Leichtbau: Forscher entwickeln Verbundhybridschmieden

Ein neues Schmiedeverfahren für den automobilen Leichtbau entwickelt das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH gemeinsam mit dem Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF) der TU Clausthal. Die Wissenschaftler wollen Stahlbleche und Aluminium-Massivteile bereits während der Umformung stoffschlüssig verbinden – ohne zusätzlichen Fügeschritt. Damit lassen sich belastungsoptimierte Bauteile schnell und effizient herstellen.

Das Verbundhybridschmieden kombiniert erstmals zwei Leichtbauansätze: Zum einen verbindet es Blech- und Massivteile stoffschlüssig miteinander, zum anderen nutzt es verschiedene Werkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften – etwa leichtes Aluminium und festen Stahl.

In einem einzigen Prozessschritt wollen die Wissenschaftler ein Stahlblech und einen massiven Aluminiumbolzen umformen und gleichzeitig fügen. Bisher werden die einzelnen Komponenten erst umgeformt und dann verbunden, etwa mittels Bolzenschweißen. Das Verbundhybridschmieden soll den zusätzlichen Fügeschritt überflüssig machen – und so dazu beitragen, dass sich Leichtbauteile schneller und wirtschaftlicher herstellen lassen.

Verbindung der Werkstoffe herausfordernd

Auf dem Weg zum neuen Leichtbauverfahren stehen das IPH und das ISAF vor zwei Herausforderungen. Zum einen hat Aluminium einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt als Stahl – das erschwert die gemeinsame Umformung. Zum anderen entstehen spröde intermetallische Phasen, wenn sich Stahl und Aluminium vermischen. Eine solche stoffschlüssige Verbindung ist nicht belastbar und damit ungeeignet für den Automobilbau. Die Forscher nutzen deshalb ein verzinktes Stahlblech und einen Aluminiumbolzen mit Zinkbeschichtung: Zink lässt sich sowohl mit Aluminium als auch mit Stahl stoffschlüssig verbinden, ohne dass spröde Phasen entstehen.

Im Forschungsprojekt „Verbundhybridschmieden“ untersuchen die Wissenschaftler, unter welchen Bedingungen das Verfahren gelingt – also bei welcher Temperatur, welchem Druck und welcher Geschwindigkeit die beiden Komponenten umgeformt und gefügt werden sollten. Für welche Blechdicken und Bolzenformen sich das Verfahren eignet, ermitteln die Wissenschaftler ebenfalls. Zudem erforschen sie, welchen Belastungen die Fügezone standhält und inwieweit sich das Hybridbauteil nach dem Fügen weiterverarbeiten lässt.

Mittels Verbundhybridschmieden könnten in Zukunft Bauteile für die Automobil- und Luftfahrtbranche hergestellt werden, beispielsweise Längsträger, Aufnahmen für Heckleuchten oder Ösen zur Frachtsicherung.

Quelle: IPH  Artikelfoto: Aluminiumbolzen trifft Stahlblech (Foto: IPH)