Forscher formen Hybridrohre aus Aluminium und Stahl

Stahl und Aluminium lassen sich gemeinsam umformen, dies haben Forscher aus Hannover gezeigt. Mittels Laserlöten haben sie Rohre aus verschiedenen Werkstoffen gefügt und diese mit Innenhochdruck umgeformt, ohne dass die Verbindung gebrochen ist. Mit dieser Technologie lassen sich in Zukunft besonders leichte Bauteile für Fahrzeugkarosserien herstellen. Auf der EuroBLECH (Halle 11, Stand B07) stellen die Wissenschaftler ihre Ergebnisse erstmals einer breiten Öffentlichkeit vor.

Mit der Innenhochdruckumformung von Hybridrohren – sogenannten Tailored Hybrid Tubes – haben die Forscher erstmals zwei Leichtbau-Ansätze verbunden: Zum einen die Gewichtseinsparung durch die Geometrie der Bauteile, zum anderen durch das Material. Rohre sind generell gut für den Leichtbau geeignet, weil sie im Verhältnis zu ihrem Gewicht äußerst steif und stabil sind. Fertigt man sie zudem noch aus einer Kombination von Stahl und Aluminium, lässt sich weiteres Gewicht einsparen. Aus festem Stahl werden dann jene Abschnitte gefertigt, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, der Rest des Bauteils besteht aus leichtem Aluminium.

Schweißen ist keine Option

Die Herstellung solcher Hybridbauteile ist jedoch eine Herausforderung, weil sich Stahl wesentlich schwerer umformen lässt als Aluminium. Zudem müssen die Rohrabschnitte vor dem Umformen so miteinander verbunden werden, dass die Fügezone später nicht reißt. Schweißen scheidet aus: Hier würde sich eine spröde Naht bilden, die sich nicht umformen lässt.

Forscher des Instituts für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH und des Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) konnten diese Probleme nun lösen und Tailored Hybrid Tubes schaffen, die sich im Innenhochdruckverfahren umformen lassen. Stahl und Aluminium haben sie mittels Laserlöten verbunden. Das Aluminium-Silizium-Lot wird mit dem Laserstrahl lokal erwärmt und aufgeschmolzen. Weil dabei der Wärmeeintrag sehr gering ist, entstehen keine spröden Bestandteile, die die mechanischen Eigenschaften der Naht während des Umformens beeinträchtigen.

Die gelötete Fügezone hält einem Druck von bis zu 900 bar stand, ohne zu reißen. 900 bar sind in der Innenhochdruckumformung mehr als ausreichend, um sowohl Aluminium als auch Stahl zu verformen. Um eine möglichst gleichförmige Umformung zu erreichen, haben die Forscher mit verschiedenen Werkstoffgüten experimentiert. Ihr Ergebnis: Am besten funktioniert die Umformung, wenn der Stahl (E235+C) mit einer höherfesten Aluminiumlegierung (EN AW-6082) kombiniert wird.

Quelle: IPH  Bildtext: Dieses Rohr besteht zur Hälfte aus Aluminium und zur Hälfte aus Stahl. (Foto: IPH)