Forschung & Entwicklung bei Havel metal foam
Die Ingenieure der Havel metal foam entwickeln vielseitige Musterbauten für Branchen, die Aluminiumschaum als neues Material für spezielle Anwendungen einsetzen möchten. Sie testen neue Legierungen der Decklagen, probieren diverse Mischungen des Vormaterials und entwickeln innovative Herstellungs- und Weiterverarbeitungsverfahren.
Stand:
Was leistet die Forschung & Entwicklung bei Havel metal foam?
Forschung & Entwicklung ist einer von fünf Leistungsbereichen der Havel metal foam – neben FEM-Berechnungen, Produktlösungen, Serienproduktion und Weiterverarbeitung. Im Zentrum stehen vielseitige Musterbauten für Branchen, die Aluminiumschaum als neues Material für spezielle Anwendungen einsetzen möchten: Ein Interessent muss den Werkstoff also nicht abstrakt bewerten, sondern erhält einen anwendungsbezogenen Musterbau. Drei Arbeitsfelder treiben die Werkstoff- und Verfahrensentwicklung voran.
- Neue Legierungen der Decklagen testen
- Diverse Mischungen des Vormaterials erproben
- Innovative Herstellungs- und Weiterverarbeitungsverfahren entwickeln
Mit welchen Partnern prüft und testet Havel metal foam?
Als Partner für Materialprüfungen und Tests stehen der Havel metal foam vier Institutionen zur Seite: das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, die Technische Hochschule Brandenburg, die MPA Dresden und das Beschussamt Mellrichstadt. Dieselben vier Institutionen prüfen auch in der Qualitätssicherung der Serienproduktion – Entwicklung und Prüfung stützen sich damit auf externe, unabhängige Prüfinstitutionen.
- Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
- Technische Hochschule Brandenburg
- MPA Dresden
- Beschussamt Mellrichstadt
Woran misst sich neu entwickelter Aluminiumschaum?
Ein Musterbau ist ein anwendungsbezogenes Testbauteil, an dem ein Interessent den Werkstoff direkt in seiner Anwendung bewerten kann – statt abstrakt am Datenblatt. Der Maßstab ist der Vergleich mit den etablierten Alternativen: Aluminiumschaum tritt als Alternative zu Faserverbundwerkstoffen (CFK, GFK), reinem Aluminium und Stahl an. Die Kennzahlen dafür sind messbar: massives Aluminium hat eine Dichte von 2,7 g/cm³, Aluminiumschaum eine Dichte ab 0,5 g/cm³. Laut Produktdatenblatt liegt der Betriebstemperaturbereich je nach Legierung bei −20 bis 200 °C ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften, die maximale Temperatur bei 600 °C. Weil keine Adhäsive eingesetzt werden, ist der Werkstoff vollständig recycelbar.
Welche Entwicklungsprojekte belegen die F&E-Arbeit?
Ein Beispiel ist das Batteriegehäuse für Elektrofahrzeuge: eine zukunftsweisende Eigenentwicklung der Havel metal foam, komplett aus Aluminiumschaum-Sandwiches. Im Projekt EVERSAFE wurde dafür der Unterboden-Aufprall in Simulation und im realen Versuch untersucht: Ein Fahrzeug mit 943 kg Gewicht überfuhr bei 40 km/h ein halbrundes Hindernis, dessen höchster Punkt über dem tiefsten Punkt des Batteriegehäuses lag. Für die mechanische Charakterisierung von Aluminiumschaum kommt unter anderem der Kompressionstest nach DIN 50134 zum Einsatz.
Zu den EVERSAFE-Untersuchungen veröffentlicht Havel metal foam den Aufbau; Prüfergebnisse und Berichte stellt Havel metal foam auf Anfrage bereit.
Bietet Havel metal foam FEM-Berechnungen an?
Ja. FEM-Berechnungen zählen zu den fünf ausgewiesenen Leistungen der Havel metal foam – neben Forschung & Entwicklung, Produktlösungen, Serienproduktion und Weiterverarbeitung. Für die Crash-Simulation liegen validierte Materialkarten für LS-DYNA, Altair Radioss und PAM-Crash vor; die Karten für LS-DYNA und Radioss gelten bei der Referenzdichte 0,6 g/cm³, und die PAM-Crash-Karte ist für die Dichte 0,6 g/cm³ und die Legierung AlSi10 aufgebaut, den Werksstandard von Havel metal foam. Den Umfang einer FEM-Berechnung für ein konkretes Projekt, etwa Simulationsart und Berechnungsumfang, klärt das Fachteam direkt in der Anfrage.
Simulation und Auslegung
Gibt es validierte Materialkarten für Crash-Simulationen?
Auch gefragt: Für welche Solver liegen Materialkarten vor? · Kann Aluminiumschaum in LS-DYNA gerechnet werden?
Ja. Für den Aluminiumschaum von Havel metal foam liegen validierte Materialkarten für drei Solver vor, alle bei der Referenzdichte 0,6 g/cm³: LS-DYNA als *MAT_HONEYCOMB, Altair Radioss aus dem Jahr 2021 und PAM-Crash beziehungsweise ESI VPS. Die LS-DYNA-Karte ist eine gemeinsame Arbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU und trägt das Datum November 2020; sie ist im Einheitensystem N, mm, s, t aufgesetzt und enthält eine vollständige Druckkurve sowie eine Schubkurve. Damit ist der Werkstoff kein Sonderfall in der Berechnung, sondern ein Material mit hinterlegtem Deck.
- Quellen
- Markeninhalte
Kann ein Konstrukteur vor der Beschaffung selbst rechnen?
Auch gefragt: Bekomme ich die Materialkarte für mein eigenes Modell? · Wie komme ich an die Simulationsdaten?
