12. konstruieren mit aluminium

Informationen über den
Werkstoff Aluminium
Arbeitsmaterial für Lehrer an berufsbildenden Schulen
Düsseldorf, Februar 2006

INHALTSVERZEICHNIS
I. Didaktische und methodische Hinweise
I.I. Kurzbeschreibung des zugrunde liegenden didaktischen Konzepts
II. Informationen zum Werkstoff Aluminium
1. Vorwort:
Aluminium – aus dem täglichen Leben nicht wegzudenken
2. "Aluminium" in der Natur
2.1. Wie kommt Aluminium in der Natur vor?
2.2. Der Weg von Aluminium in den menschlichen Körper
2.3. Der Weg von Aluminium im und aus dem menschlichen Körper
3. Gewinnung von Aluminium
3.1. Das junge Metall Aluminium
3.2. Der Ausgangsstoff Bauxit
3.3. Aluminiumherstellung
3.3.1. Geschichtliches
3.3.2. Bauxitabbau und Rekultivierung
3.3.3. Vom Bauxit zum Aluminiumoxid – Das BAYER-Verfahren
3.3.4. Vom Aluminiumoxid zum Aluminium – Die Schmelzflusselektrolyse
3.3.5. Strom aus Wasserkraft für die Herstellung von Primäraluminium
4. Eigenschaften von Aluminium
4.1. Die physikalischen Eigenschaften
4.2. Die chemischen Eigenschaften
5. Die Verwendung von Aluminium
5.1. Aluminium – der universelle Werkstoff
5.2. Ausgewählte Verwendungsmöglichkeiten von Aluminium
5.3. Aluminium als Verpackungsmaterial

6. Der Recyclinggedanke:
6.1. Der Werkstoff Aluminium als Wertstoff
6.2. Ein hervorragender Recyclingwerkstoff
6.3. Ein Werkstoff mit positiver Energiebilanz
6.4. Der Aluminiumkreislauf
6.5. Ressourcen für das Aluminiumrecycling
6.6. Hohe Recyclingraten
7. Aluminium in Deutschland
8. Nachweis von Aluminium
9. Aluminiumverbindungen in Alltag und Technik
10. Zusatzinformationen zu
10.1. Legierungen
10.2. Oberfläche
10.2.1. Anodische Oxidation
10.2.2. Beschichten
10.3. Korrosion
10.3.1. Allgemeines
10.3.2. Korrosionsverhalten von Aluminium
10.3.2.1. Aluminium in Kontakt mit anderen Metallen
10.3.2.2. Aluminium in Kontakt mit Beton
10.3.2.3. Aluminium in Kontakt mit Holz
10.3.2.4. Aluminium in Kontakt mit Erdböden
11. Technische Informationen zu
11.1. Lieferformaten
11.2. Sekundäraluminium
11.3. Aluminiumhalbzeug
11.3.1. Walzerzeugnisse
11.3.2. Strangpresserzeugnisse
11.3.3. Gezogenes Aluminiumhalbzeug
11.3.4. Schmiedestücke
11.4. Aluminium-Verbundwerkstoffe

11.5. Halbzeugähnliche Aluminiumerzeugnisse
12. Konstruieren mit Aluminium
12.1. Einfluss Elastizitätsmodul
12.2. Strangpresstechnik
12.3. Wärmeeinwirkung
13. Aluminium bearbeiten
13.1. Spanende Bearbeitung
13.2. Umformen (Biegen)
13.3. Kanten
14. Aluminium fügen
14.1. Nieten
14.2. Schrauben
14.3. Kleben
14.4. Verbinden durch Umformen
14.5. Schnappverbindungen
15. Literatur
16. Glossar
III. Anhang I: Fact-Sheets
IV. Anhang II: Arbeitsblätter

