Innovative und nachhaltige Aluminium-Anwendungen · (1) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn Innovative und nachhaltige Aluminium-Anwendungen Dr.-Ing. Joachim Höfler Graepel-InForm2008

(1) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn

Innovative und nachhaltige Aluminium-Anwendungen

Dr.-Ing. Joachim Höfler

Graepel-InForm 2008 – Die Blechinnovationstage in Löningen, 15. April 2008


Inhalt

● Hydro Aluminium Rolled Products – Kurzprofil

● Aluminium-Werkstoffeigenschaften –vorteilhafter Einsatz im Automobil- und Transportwesen / CO2-Problematik

● Einsatz blanken Aluminiums in konstruktiven Anwendungen –Korrosionsbeständigkeit und -schutz

● Einsatz blanken Aluminiums in mariner Umgebung

● Zusammenfassung und Ausblick


Mehr als 100 Jahre Innovation

Durch Nutzung von Wasserkraft und neuer Technologie

gelang es, Bedürfnisse der Menschen und der Gesellschaft

zu erfüllen.


Aluminium ist dasMetall der Zukunft.Und unsereZukunft liegt in Aluminium.


Ein leistungsfähiges Unternehmen

Aluminium Metal

1) Börsenschluss 31. August 2007

Aluminium Products

Energy

● 22 000 Mitarbeiter

● Aktiv in mehr als 30 Ländern

● Umsatz● 2006: NOK 99 Mrd.● Erstes Halbjahr 2007: NOK 51 Mrd.

● EBIT● 2006: NOK 7,5 Mrd.● Erstes Halbjahr 2007: NOK 7,0 Mrd.

● MarktwertNOK 87 Mrd.1)


Aluminium-Wertschöpfungskette 2006

1,8

0,5

0,8

1,4

0,3

1 0,7

1,0

1,1

AluminiumProducts

Metal

Alumina

Bauxite

Equity Long term contracts Remelt

Third party sales Rolled Products Extrusion & others

Aluminium

Metal

in mio Tonnen (Äquivalent) Aluminium


Rolling MillSales Office

Sao Paulo

New York

Malaysia

Karmoy

HolmestrandStockholm

Barcelona

Irurzun

Paris

Cisterna

Krakow

Taastrup

Schaffhausen

Baarn Hamburg

Norf/GV

Twickenham

Wir bauen auf unsere StärkenRolled Products

● Führende Walzwerke in Europa – 8 Werke in 5 Ländern● AluNorf – weltgrößtesAluminiumwalzwerk (50%)

● Hamburg – erheblich modernisiert

● 4.100 Mitarbeiter

● >1 Mio Tonnen Absatz pro Jahr

● Umsatz 3,6 Mrd USD


Rolled Products Hamburg

● Gegründet 1972● 650 Mitarbeiter

● Eigene Gießerei –versorgt mit 115.000 t flüssigem Hüttenaluminiumdurch benachbarte Trimet AG

• Produktion:

205.000 t Walzbarren170.000 t Bleche und Bänder

Produkte• Automotive Strip • Building Products• General Engineering• Heat Exchanger Strip• Foil Reroll• Special Products


Werk Hamburg – technische Expertise

● Guss auf Flüssigmetallbasis

● Reinalu, AlMn, AlSi, AlMg, AlFeSi

● Walzplattierte Bänder

● Warmwalzdicken 6 – 12 mm

● Warmwalztoleranz ± 0,2 mm

● Warmwalzbreite 900 – 2530 mm

● Kaltwalzbreite max. 1750 mmfür Kaltwalzdicke 0,5 – 7 mm

● Kaltwalzbreite max. 1570 mmfür Kaltwalzdicke 0,08 – 0,4 mm

• Kaltwalztoleranz ± 0,007 - 0,12 mm

● Längsteilen: 0,22 – 4 mm Dicke

● Querteilen: 0,5 – 10 mm Dicke

● Quertoleranzen ½ EN


Rolled Products – vier Business Units

● Blanke und veredelte Folie● für flexible Verpackungen und

technische Anwendungen

● Oberflächenbehandelte Bänder● für Offset-Platten in der Druckindustrie

● Blanke und lackierte Bänder, Blecheund Tafeln● für die Dosenherstellung, Verpackung und

Architektur

● Blanke, lackierte und plattierte Bänder, Bleche und Platten● für Automotive, Wärmetauscher und

