Anwendungsbeispiele von Metallschäumen

Metallschäume - speziell Aluminiumschäume - sind ein innovativer Leichtbauwerkstoff. Im Artikel konzentriert man sich besonders auf Anwendungsbeispiele, die zeigen sollen, welche breite Spanne an Einsatzmöglichkeiten den Metallschäumen zusteht

Aluminiumschaum - Herstellung, Eigenschaften und Anwendungen

Aluminiumschaum, ein Werkstoff aus der Gruppe der Zellularen Metallischen Werkstoffe, steht nun mittlerweile seit fast 20 Jahren im Fokus intensiver Entwicklungsarbeit und hat sich als Leichtbauwerkstoff etabliert. Wie alle zellularen Metalle weist Aluminiumschaum eine niedrige Dichte auf. Er besitzt aufgrund seines zellularen Aufbaus hohes Vermögen, Energie zu absorbieren und Strukturschwingungen zu dämpfen. Da der Schaum selbst keine hohe Festigkeit aufweist, wird er für konstruktive Anwendungen meist als Kern in Sandwiches oder Profilen verwendet. Dort wirkt er als schubsteifes Element, der die Decklagen bzw. Profilwände auf den eingestellten Abstand hält und damit die Funktion des Halbzeugs gewährleistet. Aluminiumschaum konnte sich bereits in industriellen Anwendungen durchsetzen. Prototypische wie auch Serienanwendungen existieren im Automobil- und im Werkzeugmaschinenbau. Im Automobilbau konzentrieren sich die Serienanwendungen auf Crashabsorber und Versteifungselemente. Ein hohes Einsatzpotential des Aluminiumschaums im Werkzeugmaschinenbau wird vor allem für bewegte Baugruppen wie Maschinenschlitten gesehen. Diese Baugruppen müssen sehr leicht sein, um eine hohe Bearbeitungsdynamik zu gewährleisten. Für eine sehr gute Bearbeitungsqualität müssen Schwingungen unterbunden bzw. sehr gut gedämpft werden. Beides ist mit Aluminiumschaum möglich. Aber auch in den Bereichen Schienenfahrzeugbau, Schiffbau und Bauwesen existieren eindrucksvolle prototypische Anwendungen für Aluminiumschaum. Natürlich können diese Erfolg versprechenden Beispiele nicht darüber hinwegtäuschen, dass Aluminiumschaum in der Regel Anwendungen vorbehalten sein wird, wo die Eigenschaftskombination „leicht“ und „schwingungsdämpfend“ gefragt ist und mit etablierten Werkstoffen wie Stahl und Aluminium keine zufriedenstellende Lösung erarbeitet werden kann. Der Werkstoff Aluminiumschaum und seine Herstellung sind gut untersucht. Zukünftige Entwicklungsarbeiten müssen darauf ausgerichtet werden, die noch recht hohen Werkstoffkosten zu senken, Fragestellungen zu Verbindungs- und Fügetechniken zu beantworten, aber auch Vorbehalte der Anwender gegenüber dem außergewöhnlichem Werkstoff Aluminiumschaum abzubauen. Gelingt das, ist der Einsatz des Aluminiumschaums in zahlreichen Bereichen denkbar und lohnenswert

Structural Loading of Cellular Metals: Damage Mechanisms and Standardization Concepts

Structural loading of cellular metals is strongly affected by brittle fracture of cell struts and walls that exhibit tensile loads, e.g., during fatigue loading. The present paper summarizes results of compression, tension and cyclic loading experiments on various closed-cell metal foams and metal foam sandwiches (Alulight, Alporas, Foamtech, AFS) using various mechanical testing systems. The results were correlated with a thorough analysis of the cellular mesostructure and the cell strut/wall microstructure by means of scanning electron microscopy revealing defects, such as casting porosity and large Si precipitates in the Al-Si eutectic of aluminum cast alloy. The results of the work served for the definition of testing standards for compression testing (ISO 13314) and tensile testing (DIN 50099), which are outlined in the paper. Such standards and design guidelines are crucial for a successful implementation of cellular metals in innovative products in mechanical, automotive and energy engineering as well as in bioengineering