I. DIDAKTISCHE UND METHODISCHE HINWEISE
I.I. KURZBESCHREIBUNG
DES ZUGRUNDE LIEGENDEN DIDAKTISCHEN KONZEPTES
Aus Bauxit wird in einem zweistufigen Prozess Aluminium gewonnen.
Bereits die Gewinnung von Aluminium lässt sich nicht nur unter
chemischen Aspekten behandeln, sondern es können auch
(wirtschafts-)geographische, biologische und umweltrelevante
Fragen aufgegriffen werden. Der klassischen Leitlinie des Chemieunterrichtes
folgend lassen sich dann typische Beziehungen
zwischen der Struktur von Aluminium (Stichwort: Metallbindung) und
den daraus resultierenden Eigenschaften ableiten. Andererseits gibt
es eine Vielzahl von Eigenschafts-Verwendungs-Beziehungen. Die
Notwendigkeit von Recycling kann am Beispiel Aluminium eindrucksvoll
vermittelt werden. Das erneute Einsatzgebiet dieses Werkstoffes
wird wiederum durch seine Eigenschaften bestimmt. Somit wird vor
allem dem Lebensweg-Gedanken Rechnung getragen.
Gewinnung von Aluminium
Struktur
Eigenschaften
Verwendung Recycling
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II. Informationen zum Werkstoff Aluminium
1. VORWORT:
ALUMINIUM – AUS DEM TÄGLICHEN LEBEN
NICHT WEGZUDENKEN
In der heutigen Zeit ist Aluminium in aller Munde, besser gesagt in
aller Hände. Jeder benutzt es in Form von Aluminiumfolie im Haushalt,
als Menüschale für Fertiggerichte oder Aerosoldose für Haarspray.
Für Industrie und Handel ist Aluminium unverzichtbar. Transportmittelhersteller,
egal ob Kickboard, Fahrrad, Pkw, Lkw, Zug, Flugzeug
oder Rakete, sind froh über einen Werkstoff, der sich so gut
bearbeiten lässt und aufgrund seiner Leichtigkeit einen nicht unerheblichen
Anteil an Produktgewicht einspart.
Architekten und Konstrukteure sind von diesem leichten Werkstoff
angetan, da er neben anderen Vorzügen korrosionsbeständig ist –
auch ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen.
Die Verpackungsindustrie ist durch die Verwendung von Aluminium
in der Lage, bei optimalem Schutz des jeweiligen Füllgutes gegen
qualitätsmindernde Umwelteinflüsse wie Licht, Gerüche, Keime oder
Feuchtigkeit eine leichte und gut zu handhabende Verpackung herzustellen.
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2. "ALUMINIUM" IN DER NATUR
2.1. WIE KOMMT ALUMINIUM IN DER NATUR VOR?
Aluminium ist nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste Element
überhaupt. Es ist Bestandteil nahezu aller Gesteine und Böden.
Aber anders als Silber oder Gold kommt es nicht in metallischer
(andere Bezeichnung: gediegener) Form in der Natur vor. Aluminium
existiert nur in festen chemischen Verbindungen. Typische Beispiele
sind die Edel- und Halbedelsteine (zum Beispiel Saphir und Rubin),
Tone (zum Beispiel Kaolin), bekannte Mineralien (beispielsweise
Korund und Kryolith) und Bauxit, der Rohstoff für die Aluminiumherstellung.
Der bereits im Altertum bekannte und zum Färben
verwendete Alaun hat dem Aluminium seinen Namen gegeben:
alumen (lat.) = Alaun.
2.2. DER WEG VON ALUMINIUM IN DEN MENSCHLICHEN KÖRPER
Durch die physikalische Verwitterung gelangen die Aluminiumverbindungen
mit den Stäuben in die (Atem-)Luft. Vorgänge der
chemischen Verwitterung bedingen den Eintrag von Aluminiumionen
in das Oberflächen- beziehungsweise Grundwasser. Trinkwasser
darf maximal 0,2 mg Aluminium/Liter enthalten [1]. Dies hat zur
Folge, dass Aluminiumverbindungen von Pflanzen und Tieren aufgenommen
werden. Während Tiere Aluminium nahezu vollständig
wieder ausscheiden, ist bei einigen Pflanzen die Neigung, Aluminium
zu speichern, deutlich ausgeprägt (Tabelle 1, 2 und 3) – vor allem bei
Gewürzen und Teeblättern [4]. Deshalb weist pflanzliche Nahrung in
der Regel höhere Aluminiumgehalte auf als tierische Nahrung.
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Verteilung der Elemente in der Erdkruste
Silizium (25,8 %)
Aluminium (8 %)
Sauerstoff (46,8 %)
Eisen (5 %)
Calcium (3,4 %)
Natrium (2,6 %)
Kalium (2,4 %)
Magnesium (1,9 %)
Übrige (4,1 %)
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Tabelle 1: Aluminiumgehalte in Gewürzen [2]
Gewürz Aluminiumgehalt (mg/100g)
Thymian 50,0 – 100,0
Oregano 50,0 – 70,0
Lorbeerblätter 14,2 – 73,0
Salbei 30,7 – 50,0
Basilikum 16,7 – 45,0
Schwarzer Pfeffer 4,8 – 23,7
Zimt 4,8 – 11,5
Tabelle 2: Aluminiumgehalte in frischen Pflanzen [2]
Frische Pflanzen Aluminiumgehalt (mg/kg)
Porree 0,14 – 0,18
Zwiebel 0,029 – 0,077
Paprika 0,017 – 0,071
Knoblauch 0,013 – 0,03
Tabelle 3: Aluminiumgehalte in pflanzlichen Lebensmitteln [3]
Lebensmittel Aluminiumgehalt
(µg/g Trockensubstanz)
Apfel 20,3
Bohnen 46,6
Kartoffel 35,1
Tee
812,8
Über die Nahrungskette und Medikamente erreicht Aluminium in
Form von zumeist unlöslichen Aluminiumverbindungen den menschlichen
Körper. "Nach neueren Erkenntnissen werden pro Tag und pro
Kopf etwa 15 mg Aluminium aufgenommen. Trotz der geringen Verzehrmenge
an Gewürzen (etwa 3 g/Tag) tragen diese wesentlich zur
täglichen Aluminiumaufnahme des Menschen bei. " [2]
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2.3. DER WEG VON ALUMINIUM
IM UND AUS DEM MENSCHLICHEN KÖRPER
Im Verdauungstrakt des Menschen werden unlösliche Aluminiumverbindungen
nur in geringem Ausmaß resorbiert. Die Löslichkeit als
Voraussetzung für die Resorption wird durch das saure Milieu des
Magens gefördert. Zum Beispiel wird das schwer lösliche Aluminium-
hydroxid – Wirkstoff im Arzneimittel Maaloxan ® – im Magen durch die
Wirkung der Magensäure in das lösliche Aluminiumchlorid überführt,
die Resorption wird begünstigt.
Den Großteil des eingetragenen "Aluminiums" scheidet der Mensch
wieder aus. Selbst wenn die konsumierte Nahrung außergewöhnlich
hohe Aluminiumgehalte aufweist, wird vom Körper nur ein sehr geringer
Teil absorbiert. Die in den Blutkreislauf aufgenommene Menge
wird durch die Nieren über den Urin rasch wieder ausgeschieden.
Sonderfälle sind Dialysepatienten und Frühgeburten mit aus anderen
Gründen eingeschränkter Nierenfunktion, da bei ihnen die Fähigkeit,
absorbiertes Aluminium aus dem Körper zu entfernen, eingeschränkt
ist.
Wissenswert ist, dass Aluminiumionen die Resorption anderer Ionen
(z. B. Phosphat-, Fluorid-, Calcium- und Eisenionen) hemmen. Die
Folge kann Knochenerweichung (Osteomalazie) sein. [5]
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Aluminium im Körper
Mensch
Nahrung
Erdkruste Natur
Al 3+
Al 3+
Al 3+
Gewässer
Silicium 26%
Al 3+
Al 3+
Al 3+
Al 3+
Al 3+
Al 3+
Al 3+
Aluminium 8%
Sauerstoff 47%
Al 3+
Pflanzen
Übrige 14%
Al 3+
Al 3+
Al 3+
Natur
Al 3+
Böden/Gesteine
Aluminium ist das
dritthäufigste Element
der Erdkruste
Der Al-Gehalt der Nahrung eines Erwachsenen beläuft sich zwischen 5 und 12 mg pro Tag
Die Absorptionsrate für Aluminium im Körper liegt bei etwa 0,01 %
Eine um den Faktor 100 höhere Aufnahme von Al hat keine gesundheitlichen Schäden zur Folge
(Versuchsergebnis mit Testpersonen)
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3. GEWINNUNG VON ALUMINIUM
3.1. DAS JUNGE METALL ALUMINIUM
Innerhalb von nur 100 Jahren hat sich Aluminium von einer Rarität
("Napoleon III. ... gab ein rauschendes Fest. Einige Ehrengäste durften die erlesenen
Speisen mit Bestecken aus Aluminium genießen. Weniger bedeutende
Gäste mussten sich mit gewöhnlichen Silberbestecken begnügen." [6]) zu einem
vielseitigen und weit verbreiteten Gebrauchsmetall entwickelt. Unter
den mengenmäßig bedeutenden Metallen hat Aluminium eine vergleichsweise
kurze Historie. Seit vorgeschichtlicher Zeit sind Kupfer,
Zinn, Eisen, Blei, Silber, Gold und Quecksilber dem Menschen bekannt
– dagegen ist Aluminium ein Metall des industriell geprägten
19. Jahrhunderts. Dem dänischen Physiker OERSTEDT gelang es
erst 1825, die ersten stecknadelkopfgroßen Mengen von Aluminium
durch Reduktion von Aluminiumchlorid mit Kaliumamalgam zu erzeugen.
3.2. DER AUSGANGSSTOFF BAUXIT
Bauxit – ein Verwitterungsprodukt aus Kalk-Silikatgestein – hat einen
Gehalt an Aluminiumoxid (Al2O3) von häufig über 50 Prozent (%).
Das Bauxiterz ist nach dem Ort Les Baux in Südfrankreich benannt,
wo es 1821 entdeckt wurde. Die Vorkommen des überwiegend im
Tagebau gewonnenen Bauxits liegen zu etwa 90 % in Ländern des
Tropengürtels. Hauptfördergebiete sind Australien, Westafrika,
Brasilien und Jamaika.
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Bauxitförderung in Mio t 1999
Vorkommen weltweit 1996: ca. 25 Mrd t*
Förderung 1999: 116 Mio t
Russland 3,4
Europa 2,1
Kasachstan 3,4
VR China 9,0
USA 0,1
Indien 5,9 Malaysia 0,2
Indonesien 1,0
Jamaika 12,6
Surinam 3,9 Guinea 17,0
Venezuela 4,8 Guayana 2,2 Ghana 0,4
Brasilien 11,7
Australien 44,5
* Wirtschaftlich abbaubare Vorräte reichen nach heutigen Rahmenbedingungen noch 200 Jahre.
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3.3. ALUMINIUMHERSTELLUNG
3.3.1. GESCHICHTLICHES
Das Verfahren von OERSTEDT 1825 reichte nicht für eine Produktion
im großtechnischen Maßstab aus. Es bedurfte der Erfindung
eines wirtschaftlichen Gewinnungsverfahrens. Eine Entdeckung auf
einem ganz anderen Gebiet erwies sich als entscheidender Meilenstein:
die Erfindung des Generators, mit dem nun elektrischer Strom
großtechnisch verwertet werden konnte. 1886 entdeckten dann der
Franzose HEROULT und der Amerikaner HALL gleichzeitig und voneinander
unabhängig ein solches Verfahren: die Schmelzflusselektrolyse,
nach der auch heute noch Aluminium aus Aluminiumoxid
produziert wird.
3.3.2. BAUXITABBAU UND REKULTIVIERUNG
Bauxit – der wichtigste Rohstoff für die Herstellung von Aluminium –
wird jährlich weltweit mit rund 177 Mio. Tonnen überwiegend im
Tagebau gefördert. Die allein aus heutiger Sicht wirtschaftlich abbauwürdigen,
gesicherten Bauxitvorkommen weisen eine Reichweite von
rund 200 Jahren auf.
Die Rekultivierung der Bauxitminen ist fester Bestandteil des Bauxitabbaus.
Lange vor dem eigentlichen Erzabbau werden bereits geeignete
Maßnahmen getroffen, die eine gewünschte Form der Rekultivierung
und Folgenutzung ermöglichen. Darunter fallen Arbeitsschritte
wie
• die sorgfältige Entfernung der Vegetation
• das Sammeln von Saatgut
• das systematische Abtragen von Mutterboden und Abraum
• die Zwischenlagerung von Deckschichten.
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Erst dann werden die Bauxitlagerstätten ausgeerzt. Als wichtige Bestandteile
des Bauxitabbaus folgen anschließend Arbeitsschritte wie
• die Anpassung der Geländeform mit dem Auftrag des
zwischengelagerten Abraums und des Mutterbodens
• und die Aussaat (Vegetationsbedeckung).
Dies ist für eine effiziente Rekultivierung unabdingbar. Dabei werden
heute rund 85 % der Bauxitabbauflächen neu aufgeforstet und
weitere 10 % für landwirtschaftliche Zwecke erschlossen. Die
verbleibenden zirka 5 % werden zum Beispiel für Erholungs- und
Wohn- oder Gewerbegebiete zur sozialen beziehungsweise
wirtschaftlichen Entwicklung genutzt.
Der Bauxitabbau wird von einem kontinuierlichen Umweltmonitoring
begleitet, das Erosionskontrollen sowie Wasser- und Abfallmanagement
einschließt. Zudem verfügen Minenbetreiber über eigene Gärtnereien
und Baumschulen, welche die Aufzucht verschiedener Pflanzenarten
und Setzlinge ermöglichen.
Wird zum Beispiel eine landwirtschaftliche Nachnutzung der Minenareale
angestrebt, so werden Forschungsprojekte durchgeführt, um
Obstbäume oder Gräser unter den geografischen Bedingungen auf
ihre Ertragskraft vor Ort zu testen und zu optimieren.
So verliehen die Vereinten Nationen 1990 ihren Umweltschutzpreis
"Global 500 Roll of Honour for Environmental Achievement" für vorbildliche
Rekultivierung an eine Bauxitmine in Westaustralien.
Ein geringer Teil des weltweit geförderten Bauxits wird in Regenwaldgebieten
gewonnen. Dafür wird jährlich eine Fläche von zirka 3
Quadratkilometern genutzt.
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Nach Beendigung des Abbaus wird in diesen Gebieten überwiegend
eine Form der Rekultivierung angestrebt, die dem ursprünglichen
Ökosystem möglichst nahe kommt. Selbst wenn eine Rekultivierung
in land- beziehungsweise forstwirtschaftliche Nutzflächen erfolgt,
kann auch dies indirekt zum Erhalt von Regenwald beitragen. Denn
die Zerstörung der Regenwälder geschieht fast ausschließlich durch
den Wanderfeldbau – einschließlich der Brandrodung – durch die
ärmsten Bevölkerungsschichten, die auf diese Weise ihren Lebensunterhalt
bestreiten. Die Schaffung land- beziehungsweise forstwirtschaftlicher
Nutzflächen kann somit die Brandrodung an anderer
Stelle vermindern.
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Bauxitabbau und Rekultivierung
Bauxit-Abbau und...
Transport auf dem Minenareal
Mineneigene Anzuchtstation
Wieder aufgeforstete
Rotschlammdeponie
Rekultiviertes Areal
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3.3.3. VOM BAUXIT ZUM ALUMINIUMOXID – DAS BAYER-VERFAHREN
Aluminium wird großtechnisch in einem zweistufigen Prozess erzeugt:
Im ersten Schritt – dem so genannten BAYER-Prozess – wird
aus dem Bauxit unter Druck und Hitze Aluminiumhydroxid (Al(OH)3)
extrahiert, das anschließend durch Glühen zu Aluminiumoxid (Al2O3)
gebrannt wird.
Bayer-Verfahren
Ausrührer
Bauxit
Mischer
Filter
Das BAYER-Verfahren
Autoklav
200° C
40 bar
Eindicker
Kalzinierofen
Natronlauge
100° C
Aluminiumoxid
Rotschlamm
Bei dieser ersten Verfahrensstufe (BAYER-Prozess) fällt als Reststoff
Rotschlamm an. Pro Tonne gebildetem Aluminiumoxid entstehen
700 Kilogramm Rotschlamm mit einem Feuchtigkeitsgehalt von
40 bis 50 %. Rotschlamm enthält die nicht gelösten Bestandteile von
Bauxit. Im Wesentlichen sind es oxidische Eisen- und Titanminerale.
Daneben enthält er noch Reste ungelöster Aluminiumverbindungen
sowie die im BAYER-Prozess gebildeten Natrium-Aluminium-Silikate.
Die charakteristische rote Farbe entsteht durch den hohen Gehalt an
Eisen(III)-oxid.
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Bayer-Verfahren
Natronlauge
Bauxit
200° C
40 bar
100° C
Autoklav
Mischer
Eindicker
Rotschlamm
Filter
Aluminiumoxid
Kalzinierofen
Ausrührer
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Der Rotschlamm wird nach Trennung vom Aluminiumhydroxid aufbereitet:
• Die Natronlauge wird in einem effizienten Kreislauf wieder
verwendet.
• Die Erzrückstände enthalten, abgesehen vom
Restalkaligehalt, keine weiteren industriellen Zusätze und
können umweltneutral deponiert werden.
Nach Erreichen ihrer Kapazitätsgrenzen können Rotschlammdeponien
rekultiviert werden. Dazu ist eine Vorbehandlung des Rotschlamms
zum Beispiel mit Gips erforderlich, um den pH-Wert der
Deponien zu reduzieren.
3.3.4. VOM ALUMINIUMOXID ZUM ALUMINIUM –
DIE SCHMELZFLUSSELEKTROLYSE
Aluminiumoxid ist Ausgangsprodukt für den zweiten Schritt bei der
Aluminiumgewinnung, die Schmelzflusselektrolyse. Hier wird eine
Schmelze aus Tonerde (Al2O3) und dem Flussmittel Kryolith mit Hilfe
von elektrischem Strom in flüssiges Aluminium und Sauerstoff zerlegt.
Die Elektrolyse-Zelle
Aluminiumoxid
Schmelze
flüssiges
Aluminium
4 bis 5 V
150 bis 180 kA
20