Engineering

Packaging & Building

Foil

Litho

Automotive, Heat Exchanger & General

Engineering


BU Automotive, Heat Exchangers & General Engineering: Märkte

General Engineering

• Building• Transport

Heat Exchanger

• Automotive• Non-automotive

Automotive

• Components• Chassis• Body


Aluminium als Werkstoff

Geringes spezifisches

Gewicht

Hohe Festigkeit

DampfsperreVielseitige

Oberflächen-

gestaltung

Leicht formbar und gut zu

verarbeiten

Stabile Oxid-schicht �Gute

Beständigkeit

Eigenschaften


Attraktive MaterialeigenschaftenAluminium ist die beste Wahl für viele Anwendungen

SicherheitKomfort

SteifigkeitKorros.beständigkeit

HaltbarkeitGewichtsreduktion

Verbraucher-freundlichkeit

DesignUmformbarkeit

Engineering

Umwelt-verträglichkeit

Transport-wesen

Verbrauchs-güter

Verpackung

Bauwesenund Konstruktion

Automotive


GDA Düsseldorf

Verkehr 43%

Bau 15%

Maschinenbau 9%

Verpackung 10%

Eisen/Stahl 6%

Elektrotechnik 5%

Haushaltswaren 5%

Sonstige 7%

155Haushaltswaren

3100Gesamt

217Sonstige

155Elektrotechnik

186Eisen/Stahl

310Verpackung

279Maschinenbau

465Bau

1333 Verkehr

Gesamtbedarf in 1000 t

Aluminiummärkte in Deutschland 2006

(Quelle: GdA Ddf)


• Walzprodukte

• Gesamtbedarf: 1.300.000 t

• Strangpressprofile

• Gesamtbedarf: 720.000 t

Aluminiummärkte in Deutschland 2006

(Quelle: GdA Ddf)


Herausforderung Klimawandel


CO2-Emissionen und ihre Verursacher

CO2-Emissionen in USA, 1999(Quelle: US DoE)

Haushalt

20%

Handelsbereich17%

sonst.Transport

12%

Industrie

31%

PKW

20%


650

750

850

950

1050

1150

1250

70 74 78 82 86 90 94 98 102

Serienstart

Fah

rzeu

gg

ew

ich

t [k

g]

FiatRitmo

FordEscord

Golf IOpel

Kadett

Renault9Opel

KadettFord

Escord

Golf IV

Golf III

Golf II

OpelKadett

FiatTipo

Renault19

Peugeo

t307

SeatTolledo

OpelAstra

Peugeot305

FiatBrava

CitroenZX Renault

Megane

CitroenGS

ToyotaCorolla

HondaCivic

FiatSallo

ToyotaCorolla

FordFocus

Peugeot205

OpelAstra

ToyotaCorolla

Golf V

Entwicklung des Fahrzeuggewichtsin der Kompakt-Klasse

Gewichtszunahme:

ca. 15 kg pro Jahr

Folgerung: „Trendwende“ – z.B. durch Leichtbau mit Aluminium Folgerung: „Trendwende“ – z.B. durch Leichtbau mit Aluminium


Potentiale zur Verbrauchsreduktion

Quelle: Audi AG

Beispiel: Mittelklasse Pkw mit 4 Zylinder Otto-Motor


-10

-5

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

100% primary metal 100% recycled metal

No. years in use

kg CO2-Ersparnis / kg Aluminium-Einsatz in Automobilen *

* Incl. Full value chain CO2 emissions in production of (primary and recycled) steel and aluminium Assuming 1 kg of aluminium replacing 2 kg of steel in car applications; Source: IFEU

Aluminiumeinsatz in Fahrzeugenhilft CO2-Emissionen zu reduzieren


BMW E39

BMW E65DC BR211

DC W220

Aluminium-Bleche in FahrwerksanwendungenVorteile: Gewichtsreduktion �� verringerte ungefederte Massen �� Komfort

Verringerter Treibstoffverbrauch / CO2-Emissionen

Ausgezeichneter Korrosionswiderstand (im unlackierten Zustand)

Konstruktion: Längsnahtgeschweißte Al-Rohre, Hydro-umgeformt, bzw.

