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28.09.2016 | Umformen | Im Fokus | Onlineartikel

Materialverbund besteht Umformstress

Autor:
Dieter Beste

Forschern ist die Umformung von Hybridrohren aus Aluminium und Stahl gelungen, ohne dass die Fügezone zu Schaden kam. Gut Aussichten für den Leichtbau.

Mit der Innenhochdruckumformung von Hybridrohren – sogenannten Tailored Hybrid Tubes – haben Forscher des Instituts für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gemeinsam mit Wissenschaftlern des Laser Zentrums Hannover (LZH) zwei Leichtbau-Ansätze verbinden können: 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 schwerem, aber festem Stahl werden dann nur jene Abschnitte gefertigt, die hohen Belastungen ausgesetzt sind – der Rest des Bauteils kann aus dem leichten Aluminium bestehen.

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. Stahl und Aluminium haben die Forscher in Hannover deshalb 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.

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Auf diese Weise haben die Forscher nun Tailored Hybrid Tubes herstellen können, die sich im Innenhochdruckverfahren umformen lassen. Beim Weiten durch Innenhochdruck handelt es sich um einen Vorgang, "bei dem das Werkstück/Hohlprofil unter alleiniger Wirkung des Innendrucks mit dominierender Streckziehbeanspruchung in das Hohlformwerkzeug eingeformt wird." (Handbuch Umformtechnik, Seite 284). Bei Ihren Versuchen haben die Wissenschaftler in Hannover Hybridrohre in eine Form eingelegt und mit Wasser gefüllt. Wird dann der Druck erhöht, schmiegt sich bei diesem Verfahren das Rohr langsam an die Form an – so lässt sich fast jede beliebige Geometrie erzeugen. Auf der Messe EuroBLECH vom 25. bis 29. Oktober in Hannover wollen die Forscher ihre Ergebnisse der Öffentlichkeit vorstellen. 

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