Aluminium-Elektrolyse
Aluminiumoxid
4 bis 5 V
150 bis 180 kA
Schmelze
flüssiges
Aluminium
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3.3.5. STROM AUS WASSERKRAFT
FÜR DIE HERSTELLUNG VON PRIMÄRALUMINIUM
Wird ein Kilogramm Aluminium aus Tonerde hergestellt, so sind für
den Elektrolyseprozess heute zwischen 13 und 15 Kilowattstunden
(kWh) an elektrischem Strom erforderlich.
Der Energiebedarf für die Primäraluminiumproduktion wird in der
westlichen Welt gegenwärtig zu rund 55 % aus Wasserkraft gedeckt.
Wasserkraft kann ohne wesentliche Energieverluste in Elektrizität
umgewandelt werden. Wasserkraftwerke errichtet man überall dort,
wo Wasser zum Betreiben von Turbinen eingedämmt und gestaut
werden kann. Da sich Wasserkraftwerke häufig in dünn besiedelten,
entlegenen Gegenden befinden, ist die Aluminiumerzeugung eine
der wenigen sinnvollen Nutzungen dieser unerschöpflichen Energie.
Denn der Transport per Kabel über weite Entfernungen wäre mit
großen Verlusten verbunden.
Wird Aluminium nicht mit Wasserenergie erzeugt, so sind dafür länderspezifische
oder infrastrukturelle Gründe verantwortlich. Beispielsweise
werden in Australien und Südafrika die nationalen Kohle-
Ressourcen genutzt. Zum wirtschaftlichen Betreiben von Kraftwerken
tragen Primäraluminiumhütten als willkommener ständiger Grundlastabnehmer
bei – dies gilt auch für Standorte in Deutschland.
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Aluminium-Gewinnung
+ Elektr. Energie
+ Natronlauge
+ Anoden
Primär-
Aluminium
Aluminiumoxid
(Tonerde)
Bauxit
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Wasserkraftpotenzial in Mio GWh/a
6.8
1.2
Techn. Potential
Ökonom. Potential
Ausgebaute Kapazität
1.5
0.8
3.6
0.8
0.5
1.1
3.6
Europa
Asien
Nordamerika
0.5
0.7
0.7
Afrika
2.6
1.7
2.3
0.3
Australien /
Ozeanien
Südamerika
1.0
0.1
0.04
0.1
0.5
Quelle: Lehrstuhl für Reaktorsicherheit und -technik, Aachen
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4. EIGENSCHAFTEN VON ALUMINIUM (METALL)
4.1. DIE PHYSIKALISCHEN EIGENSCHAFTEN
• metallischer Glanz
• gut formbar
• Dichte: 2,698 g/cm 3 � Leichtmetall
• Schmelzpunkt: 660° C
• Wärmeleitfähigkeit: 237 W/m•K
• Elektrische Leitfähigkeit = 62 % der Leitfähigkeit von Kupfer
4.2. DIE CHEMISCHEN EIGENSCHAFTEN
• sehr unedles Metall
• reagiert heftig mit Salzsäure und Natriumhydroxid-Lösung
(amphoterer Charakter)
• reagiert weniger heftig mit Schwefelsäure, während es
sich in der Kälte gegenüber Salpetersäure passiv verhält
• lässt sich aus wässriger Lösung nicht elektrolytisch
abscheiden, Reduktion des Oxids gelingt auch nicht,
deshalb: Schmelzflusselektrolyse zur Gewinnung
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Die Eigenschaften
Aluminium hat eine Reihe guter Eigenschaften. Unter anderem ist Aluminium:
leicht fest schön und beständig
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5. DIE VERWENDUNG VON ALUMINIUM
5.1. ALUMINIUM – DER UNIVERSELLE WERKSTOFF
Durch die Vielzahl seiner Eigenschaften und die Möglichkeit, diese
gezielt zu verstärken und miteinander zu kombinieren, ist Aluminium
ein vielseitig nutzbarer Werkstoff. Überall, wo Gewichtsersparnis,
Schutzfunktion, Stabilität, Korrosionsbeständigkeit und Langlebigkeit
gefordert werden, wird Aluminium eingesetzt.
Blankes Aluminium ist aufgrund seiner natürlichen dünnen – aber
sehr dichten – Oxidschicht unempfindlich gegen Korrosion. Aluminium
ist sehr gut kalt- und warmumformbar, lässt sich schweißen,
schmieden und kleben, besitzt eine hohe Leitfähigkeit für Strom und
Wärme. Trotz seines niedrigen spezifischen Gewichts besitzt es eine
hohe Festigkeit. Aluminium ist ungiftig und folglich physiologisch unbedenklich
– als Verpackung schützt es das Füllgut, ist selbst geschmacksneutral
und eine perfekte Barriere gegenüber äußeren Einflüssen.
Im Bereich Bau und Verkehr ist Aluminium aufgrund seines
geringen Gewichts, der Witterungsbeständigkeit und der Energieersparnis
während der Nutzungsphase gefragt.
Aluminiumbedarf in Deutschland im Jahr 2005: 3,10 Mio. Tonnen
Haushaltswaren/
Bürobedarf
5 %
Elektroindustrie
Eisen- und
Stahlindustrie
6 %
Verpackung
10 %
5 %
Maschinenbau
9 %
Bauwesen
15 %
Sonstige Märkte
7 %
Verkehrssektor
43 %
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Produkte aus der Gießerei
Hinterachsgehäuse
Motorblock
Flüssiges Aluminium Aluminiumfelge
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Strangpress-Produkte
Aluminium-Wintergarten
Aluminium-Leiter
Aluminium-Fenster
Strangpress-Anlage
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Walzverfahren und -Produkte
Fassaden-
Verkleidung
Flugzeug-
Karosserie
Warmwalzstraße
Profiltafeln
Kaltwalzanlage mit
Coils
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5.2. AUSGEWÄHLTE VERWENDUNGSMÖGLICHKEITEN VON ALUMINIUM
Der nachfolgenden Übersicht sind den unter 5.1. genannten Bereichen
konkrete Verwendungsmöglichkeiten zugeordnet.
Bereich Konkrete Verwendungsmöglichkeit
Verkehr Autoindustrie (Motorblock, Gehäuse, Zylinderköpfe,
Effektpigmente für Lack, Räder);
Fahrräder;
Schienenfahrzeuge (ICE, Straßenbahn);
Nutzfahrzeuge (Aufbauten);
Flugzeugbau;
Schifffahrt (Fähren, Überflutungsschleusen)
Bau Fenster (Fensterrahmen, Fensterbänke,
Fenstergriffe); Türen; Geländer;
Fassaden (Verkleidungen, Unterkonstruktion für
Solarfassaden); Dach; Wand;
Antennen- und Blitzableiterkonstruktionen
Maschinenbau Motorengehäuse, Lagergehäuse, Zylinder
(Hydraulik, Pneumatik)
Verpackung Folie, Kapsel, Tuben, Dosen, Fässer
Eisen- und
Stahlindustrie
Desoxidationsmittel
Elektroindustrie Freileitungsseile, Antennen, Abschirmung von
Telefon- und Antennenkabeln
Haushalt
und Büro
Besteck, Geschirr, Grillfolie, Lampen, Leitern,
Campingartikel
Sonstiges Schutzdecken;
Feuerleitern, Feuerschutzanzüge;
Fußballtor;
E173 (silberweißer Lebensmittelfarbstoff für
Oberflächen, sehr seltene Anwendung)
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5.3. ALUMINIUM ALS VERPACKUNGSMATERIAL
Durch die Verwendung von Aluminiumverpackungen und -geschirr
(Töpfe, Pfannen) erhöht sich der Aluminiumgehalt der Füllgüter und
Speisen allenfalls geringfügig. Eine Ausnahme bilden saure Lebensmittel
und Getränke, die direkten Kontakt mit unbeschichtetem Aluminium
haben. Diese zusätzlichen Einträge, deren Höhe vom pH-
Wert des Füllgutes und der Kontaktzeit abhängt, können leicht die
durchschnittliche tägliche Zufuhr übersteigen. Beispiele für saure
Speisen sind Rhabarber, Tomaten, Kohl, Aprikosen, Sauerkraut,
Citrussäfte. Eine gesundheitliche Gefährdung ist auch in diesen
Fällen nicht zu befürchten, da die rasche Ausscheidung von Aluminium
das Erreichen kritischer Konzentrationen im Blutkreislauf
verhindert. Für die Aufbewahrung stark saurer oder stark alkalischer
Speisen sollte unbeschichtetes Aluminium möglichst nicht verwendet
werden, beschichtetes beziehungsweise lackiertes Aluminium (z. B.
Folie) ist dagegen unproblematisch.
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Verpacken mit Aluminium
33
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6. DER RECYCLINGGEDANKE: DER
WERKSTOFF ALUMINIUM ALS WERTSTOFF
6.1. EIN HERVORRAGENDER RECYCLINGWERKSTOFF
Der Werkstoff Aluminium darf zu Recht als Wertstoff bezeichnet werden.
Zum einen ist der Wertverlust von Aluminium durch den
Gebrauch äußerst gering. Belege dafür sind die hohen Erlöse, die
sich für Aluminiumschrotte im Markt erzielen lassen. Zum anderen
wird die Energie, welche zur Herstellung von Aluminium benötigt
wird, in dem Material "gespeichert". Deshalb wird Aluminium auch als
Energiebank bezeichnet. Dies lässt den Schluss zu, dass Aluminium
zu wertvoll ist, um es nach dem einmaligen Gebrauch einfach wegzuwerfen.
Dem Recycling kommt eine große Bedeutung zu.
6.2. EIN WERKSTOFF MIT POSITIVER ENERGIEBILANZ
Eine leere Aluminiumdose darf nicht einfach achtlos weggeworfen
werden. Denn die für die Aluminiumerzeugung aufgewendete Energie
geht nicht verloren. Sie bleibt im Metall "gespeichert". Dabei ist
es unerheblich, ob es sich um Walzbarren, Aluminiumendprodukte
oder Schrott handelt. Aluminium ist eine Energiebank und kann die
gespeicherte Energie über große Entfernungen ohne Verluste kostengünstig
transportieren. Der zur Erzeugung von Recyclingaluminium
benötigte Energieaufwand ist bis zu 95 % geringer im
Vergleich zur Primäraluminium-Erzeugung.
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Lebenszyklus
Energie
Verbraucher
Markt
Fertigung
Halbzeugfertigung
Aluminium
Recycling
Bauxit Tonerde Sekundärhütte
4 t Bauxit =� 2 t Tonerde = � 1 t Aluminium
(Aluminiumoxid)
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Bei der wissenschaftlichen Diskussion über den Stellenwert des
Energieeinsatzes in Produkt-Ökobilanzen haben sich folgende
Aspekte ergeben:
1. Die Beurteilung des Energieeinsatzes darf sich nicht
ausschließlich auf die Herstellung des Produktes beschränken.
Dem Energieaufwand für sämtliche Prozessstufen von der
Gewinnung der Rohstoffe bis zum fertigen Produkt muss die
mögliche Energieersparnis während der Nutzungsdauer – im
Vergleich zu Produkten aus Wettbewerbsmaterialien – sowie
die Energieersparnis durch die stoffliche Wiederverwertung
nach Gebrauch gegenübergestellt werden. Beim Recycling von
gebrauchten Aluminiumprodukten erspart das Einschmelzen
zum Sekundärmetall bis zu 95 % der Energie, welche für die
erstmalige Erzeugung erforderlich ist.
2. Energievergleiche von Werkstoffen dürfen nicht beim
Energieaufwand pro Kilogramm oder Tonne erzeugten
Materials enden, da je nach eingesetztem Werkstoff die
Ausbeute an Endprodukten für denselben Einsatzzweck
beträchtlich variieren kann. Die Normierung auf die Funktion
des Endproduktes ist eine sinnvolle Vergleichsgröße (z.B. im
Verpackungsbereich das Volumen des Füllgutes).
3. Es ist entscheidend, welche Energieressourcen eingesetzt
werden. Beispielsweise unterscheiden sich thermische Kraftwerke
und Wasserkraftwerke erheblich in ihren Wirkungsgraden.
Fossile Energieträger zur Stromerzeugung besitzen
einen Wirkungsgrad von 33 %, beim Einsatz von Wasserkraft
erzielt man dagegen einen Wirkungsgrad von rund 90 %.
36

