Gerührt, nicht geschüttelt

Ein neues Verfahren verbindet Bleche aus Aluminium und Stahl zu hochfesten Hybridteilen.

Die Materialprüfungsanstalt der Universität Stuttgart hat auf Basis des Rührreibschweißens ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Aluminium- und Stahlbleche hochfest miteinander verschweißen lassen. Die Bleche können dabei auch unterschiedlich dick sein. Die Naht ist so stabil, dass sich die Hybridplatinen sogar Tiefziehen lassen. So können leichte und belastbare Bauteile entstehen, die etwa im Automobilbereich zum Einsatz kommen.

Auf einen Blick:

• Hochfeste Verbindungen zwischen Stahl und Alu
• die hybriden Blechplatinen lassen sich Tiefziehen
• Anwendungsfelder: Karosseriebau → 10 Prozent niedrigeres Karosseriegewicht (weniger Kraftstoffverbrauch/ Emissionen) oder Poolverbinder für die E-Mobilität → günstigeres Aluminium anstelle von Kupfer einsetzen

„Beim Rührreibverschweißen von Aluminium mit Stahl ist es wie beim Backen eines Marmorkuchens – der helle und der dunkle Teig sollen zwar eine Verbindung miteinander eingehen, dürfen aber nicht soweit miteinander vermischt werden, dass nur noch brauner, gemischter Teig entsteht. Der gemischte Teig aus dem Kuchenbild entspricht bei Aluminium-Stahlverbindungen sogenannten intermetallischen Phasen, die spröde sind“, erklärt Martin Werz von der Materialprüfungsanstalt (MPA) der Universität Stuttgart. Rührreibschweißen ist ein besonderer Schweißprozess, bei dem ein rotierendes Werkzeug (Rühren) längs des zu fügenden Spalts mit viel Kraft (Reiben) entlangfährt und so die Blechplatinen miteinander verbindet.

Die Stuttgarter Wissenschaftler haben eine Verfahrensabwandlung und neue Werkzeuge für das Rührreibschweißen entwickelt, mit dem sich Aluminium- und Stahlbleche unterschiedlicher Dicke miteinander hochfest verschweißen kombinieren. Beim „normalen“ Lichtbogenschweißen von Stahl und Aluminium kommen sonst laut Werz brüchige intermetallische Verbindungen zustande. „Beim Rührreibschweißen entstehen hingegen hochfeste und stabile Hybridplatinen“, sagt Werz. Man nennt diese auch „hybrid Tailor Welded Blanks“. Das besondere am Verfahren der MPA: „Wir können die Bleche gleichzeitig Stumpf- und Überlapp verschweißen und so eine größere Querschnittsfläche erzielen, die wiederum eine höhere Festigkeit und folglich auch eine höhere Umformbarkeit gewährleistet“, erklärt Werz.

„Nach aktuellen Schätzungen ist davon auszugehen, dass durch die Anwendung entsprechender Hybridplatinen im Automobilbau das Gewicht der Rohbaukarosserien bei Beibehaltung der Sicherheit um circa zehn Prozent gesenkt werden kann“, sagt Werz. „Betrachtet man die gesamte Lebensdauer und Fahrleistung eines Pkw, reduziert das niedrigere Gewicht den Treibstoffverbrauch und die Emissionen“, erklärt Dr. Wolfgang Seeliger, Geschäftsführer der Leichtbau BW GmbH.