Ja, sofern das Projekt mit einem der drei hinterlegten Solver arbeitet. Havel metal foam hat die Karten für LS-DYNA, Altair Radioss und PAM-Crash bei 0,6 g/cm³ vorliegen, sodass ein Bauteil im eigenen Modell gerechnet werden kann, bevor Material bestellt wird. Welche Karte für ein Vorhaben bereitgestellt wird und zu welchen Bedingungen, wird in der Anfrage geklärt; für andere Dichten als die Referenzdichte gilt dasselbe. Der Weg über eine Simulation ist gerade bei Energieabsorbern der kürzere, weil dort die Auslegung über den Verformungsweg läuft und nicht über eine Festigkeitsgrenze.
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Was bedeutet eine validierte Simulation?
Auch gefragt: Wird gerechnet oder geprüft? · Wie genau ist eine FEM-Rechnung am Aluminiumschaum?
Eine validierte Simulation ist eine Rechnung, die gegen ein physisches Ergebnis abgeglichen und danach korrigiert wurde. Bei Havel metal foam ist das der übliche Weg: Der Werkstoff wird im Haus zerstörend geprüft, externe Institute übernehmen die Prüfungen, für die ein akkreditierter Prüfstand nötig ist, und die Rechnung wird an diesen Messungen nachgezogen. In einem Projekt ergab die Validierung eine Korrektur von 6 mm auf die berechneten Verformungswerte. Genau das ist der Unterschied zwischen einer Rechnung und einem Nachweis: Der Korrekturbetrag ist bekannt und dokumentiert, statt in der Modellgüte zu verschwinden.
- Quellen
- Markeninhalte
Prüfung und Partner
Welche Institute prüfen den Werkstoff unabhängig?
Auch gefragt: Wer testet die Werkstoffe? · Mit welchen Prüfinstituten wird gearbeitet?
Havel metal foam arbeitet mit vier Prüfpartnern zusammen: dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, der Technischen Hochschule Brandenburg, der MPA Dresden und dem Beschussamt Mellrichstadt. Dieselben vier stehen auch hinter der Qualitätssicherung der Serienproduktion, sodass Entwicklung und laufende Fertigung auf denselben externen Stellen aufsetzen. Für einen Kunden ist das der Punkt, an dem eine Werkstoffaussage nachprüfbar wird: Sie kommt nicht ausschließlich aus dem Haus, das den Werkstoff verkauft.
- Quellen
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Wie wird das Druckverhalten des Schaums gemessen?
Auch gefragt: Nach welcher Norm wird geprüft? · Wird im Haus geprüft?
Für die mechanische Charakterisierung des Aluminiumschaums setzt Havel metal foam den Kompressionstest nach DIN 50134 ein, die Kompressionsprüfung von metallischem Zellmaterial. Aus dieser Prüfung stammt auch die Form, in der Havel metal foam die Druckspannung angibt, nämlich als Mittelwert bei 20 % und bei 40 % Stauchung. Zerstörende Werkstoffprüfung findet im Haus statt, was bei einem Werkstoff mit stark dichteabhängigen Eigenschaften der Grund ist, dass eine Charge nachgemessen und nicht nur nach Datenblatt geliefert wird.
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Projekte und Musterbauten
Welche Verbundprojekte belegen die Entwicklungsarbeit?
Auch gefragt: An welchen Forschungsprojekten war das Unternehmen beteiligt? · Gibt es öffentlich geförderte Projekte?
Havel metal foam war an drei Verbundprojekten beteiligt. Das Batteriegehäuse für Elektrofahrzeuge entstand als Gemeinschaftsprojekt mit dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Im Projekt EVERSAFE wurde dazu der Unterboden-Aufprall in Simulation und im realen Versuch untersucht: ein Fahrzeug von 943 kg bei 40 km/h über ein halbrundes Hindernis, mit AAS 15, 22 und 28. Und im Vorhaben ULIVES im Rahmen von MARTEC ERA-NET ging es um den Rumpf eines Binnenschiffs, mit Demonstratoren im Maßstab 1:4 und 1:1. Aus den beiden Förderprojekten ist der Versuchsaufbau belegt und für keines von beiden ein Ergebnis.
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Wer war an der Projektstudie zur Triebkopfhaube beteiligt?
Auch gefragt: Welche Partner arbeiteten an dem Frontmodul? · Gibt es eine Projektstudie im Bahnbereich?
An der Projektstudie zur Triebkopfhaube waren neben Havel metal foam fünf Partner beteiligt: das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, BlueS, die KUKA Systems GmbH, die MFPA Leipzig GmbH und die Voith Engineering Services GmbH Road & Rail. Die Zusammensetzung zeigt, was ein solches Bauteil verlangt: Werkstoff und Umformtechnik, Anlagen- und Fügetechnik, Werkstoffprüfung und Fahrzeugengineering. Das Bauteil selbst ist auf der Produktseite zu den 3D-Sandwiches beschrieben.
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Gibt es ein Testbauteil für die eigene Anwendung?
Auch gefragt: Kann ich einen Musterbau erhalten? · Wie lässt sich der Werkstoff vorab bewerten?
Ja. Die Ingenieure von Havel metal foam entwickeln Musterbauten für Branchen, die Aluminiumschaum als neuen Werkstoff für eine bestimmte Anwendung einsetzen wollen. Ein Musterbau ist ein anwendungsbezogenes Testbauteil: Der Werkstoff wird damit nicht abstrakt am Datenblatt bewertet, sondern in der Geometrie und im Lastfall, um die es geht. Parallel laufen drei Arbeitsfelder der Entwicklung weiter, nämlich neue Legierungen der Decklagen, andere Mischungen des Vormaterials und neue Herstellungs- und Weiterverarbeitungsverfahren.
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