Der Einsatz von emissionsfreier Wasserkraft für die Primär-Aluminiumerzeugung,
die Energie-Einsparpotenziale während der
Nutzungsphasen und der Recyclingkreislauf sind Vorteile, die
beim Werkstoff Aluminium ökologisch positiv zu Buche
schlagen.
6.3. DER ALUMINIUMKREISLAUF
Das Recycling von Aluminium ist seit Beginn der Nutzung des Werkstoffes
eine wichtige Rohstoffquelle. Dabei haben es der wirtschaftliche
Wert der Aluminiumschrotte aus der Verarbeitung und aus gebrauchten
Produkten sowie die Energie-Einsparungspotenziale seit
jeher lohnend gemacht, die Schrotte im Kreislauf zu führen. Aus
Profilschrotten lassen sich neue Profile oder auch andere hochwertige
Produkte herstellen, aus Aluminiumblechen und -folien kann
neues Walzmaterial gefertigt werden. Die Recyclingraten liegen in
den wichtigsten Verwendungsbereichen zwischen 85 und 95 % und
bei Produktionsschrotten bei nahezu 100 %. Daher wird Aluminium
überwiegend nicht verbraucht, sondern genutzt und anschließend
immer wieder erneut nutzbar gemacht. Für die Wiederverwertung gebrauchter
Aluminiumprodukte gibt es keine mengenmäßige Beschränkung.
Sie können zu 100 % dem Stoffkreislauf zugeführt
werden – und das immer wieder. Nicht zuletzt auch deshalb wächst
die im Umlauf befindliche Menge an recyceltem Aluminium.
37

