Metallschaum - der schwimmt sogar in Milch
Im Ofen geht er auf wie Hefeteig, danach ist er leicht und stabil: Schaum aus Metallen wie Aluminium oder Titan. Er könnte im Auto, im Flugzeug und im Operationssaal altvertraute Materialien ablösen.Man nehme ein Aluminiumblech und verbiege es mit beiden Händen. Kein Problem. "Das gleiche Stück aufgeschäumt lässt sich nicht verbiegen", sagt Joachim Baumeister und bringt damit die wichtigste Eigenschaft eines neuen Werkstofftyps auf den Punkt. Die Rede ist von aufgeschäumten Metallen, die fast nur aus Luft bestehen, aber extrem steif sind.
Baumeister ist Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Bremen und war an der Entwicklung der Schaummetalle maßgeblich beteiligt. Von "herausragenden Eigenschaften", spricht er. Aluminiumschaum ist so leicht, dass er schwimmt. Er absorbiert hervorragend Energie, dämpft Schall und Vibrationen, brennt nicht und lässt sich problemlos recyceln. Mit diesen Eigenschaften ist das Material vor allem für den Automobilbau interessant.
Der erste Serieneinsatz erfolgt gerade bei Audi. Das Gepäcknetz im Kofferraum des Geländekombis Q7 halten geschäumte Aluteile am Platz. Bei einem Unfall absorbieren sie die Aufprallenergie und schützen die Insassen vor umherfliegendem Gepäck. "Mit dem Q7-Teil ist der Nachweis erbracht, dass das Schäumverfahren automatisierbar und großserientauglich ist", sagt Baumeister, "davon erhoffen wir eine Signalwirkung für die Automobilbranche." In Zukunft sollen auch crashrelevante Sektionen wie Stoßfänger oder Motorträger ausgeschäumt werden.
"Etliche Autobauer haben Interesse an den Schäumen", sagt Sönke Reinhardt vom Aluminiumwerk Gleich in Kaltenkirchen. "Wenn ich dürfte, könnte ich ihnen viele Namen nennen." Auf den Automobilsektor setzt auch die österreichische Firma Alulight, nach eigener Auskunft der erste Serienproduzent von Aluminiumschaum. Pro Jahr verkauft Alulight rund 30 Tonnen zu einem Kilopreis ab 15 Euro.
Ihren Crashtest haben Metallschäume auch auf der Schiene bestanden: Wo bisher Glasfaserkunststoffe die Wucht eines Frontalaufpralls abfangen, könnten in Zukunft Sandwichkonstruktionen aus Aluschaum und Stahlblechen (AFS) eingebaut werden, ergab ein vom Bundesforschungsministerium gefördertes Projekt. "Im Verhältnis zu Glasfaserkunststoffen sind Konstruktionen aus AFS teurer, aber auch mehr als 20 Prozent leichter, bei besserem Crashverhalten und Langzeiteigenschaften", sagt Frank Westphal vom Maschinenbauunternehmen Wilhelm Schmidt, das neben dem Eisenbahnhersteller Bombardier an dem Projekt beteiligt war. Auch Siemens' Schienenfahrzeugsparte hat Interesse, hält das Material aber noch nicht für technisch ausgereift, seine Eigenschaften für noch nicht ausreichend überprüft.
"Im Prinzip wie beim Backen"
Wie kommt die Luft überhaupt ins Metall? "Im Prinzip wie beim Backen", sagt Baumeister. Als Mehl dient Aluminiumpulver, als Hefe Titanhydrid. Das Pulvergemisch wird zunächst zu einer Platte gepresst, die dann in eine Form gedrückt wird. Im Ofen beginnt das Material bei 550 Grad zu schmelzen, dann schäumt es und geht auf wie ein Hefeteig. In etwa 30 Sekunden verfünffacht sich dabei sein Volumen. Das Metallpulvergemisch kann aber auch zwischen zwei Metallschichten aufgeschäumt werden, so entstehen interessante Hybridwerkstoffe wie federleichte Stahlplatten mit Alu-Schaumkern.
Wer bei "federleicht" spontan an den Flugzeugbau denkt, liegt derzeit noch falsch: "Ich weiß von keiner Anwendung in einem zivilen Serienprodukt", sagt Christoph Matz, Leiter Werkstofftechnik bei Lufthansa Technik. Es sind wieder die fehlenden Erfahrungswerte, die gegen das neue Material sprechen. Metallschaumteile sind erst in wenigen Anwendungsbereichen erprobt, Konstrukteuren fehlen Informationen darüber, wie sie sich im Flugzeug verhalten würden. Neue Materialien müssen außerdem erst komplizierte Genehmigungsverfahren durchlaufen. Am Boom des inzwischen etablierten Leichtbauwerkstoffs Kohlefaser wird sich darum so schnell nichts ändern.
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