Aluminium-Extrusion im Automobil: Sicherheit & E-Mobilität

Die Revolution der Aluminiumextrusion: Crashsicherheit und Elektrifizierung

 

Während die Automobilindustrie den größten Wandel ihrer Geschichte durchläuft, stehen Aluminium-Strangpresstechnologien im Mittelpunkt dieser Veränderung. Der Übergang von Verbrennungsmotoren (ICE) zu Elektrofahrzeugen (EV) hat die Fahrzeugarchitektur grundlegend verändert und das Konzept des "Leichtbaus" (Lightweighting) aufgrund von Reichweitenangst an die erste Stelle gesetzt.

 

Bei einem EV kann das Gewicht des Batteriepacks bis zu 700 kg betragen; die Kompensation dieser zusätzlichen Masse ist nur durch den intensiven Einsatz von Aluminium in Fahrgestell- und Karosserieteilen (Body-in-White) möglich.

 

1.1 Crashsicherheit (Crashworthiness) und Legierungskunde

In modernen Fahrzeugen wird Sicherheit nicht durch "Steifigkeit", sondern durch "kontrollierte Verformung" gewährleistet. Bei einem Unfall müssen sich Fahrwerksteile (Crashboxen, Stoßfänger, Längsträger) wie ein Akkordeon falten, um kinetische Energie zu absorbieren, ohne dabei zu reißen oder zu brechen. Diese Eigenschaft wird in der Metallurgie als "hohe Energieabsorption" bezeichnet.

 

Während traditionelle Legierungen wie 6061 und 6082 eine hohe Festigkeit bieten, besteht das Risiko eines spröden Verhaltens beim Aufprall. Dieser Bedarf hat den Aufstieg der Legierung 6005A ausgelöst.

 

6005A vs. 6061 vs. 6082: Ein kritischer Vergleich

• 6061 (Al-Mg-Si-Cu): Jahrelang der Industriestandard. Der Gehalt an Kupfer (Cu) und Chrom (Cr) erhöht die Festigkeit, steigert aber die "Abschreckempfindlichkeit". Dies erfordert, dass das Profil nach dem Verlassen der Presse sehr schnell mit Wasser abgeschreckt wird, da sonst die mechanischen Eigenschaften sinken. Wasserkühlung führt jedoch zu Verzug (Distorsion) im Profil und kann bei Crashtests zu Rissen in den Faltzonen führen.
  
  
  
• 6005A (Al-Si-Mg): Optimiert für das Automobil-Engineering. Der Kupfergehalt ist niedrig, aber durch Zugabe von Mangan (Mn) und Chrom (Cr) wird eine "Dispersoid"-Härtung erreicht. Der größte Vorteil ist die geringe Abschreckempfindlichkeit. Dünnwandige Profile können T6-Eigenschaften allein durch Luftkühlung erreichen. Dies bewahrt die Maßhaltigkeit und ermöglicht vor allem ein perfektes Falten ohne Rissbildung im axialen Stauchversuch. Auch die Ermüdungsfestigkeit ist der von 6061 überlegen.
  
  
  
• 6082 (Al-Si-Mg-Mn): Die Legierung mit der höchsten Festigkeit der 6000er Serie ( > 300 MPa). Wird in Querlenkern und Hilfsrahmen verwendet. Sie ist jedoch schwer zu pressen (langsame Geschwindigkeit) und weist eine geringere Oberflächenqualität auf. Bevorzugt nur für nicht sichtbare Teile mit sehr hoher Lastanforderung.
  
  
  

1.2 Batteriegehäuse für Elektrofahrzeuge (Battery Trays)

Das Gehäuse, das das Batteriepaket schützt, ist ein Meisterwerk der Ingenieurskunst. Diese Strukturen sind oft riesige Wannen (2 m Länge x 1,5 m Breite), die vollständig aus Aluminium-Strangpressprofilen gefertigt werden.

 

Design-Anforderungen:

• Dichtheit: Batterien müssen auf IP67/IP68-Niveau gegen Wasser und Feuchtigkeit geschützt sein.
  
  
  
• Brandschutz: Muss im Falle eines thermischen Durchgehens (Thermal Runaway) das Feuer isolieren.
  
  
  
• EMV-Abschirmung: Die natürliche Leitfähigkeit von Aluminium schützt die Batterie vor elektromagnetischen Störungen.
  
  
  

 

Fertigungsverfahren: Der Batterierahmen wird meist aus Mehrkammerprofilen (Multi-Hollow) der Legierungen 6005A oder 6063 hergestellt. Diese werden mittels Eckwinkeln und Rührreibschweißen (Friction Stir Welding - FSW) oder MIG-Schweißen verbunden. 6005A liefert beim FSW-Schweißen hervorragende Ergebnisse mit minimalem Festigkeitsverlust in der Schweißzone.

 

1.3 Thermomanagement: Kühlplatten (Cooling Plates)

Das Halten der Batteriezellen auf optimaler Betriebstemperatur (20-40°C) ist lebenswichtig. Hierfür werden "Kühlplatten" unter den Batteriemodulen platziert. Dabei handelt es sich um Mikrokanal-Profile, durch die ein Wasser-Glykol-Gemisch fließt.

• Wärmeleitfähigkeit ist hier der wichtigste Parameter.
  
  
  
• Legierung 6063: Bietet eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit (~200-210 W/mK). Sie bietet sowohl strukturelle Festigkeit als auch schnelle Wärmeübertragung.
  
  
  
• Legierung 6061: Aufgrund der höheren Legierungselemente ist die Wärmeleitfähigkeit geringer (~160-170 W/mK), was die Kühlleistung um 15-20 % reduzieren kann.
  
  
  

Zukunftstrend: Integrierte Kühlböden (Integrated Cooling Floor), bei denen Batteriewannenboden und Kühlplatte kombiniert sind, nehmen zu. Dies erfordert das Pressen riesiger einteiliger Profile (CCD > 300mm) mit sehr dünnen Kanälen, was den Bedarf an Presskräften von über 4000 Tonnen und fortschrittlichen Werkzeugtechnologien wie Dievar erhöht.