Verpackung Verpackung Bauw Bauwesen esen esen
Verkehr
A L U M I N I U M
P O O L
Die Versorgung des Marktes mit Aluminium erfolgt aus einem
"Aluminiumpool", bestehend aus Primäraluminium, Aluminiumschrotten
aus der Verarbeitung und gebrauchten Aluminiumprodukten.
Da recyceltes Aluminium keine Qualitätsunterschiede im Vergleich
zu Primäraluminium aufweist und die physikalischen Eigenschaften
letztlich unverändert bleiben beziehungsweise von der auf die Markterfordernisse
hin optimierten Legierungszusammensetzung abhängen,
kann zumindest auf den weiter fortgeschrittenen Produktionsstufen
nicht mehr festgestellt werden, in welchem Aluminiumbarren
sich ein bestimmter alter Fenstergriff wieder findet oder aus
welchen Schrottarten ein Aluminiumbarren besteht. Vielmehr handelt
es sich bei der Versorgung des Marktes mit Aluminium für die Herstellung
von Produkten um einen "Aluminiumpool", der mit
recyceltem Aluminium aus den unterschiedlichsten Produktbereichen
und Primäraluminium gespeist wird.
Der hohe Materialwert der Aluminiumschrotte (trägt z. B. auch zur
Deckung der Logistik- und Aufbereitungskosten bei), die gleichbleibende
Qualität des im Kreislauf geführten Aluminiums und ausgereifte
Recyclingtechnologien im industriellen Maßstab liefern Vorteile,
38

die längst nicht alle Werkstoffe haben. Aluminium nimmt hinsichtlich
der Recyclingtauglichkeit eine Spitzenstellung ein.
6.4. RESSOURCEN FÜR DAS ALUMINIUMRECYCLING
Der Weg vom Werkstoff Aluminium bis zum fertigen Produkt umfasst
vielfältige Verarbeitungsstufen, bei denen auch Fabrikationsschrotte
und aluminiumhaltige Reststoffe anfallen: Krätze beim Gießen,
Späne beim Fräsen, Bohren und Drehen, Blechschrotte beim
Stanzen und Schneiden. Industrielle Aluminiumschrotte werden als
Neuschrotte bezeichnet, im Gegensatz zu Altschrotten, die sich aus
allen möglichen gebrauchten oder ausgedienten Aluminiumprodukten
zusammensetzen.
Während Neuschrotte kurzfristig dem Materialkreislauf wieder zur
Verfügung stehen, ist die Rücklaufzeit von Altschrotten bestimmt
durch die Lebensdauer der Produkte: Der Umlauf von Aluminiumverpackungen
kann nach Monaten bemessen werden; überall, wo
Langlebigkeit gefragt ist (zum Beispiel in den Bereichen Verkehr,
Bau und Maschinenbau), hat sich die Funktionalität der Produkte erst
nach Jahrzehnten erschöpft.
Ein flächendeckendes Netz von Metallhändlern trägt Aluminiumschrotte
zusammen, sortiert, presst und klassifiziert diese Schrotte
zum Verkauf an die Aluminiumrecyclingindustrie.
39

