Metallschäume aus Aluminium

aufgeSchäumt

Seit wenigen Jahren gibt es Bauteile aus Aluminiumschaum. Derzeit vergrößern sich dessen gestalterische Einsatzmöglichkeiten durch neue Herstellungsverfahren und Beschichtungsmethoden. Doch eine ausschließliche Verwendung als architektonische Oberfläche ist aufgrund des hohen Energieverbrauchs bei der Herstellung von Aluminium kritisch zu sehen. Die Eigenschaften von Aluminiumschäumen werden so zumindest nicht voll ausgeschöpft – ein Zwischenstand derzeitiger Anwendungen.

Text: Achim Pilz

Aluminiumschäume sind moderne Werkstoffe aus Aluminium und Luft, aus denen Platten und andere Bauteile gefertigt werden können. Je nach Herstellung haben die Produkte durchgängig offene oder geschlossene Poren. Die Schäume sind wärmedämmend, schallabsorbierend, leicht und dennoch relativ stabil. Sie brennen nicht, sind ungiftig und recycelbar. Mit einer maximalen Dichte von 0,25 g/cm³, was einem Zehntel von reinem Aluminium entspricht, schwimmen sie sogar auf Wasser. Ursprünglich wurden sie für konstruktive Leichtbauteile im Maschinenbau entwickelt: Durch ihre hohe mechanische Festigkeit eignen sie sich hervorragend zur Umwandlung von Bewegungsenergie, beispielsweise in einer Stoßstange oder als Ultraleichtschutz in Satelliten. Sie dämpfen Erschütterungen und reduzieren das Gewicht der Bauteile. Bei entsprechende Bearbeitung und Optimierung könnte das Material der Struktur und Stabilität von Knochen nahe kommen. Damit bestehen auch Potenziale, Aluminiumschaum im Bauwesen nicht wie bislang nur gestalterisch, sondern auch konstruktiv einzusetzen – was aus Kostengründen und wohl auch wegen mangelnder Nachfrage derzeit aber nicht weiterverfolgt und entwickelt wird.
Ökologie
Da die Legierungen zur Herstellung von Aluminiumschaum aus mindestens 97 % reinem Aluminium und Beimischungen von Kalzium und Titan bestehen, sind sie komplett recycelbar. Durch die lösungsmittelfreie Fertigung sind die unbeschichteten Schaumprodukte aus gesundheitlicher Sicht völlig unbedenklich. Aus ökologischer Sicht sollte der Einsatz von Aluminium allerdings optimiert werden, wozu solche Leichtbauprodukte beitragen können. Nach Daten der Fraunhofer-Gesellschaft hat sich allein in den vergangenen zwanzig Jahren die globale Nachfrage nach Aluminium verdoppelt: Während 1985 gut 16 Mio. t/a produziert wurden, waren es zehn Jahre später 20 Mio. t/a und 2005 fast 32 Mio. t/a. Inzwischen werden für die Produktion von Aluminium über 20 % des erzeugten Weltstroms aufgewendet. Doch nicht nur der Energieeinsatz ist immens, sondern auch der Landschaftsverbrauch. Durch den Abbau des für die Herstellung notwendigen Erzes Bauxit werden weltweit große Flächen zerstört. Als Abfall entstehen pro gewonnene Tonne Aluminium etwa 1,5 t Rotschlamm, der die Umwelt belastet. Nicht nur deshalb wird seit zwanzig Jahren daran geforscht, Aluminium zu einem spezifisch leichten Material mit zellularer Struktur zu schäumen.
Anfänge
In den letzten Jahren haben sich Aluminiumschäume kontinuierlich zum Designobjekt für Oberflächen gemausert. Aus einer Kooperation des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Materialforschung IFAM und der Hochschule Bremen entstand in Bremen ein Unternehmen [1], das Anwendungen mit Aluminiumschäumen unterschiedlicher Hersteller anbietet und entwickelt – beispielsweise 2007 eine Beschichtung aus Kupferpulver, die sich auch patinieren lässt.
Schon 2003 verkleidete der Architekt Slawomir Kochanowicz die Fassade seines Büros mit einem geschlossenporigen Aluminiumschaum. Die Platten wurden mit silikonierten Schrauben auf eine Unterkonstruktion aus Holz geschraubt. Die leichten Dunkeltönungen an den Rändern der Platten, bedingt durch die Produktion des Materials, setzte der Architekt gestalterisch ein. Sie betonen die Fugen und beleben das Gesamtbild. Auch nach viereinhalb Jahren Bewitterung hat sich die Oberfläche nicht verändert; eigens gereinigt werden muss sie nicht.
Im selben Jahr wurde der DaimlerChrysler Messestand auf dem Automobilsalon in Genf von Kauffmann Theilig & Partner und dem Atelier Markgraph mit Aluminiumschaum gestaltet. Deck- und Außenflächen waren aus einer offenporigen Schaumplatte gefertigt, die zum Ertasten einlud. Die Oberfläche sollte die technische Ästhetik des Unternehmens widerspiegeln. Die Gestalter nahmen das zelluläre Motiv auf und transformierten es in eine mäanderförmig begehbare Architektur. Die Platten wurden stumpf gestoßen auf die Unterkonstruktion geklebt.
Seit 2007 ermöglicht ein neues Verfahren, einen offenporigen, transluzenten Aluminiumschaum günstiger herzustellen. Das Produkt eignet sich zum Beispiel im Scheibenzwischenraum von Verglasungen als Sonnenschutz.
Momentan wird eine Verwendung für Decke, Wand [2] oder Boden meist nur durch den Preis vereitelt. Je nach Herstellung kosten Platten in einer Dicke von 6 mm zwischen ›
