Leichtbauwerkstoff kriecht in Form
Vakuum ermöglicht neues Verfahren für Flugzeugteile
Mit einer neuen Aluminium-Legierung kann man in der Luftfahrt viel Gewicht einsparen. Beim Kriechformen wird das Material vom Atmosphärendruck in Form gebracht. Vakuumpumpen von Busch sorgen für das nötige Vakuum.
„Kriechen“ bezeichnet in der Technik eine langsame Verformung, die unter Druck oder Belastung in einem Material ausgelöst wird. Wenn zum Beispiel Metall „kriecht“, wechseln nach und nach Moleküle ihren Platz im Materialgefüge, und die Kristallstrukturen verändern sich dauerhaft. Aus der langsamen Verformung können erhebliche Schäden entstehen.
Gewicht, Treibstoff und CO2 sparen
Beim Kriechformen wird diese strukturelle Veränderung jedoch gezielt herbeigeführt. Die Methode wurde erst kürzlich speziell für die Luft- und Raumfahrtindustrie entwickelt und steht vor dem industriellen Einsatz. Sie ist unter anderem für die metallische Verbindung aus Aluminium, Magnesium und Scandium, oder kurz AA5024, geeignet.
Diese Legierung besitzt eine ähnliche Festigkeit wie herkömmliche Aluminium-Werkstoffe, ist aber um etwa fünf Prozent leichter. Die scheinbar kleine Gewichtseinsparung bringt in der Luftfahrt deutlich geringere Treibstoffkosten und weniger CO2-Ausstoß mit sich. Für die Umformung benötigt AA5024 Vakuum: Das Blech wird auf die Form gelegt und an seinen Rändern luftdicht befestigt. Während man es von außen mit Heizmatten erwärmt, wird der Raum zwischen Form und Werkstück mit einer Vakuumpumpe evakuiert. Gewöhnungseffekt
Während der atmosphärische Druck auf das Blech einwirkt, „kriecht“ das Metall nach einer gewissen Zeit in die Form und „gewöhnt“ sich an die neue Kontur. Die Methode ist für viele Aluminiumlegierungen geeignet und eröffnet neue Möglichkeiten der Formgebung, insbesondere für die Herstellung gewölbter Strukturen für die Luft- und Raumfahrt. Sie ist nicht nur kostengünstiger als andere Verfahren, sondern hinterlässt auch weniger Spannungen im Material als Pressen und Walzen. Kriechformanlagen sind viel kleiner als die „Streckbänke“, die im Flugzeugbau häufig verwendet werden. Zudem benötigt das Verfahren weniger Energie, erzeugt weniger Abfall und liefert präzisere Ergebnisse. Selbst bereits geschweißte Formteile können damit umgeformt werden, ohne dass die Schweißnähte leiden. Busch bietet hocheffiziente Vakuumpumpen an, um das beim Kriechformen benötigte Vakuum bereitzustellen.
Warum wird (fast) immer Aluminium in der Luftfahrt verwendet?
Aluminium ist in der Erdkruste das am häufigsten vorkommende Metall. Es lässt sich mit fast allen metallischen und mit vielen nichtmetallischen Elementen zu einer Legierung verbinden. Manche Aluminiumlegierungen sind ähnlich fest wie Stahl, bei nur einem Drittel von dessen Dichte und entsprechend geringerem Gewicht. Dass Aluminium sowohl leicht und fest als auch umfassend verfügbar ist, macht es zu einem perfekten Werkstoff für die Flugzeugproduktion.
Zudem können mit Aluminium viele unterschiedliche Legierungen für verschiedenste Aufgaben hergestellt werden. Je nach Zusatz verändern sich die Eigenschaften zum Teil beträchtlich. Magnesium etwa macht das Leichtmetall korrosionsbeständiger und steigert die Festigkeit. Titan lässt in Verbindung mit Bor das Korngefüge des Materials feiner werden. Das zu den seltenen Erden zählende Leichtmetall Scandium verhilft Aluminium zu einer höheren Streckgrenze. Damit bietet diese Legierung einen höheren Widerstand gegen Zugbelastung. Die optimale Legierung kann also jeweils passend zu den diversen Anforderungen an die verschiedenen Bauteile des Flugzeugs gewählt werden.