6.5. HOHE RECYCLINGRATEN
Gemessen an der jährlichen Produktion beträgt der Anteil von
Recyclingaluminium in Deutschland zurzeit bei rund 52 %, Tendenz
steigend.
Aluminiumrecyclingraten im Werkstoffkreislauf 2005 in Deutschland
100 %
Prozess -
schrott
95 %
85 % 83 %
Verkehr Bau Maschinen -
bau
72 %
Verpackung
SALZSCHLACKE: Schmelzsalze werden verwendet, wenn verunreinigte
Schrotte zum Einsatz kommen. Die benötigte Salzmenge ist
abhängig vom Verschmutzungsgrad der Schrotte. Das Salz verhindert
die Oxidation des Metalls und bindet die Verunreinigungen.
Die Salzschlacke wird in speziellen Anlagen wieder aufbereitet. Das
in der Schlacke enthaltene Salz und das metallische Aluminium können
erneut eingesetzt werden. Das aufbereitete Salz ist mittlerweile
sogar von besserer Qualität als das Primärsalz. Vier Aufbereitungsanlagen
mit einer Gesamtkapazität von jährlich rund 380.000 Tonnen
sind in Deutschland in Betrieb. Ungeachtet dessen bemüht sich die
Industrie, soweit metallurgisch vertretbar, den Einsatz von Schmelzsalz
zu reduzieren.
40

7. ALUMINIUM IN DEUTSCHLAND
Die deutsche Aluminiumindustrie beschäftigt unmittelbar rund 73.000
Menschen; darüber hinaus sichert sie viele weitere Arbeitsplätze in
der Zulieferindustrie.
Primäraluminium wird in Deutschland in vier Hütten produziert. Es
handelt sich um die Standorte Voerde, Essen, Norf und Stade. Die
deutsche Produktion lag im Jahr 2005 bei 647.900 Tonnen
(Europäische Union 3,03 Mio. Tonnen, weltweit 31,9 Mio. Tonnen).
Der Aluminiumbedarf in Deutschland lag 2005 bei rund 3,10 Mio.
Tonnen.
Hütten- oder Primäraluminium hat zumeist einen Reinheitsgrad von
99,7 % und ist Ausgangswerkstoff für die Herstellung von Aluminiumlegierungen
und Halbzeugen, wie Bleche, Bänder, Rohre oder
Profile.
Durch die Legierung verbessern sich die Eigenschaften des Grundmetalls,
vor allem seine Festigkeit. Die Herstellung von Aluminiumlegierungen
erfolgt unter Zugabe geringer Anteile von zum Beispiel
Silicium, Magnesium oder Mangan. Legierungen zeichnen sich durch
erhöhte Festigkeit und verbessertes Korrosionsverhalten aus und ermöglichen
den Einsatz von Aluminiumbauteilen auch unter extremen
Bedingungen.
In Deutschland wird Aluminium nicht nur produziert, sondern auch
weiterverarbeitet. Im Jahr 2005 wurden 2.312.000 Tonnen an Halbzeugen
erzeugt. Der Aluminiumformguss kam 2005 auf 727.200 Tonnen.
Die Produktion von Aluminiumfolien lag bei 303.700 Tonnen, die
von Tuben, Dosen und Fließpressteilen bei 58.000 Tonnen. Recyc-
41

lingaluminium wird nicht aus Erzen, sondern durch Umschmelzen
aus Alt- oder Neuschrott mit einem Anteil von lediglich 5 % des ursprünglichen
Energiebedarfs erzeugt. In Deutschland ist Aluminiumrecycling
ein fester Bestandteil der Versorgung mit Aluminium.
2005 wurden rund 718.300 Tonnen Recyclingaluminium produziert.
Die deutsche Recyclingaluminiumindustrie ist überwiegend mittelständisch
strukturiert. Bereits heute sind viele dieser Betriebe
europaweit als Käufer von Schrotten wie auch als Verkäufer von
Gusslegierungen aktiv. Die Recyclingaluminiumproduzenten haben
in enger Zusammenarbeit mit einer Vielzahl von Altstoffhändlern und
Sammelorganisationen europaweit eine engmaschige Infrastruktur
aufgebaut, die das Aluminiumrecycling effizient macht.
Für die nächsten zehn Jahre wird ein steigender Aluminiumbedarf
prognostiziert. Der Produktion von Recyclingaluminium wird dabei
eine wachsende Bedeutung zukommen, da ein verstärkter Rücklauf
von langlebigen Aluminiumprodukten aus dem Bau- und Verkehrssektor
zu erwarten ist. Die vorhandenen Kapazitäten werden weiter
genutzt und durch Modernisierung der Anlagen optimiert. Dies gilt
auch für andere europäische Länder.
Deutsche Aluminiumproduktion in 1000 Tonnen
731
405
720
542
644
572
651
623
652 666
652 666
660 677
660 677
703
667
648
1980 1990 2000 2001 2002 2003 2004 2005
718
Primäraluminium
Sekundäraluminium
42

8. NACHWEIS VON ALUMINIUM
Es stehen in der klassischen qualitativen Analyse verschiedene
Möglichkeiten zur Verfügung, um Aluminium(-ionen) nachzuweisen
[7]. Die wichtigsten Nachweisreaktionen von Aluminium beruhen auf
der Bildung eines farbigen Spinells (z. B. Reaktion von Aluminium-
Ionen mit Kobalt(III)-Ionen), der Entstehung von farbigen Komplexverbindungen
(z. B. Reaktion von Aluminiumionen mit Morin beziehungsweise
mit Alizarin S) und auf der Bildung schwer löslicher
Niederschläge (zum Beispiel Reaktion von Aluminiumionen mit
Molybdat-Lösung).
• Nachweis mit Alizarin S
• Nachweis durch die Bildung von Thénards Blau
⇒ Schülerarbeitsblatt: Ein Aluminiumnachweis mit Geschichte
• Nachweis mit Morin-Lösung
⇒ Schülerarbeitsblatt: Ein Pflanzenfarbstoff zum Nachweis
von Aluminium
• Nachweis durch das Fällen von Aluminiummolybdat
43

