Aluminium ist nach Stahl das am häufigsten verwendete Metall weltweit und spielt eine zentrale Rolle in der modernen Industrie. Besonders im Hinblick auf Klimaneutralität und nachhaltige Produktion hat Aluminium große Bedeutung, da es sich durch Leichtbauweise auszeichnet und sich hervorragend recyceln lässt. Für eine hohe Materialqualität ist es unerlässlich, dass das Aluminium während des Schmelzprozesses frei von Verunreinigungen ist. Hier setzt eine innovative Ultraschall-Messtechnik an, die im Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP entwickelt wurde und nun den Herstellungsprozess nachhaltig verbessert. Die Ultraschalltechnologie ermöglicht es, Einschlüsse oder Fremdpartikel in geschmolzenem Aluminium schnell, zuverlässig und kostengünstig zu erfassen – ein Fortschritt, der kürzlich mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2025 ausgezeichnet wurde.
Die Herausforderung in der Aluminiumproduktion besteht darin, dass Verunreinigungen, wie keramische Partikel, im Schmelzbad bei Temperaturen zwischen 600 und 800 Grad Celsius vorhanden sein können. Diese Partikel tauen nicht auf und verbleiben in der fertigen Legierung als Einschlüsse, die das mechanische Verhalten des Endprodukts negativ beeinflussen. Risse oder Löcher sind die Folge und können zu schwerwiegenden Ausfällen führen. Bislang genutzte Prüfverfahren sind oft zeitaufwendig, teuer oder erfordern hochqualifiziertes Personal, was sie im praktischen Einsatz für eine flächendeckende Qualitätskontrolle undenkbar macht. Das Ziel war daher, eine mobile und einfach zu bedienende Messlösung zu entwickeln, die in der rauen Umgebung einer Gießerei eingesetzt werden kann und dennoch präzise Ergebnisse liefert. Das Ergebnis ist das Ultraschallsystem AloX, dessen Name sich aus „Aluminium-Schmelze“ und „Oxid-Einschlüsse“ ableitet.
Die Funktionsweise lässt sich anschaulich mit einem Einparksensor im Auto vergleichen: Das Messsystem wird in die geschmolzene Aluminiumlegierung eingetaucht und sendet Ultraschallsignale aus, welche an Reflexoren zurückgeworfen werden. Werden Verunreinigungen passiert, verändern diese das Echo, wodurch Einschlüsse zuverlässig erkannt werden können. Eine Besonderheit liegt in der robusten Bauweise des Systems. Im Hochtemperaturbereich von 600 bis 800 Grad Celsius und der korrosiven Umgebung des Aluminiumschmelzbades stellen die Materialwahl und technische Umsetzung enorme Anforderungen. Gemeinsam mit der Industrie hat das Forscherteam mechanische und elektrische Komponenten speziell entwickelt. Dazu gehören Ultrasonic-Wellenleiter aus Titan, ein innovatives Kühlkonzept und eine maßgeschneiderte Software mit einem patentierten Analysealgorithmus, der die Messsignale in Echtzeit auswertet.
Das Messgerät ist auf einem fahrbaren Gestell montiert, was eine flexible Anwendung direkt vor Ort in der Produktion ermöglicht. So werden Inspektionen effizienter und schneller, Stillstandszeiten können reduziert und die Prozesssicherheit erhöht werden. Die integrierte Software liefert unmittelbar gradgenaue Ergebnisse, was schnelle Gegenmaßnahmen bei Entdeckung von Verunreinigungen erlaubt. Die Kombination aus Sensortechnik und intelligenter Auswertung ist ein Meilenstein, der nicht nur die Qualitätssicherung vereinfacht, sondern auch die Kosten senkt und die Umweltfreundlichkeit des Produktionsprozesses fördert. Der Einsatz von AloX verbessert die Transparenz in der Fertigung erheblich. Unternehmen erhalten in Echtzeit Einblick in die Reinheit des Materials und können so gezielter reagieren und Ausschuss vermeiden. Darüber hinaus unterstützt die Technologie den Trend zur Digitalisierung und Automatisierung in der Metallindustrie.
Die Entwickler arbeiten bereits an einer zweiten Generation des Systems, AloX 2. 0, die noch kompakter sein und weitere Optimierungen im Handling und der Datenauswertung bieten soll. Die Entwicklung zeigt zudem großes Potenzial für weitere Einsatzbereiche. Neben Aluminium ist eine Verwendung bei anderen geschmolzenen Metallen denkbar sowie in der Produktion von Klebstoffen oder sogar Lebensmitteln, wo die Erkennung von Fremdpartikeln ebenfalls von hoher Relevanz ist. Der internationale Markt für Qualitätssicherungssysteme in der Metallverarbeitung profitiert von einer Lösung, die Sensorik, Softwareentwicklung und mechanische Konstruktion in einem Paket vereint. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen entsteht hier eine Komplettlösung mit hoher Benutzerfreundlichkeit und Flexibilität. Die Fraunhofer-Gesellschaft unterstützt durch ihre Praxisnähe und interdisziplinäre Forschung innovative Ansätze, die industrielle Anforderungen erfüllen.
Der Preis für AloX unterstreicht die Bedeutung technischer Innovationen für Produktsicherheit und Nachhaltigkeit. Insgesamt zeigt die Integration moderner Ultraschalltechnologie in die Aluminiumproduktion, wie Fortschritte in der Messtechnik zur Sicherung der Produktqualität und zur Ressourcenschonung beitragen können. Durch die zuverlässige Detektion von Verunreinigungen werden nicht nur Kosten gesenkt und Produktausfälle minimiert, sondern auch die Leistungsfähigkeit von Komponenten verbessert, die in zahlreichen Bereichen, vom Fahrzeugbau bis zur Elektrotechnik, zum Einsatz kommen. Auf lange Sicht stärkt dies die Kreislaufwirtschaft, indem es den hohen Recyclinganteil von Aluminium zusätzlich absichert und Materialverluste durch Ausschuss verringert. Die Entwicklung des AloX-Systems zeigt eindrucksvoll, wie interdisziplinäre Forschung in Kombination mit industrieorientiertem Denken praktische Lösungen für komplexe Herausforderungen liefert.
Die Zukunft der Aluminiumverarbeitung wird zunehmend von digitalen und innovativen Qualitätskontrollen geprägt sein – ein Weg, der nicht nur wirtschaftliche Vorteile bringt, sondern auch ökologische Verantwortung stärkt. Innovativ, flexibel und robust – damit setzt das Ultraschallsystem neue Maßstäbe in der metallverarbeitenden Industrie und trägt wesentlich zu einer nachhaltigeren Produktion bei.