Tiefgezogene und verschweißte Bleche

Legierungen: AlMg2Mn0.8 (Hydro 61/00), AlMg3Mn (Hydro A61/54),

AlMg3.5Mn (Hydro 61/30), Hydro AlMgX, s = 3 – 5 mm


Aluminium-Bleche im VorderwagenVorteile: Gewichtsreduktion �� verringerter Treibstoffverbrauch

Verbesserte Gewichtsverteilung �� verbesserte Fahrdynamik

Hohe Energieabsorption / Crash

Konstruktion: Tiefziehteile,

mechanisches Fügen und Kleben

Legierungen: AlMg2Mn0.8 (Hydro 61/00), AlMg3Mn (Hydro A61/54),

AlMg3.5Mn (Hydro 61/30), Hydro AlMgX, s = 3 – 5 mm


Aluminium im Transportwesen

Heute:

● Tankfahrzeuge und Silo-Auflieger werden überwiegend aus Aluminium gefertigt.

● Hoher Aluminium-Einsatz auch bei Transportern, Muldenkippern, .....

● Ohne Aluminium wäre das Durchschnittsgewicht der angesprochenen Fahrzeuge etwa 800 kg höher.

(Quelle: EAA)



(Quelle: EAA)



(Quelle: EAA)



Reduzierung von CO2-Emissionen

Intensiver Aluminiumeinsatz trägt deutlich zur Verringerung der CO2-Emissionen im Transportwesen bei:

● Erhöhung der spezifischen Ladekapazität von Fahrzeugen im Schwergüterverkehr

● Verringerung des Gesamtgewichts im Volumen- oder Personentransport

Verringerung der CO2-Emissionen über die Nutzungszeit:

● 1 kg Aluminium-Einsatz im Durchschnitt der heutigen Lkw-Flotte erspart 28 kg CO2

● Jedes kg Aluminium-Einsatz in der durchschnittlichen Lkw-Flotte von morgen

würde mindestens 20 kg CO2 ersparen

● 1 kg Aluminium-Einsatz in einem Stadtbus erspart etwa 45 kg CO2-Emissionen

(Quelle: EAA)



Heute:

● Im Dienst sind etwa 1000 Hochgeschwindigkeitsfähren, von denen die meisten im Struktur- und Decksaufbaubereich in Aluminium ausgeführt sind.

● Decksaufbauten von Kreuzfahrtschiffen und über die Hälfte aller Yacht-Rümpfe werden aus Aluminium gefertigt.

(Quelle: EAA)


Aluminium-Recyclingraten in Deutschland und in der EU

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 %0

Verkehr

Bauwesen

Verpackung

Maschinenbau

Elektrotechnik

95 %

85 %

72 %

83 %

87 %Deutschland

90 %

80 %

40 %

80 %

80 %Europäische Union (EU)

(Quelle: GdA Ddf)


Blankes Aluminium im Langzeiteinsatz –nachhaltige Lösungen

Schwansbellbrücke, Lünen – Baujahr 1956

Oktober 2005


Schwansbellbrücke, Lünen – Baujahr 1956

Oktober 2005

• Abmessungen:• Stützweite: 44,20 m

• Feldweite: 4,42 m

• Felder: 10

• Gesamtbreite: 5,20 m

• Breite, effektiv nutzbar: 4,50 m

• Fahrbahnbreite: 3,50 m• Brückenklasse: 12 (12t)

• Gesamtgewicht: 25 t

• zum Vergleich Stahl: 60 t

• Werkstoff: AlMgSi1 F32 (EN AW-6082 T6)• Zugfestigkeit Rm 310 N/mm²

• Elastizitätsgrenze Rp0,2 245 N/mm²

• Bruchdehnung A 10 %

• Elastizitätsmodul E 70000 N/mm²

• Schubmodul G 27000 N/mm²• Therm. Längenausd. 23 * 10-6 1/K

• Spezifisches Gewicht 2,7 kg/dm³


Vermeiden der Spaltkorrosiondurch Zwischenanstrich

Standzeit derNietverbindungen: > 50 Jahre

Vermeidung von Spaltkorrosion


Korrosionsschutzgerechte Konstruktion

SC

HW

ER

KR

AF

TR

ICH

TU

NG

u n

g ü

n s

t i g

g ü

n s

t i g

Ablagerungenvon Schmutzund Feuchtigkeit

Breiter Spalt mitAblauföffnung

Geneigte Flächen,Verunreinigungengleiten ab

zurückgehalteneFlüssigkeit

Minimierung von Einwirkungszeit und/oder Aufkonzentrationen:



Spalten (Spaltkorrosion!)