9. ALUMINIUMVERBINDUNGEN
IN ALLTAG UND TECHNIK
Im Folgenden werden ausgewählte Aluminiumverbindungen vorgestellt,
die als Arzneimittel, in der Körperpflege, in Lebensmitteln und bei der
Trinkwasseraufbereitung eingesetzt werden.
STICHWORT ARZNEIMITTEL: Bei vielen Antazida (Arzneimittel gegen Sodbrennen)
bilden Aluminiumverbindungen die Wirkstoffgrundlage [8].
Arzneimittel Wirkstoff
Maaloxan ® , Aludrox ® Aluminiumhydroxid, Al(OH)3
Kompensan ®
Aluminium-Natrium-Carbonat-Dihydroxid,
AlNaCO3(OH)2
Talcid ® Hydrotalcit, Al2Mg6(OH)16CO3 • 4H2O
Riopan 400 ® Magaldrat, Al5Mg10(OH)31(SO4)2 • xH2O
Die reinigende, antiseptische und desinfizierende Wirkung von essigsaurer
Tonerde (basisches Aluminiumacetat, Al(CH3COO)2OH) ist
seit dem Altertum bekannt. Es findet bei Hautabschürfungen,
kleineren Wunden und Verbrennungen Anwendung.
STICHWORT KÖRPERPFLEGE: Aluminiumverbindungen werden als
Additive verschiedenen Zahnpasten und Deodorants zugesetzt.
STICHWORT LEBENSMITTEL: Als Zusätze in Lebensmitteln (z. B. in
Schmelzkäse und Sauerkonserven) findet man Aluminiumverbindungen.
STICHWORT TRINKWASSERAUFBEREITUNG: Zur Wasseraufbereitung in
Klärwerken wird Aluminiumsulfat als Flockungsmittel eingesetzt.
44

Aluminiumpräparate in der Medizin
Magengeschwüre
(Säurebinder)
Al 3+
Antacidum (Al(OH) 3)
Al 3+
Al 3+
Niereninsuffizienz
(Phosphatbinder)
Al 3+
Al 3+
Zahnpaste (AlF 3) Kariesprophylaxe
Al 3+
Al 3+
Al 3+
Al 3+
Verbrennungen
Hautschürfungen
Al 3+
Al 3+
Essigsaure
Tonerde (Al2O3 )
Al 3+
Hygiene
Desinfektion
Al 3+
Al 3+
Deodorantien (AlCl3 )
Gurgelwässer
Schädliche Wirkungen von Aluminium sind nicht bekannt
45
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10. ALUMINIUM IN DER ANWENDUNG
Der folgende Text liefert Zusatzinformationen für die praktische Beund
Verarbeitung von Aluminium und seinen Legierungen.
10.1. LEGIERUNGEN
Grundsätzlich unterscheidet man Aluminiumlegierungen in aushärtbare
und nicht aushärtbare Legierungen; die Zugehörigkeit ist von
den Legierungselementen beziehungsweise deren Kombination abhängig.
Hieraus leiten sich die zwei Mechanismen zur Festigkeitssteigerung
ab: Kaltverfestigung und Aushärten, die sich gegenseitig
überlagern können. Als Bezugspunkt für diese Festigkeitssteigerungen
dient der Zustand „weich". Bereits in diesem Zustand wächst
die Festigkeit mit der Zahl der Fremdatome im Mischkristall, das
heißt mit ansteigendem Gehalt an Legierungselementen.
• Kaltverfestigung:
Die plastische Formänderung, zum Beispiel durch Kaltwalzen,
führt zu Versetzungen im Kristallgitter, die sich zunehmend
gegenseitig behindern und damit den Umformwiderstand
(Festigkeit usw.) erhöhen, wobei Gitterfehler,
Korngrenzen und dergleichen eine Rolle spielen. Der Effekt
„Kaltverfestigung" äußert sich in einer massiven Zunahme
des Streckgrenzenverhältnisses Rp0,2/Rm, wobei die Bruchdehnung
stark abnimmt.
• Festigkeitssteigerung durch Aushärten:
Dieser Mechanismus der Festigkeitssteigerung erfolgt nur
bei einigen Typen von Aluminiumlegierungen, zum Beispiel
AlCuMg, AlZnMg oder AlMgSi. Voraussetzung für das Aushärten
ist das Erwärmen auf eine Temperatur, bei der
46

Einteilung der Legierungsgruppen
47
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Wärmebehandlung zur Aushärtung
48
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Zugfestigkeiten einiger Knet- und Gusslegierungen
Zugfestigkeit in R m in MPa Zugfestigkeit in R m in MPa
49
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Gegenüberstellung der Eigenschaften Stahl/Aluminium
50
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Vergleich Stahl- und Aluminiumprofile
3,6
Druckbereich
4,0
5
Zugbereich
5
210
4,7
140
140
12
7
6,9
140
101,6
73 100
140
Stahl Aluminium Stahl Aluminium
g = 12,9 kg/m
= 100 %
g = 8,7 kg/m
= 100 %
g = 10,6 kg/m
= 82 %
g = 6,4 kg/m
= 50 %
g = 12,9 kg/m
= 100 %
51
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Integrierte Strangpressprofilfunktionen
52
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möglichst viele von zur Aushärtung führenden Fremdatomen
im Mischkristall gelöst sind (Lösungsglühen). Dem folgt
rasches Abkühlen von dieser Temperatur auf Raumtemperatur
(Abschrecken), wodurch die Fremdatome bei hinreichend
kleiner Beweglichkeit übersättigt, also im Ungleichgewicht
in Lösung bleiben. Längeres Lagern bei Raumtemperatur
(Kaltauslagern) oder bei mäßig erhöhter Temperatur
(Warmauslagern) führt zur Ausscheidung der Fremdatome
unter Bildung von Teilchen einer kritischen Größe, was zu
Festigkeitssteigerung führt.
10.2. OBERFLÄCHENBEHANDLUNG VON ALUMINIUM
Aluminium bietet durch die Möglichkeit der Oberflächenbehandlung
eine Vielfalt von dekorativen Gestaltungsmöglichkeiten für Anwendungen
zum Beispiel in der Architektur, der Automobil- und Möbelindustrie.
Im Folgenden werden die beiden Oberflächenbehandlungsverfahren
Anodisation (Eloxieren) und Beschichten beschrieben.
10.2.1. ANODISCHE OXIDATION
Das Verfahrensprinzip der anodischen Oxidation beruht darauf, dass
das vorbehandelte und oxidschichtfreie Aluminiumbauteil in einem
geeigneten Elektrolyten, zum Beispiel Schwefelsäure (GS-Verfahren)
oder Schwefelsäure-Oxalsäure (GSX-Verfahren) unter Gleichstrom
als Anode geschaltet ist. Der anodisch gebildete Sauerstoff reagiert
mit dem Aluminium, und es entsteht eine dünne, porenfreie Grundschicht
aus Aluminiumoxid. Die porenfreie Grundschicht wird vom
sauren Elektrolyten angegriffen und in eine feinporige Deckschicht
umgewandelt. Die anodisch erzeugte Oxidschicht ist mikroporös. Sie
53

Anodische Oxidation
Anwendungsgebiete
> Schutz gegen Korrosion und Verschleiß
> Schutz der dekorativ bearbeiteten Oberfläche
> Farbige Oberflächen mit metallischem Aussehen
> Oberflächenvorbehandlung vor dem Beschichten (Voranodisation)
> Technische Schichten für spezielle Anforderungen
54
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Verfahrensablauf
Oberflächenvorbehandlung
E0 bis E8 nach DIN 17611
Farbanodisation
(Integralverfahren) in organischen
Lösungen - Eigenfärbung
Anodische Oxidation
Standardverfahren z.B.
GS = Gleichstrom – Schwefelsäure
GSX = Gleichstrom – Schwefelsäure/Oxalsäure
Elektrolytische Färbung
(Zweistufenverfahren)
In Metallsalzlösung mit
Wechselstrom
Tauchfärbung
(adsortives Färben) in
Organischen oder
anorganischen
wässrigen Farblösungen
Kaltimprägnieren
in Nickelfluoridlösung bei 25 – 30°C
und Warmwasseralterung bei > 60°C
Verdichten
entsalztes Wasser t > 96°C
oder Wasserdampf t > 98°C
55
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erreicht daher ihre optimale Beständigkeit erst durch eine Nachbehandlung,
dem Verdichten, die einen Porenverschluss bewirkt.
Farbige Oxidschichten lassen sich herstellen, indem entweder nach
dem GS- oder GSX-Verfahren erzeugte Oxidschichten durch Farbstoffe
beziehungsweise elektrolytisch gefärbt werden oder durch die
direkte Erzeugung von Oxidschichten mit Eigenfärbung.
Die Eigenschaften der anodisch erzeugten Oxidschicht sind von der
Zusammensetzung und dem Gefügezustand des Werkstoffs, von der
Beschaffenheit vor dem Anodisieren, also auch von der Vorbehandlung
sowie vom Anodisationsverfahren selbst und den dabei gewählten
Bedingungen abhängig. Die anodisch erzeugte Oxidschicht
ist von hoher Härte und Verschleißfestigkeit. Anodisiertes Aluminium
ist gegenüber chemisch neutralen Stoffen nur im Bereich pH 5 bis 8
beständig.
Die erforderliche Schichtdicke bei anodisierten Teilen richtet sich
nach dem jeweiligen Verwendungszweck und der damit verbundenen
chemischen oder mechanischen Beanspruchung. Für
dekorativ anodisierte Teile im Bauwesen sind in DIN 17 611 die
Technischen Lieferbedingungen genormt.
10.2.2. BESCHICHTEN
Das organische Beschichten des Aluminiums erfolgt als Stückbeschichtung
von Fertigteilen oder wird als Bandbeschichtung in
stationären Produktionsanlagen ausgeführt, von denen die beschichteten
Bauteile wie zum Beispiel Profile, Bleche, Bänder zum
Kunden oder späteren Einsatzort transportiert werden.
56

