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Leichtbau

Metahybride – Wenn aus Hybriden bessere Hybride werden

| Autor/ Redakteur: Eugen Pfeifer* / Sven Prawitz

Metahybride heißen die von Automoteam entwickelten Hybridteile mit spezieller Struktur. Das sogenannte Metaker-Verfahren erweitert gezielt die Eigenschaften von Hybridbauteilen und schafft so neue Anwendungen – zum Beispiel werden Autofelgen aus Magnesium robuster.

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Metahybride sind Hybridstrukturen aus bestehenden Hybridtypen – sie kombinieren die Eigenschaften mehrerer Werkstoffe.
Metahybride sind Hybridstrukturen aus bestehenden Hybridtypen – sie kombinieren die Eigenschaften mehrerer Werkstoffe.
(Bild: Automoteam)

Konventionelle Kunststoff-Metall-Hybridbauteile kombinieren die Stärken von Kunststoff und massiven Metallen wie Stahl oder Aluminium. Sie ermöglichen Hybridstrukturen, die mit einem Werkstoff allein nicht möglich wären. Logischerweise kombinieren solche Hybridbauteile aber auch die Schwächen der einzelnen Werkstoffe. Ist das Hybridbauteil etwa Verschleiß ausgesetzt, muss die Metallkomponente aus Stahl und nicht aus Aluminium sein.

Soll das Hybridbauteil über dielektrische Eigenschaften verfügen, muss der Kunststoff die Metallkomponente komplett ummanteln 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.

Neues Werkstoffsystem durch Metahybrid

Schnitt durch eine Metaker-Oberfläche: Die Randschicht mit dem flexibel gestalbaren Optimierungseffekt.
Schnitt durch eine Metaker-Oberfläche: Die Randschicht mit dem flexibel gestalbaren Optimierungseffekt.
(Bild: Automoteam)

Das neue technologische Ökosystem „Metahybrid“ kombiniert Polymere und Leichtmetalle zu einem einmaligen Werkstoffsystem: mit neuartigen, isotropen sowie anwendungsspezifisch offenporigen oder selektiv-porösen Strukturen und/oder anwendungsspezifisch modifizierten Oberflächeneigenschaften.

Die Metahybrid-Bauteile schaffen neue konstruktive Freiheitsgrade sowie neue strukturelle und multifunktionelle Eigenschaften für die Werkstoffsubstitution und Funktionsintegration. Mit einer mehrstufigen Kombination neuer Prozess- und Werkstoffeigenschaften lassen sich nicht nur konventionelle Werkstoffhybride herstellen, sondern auch übergeordnete Hybride von Werkstoffhybriden – sogenannte Metahybride.

Funktionalisierte Oberflächen

Die funktionellen Schwächen von Leichtmetallen bei Multi-Material Anwendungen lassen sich durch eine Funktionalisierung ihrer Oberflächen im sogenannten Metaker-Surface-Verfahren optimieren. Konventionell hergestellte oder gedruckte Leichtmetall-Bauteile, sowie wasserbeständige Werkstoff-Hybride mit einer Leichtmetall-Komponente, erhalten mit der Metaker-Surface-Technik 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. Einige Beispiele dafür sind:

  • 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-Prozent-Aluminiumblech etwa eine Oberflächenmikrohärte von über 1.000 HV (HV, englisch VHN = Vickers Hardness Number, sogenanntes Vickers-Härteprüfverfahren) eine elektrische Durchschlagsfestigkeit von 22 kV/mm und zugleich eine Wärmeleitfähigkeit von 210 W/mK (Watt pro Meter und Kelvin) aufweisen.

Eine Autofelge aus Magnesium wird robuster

Ein Bauteil, das mit einer Metaker-Oberfläche versehen ist. Die Eigenschaften können in Sachen Abriebfestigkeit, Wärme- oder Stromleitung, Korrosionswiderstand oder Lackierbarkeit verbessert werden.
Ein Bauteil, das mit einer Metaker-Oberfläche versehen ist. Die Eigenschaften können in Sachen Abriebfestigkeit, Wärme- oder Stromleitung, Korrosionswiderstand oder Lackierbarkeit verbessert werden.
(Bild: Automoteam)

Nicht nur Aluminium, sondern auch Magnesium kann im Metaker-Surface-Verfahren behandelt werden. Ein markantes Beispiel dafür ist eine Autofelge aus Magnesium. Nach ihrer Metaker-Funktionalisierung, die in einem Arbeitsschritt ohne Vor- und Nachbehandlung und ohne Einsatz von Schadstoffen erfolgt, ist das Rad überaus korrosionbeständig und gegen Steinschlag resistent sowie außerdem haltbar zu lackieren.

Neue Eigenschaftenprofile von Leichtmetallen erlauben bei vielen Anwendungen die schadstofffreie Substitution von schweren beziehungsweise teuren Werkstoffen wie Edelstahl, Keramik, Messin. Außerdem ermöglichen sie es, aufwändige Oberflächenverfahren wie Phosphatieren oder Chromieren zu ersetzen.

Die speziellen Metaker-Oberflächen steigern die Leistungsfähigkeit der Leichtmetall-Bauteile und Werkstoffhybride im Hinblick auf mechanische, elektrische, mechatronische, thermische, chemische oder optische Anwendungen auf ein bis dato unerreichbares Niveau. Das erzeugt Optimierungspotenziale im mehrstelligen Prozentbereich: bei Gewicht, Funktion, Lebensdauer, Wirkungsgrad, Ressourcenverbrauch sowie Produkt- und Prozesskosten.

Über Automoteam

Automoteam mit Sitz in Stuttgart wurde im Jahr 2007 gegründet. Das Unternehmen versteht sich als technologieorientiertes Forschungs- und Entwicklungsunternehmen. Es verfügt eigenen Angaben zufolge über ein Netzwerk, das technologische Synergien bündelt und Anschluss an die branchenübergreifende Forschung und Serienproduktion bietet. Der Schwerpunkt der Tätigkeit liegt auf multifunktionalen Werkstoff-Hybriden.

*Eugen Pfeifer ist Geschäftsführer der Automoteam GmbH

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