Formgebung durch den Strang

Aluminium gilt als hervorragender Konstruktionswerkstoff mit guten Umformeigenschaften, die sich in Strangpressprofilen wieder finden. Aluminium ist ein vielseitiger Werkstoff mit sehr guten...

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Aluminium gilt als hervorragender Konstruktionswerkstoff mit guten Umformeigenschaften, die sich in Strangpressprofilen wieder findenAluminium ist ein vielseitiger Werkstoff mit sehr guten technischen Eigenschaften wie geringem Gewicht, guter Rezyklierfähigkeit, hoher Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Für konstruktive Anwendungen ist Aluminium vor allem deswegen geeignet, weil es sich ausgezeichnet im stranggepressten Zustand be- und verarbeiten lässt. Strangpressprofile weisen außer den werkstoffeigenen Eigenschaften spezifische Vorzüge auf, die technisch und wirtschaftlich überlegene Lösungen ermöglichen.Ein wesentlicher Grund für die weite Verbreitung von Strangpress-teilen aus Aluminium liegt in der fast unbegrenzten Freiheit der Profilgestaltung. Sie erlaubt es, anwendungsoptimierte und trotz höherer Werkstoffkosten preiswertere Bauteile herzustellen als mit anderen Werkstoffen. Eine belastungsabhängige Querschnittsausbildung beispielsweise ermöglicht ein niedriges Gewicht bei gleichzeitig hoher Stabilität. Zudem lassen sich in Strangpressprofilen unterschiedlichste Zusatzfunktionen integrieren. Die zum Strangpressen verwendeten Knetlegierungen entstehen durch das Legieren von Aluminium mit bis zu fünf Gewichtsprozenten Mangan (Mn), Silizium (Si), Zink (Zn), Magnesium (Mg) und Kupfer (Cu). Dabei unterscheidet man zwei Grundarten: die nicht aushärtbaren und die aushärtbaren Legierungen. Nicht aushärtbaren Legierungen erzielen ihre Festigkeit hauptsächlich aus der Mischkristallhärtung und der Verformungsverfestigung. Bei aushärtbaren Legierungen lässt sich die Festigkeit durch Kaltverformung steigern. Dabei übt allerdings die Ausscheidungshärtung den größeren Einfluss aus.Aluminiumlegierungen decken mit ihren Aushärtestufen eine große Bandbreite der erzielbaren Festigkeiten ab. Hochfeste Legierungen erreichen die Werte von Baustählen. Geringer ist jedoch die Wechselfestigkeit bei schwingender Beanspruchung. Diese und andere Eigenschaften wie das Verhalten gegen Risswachstum im Bauteil erfordern eine genaue Abstimmung des Werkstoffs auf den einzelnen Anwendungsfall.Zur Anwendung kommen leicht pressfähige WerkstoffeLegierungen für Strangpressprofile lassen sich in zunehmend schwerer pressbare Klassen aufteilen. Überwiegend werden die leichter pressfähigen Werkstoffe verwendet. Mit steigender Festigkeit erhöht sich der Umformwiderstand und damit auch die strangpresstechnisch erforderliche Mindestwanddicke, während die mögliche Profilkomplexität abnimmt. Weil auch die Presskosten mit zunehmender Festigkeit steigen, sollte bei jeder Anwendung genau geprüft werden, ob tatsächlich ein Werkstoff mit hoher Festigkeit erforderlich ist.Die meist verwendeten Werkstoffe sind AlMgSi0,5 und verwandte Legierungen, die nach den neuen EN-Normen mit 6060, 6063, 6005A und 6082 bezeichnet sind und die bei mittleren Festigkeitswerten eine hervorragende Verpressbarkeit aufweisen. Sie erlauben hohe Pressgeschwindigkeiten und insbesondere im niedrig legierten Bereich die Produktion von Profilen mit sehr komplizierten Querschnitten. Dazu kommt die