innovative und nachhaltige aluminium-anwendungen · (1) 2008-04-04 / dr. joachim höfler, r&d...
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(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
(2) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(3) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Mehr als 100 Jahre Innovation
Durch Nutzung von Wasserkraft und neuer Technologie
gelang es, Bedürfnisse der Menschen und der Gesellschaft
zu erfüllen.
(4) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Aluminium ist dasMetall der Zukunft.Und unsereZukunft liegt in Aluminium.
(5) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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)
(6) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(7) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(8) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(9) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(10) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(11) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
BU Automotive, Heat Exchangers & General Engineering: Märkte
General Engineering
• Building• Transport
Heat Exchanger
• Automotive• Non-automotive
Automotive
• Components• Chassis• Body
(12) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Aluminium als Werkstoff
Geringes spezifisches
Gewicht
Hohe Festigkeit
DampfsperreVielseitige
Oberflächen-
gestaltung
Leicht formbar und gut zu
verarbeiten
Stabile Oxid-schicht �Gute
Beständigkeit
Eigenschaften
(13) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(14) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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)
(15) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
• Walzprodukte
• Gesamtbedarf: 1.300.000 t
• Strangpressprofile
• Gesamtbedarf: 720.000 t
Aluminiummärkte in Deutschland 2006
(Quelle: GdA Ddf)
(17) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
CO2-Emissionen und ihre Verursacher
CO2-Emissionen in USA, 1999(Quelle: US DoE)
Haushalt
20%
Handelsbereich17%
sonst.Transport
12%
Industrie
31%
PKW
20%
(18) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(19) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Potentiale zur Verbrauchsreduktion
Quelle: Audi AG
Beispiel: Mittelklasse Pkw mit 4 Zylinder Otto-Motor
(20) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
-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
(21) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(22) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(23) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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)
(26) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Aluminium im Transportwesen
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)
(27) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Aluminium im Transportwesen
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)
(28) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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)
(29) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Blankes Aluminium im Langzeiteinsatz –nachhaltige Lösungen
Schwansbellbrücke, Lünen – Baujahr 1956
Oktober 2005
(30) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(31) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Vermeiden der Spaltkorrosiondurch Zwischenanstrich
Standzeit derNietverbindungen: > 50 Jahre
Vermeidung von Spaltkorrosion
(32) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Korrosionsschutzgerechte Konstruktion
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Ablagerungenvon Schmutzund Feuchtigkeit
Breiter Spalt mitAblauföffnung
Geneigte Flächen,Verunreinigungengleiten ab
zurückgehalteneFlüssigkeit
Minimierung von Einwirkungszeit und/oder Aufkonzentrationen:
(33) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Korrosionsschutzgerechte Konstruktion
Spalten (Spaltkorrosion!)
Spalten an Schweißkonstruktion
durchgeschweißte Verbindungen
Dichtmasse
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Vermeidung von Spaltkorrosion:
(34) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Korrosionsschutzgerechte Konstruktion
IsolierendeMuffe
Rohr
Schrauben
Flansch
Mutter
Kunststff-unterlegscheibe
Kunststoffhülse
IsolierendeKunststoff- oderGummischeibe
Vermeidung von Kontaktkorrosion:
IsolierendeUnterlegscheibenund Muffe
Isolierende Unterlegscheibe
Isolierende Muffe
(35) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Natürliche Al - Oxidschicht
SperrschichtM
Aluminium Grundmetall
HH
5-10 nm
1-2 nm
bis zu50µm
Deckschicht
HeterogeneGefügebestandteile
Mischoxide Poren
(36) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(37) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Zink – pH-Abhängigkeit
( nach Roetheli, Cox und Litteral )
NaOHHCl
60
40
Zn A
btr
ag
pH
20
0
0 4 8 12 14
(38) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Aufgaben der Vorbehandlung
● Bereitstellung eines definierten Oberflächenzustandes
● Passivierung des aktiven Metalls
● Haftungsvermittlung
● Korrosionsinhibierung
Auch der beständigste Lack kann keine Vorbehandlungsfehler ausgleichen !!!
(39) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(40) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
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
(41) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
• 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
(42) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
• 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
(43) 2008-04-04 / Dr. Joachim Höfler, R&D Bonn
Grundvoraussetzung:
Vorbehaltloses Zusammenwirken zwischen
Erfolgreiche Anwendung von Aluminium
Halbzeuglieferant
Konstrukteur
Auftraggeber
Beschichter
Metallbauer