältigen Möglichkeiten, weitere Funktionen direkt im Profil zu integrieren. Halterungen für vereinfachte Montagen von Einbauteilen, ¿eingebaute¿ elektromagnetische Abschirmung, Unempfindlichkeit gegen Korrosion und vielfältige Möglichkeiten der Oberflächenveredelung senken die Gesamtkosten.

Neben relativ kurzen Profilabschnitten, die über geschickt ¿eingebaute¿ Verbindungselemente auch mit wenig Aufwand zu kombinieren sind, sind Aluminiumprofile aus der Automatisierungstechnik nicht mehr wegzudenken. Über entsprechende Profilauslegungen lassen sich extrem steife und trotzdem leichte Handlingeinrichtungen entwickeln, die hohe Beschleunigungen und Geschwindigkeiten ¿ und damit geringe Prozesszeiten ¿ ermöglichen. Auch hier sorgt die Profiltechnik für schnelle Einsparungen.

Mit Druck in Form

Ebenfalls überdurchschnittlich wachsend ist der Anteil geschmiedeter Aluminiumbauteile. Aluminium-Schmiedeteile finden sich im Verkehrs- oder Bauwesen, in der Feinmechanik, im Maschinen- und Apparatebau. Hauptabnehmer ist mit etwa zwei Dritteln der erzeugten Menge die Fahrzeugindustrie vor dem Maschinen- und Apparatebau. ¿Vor allem die Anwendung bei Fahrwerksteilen im Fahrzeugbereich wird weiter zunehmen¿, prognostizierte Frank Venier, Referent Verkehrswesen und Maschinenbau beim GDA. Allerdings wächst auch der Markt für solche Bauteile in anderen Branchen. Das hat zum einen mit den vorteilhaften Eigenschaften des Werkstoffs zu tun. Zum anderen spielen dabei die speziellen Vorzüge der Schmiedetechnologie eine Rolle. Aluminium-Schmiedeteile können besonders dann ihre Vorteile ausspielen, wenn geringe Bauteilgewichte, beste mechanische Eigenschaften und Umweltverträglichkeit gefragt sind. Durch das geringe spezifische Gewicht kann ein Aluminium-Bauteil bei werkstoffgerechter Konstruktion durchaus die Hälfte des Gewichtes erreichen. Dabei sind recht komplexe Geometrien bei geringem Aufwand für die spanende Nachbearbeitung erzielbar. Der nicht unterbrochene Gefügeverlauf trägt wesentlich zu den guten Festigkeitseigenschaften bei. Zudem zeichnen sich die Schmiedeteile durch homogenes, poren- und lunkerfreies Gefüge, hohe Zähigkeit und enge Toleranzen aus. Ein weiterer Vorzug ist die hohe Oberflächenqualität im gebeizten und eventuell eloxierten Zustand.

Entwicklungsarbeiten finden überwiegend bauteil- und kundenbezogen bei den Verarbeitern statt. Unter den Schmiedeverfahren dominiert bei Serienfertigungen das Gesenkschmieden. Gesenkschmieden, besonders für Präzisionsschmiedestücke, erlaubt vielfältige Formgebungsmöglichkeiten und enge Fertigungstoleranzen bis hin zum einbaufertigen Bauteil.

Neben der Optimierung von Verfahren und Konstruktionen tut sich auch bei den Werkstoffen etwas: Neue Legierungen auf der Basis des Standards AlMgSi sollen die Festigkeit von AlCuMg-Legierungen mit der Korrosionsbeständigkeit und Verformbarkeit von AlMgSi-Legierungen verbinden. Diese Kombination prädestiniert sie für geschmiedete, mechanisch hochbeanspruchte Bauteile. Interessante Eigenschaften weisen auch neue Legierungen wie AlMgLi auf, bei denen das Lithium den Elastizitätsmodul erhöht und das spezifische Gewicht senkt. Andere Elemente können die mechanischen Eigenschaften ebenfalls weiter verbessern. Aus diesen Aspekten ergeben sich gelegentlich auch dann Lösungsansätze zur Nutzung von Aluminium, wenn mit bisherigen Legierungen die Leistungsgrenzen erreicht wurden. In Zusammenarbeit mit den Verarbeitern müssen die Chancen eruiert werden.

Komplexe Systemlösungen gefragt

Nur mit dem speziellen Erfahrungshintergrund der Verarbeiter ist es möglich, Bauteile so auszulegen, dass sie kostenoptimal zu fertigen sind. Dabei ist nicht nur das einzelne Bauteil oder ein einzelner Prozessschritt zu berücksichtigen, sondern auch vor- und nachgelagerte Aktivitäten, die sich auf die life-cycle-coasts auswirken ¿ von der Schnittstellengestaltung, um die Montage zu vereinfachen, bis zum Recycling am Ende des Produkt-Lebenszyklus.

Da setzen immer mehr Kunden gleich auf die Vergabe von Arbeiten rund um das Kernprodukt an einen kompetenten Zulieferer. So liefert die zum ThyssenKrupp-Konzern gehörende Kloth-Senking Metallgießerei für den aktuellen Audi A4 das komplette Fußhebellagerwerk als System. Die aus zehn Einzelteilen, vormontierten elektro-mechanischen Bauteilen sowie aus unterschiedlichen Werkstoffen wie Aluminium, Kunststoffen und Stahl bestehende Baugruppe wird komplett und just in time geliefert. Herzstück des Systems ist der von der Gießerei entwickelte Fußhebellagerbock aus Aluminium-Druckguss. Das Bauteil setzt besondere sicherheitstechnische Standards, weil es im Crashfall vor Fuß- und Beinverletzungen schützt. Es ist so konstruiert, dass er die Pedale im Crashfall freigibt. Hierfür sorgen zwei Sollbruch-Zonen, die stufenweise zerdrückt werden, sobald der Motorblock die Stirnwand deformiert.

Von der Zeichnungserstellung über die Fertigung von Prototypen bis hin zur Funktions- und Dauererprobung der Einzelteile und des Gesamtsystems wurden alle wichtigen Entwicklungsschritte direkt beim Gießer durchgeführt. Auch die Beschaffung der Systemkomponenten sowie die Planung und Umsetzung des Herstell- und Montageprozesses lagen in deren Händen. Außerdem ist der Zulieferer in diesem Fall für die Einhaltung der Zielvorgaben hinsichtlich Kosten, Qualität, Technik und Termintreue verantwortlich.

Alu-Einsatz leicht gemacht

Leichte Sachen sind gar nicht so schwer zu machen ¿ wenn man mit Zulieferern zusammen arbeitet, die bereit sind, eigenes Know-how aus der Fertigung in die Konstruktionsphase ein zu bringen. Entweder unterstützen sie den (künftigen) Kunden mit intensiver Beratung oder übernehmen mehr oder weniger große Anteile von Design und Konstruktion gleich selbst. Nur dann werden die anstehenden Projekte tatsächlich den maximalen Erfolg erzielen.

Michael Stöcker, Meinolf Droege

Links: http://www.leiber.com, http://www.honsel.com