Extrudierte schäumbare Sandwichverbunde

Für die Fertigung von Sandwiches mit Aluminiumschaumkern und Aluminiumdeckblechen haben sich zwei Verfahren etabliert – das AAS-Verfahren und das AFS-Verfahren. Beide haben ihre Berechtigung, sind jedoch auch mit Nachteilen behaftet. Die Autoren schlagen mit dem „Strangpressen schäumbarer Sandwichverbunde“ einen völlig neuen Lösungsansatz vor

Füllmassen für Maschinenbetten im Vergleich

Im Rahmen eines Forschungsprojektes zu den Dämpfungseigenschaften von Stahlprofilen mit unterschiedlichen Füllstoffen wurden vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik vergleichende Messungen durchgeführt. Das Ziel war es, Unterschiede und Einflussfaktoren auf die Dämpfung herauszuarbeiten. Es zeigte sich das mit speziellem Vergussbeton gefüllte Profile die mit Abstand besten Dämpfungseigenschaften aufweisen

Sandwich manufacturing with foam core and coversheets out of aluminum - a new process without rolling: Presentation held at CellMAT 2016, 4th International Conference on Celluar Materials, Dresden, December 7 to 9, 2016

Sandwiches with aluminum foam core have been established as lightweight construction material during the last years. These semi-finished products are used particularly in the fields of engineering, construction, shipbuilding and commercial vehicle design. Commonly steel cover sheets are used for the sandwich creation because of their high stiffness and the ability to carry heavy loads. In the manufacturing process the two cover sheets are placed and fixed in a foaming mold realizing the desired spacing. A foamable precursor based upon aluminum and a foaming agent is inserted in between these cover sheets followed by a heat treatment up to the melting temperature of the Aluminum base alloy. During the foaming process a metallurgical bonding is created resulting in a rigid sandwich called SAS (steel – aluminum foam – steel).The manufacturing process of sandwiches with aluminum cover sheets with the method described above (SAS) is rather difficult. For the foaming process the required heat has to be introduced from the outside of the cover sheets to melt the internal precursor. Even through a skillful choice of alloys, the melting of the aluminum cover sheets and the foaming of the inserted aluminum precursor usually occurs at the same time. As a result, the desired semi-finished sandwich is not accomplished. That’s why another approach is needed for the sandwich preparation and proved to be feasible. The foamable material is placed in between two aluminum sheets. Afterwards the loose bond is rolled to a single composite with metallic bond. Therefore the heat transfer inside the composite is very good. By choosing alloys of different melting temperature it is possible to foam the inner precursor before the cover sheets start to melt. So the foaming process can successfully be completed. For this technological process the term AFS (Aluminum Foam Sandwich) has been established. One necessary step for the production of these foamable composite is the rolling, a process that is complex and expensive. Therefor alternative production methods needed to be considered as well. The already successfully tested approach of the SAS production was revisited, to manufacture small sandwiches with aluminum cover sheets according to the SAS process

Closed Cell Aluminum Foam Products Infiltrated with Phase Change Material (PCM) Used for Battery Housing Applications of Electric Cars: Presentation held at 10th International Conference on Materials for Advanced Technologies, ICMAT 2019, Singapore, 28th June 2019

Battery systems of electric vehicles have to face high mechanical and thermal specification. In future cars they usually will be placed in the underbody structure. Consequently the battery housing protecting the battery cells has to resist significantly larger loads from below. In the bollard test underbody systems are tested regarding their protection ability. Additionally battery housings mostly have an integrated active cooling system. The cooling energy is drawn from the battery itself reducing the driving range of the electric car. This publication focuses on a material composite consisting out of closed cell aluminum foam products infiltrated with phase change material (PCM) used for battery housing applications of electric cars. PCM can be used for passive cooling reducing the energy consumption or rather increasing the driving range. PCM has the ability to store a high amount of thermal energy, but goes ahead with low thermal conductivity. Literature shows that for passive cooling applications the thermal conductivity is increased by metal fibers, graphite or open cell metal foams. In comparison to previous literature in this publication the manufacturing technology for producing closed cell aluminum foam products infiltrated with PCM is investigated. The goal is the production of materials with increased thermal conductivity of PCM, more precisely paraffin, on the one hand. A further improvement relating to the state of the art is to add an increased mechanical performance to the passive thermal energy storage system. Experimental results of closed cell aluminum foam products infiltrated with PCM are presented and its potential for battery housings applications is evaluated