Messtechnische Charakterisierung geschlossenzelliger Aluminiumschaumstrukturen

Abstract

In zahlreichen Baugruppen bis hin zu Gesamtfahrzeugen sind heutzutage zusätzliche Dämpfungselemente verbaut, um bspw. die akustische Güte zu verbessern. Unter diesem Aspekt sind gerade Metallschaumkomponenten prädestiniert, um bei geringer Masse und hoher Steifigkeit zusätzlich die Systemdämpfung zu erhöhen. Entsprechend gibt es bereits erste Anwendungen von Metallschaumkomponenten in Werkzeugmaschinen, wo solche Materialstrukturen sehr werkzeugnah eingesetzt werden. Durch die Infiltration von Phasenwechselmaterial (PCM, hier Paraffin) in diese Schaumstrukturen lassen sich zusätzlich einstellbare thermische Funktionalitäten abbilden, wie beispielsweise die Speicherung überschüssiger Wärmeenergie. Aus diesem Grund, den hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten, Gewichtsvorteilen sowie verbesserten Dämpfungseigenschaften stehen diese PCM-Aluminiumschaummaterialien aktuell im Fokus der Entwicklung von Elektrofahrzeugkomponenten, wie Batteriegehäusen und Unterbodenbauteilen. Für diese Baugruppen gelten besonders hohe Anforderungen hinsichtlich Crashsicherheit und Thermomanagement. Aus diesen beiden Anwendungsfällen lässt sich bereits ableiten, dass es generell wünschenswert wäre, die Eigenschaften des Schaumwerkstoffs anwendungsgerecht einzustellen. Darauf basierend wurden am Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) Aluminiumschaumproben (Al-Schaumproben) unterschiedlicher Dichte, respektive Porosität, hergestellt, die zum einen aus reinem Schaum und zum anderen aus Schaumsandwiches mit metallischen Decklagen sowie Aluminiummassivmaterial (AAS) bestehen. Weiterhin wurden, mit dem Ziel deren modale Eigenschaften zu beeinflussen, Proben mit PCM infiltriert, um zusätzliche Einstellungsmöglichkeiten der Werkstoffparameter aufzuzeigen. Konkret wird in diesem Beitrag auf die modalen Untersuchungen an diesbezüglichen Proben eingegangen. Insbesondere die Messung und die Durchführung stehen im Fokus. Final werden die messtechnisch ermittelten Eigenschaften Ergebnissen erster Modellierungsstrategien gegenübergestellt