Aluminiumschaum im Automobilbau

Warum eignet sich Aluminiumschaum für crashrelevante Bereiche im Fahrzeug?

Aluminiumschaum absorbiert Crashenergie durch plastische Verformung: Der Werkstoff nimmt im Crashfall hohe Energiemengen auf, bevor das Material beeinträchtigt wird. Werden Stahlprofile mit Aluminiumschaum ausgeschäumt, verbessert sich ihr Knick- und Stauchverhalten stark – bei gleichzeitiger Gewichtsersparnis. Hinzu kommen eine hervorragende Vibrationsdämpfung, z. B. gegen Motorvibrationen, und die Recyclingfähigkeit des rein metallischen Werkstoffs.

Der Einsatz von Aluminiumschaum erhöht die Torsionssteifigkeit der Gesamtkarosserie um ca. 10 %.

• Hohe Energieaufnahme im Crashfall durch plastische Verformung
• Knick- und Stauchverhalten von Stahlprofilen wird stark verbessert
• Gewichtsersparnis
• Hervorragende Vibrationsdämpfung, z. B. Motorvibrationen
• Erhöhung der Torsionssteifigkeit der Gesamtkarosserie um ca. 10 %
• Recyclingfähigkeit

Welche Fahrzeugkomponenten werden mit Aluminiumschaum gebaut?

Aluminiumschaum kommt als versteifendes Element im Karosseriebereich zum Einsatz – überall dort, wo Steifigkeit und Crashverhalten zusammen gefragt sind: in ausgeschäumten Stoßstangen, Knotenbereichen und Fügestellen, im Seitenaufprallschutz, in Türschwellern, in Dach-, Längs- und Querträgern sowie in Flächenelementen wie Dachspriegeln. Dazu kommen einbaufertige 3D-Formteile, etwa Crash-Absorber und Stoßdämpfer-Formteile.

Dokumentiertes Anwendungsbeispiel: der Aluminiumschaum-Crash-Absorber im Gepäcknetz eines Audi Q7 (3D-Formteil).

• Ausgeschäumte Stoßstangen
• Knotenbereiche, Fügestellen
• Seitenaufprallschutz
• Türschweller
• Dachträger, Längsträger, Querträger
• Flächenelemente, z. B. Dachspriegel

Warum ist die Batterie-Box aus Aluminiumschaum für Elektrofahrzeuge geeignet?

Die Batterie-Box aus der Serie Havel Lite® besteht vollständig aus Aluminiumschaum-Sandwiches. Geringes Gewicht, gutes Crashverhalten, hohe Biegesteifigkeit und Möglichkeiten der Temperaturregulierung prädestinieren diese neu entwickelte Fahrzeugkomponente für die moderne Automobilherstellung. Stege in Form von Aluminiumschaum-Sandwiches zwischen den Batterien fungieren als Distanzhalter und Crash-Absorber; in den Aluminiumschaum können Profile oder Rohre integriert werden, z. B. für die Batteriekühlung. Das Gehäuse ist wasserdicht, reparaturfähig, zu 100 % recycelbar und bietet eine gute elektromagnetische Abschirmung.

Beispielelement aus Aluminiumschaum: Maße 975 mm × 536 mm × 55 mm, Materialstärke 4 mm; das Crashverhalten wird nach Standard DIN 50134 – Kompressionstest von metallischen Zellmaterialien – dargestellt.

Wie ist der Batterieschutz aus Aluminiumschaum geprüft und klassifiziert?

Energieabsorption und gutes Crash-Verhalten des Batteriegehäuses sind mit Seitencrashtest und Pollertest geprüft. Im EVERSAFE-Projekt wurde der Unterboden-Aufprall simuliert: Ein Fahrzeug mit einer Masse von 943 kg fährt mit 40 km/h über ein halbrundes Hindernis, dessen höchster Punkt höher als der niedrigste Batteriegehäusepunkt liegt – infolge des Überfahrens kommt es zur Aufprallbelastung auf das Gehäuse. Für die neuen Brand- und Explosionsschutzverordnungen – die chinesische Norm GB 38031 (2020) und die europäische Norm ECE 100 – wurde der Aluminiumschaum weiterentwickelt; nach der Integration von Fasermatten wird der Brandschutz erhöht.

Havel Metal Foam hat interne Aufpralltests an Aluminiumschaum-Sandwichplatten durchgeführt, die speziell als Schutzlösung für Batterien entwickelt wurden – mit durchweg positiven Ergebnissen in Bezug auf Stabilität und Schutzwirkung (Maßstab: der chinesische Standard GB 38031).

Nicht brennbar

Erfüllt Brandschutz-Norm (DIN EN 45545-2).

Keine toxischen Gase

Gemäß DIN EN 45545-2.

Feuerwiderstand

Erreicht Feuerwiderstandsklassen z. B. E30 (DIN EN 13501-2, DIN EN 1363-1).

Crash-Verhalten

Energieabsorption und gutes Crash-Verhalten, geprüft mit Seitencrashtest und Pollertest.

Wie reguliert ein Aluminiumschaum-Batteriegehäuse die Batterietemperatur?

Bei Lithium-Ionen-Akkus in Elektrofahrzeugen sind drei thermische Grenzen zu beachten: Unter 0 °C sinkt die Leistungsfähigkeit der Batterie und damit die Reichweite deutlich, über 30 °C nimmt die Alterung stark zu, über 40 °C kann es zu einer irreversiblen Schädigung kommen. In den Metallschaum lassen sich Rohre und Profile integrieren, die die guten Wärmeleiteigenschaften des Aluminiums nutzen: Die so geschaffenen Innenhohlräume dienen dem Verlegen zusätzlicher Leitungen oder dem direkten Durchfluss von Medien zur Kühlung bzw. Heizung der Batteriezellen.

Beim direkten Einschäumen des Rohrsystems in den Metallschaumkern ist eine metallurgische Bindung der Deckbleche möglich; beim nachträglichen Einfügen werden die Deckbleche mit dem Metallschaum verklebt.

Wie erfüllt Aluminiumschaum die neuen Anforderungen an den Lkw-Unterfahrschutz?

Das zuständige Gremium der United Nations Economic Commission for Europe (UNECE) verabschiedete die Änderungsserie 03 zur UNECE-Regelung Nr. 58 für Unterfahrschutzeinrichtungen: Ein Unterfahrschutz für Lkw muss nun nicht nur andere geometrische Eigenschaften haben als bisher, sondern auch bei einer Festigkeitsprüfung fast doppelt so starken Prüfkräften standhalten – spätestens ab September 2021 für alle in Verkehr gebrachten Fahrzeuge. Verschärft wurden die Anforderungen vor allem für schwere Nutzfahrzeuge (N2, N3, O3, O4). Das Ausschäumen entsprechender Profile mit metallurgischer Anbindung führt zu einer enormen Erhöhung von Steifigkeit und Festigkeit sowie zu höherer Energieaufnahme bei einem Aufprall; in bestehende Unterfahrschutz-Profile können die 3D-Schaumteile eingeschoben werden, wodurch diese auch die neuen Anforderungen erfüllen.

Häufige Fragen