Realisierbarkeit minimaler Wanddicken, eine recht hohe Korrosionsbeständigkeit, eine gute Anodisierbarkeit und eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Die mittlere Festigkeit dieser Legierungen lässt sich bei Bedarf über eine entsprechende konstruktive Gestaltung des Bauteils kompensieren.Extreme Leichtbauanwendungen erfordern keine Kompromisse zwischen Festigkeit, Wanddicke und Kosten. Hier werden hochfeste Werkstoffe mit größerer Wanddicke gepresst und die Wanddicken der Bauteile anschließend spanend auf die vorgesehenen Maße verringert. Einschränkungen in der Realisierbarkeit von Strangpressprofilen können sich außerdem aus der Wärmebehandlung ergeben. So kann das Abschrecken mit Wasser zu erhöhtem Verzug, größeren Herstelltoleranzen und inneren Spannungen führen.Strangpress-Produkte haben besondere EigenschaftenKnetvorgänge wie das Strangpressen beeinflussen die technologischen Eigenschaften, so dass stranggepresste Produkte andere Eigenschaften aufweisen als beispielsweise gegossene Teile. Die gestreckte Kornstruktur führt zu einer besseren Verformungsfähigkeit und Zähigkeit. Weitere Unterschiede sind die dichtere Struktur, die geringere Porosität und eine qualitativ bessere Oberfläche. Knetvorgänge führen in der Regel zu einer orientierten Kornstruktur mit gerichteten Festigkeitseigenschaften, also zu einer Faserstruktur wie bei Schmiedeteilen. Das Strangpressen ist vom Prinzip her ein einfacher Vorgang. Ein je nach Legierung auf 400 bis 500 ° C vorgewärmter Werkstoffbolzen wird in einem Rezipienten durch einen Pressstempel über eine Pressscheibe gegen eine Matrize gedrückt. Bei Überschreitung der Fließgrenze „fließt“ das Aluminium durch die Matrize und läuft als Profil aus der Maschine. Man unterscheidet dabei die beiden Verfahrensvarianten Vorwärtsfließpressen und Rückwärtsfließpressen. Schmiermittel müssen beim Strangpressen von Aluminium nicht verwendet werden. Die Drücke sind vom Werkstoff und von der Profilform abhängig. Moderne Strangpressen erzeugen Drücke von über 8000 bar, die aber nur in Einzelfällen erforderlich sind.Neben der technischen Ausrüstung hat die Größe der Strangpressmaschine entscheidenden Einfluss auf die Herstellung der Profile. In Europa haben die Pressen in der Regel Presskräfte zwischen 1000 und 10 000 t (10 bis 100 MN). Die seltenen 200-MN-Anlagen sind nur für Sonderaufgaben nötig. Schon Pressen mit 25 MN decken den größten Teil des Gesamtmarktes für Strangpressprofile ab. Bei kleineren Profilen kann es wirtschaftlicher sein, statt einer kleinen Presse eine größere Anlage zu nutzen und darauf mit einem Werkzeug mehrere Profile gleichzeitig herzustellen. Zum Herstellen qualitativ hochwertiger Strangpressprofile gehört neben der „richtigen“ Presse aber auch das Know how des Strangpressers, das angefangen bei der Profil- und Werkzeuggestaltung und der Auswahl des Vormaterials über die Wärmeführung und Steuerung bis hin zum Abschrecken und Richten der Profile reicht.Seit Mitte Januar 2003 ist bei der F. W. Brökelmann Aluminiumwerk GmbH & Co. KG. (FWB) in Ense-Höingen eine neue 25/27-MN-Strangpressanlage in Betrieb, die als Ergänzungsinvestitionen zu den modernsten Pressanlagen Europas zählt. Auf der Kurzhub-Frontladerpresse von SMS werden leicht bis mittelschwer verpressbare Legierungen verarbeitet. Die Bolzenerwärmung und Profilkühlung sind deshalb auf hohe