› 60 –70 €/m² und dem Vierfachen. Für die Herstellung der Schäume werden unterschiedliche Verfahrenstechniken angewandt, die zu unterschiedlichen Eigenschaften und Erscheinungen führen:
Geschlossene Zellen, offene Oberfläche
Der Schaum »Alporas«, aus dem der Messestand und die Hausfassade gefertigt wurden, hat im Mittel etwa 6 mm große, relativ gleichmäßige Zellen, deren Zellwände geschlossen sind. Aus maximal 2400 x 600 x 400 mm großen Blöcken werden die benötigten Formen geschnitten, so dass die Zellen an der Oberfläche offen sind. Dadurch sind die Kanten empfindlich. In der Regel werden Platten zwischen 6 und 400 mm Dicke hergestellt. Durch Schattenbildung in den tief liegenden Poren und spiegelnde Aluminiumstege an der Oberfläche entstehen starke Hell-Dunkel-Kontraste. Durch Pulverbeschichten und anschließendes Schleifen kann dieser Effekt noch intensiviert und farblich hinterlegt werden. Möglich sind alle RAL- sowie Effektfarben wie Gold, Silber, Bronze und Edelstahloptik.
Geschlossene Gusshaut
Der Schaum »Foaminal« hat eine geschlossene Gusshaut, wodurch er stabiler als »Alporas« ist. Momentan sind vier unterschiedliche Typen im Natur-Gußton erhältlich. Sie werden aus unterschiedlichen Granulaten hergestellt, die auch die Schwäche des Materials am deutlichsten zeigen: Von Nahem sieht es interessant aus, von Weitem aber kann es schnell eintönig wirken. Die Größen der Platten sind herstellungsbedingt eingeschränkt: 625 x 625 mm gibt es mit einer Dicke von 8, 15, 20, 25, 30 mm. Die maximale Größe ist 610 x 1220 mm mit einer Dicke von 12,7 mm.
Transluzenter Feinguss
Derartige Schaumplatten gibt es unter der Bezeichnung »Empore« von Alcarbon (oder auch von »M-Pore«, siehe Bild). Sie bestehen nur aus Zellstegen, haben also keine Zellwände und werden nicht geschäumt, sondern gegossen. Deshalb gibt es das Material je nach Porenanteil maximal 50 mm dick und 450 x 450 mm groß. Es kostet viermal soviel wie die sogenannten Alporasschäume. Bei hoher mechanischer Festigkeit ist es allerdings nur halb so schwer. Die Oberfläche der Zellstege ist leicht aufgeraut.
Transluzenter Schaum
Die Neuentwicklung »Porofoam-AC« hat ebenfalls nur Zellstege ohne Zellwände und eine offene Oberfläche. Ihre maximale Größe ist 2400 x 600 mm bei einer Dicke von 6, 8 oder 10 mm. Sie ist in allen RAL- sowie in Metallfarben erhältlich. Durch die Lichtdurchlässigkeit der dünnen Platten eignen sie sich besonders gut für Sonnenschutzelemente.
Patinierungen und Sandwichelemente
Seit 2007 ist für alle Platten auch eine Kupferbeschichtung erhältlich. Sie wird als Pulver aufgesprüht und durch Harz um- hüllt. Für eine grüne Patina wird das Harz an der Ober- fläche entfernt und der Grünspan künstlich hergestellt. Für Sandwichelemente werden die Aluminiumschäume mit Glas abgedeckt, das gänzlich transparent verklebt wird. Auch undurchsichtige Deckmaterialien sind möglich.
Bearbeitung
Die »Alporas«-Platten lassen sich mit einem groben Sägeblatt für Holz gut schneiden, für »Empore« eignet sich ein feines Sägeblatt für Metall besser. Beim Bohren ist ein genaues Zentrieren der Bohrung wegen der porösen Oberfläche kaum möglich. Die Schaumplatten können problemlos mit einer Fräse spanabhebend bearbeitet werden. Von einer Bearbeitung in einer Drehbank wird abgeraten. Die Sandwichelemente werden wasserstrahlgeschnitten und die Kanten nachgearbeitet.
Aussicht
Wird Aluminium aufgeschäumt, kann es helfen, Ressourcen zu schonen. Ein zusätzlicher Energieeinsatz für das Schäumen entsteht bei »Alporas« nicht, da es direkt aus der Schmelze produziert wird. Volumen aus »Foaminal« werden nochmals einzeln bei 700 ° C in einem Ofen »gebacken«. Bei »Empore« wird Gips mit Druckwasser ausgespült. Die Schäume sind also kostbare Materialien, die allerdings auch entsprechend edel wirken. Ob der Schaum in Zukunft als Fassadenmaterial oder für Oberflächen in Innenräumen genauso erfolgreich wird wie Metallgewebe, hängt letztlich von der gestalterischen Zuwendung seitens der Planer ab. •
  • Weitere Informationen: [1] Alcarbon Technologie GmbH, Bremen, www.alcarbon.com [2] Seit 2007 bietet die Firma Armstrong Wandelemente, seit 2006 »Metalfoam«-Deckenplatten an, die poröse Aluminiumschäume in Aluminium-Naturton oder farbig beschichtet fassen. Ihre akustischen Raumeigenschaften lassen sich über die Porosität der Schäume und ein dahinter liegendes Schalldämmvlies wunschgemäß einstellen.
  • Weitere Hersteller von Aluminiumschäumen: www.gleich.de, www.gleich.de sowie weitere Produkte mit Aluminiumschäumen siehe: www.gleich.de, www.gleich.de
Ebenfalls untersucht und in diesem Bereich geforscht hat das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU): www.ibp.fhg.de. Das an das Institut angegliederte Metallschaumzentrum begleitet Entwicklungen von Metallschäumen bis zum Prototyp.