Ultraleichtbau ist in aller Munde. Eine der Ideen, mit innovativen Materialien Gewicht einzusparen, ist ein zu zellularer Struktur aufgeschäumter Aluminiumwerkstoff. Die Vorbilder stammen aus der Natur ebenso wie aus der Nahrungsmittelindustrie. Aufgeschäumte Schokolade – ein Renner bei diätgeplagten Liebhabern süßen Naschwerks, Knochen, Holz und Korallen haben eines gemeinsam: Offene und/oder geschlossene Poren machen einen Gutteil des Volumens aus, geben – je nach Anordnung – Festigkeit und sorgen vor allem dafür, daß sich das Gewicht in Grenzen hält.
Schaumaluminium, das etwa unter dem Handelsnamen Alulight von der Mepura Metallpulvergesellschaft mbH in Braunau, Österreich, angeboten wird, ist ein hochporöser metallischer Werkstoff. Mehr als zwei Drittel seines Volumens sind Poren unterschiedlicher Größe. Dadurch läßt sich die Dichte der Aluminiumschäume auf bis zu 10% der Dichte von Massivmaterialien, mit nur geringen Einbußen hinsichtlich Festigkeit und Steifigkeit, reduzieren.
Am Fraunhofer-lnstitut für angewandte Materialforschung (IFAM) und bei Mepura wurde die Entwicklung eines pulver-metallurgischen Verfahrens vorangetrieben, bei dem handelsübliches Aluminiumpulver in einem ersten Schritt mit einem ebenfalls pulverförmigen Treibmittel vermischt wird. Anschließend wird die Pulvermischung zu einem festen, wenig porösen Vormaterial verdichtet. Dieses Halbzeug kann durch konventionelle Verfahren wie Walzen, Schmieden oder Strangpressen zu Blechen, Stäben oder auch (Hohl-) Profilen weiterverarbeitet werden. Durch abschließendes Erwärmen auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes spaltet das Treibmittel Gasbläschen ab. Diese durchsetzen das Metall, das dabei die gewünschte Porenstruktur erhält.
Aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften bietet sich das geschäumte Aluminium für vielerlei Einsatzmöglichkeiten an. So überraschte der Osnabrücker Autobauer Karmann bereits im Januar 1997 auf der Detroit Auto Show mit der Konzeptstudie eines Geländewagens, der unter seiner Kohlefaserhaut aus Sandwichstrukturen aus Aluminiumschaum besteht. Bei einem konsequenten Einsatz des Materials, so haben Karmann-Ingenieure errechnet, könnten pro Fahrzeug mehrere hundert Kilogramm Gewicht eingespart werden. Ohne Einbußen an die Sicherheit, versteht sich. Im Gegenteil: Für die Verwendung des Aluminiumschaums, beispielsweise in der Bodenplatte, den Spritzwänden oder allen Bauteilen, die die Steifigkeit erhöhen sollen, sprechen vor allem auch die guten Crasheigenschaften und das geringe spezifische Gewicht des Werkstoffes.
Andere Ansätze beschäftigen sich mit dem Einsatz von Aluminiumschaum als Energieabsorber. Konkret geht es dabei um die Einbindung von Elementen aus Aluminiumschaum in die Karosseriestruktur eines Fahrzeugs, um im Falle einer Kollision das Deformationsverhalten zu optimieren. Die Forscher vom IFAM bescheinigen der Schaumtechnologie dazu ein erhebliches Potential. So sei es zum Beispiel möglich, Integralschäume oder Verbünde aus Aluminiumschaum mit konventionellen Werkstoffen einzusetzen und so das an sich gute Energieabsorptionsvermögen des Aluminiumschaums weiter zu verbessern. Dies treffe nicht nur für den Frontalaufprall, sondern auch für den Seitenaufprallschutz zu.
Für Frank Venier, Verkehrsreferent bei der Aluminium-Zentrale e.V., Düsseldorf, hängt die weitere Marktentwicklung des jungen Aluminiumwerkstoffes Schaum von verschiedenen Einflußgrößen ab: „Die reine Darstellung der Machbarkeit verhilft dem Aluminiumschaum nicht zur Marktdurchdringung. Deshalb müssen nun großserientaugliche Verbindungstechniken wie Schweißen, Nieten und Kleben für den Werkstoff entwickelt werden. Ebenso müssen Korrosionsschutz- und Reparaturkonzepte angeboten werden.“ All diese Randbedingungen müßten sich letztendlich im engen Kostenkorsett der Automobilfertigung umsetzen lassen. (zer)
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