»fusionCASTING« - Gießtechnische Verbindung von Druckguss mit Aluminium-Blechen und -profilen für große Karosseriestrukturen

Im modernen Karosseriebau spielen neben der Gewichtsreduktion vor allem die Auswahl der Materialsubstitute, deren Recyclingfähigkeit sowie die eingesetzten Prozesse zur Minimierung der Umweltwirkungen eine zentrale Rolle. Aluminium (Al) hat sich aufgrund seiner geringen Dichte, hohen spezifischen Festigkeit und hohen Korrosionsbeständigkeit derzeit als der wichtigste Karosseriewerkstoff etabliert. Es wird sowohl in Form von Gieß- als auch von Knetlegierungen eingesetzt. 

Die Herausforderungen im Karosseriebau: nachhaltig, kostengünstig und sicher

Seit der Einführung des GIGA-Castings von Aluminium im Sommer 2020 werden bisherige Denk- und Produktionsweisen im Karosseriebau weltweit infrage gestellt. Hohe Investitionskosten und eine fehlende Zuliefererstruktur hindern europäische Automobilhersteller daran, diesen Ansatz zu übernehmen. Darüber hinaus lassen sich Fahrzeugstrukturen, die vollständig aus Gusslegierungen bestehen, nicht mit der gleichen Crash-Performance herstellen wie Strukturen in konventioneller Blechbauweise mit Profilen aus Knetlegierungen. Daher rücken alternative Technologierouten zur Herstellung großformatiger Druckgussteile derzeit in den Fokus der Automobilindustrie. Die Al-Al-Verbundbildung stellt jedoch aufgrund der natürlichen Oxidschicht des Aluminiums eine technische Herausforderung dar.

Die Lösung: neue Fertigungstechnologie fusionCASTING für großformatige Aluminium-Karosseriestrukturen

Um eine wirtschaftliche und leistungsfähige Lösung für den Karosseriebau zu entwickeln, arbeiten das Fraunhofer IST und das Fraunhofer IFAM an einer neuartigen Fertigungstechnologie, dem sogenannten fusionCASTING, das das gießtechnische Verbinden von klassischen Druckgussstrukturen mit einer Blech- und -Profilbauweise ermöglichen soll. Aluminiumbleche und -profile kommen in crashrelevanten oder großflächigen Bereichen zum Einsatz, da sie eine hohe Duktilität, gute Crash-Performance und hohe Materialqualität bei gleichzeitig geringer Wanddicke bieten. Aluminium-Druckguss wird hingegen dort eingesetzt, wo komplexe Geometrien oder verrippte Strukturen Vorteile bieten. Um einen stoffschlüssigen Verbund zu erreichen, werden neuartige Oxidationsschutzschichten für die Blechoberfläche entwickelt.

Die Vorteile von fusionCASTING für den Karosseriebau

Mit fusionCASTING soll es möglich werden, konventionelle große Druckgießanlagen mit einer Schließkraft von etwa 4.400 t zur Herstellung großer, einteiliger Karosseriestrukturen aus Aluminium wie Hinterwagen oder Batteriekasten zu nutzen. Dadurch können kostenintensive Investitionen in neue Giga-Press-Gießanlagen vermieden werden . Gleichzeitig werden die Zykluszeiten deutlich verkürzt, die Materialqualität sichergestellt und das Risiko von Gussfehlern reduziert. Darüber hinaus bleibt die Crash-Eignung sowie die Reparaturfähigkeit der Gesamtstruktur erhalten. Insgesamt soll das Projekt damit einen Beitrag zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit des deutschen Automobilbaus leisten.

Das Projekt: FutureCarProduction

Im Leitprojekt FutureCarProduction wird fusionCASTING als potenzielle Fraunhofer-Technologie untersucht. Der Ansatz weist ein hohes Nachhaltigkeitspotenzial auf, unter anderem durch den Einsatz von Sekundärmaterial für großformatige Gussteile, durch ein optimiertes Reparaturkonzept sowie durch eine insgesamt schlankere Karosserieproduktion. Experimentell erzeugte Daten zu den eingesetzten Materialien und zum Energiebedarf der Vorbehandlungs- und Druckgussprozesse dienen als Inputgrößen zur Evaluierung der im Leitprojekt entwickelten Bewertungsmethodik.

Fördergeber: Fraunhofer-Gesellschaft (Fraunhofer-Leitprojekt)