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Premierter Hybridleichtbau

Metahybride – Wenn aus Hybriden bessere Hybride werden

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Eugen Pfeiffer / Peter Königsreuther

Metahybride sind Hybridstrukturen aus bestehenden Hybridtypen – eigenschaftsmäßig quasi Werkstoffmix-Überflieger. Sie eröffnen laut Aussage der Experten von Automoteam ganz neue Möglichkeiten für Konstrukteure und Entwickler in vielen Brachen.
Metahybride sind Hybridstrukturen aus bestehenden Hybridtypen – eigenschaftsmäßig quasi Werkstoffmix-Überflieger. Sie eröffnen laut Aussage der Experten von Automoteam ganz neue Möglichkeiten für Konstrukteure und Entwickler in vielen Brachen. (Bild: Automoteam)

Metahybride heißen die von Automoteam entwickelten Hybridteile mit spezieller Struktur und funktionellen Eigenschaften, die sich den Industriepreis 2018 sichern konnten. Eine echte Weltneuheit, heißt es.

Die konventionellen Kunststoff-Metall-Hybridbauteile kombinieren die Stärken von Kunststoff und massiven Metallen wie Stahl oder Aluminium. Sie ermöglichen dabei die Umsetzung von einfachen Hybridstrukturen, die mit einem Werkstoff allein nicht möglich wären.

Logischerweise kombinieren solche Hybridbauteile aber auch die Schwächen von einzelnen Werkstoffen. So muss etwa in einem dem Verschleiß ausgesetzten Hybridbauteil die Metallkomponente aus Stahl und nicht aus Aluminium verwendet werden. Soll das Hybridbauteil dielektrische Eigenschaften vorweisen, muss die Metallkomponente vom Kunststoff komplett ummantelt werden und kann beispielsweise nicht dem Verschleiß ausgesetzt werden. Das schränkt den Einsatz der üblichen Hybridbauteile bei modernen Anwendungen mit Anforderungen an die Multifunktionalität stark ein.

Überflieger in Sachen funktionalisierter Werkstoffeigenschaften

Das neue technologische Ökosystem Metahybrid erlaubt es aber, dass Polymere und Leichtmetalle mit neuartigen, isotropen sowie anwendungsspezifisch offenporigen oder selektiv-porösen Strukturen und/oder anwendungsspezifisch modifizierten Oberflächeneigenschaften zu einem einmaligen Werkstoffsystem kombiniert werden können.

Die Metahybrid-Bauteile schaffen neue konstruktive Freiheitsgrade sowie neue strukturelle und multifunktionelle Eigenschaften für die Werkstoffsubstitution und Funktionsintegration. Auch bei Anwendungen mit gegensätzlichen und/oder extremen Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften, punkten sie. Die mehrstufige Kombination von neuen Prozess- und Werkstoffeigenschaften erlaubt die Herstellung nicht nur konventioneller Werkstoffhybride, sondern auch übergeordneter Hybride von Werkstoffhybriden – sogenannter Metahybride.

Die Randschicht mit dem flexiblen Optimierungseffekt

Berücksichtigung von neuen technologischen Möglichkeiten bei der Produktentwicklung eröffnet viele neue, bisher oft undenkbare Potenziale bei Multifunktionalität, Belastbarkeit, Fügbarkeit, Werkstoffverträglichkeit, Gewicht, Bauraum, Ressourcenverbrauch und Wirtschaftlichkeit von Produkten in allen Schlüsselindustrien.

Die funktionellen Schwächen von Leichtmetallen bei Multi-Material Anwendungen können durch eine Funktionalisierung ihrer Oberflächen im Metaker-Surface Verfahren optimiert werden.

Konventionell hergestellte oder 3D-gedruckte Leichtmetall-Bauteile, sowie wasserbeständige Werkstoff-Hybride mit einer Leichtmetall-Komponente, erhalten mit der wirtschaftlichen und sehr umweltfreundlichen Metaker-Surface Technologie eine neuartige Randschicht mit einer Dicke bis zu 200 μm. Diese Schicht ist heterogen, gradiert, multifunktional, mikrostrukturiert, mikroporös und atomar haftend. Eine Metaker-Randschicht ist ein Mikroverbundwerkstoff, dessen Eigenschaften einstellbar und kombinierbar sind. Hier einige Beispiel:

  • Wärme leitend, mikrostrukturiert und abriebfest (Tribologie);
  • dielektrisch und Wärme leitend (elektrische Kühlung, Thermoelektrik);
  • elektrisch leitend und abriebfest (elektrische Kontakte, EMV Abschirmung);
  • wärmeleitend, korrosionsbeständig und Licht reflektierend (LED, IR-Messgeräte);
  • auf dem Untergrund atomar haftend, mikrostrukturiert und aktiviert (Kleben, Laminieren);
  • körperverträglich, mikrostrukturiert und bioaktiviert (Medizin).

So kann ein per Metaker-Methode modifiziertes 99,5-%-Aluminiumblech etwa eine Oberflächenmikrohärte von über 1000 HV, eine elektrische Durchschlagsfestigkeit von 22 kV/mm und zugleich eine Wärmeleitfähigkeit von 210 W/mK vorweisen.

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