Leistung, Reproduzierbarkeit und ein hohes Maß an Flexibilität ausgelegt. Gleichzeitig wurde mit Installation der neuen Presse der Materialfluss über die insgesamt drei Presslinien optimiert und wird zusammen mit den technischen und wirtschaftlichen Vorteilen der neuen Strangpresse die Produktivität und Pressqualität steigern.Ein zentraler Baustein des Strangpressens sind die Werkzeuge. Die Werkzeugkosten sind in erster Linie abhängig von den geometrischen Anforderungen an das Strangpress-profil und steigen mit zunehmender Komplexität. Zum Herstellen der aus Warmarbeitsstählen bestehenden Werkzeuge werden moderne Verfahren wie Funkenerodieren und Hochgeschwindigkeitsfräsen angewandt. Auf diese Weise lassen sich die Bearbeitungskosten selbst bei anspruchsvollen Querschnitten in Grenzen halten. Überhaupt gehören die geringen Werkzeugkosten, die sich bei entsprechenden Profilmengen schnell amortisieren, zu den wichtigsten Vorteilen des Strangpressens.Hohlprofile, besonders solche komplexer Form, lassen sich mittels Strangpressen wesentlich preisgüns-tiger herstellen als mit anderen Verfahren. Komplizierte Profile sind nur geringfügig lohnintensiver als einfachere Ausführungen, können aber mit Zusatzfunktionen versehen werden, die später bei der weiteren Bearbeitung, der Montage oder auch beim Gebrauch des Endprodukts Kosten sparen. Außerdem können solche integralen Formelemente in vielen Fällen statisch mittragende Aufgaben übernehmen, ohne das Gewicht zu erhöhen.Im Allgemeinen lassen sich Aluminiumstrangpressprofile mit deutlich geringeren Toleranzen (Maßtoleranzen, Geradheit, Verwindung) herstellen als warmgewalzte Stahlprofile. Die erzielbaren Toleranzwerte werden unter anderem von der Legierung, von der Wärmebehandlung und vor allem von einem eventuellen Abschreckvorgang beeinflusst. Verfahrens- und werkzeugbedingt fallen zum Beispiel bei Rohren die Toleranzen in der Wanddicke größer aus als die der Innenkontur und Außenkontur. Um Kosten zu sparen, sollten die Toleranzen deshalb nur so eng gefasst werden wie unbedingt nötig.Individuelle Konstruktionen mit StrangpressprofilenEin Problem für manche Konstrukteure ist das Fehlen von Profiltabellen, wie sie beim Stahl gang und gäbe sind. Dies resultiert aber aus den Vorteilen der geringen Werkzeugkosten für das Strangpressen und den in der Regel verhältnismäßig kleinen Produktionslosen. Es kann mit Aluminium einfach viel individueller konstruiert werden als mit Stahl und so das gewünschte Profil hinsichtlich Querschnitt, Gewicht, Abmessungen und Funktionalität optimiert werden. Allein durch die bei einer „Individualkonstruktion“ mögliche Materialreduzierung können sich die Werkzeugkosten schnell amortisieren.Aufgrund der guten Korrosionsbeständigkeit von Aluminium kann in vielen Fällen auf eine Beschichtung verzichtet werden. Bei höheren Anforderungen an die Optik oder an funktionelle Eigenschaften der Oberfläche lassen sich mit unterschiedlichen Methoden - Anodisieren, Polieren oder Beschichten - die gewünschten Ergebnisse meist kostengünstig erreichen. Vor allem die Legierungen 6060 und 6063 lassen sich gut dekorativ in allen erdenklichen Farben eloxieren oder pulverbeschichten.Mit Oberflächenbehandlungen wie beispielsweise der Hartanodisation können beispielsweise verschleißfeste Oberflächen erzeugt werden, um die Beständigkeit gegen unterschiedlichste äußere Einflüsse zu erhöhen.