Experimente unter Schwerelosigkeit können dazu beitragen, Herstellungsprozesse zu optimieren. Ihr Zweck: die Produkt-qualität erhöhen und Kosten senken.
Dr. Barbara Wantzen ist freie Fachjournalistin in Ulm
Der internationale Konzern Hydro Aluminium hat die Vorzüge der Raumfahrtforschung erkannt. Das Unternehmen mit deutschem Sitz in Köln produziert unter anderem Teile aus Aluminiumguss, vor allem Motorblöcke für den Automobilbau. Die Anforderungen an diese Bauteile steigen ständig: Sie müssen leicht sein und zugleich gute mechanische und physikalische Eigenschaften aufweisen. Um die Qualität der Legierungen und den Gießprozess immer weiter zu optimieren, werden auch Simulationsprogramme eingesetzt. Die dafür erforderlichen Parameter gewinnt Hydro Aluminium jetzt mit Hilfe der Raumfahrt.
Zu den gesuchten Parametern gehören die Veränderungen von Oberflächenspannung und Viskosität im Gießprozess, während die Schmelze abkühlt. Bisher wurden diese Werte mit Hilfe der „Trial-and-error“-Methode aus allgemeinen Messungen entnommen und für die Simulation angepasst. Mit Hilfe der elektromagnetischen Levitation, einem behälterfreien Schmelzverfahren, lassen sich nun erstmals die Viskosität und die Oberflächenspannung an teilerstarrten Aluminiumlegierungen messen. Das Verfahren reduziert die natürliche Konvektion in der Schmelze. „Natürliche Konvektion“ bedeutet, dass durch die Schwerkraft die heiße, leichtere Schmelze aufsteigt, während die kältere und schwerere Schmelze absinkt. Beim behälterlosen Schmelzen entfallen zudem die Einflüsse von Ofenwänden. Hier bieten sich Tests unter Schwerelosigkeit an, weil auf der Erde stärkere elektromagnetische Felder nötig wären und die Schmelzetropfen keine Kugelgestalt annehmen.
Hydro Aluminium nimmt an einem Projekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) teil, das die systematische und zielorientierte Nutzung der Raumfahrt für die Industrie vorantreiben soll. In diesem Projekt für die „Promotion industrieller Nutzer“ der Internationalen Raumstation, kurz PIN genannt, übernimmt das DLR eine Mittlerrolle: Zusammen mit dem Kunden, hier Hydro Aluminium, entwickeln die DLR-Mitarbeiter ein Konzept zur schrittweisen Nutzung der Raumfahrt. Als letzter Schritt stehen Tests in der Raumstation ISS an.
Gemeinsam mit dem Kunden wird geprüft, ob und auf welche Weise das vereinbarte Ziel erreicht werden kann. Dann beginnen die Experimente unter Mikrogravitation. Die preiswerteste Methode für einen solchen Test bietet der Fallturm in Bremen. Weitere Möglichkeiten sind Parabelflüge mit einem Airbus und Flüge mit einer Höhenforschungsrakete. Sind eines oder mehrere dieser Experimente erfolgreich abgeschlossen und erscheinen erweiterte Messungen an Bord der ISS sinnvoll, wird ein Flug zur Raumstation in Angriff genommen. Nach jeder Projektstufe kann der Kunde aussteigen, wenn er merkt, dass die Experimente nicht die erwünschten Ergebnisse erzielen oder wenn die Resultate schon ausreichen. So bleibt das betriebswirtschaftliche Risiko überschaubar.
Für Hydro Aluminium steht jetzt der letzte Schritt vor dem Flug zur ISS an: Im nächsten Jahr beginnen die Experimente in der Höhenforschungsrakete. „Von den genaueren Messergebnissen unter Schwerelosigkeit versprechen wir uns einen bedeutenden Beitrag zur Verbesserung von Produktion und Betriebsabläufen und damit zur Erhöhung unserer Wettbewerbsfähigkeit“, begründet Dr. Wilfried Bender, der bei Hydro Aluminium an der Raumfahrtnutzung mitarbeitet, die Projektteilnahme. „Und nicht zuletzt werden wir so schneller auf Kundenwünsche reagieren können.“
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