Spalten an Schweißkonstruktion

durchgeschweißte Verbindungen

Dichtmasse

u n

g ü

n s

t i g

g ü

n s

t i g

Vermeidung von Spaltkorrosion:



IsolierendeMuffe

Rohr

Schrauben

Flansch

Mutter

Kunststff-unterlegscheibe

Kunststoffhülse

IsolierendeKunststoff- oderGummischeibe

Vermeidung von Kontaktkorrosion:

IsolierendeUnterlegscheibenund Muffe

Isolierende Unterlegscheibe

Isolierende Muffe


Natürliche Al - Oxidschicht

SperrschichtM

Aluminium Grundmetall

HH

5-10 nm

1-2 nm

bis zu50µm

Deckschicht

HeterogeneGefügebestandteile

Mischoxide Poren


Aluminium – pH - Abhängigkeit

Meta

llab

trag

[m

m/a

]1 CH3COOH (Essigs.)2 HCl (Salzsäure)

3 HF (Flusssäure)4 HNO3 (Salpeters.)

5 H3PO4 (Phosphors.)6 H2SO4 (Schwefels.)

7 NH4OH (Ammoniak)8 Na2CO3 (Soda)9 Na6Si2O7 (Kiesels.)

10 NaOH (Natronlauge)

Aluminiumoxid ist beständig von pH 4,5 bis pH 8,5


Zink – pH-Abhängigkeit

( nach Roetheli, Cox und Litteral )

NaOHHCl

60

40

Zn A

btr

ag

pH

20

0

0 4 8 12 14


Aufgaben der Vorbehandlung

● Bereitstellung eines definierten Oberflächenzustandes

● Passivierung des aktiven Metalls

● Haftungsvermittlung

● Korrosionsinhibierung

Auch der beständigste Lack kann keine Vorbehandlungsfehler ausgleichen !!!


Anwendungsgebiete der Konversionsschichten

LaborstadiumSol / Gel - Verfahren

FelgenS A M

ArchitekturSilane

Flugzeugbau, FelgenKobalt, Cer

Fahrzeugbau, ArchitekturZirkon / Titan

FahrzeugbauZinkphosphatierung

Architektur, schwerer Korrosionsschutz

Voranodisation

Architektur, schwerer Korrosionsschutz

Gelbchromatierung

Verpackung, ArchitekturGrünchromatierung


Reinigung

● Die Oberflächen aller in der Architektur verwendeten Werkstoffe unterliegen einer natürlichen, durch Umgebungs-und Witterungsbeeinflussung verursachten Verschmutzung.

● Eine regelmäßige Reinigung ist zwingend erforderlich● zum Erhalt des dekorativen Aussehens

● zur Verringerung der Korrosionsbelastung durch Schmutzbeseitigung


• Meerwasserbeständigkeit ist nicht weiter definiert, aber dennoch als Werkstoffkenngröße zu verstehen.

• Diese Werkstoffkenngröße besagt, • dass sich die betreffende Legierung aufgrund der Festigkeit alsKonstruktionswerkstoff eignet,

• dass die Legierung zudem schweißbar ist und • ein gutes Korrosionsverhalten gegenüber dem Meerwasser besitzt.

• Die Eigenschaft Meerwasserbeständigkeit schließt ein Auftreten von Korrosionsarten nicht aus.

• Der Germanische Lloyd benutzt den Begriff „seewassergeeignet“, was der tatsächlichen Situation näher kommt und keine Beständigkeit impliziert.

„Meerwasserbeständige“Aluminiumknetlegierungen


• AlMg-Legierungen sind im blanken Zustand hervorragend geeignet für Anwendungen im direkten Kontakt mit Meerwasser.

• Die Nordseeboje 2 zeigte nach über 25 Jahren Dauereinsatz nur unerhebliche Korrosionserscheinungen.

Meerwasserbeständige Al-Legierungen


Grundvoraussetzung:

Vorbehaltloses Zusammenwirken zwischen

Erfolgreiche Anwendung von Aluminium

Halbzeuglieferant

Konstrukteur

Auftraggeber

Beschichter

Metallbauer

www.hydro.com

Vielen Dankfür Ihre Aufmerksamkeit !

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