Die Oberflächenvorbehandlung vor dem Beschichten erfolgt
chemisch oder mechanisch. Bei der chemischen Oberflächenvorbehandlung
werden Konversionsschichten zur Haftvermittlung in
Bädern oder im Spritzverfahren auf die Aluminiumoberfläche aufgebracht.
Mechanische Oberflächenvorbereitungsverfahren, das
heißt Strahlen und Schleifen, werden hauptsächlich für die handwerkliche
Beschichtung vor Ort und im Bootsbau eingesetzt. Wichtig
ist, dass die Oberflächen sorgfältig gereinigt und entfettet werden,
bevor eine mechanische Vorbehandlung ausgeführt wird. Nach der
mechanischen Oberflächenvorbehandlung sind Metallabrieb und
Rückstände sorgfältig durch Reinigen und Entfetten zu beseitigen.
Als Oberflächenvorbehandlungsverfahren hat sich auch die Voranodisation,
das heißt die Anodisation ohne Verdichten, bewährt. Bei
der anschließenden Stückbeschichtung werden lösemittelhaltige
Flüssiglacke und Pulverlacke eingesetzt. Die größte Marktbedeutung
hat hier der Pulverlack, der lösemittelfrei ist.
Die Stückbeschichtung mit lösungsmittelhaltigen Flüssiglacken bedient
sich der konventionellen Spritztechnik. Die Filmbildung der
applizierten Lacke tritt entweder durch physikalische Trocknung oder
durch chemische Vernetzung ein. Verwendet werden hochwertige
reaktionshärtende Zweikomponentenlacke, die bereits bei Raumtemperatur
aushärten, in der industriellen Fertigung jedoch bei 80 bis
120 Grad Celsius forciert getrocknet werden. Bewährt haben sich vor
allem 2-K-Polyurethanlacke mit guter Chemikalien- und Kreidungsbeständigkeit
sowie 2-K-Acrylatlacke.
Die Stückbeschichtung durch elektrostatisches Pulverbeschichten
arbeitet mit Beschichtungspulver, das in der Sprühpistole elektrostatisch
aufgeladen und mit Unterstützung von Druckluft gegen das
zu beschichtende elektrisch geerdete Bauteil gesprüht wird.
57

Mechanisch arbeitende Sprühteller, die das Pulver durch Zentrifugalkraft
versprühen, werden ebenfalls verwendet. Das am Teil
vorbeigesprühte Pulver kann verfahrensabhängig bis zu 95 Prozent
zurückgewonnen und dem Pulverkreislauf wieder zugeführt werden.
Derartige Beschichtungsanlagen arbeiten als Horizontalanlagen bei
mittlerem Durchsatz und wechselndem Produktmix oder als Vertikalanlagen
mit hohem Durchsatz aber geringerer Flexibilität. Das elektrostatisch
aufgebrachte Beschichtungspulver wird bei Temperaturen
von 180 bis 200 Grad Celsius eingebrannt, wobei die Vernetzungsreaktion
abläuft. Organische Beschichtungssysteme gestatten aufgrund
der vielfältigen Möglichkeiten zur Pigmentierung eine im Vergleich
zu anodisierten Oberflächen größere Farbpalette.
10.3. KORROSION
10.3.1. ALLGEMEINES
Die Korrosion ist die Reaktion eines metallischen Werkstoffes mit
seiner Umgebung. Diese Reaktion, die meist elektrochemischer
Natur ist, bewirkt eine messbare Veränderung, die zu einem Korrosionsschaden
führen kann. Von einem Korrosionsschaden wird
erst dann gesprochen, wenn die Funktion eines Bauteils eingeschränkt
ist. Ein Korrosionsversagen liegt beim vollständigen Verlust
der Funktionalität eines Bauteils vor.
Die Korrosion läuft in einem Korrosionssystem Metall beziehungsweise
Metalle und angreifendes Korrosionsmedium ab.
Die Korrosionsbelastung eines Metalls in einem Medium ergibt sich
aus der Gesamtheit der Einflüsse, die im Medium, im Werkstoff, in
der Phasengrenze und in den Korrosionsprodukten begründet liegen.
58

Mechanische Oberflächenvorbereitungsverfahren
Reinigen und Entfetten
Schleifen Strahlen
Reinigen und Entfetten
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Verfahrensablauf
Oberflächenvorbehandlung
Voranodisation
mechanisch
• Strahlen
• Schleifen
chemisch
• Chromatieren
• Phospahtieren
• Chromfreie Verfahren
Beschichten
Pulverlack Flüssiglack
60
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Begriffsbestimmung
Korrosionssystem
Werkstoff
angreifendes
Medium
Betriebsbedingungen
61
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Korrosionssystem
Werkstoff
Fügeverfahren
Wärmebehandlung
Legierungsbestandteile
....
Werkstoff:
Leitfähigkeit
pH-Wert
spezifisch wirkende Ionen
....
angreifendes Medium:
Betriebsbedingungen: Strömungszustände
Spannungszustände
thermische Belastung
....
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Begriffsbestimmung
Korrosionsschaden:
Beeinträchtigung der Funktion
eines metallischen Bauteils oder
eines ganzen Korrosionssystems
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Korrosionsarten
gleichmässige Flächenkorrosion
Muldenkorrosion
Lochkorrosion
64
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Die Einflussgrößen im Korrosionssystem Werkstoff/Medium sind
äußerst vielfältig. Nur einige Parameter sollen hier genannt werden:
- im System die thermische Belastung (Temperatur, Wärme-
übergang)
- im Angriffsmittel die chemische Zusammensetzung (pH-
Wert, Leitfähigkeit, Konzentration spezifisch wirkender
Ionen) und der Strömungszustand
- im Werkstoff das Gefüge (Einschlüsse, Ausscheidungen),
die Legierungsbestandteile und die mechanische Belastung
(Eigenspannungen, Wechsellast)
- an der Phasengrenze die Zusammensetzung, Morphologie
und lokale Verteilung der Korrosionsprodukte
Die Reaktion des Metalls führt zu verschiedenen Korrosionserscheinungen,
die das Resultat der Korrosion sind.
Korrosionserscheinungen werden durch verschiedene Korrosionsarten
hervorgerufen:
- gleichmäßige Flächenkorrosion
Die Abtragsrate ist über die gesamte Oberfläche gleichmäßig
verteilt.
- Muldenkorrosion
Sie verläuft örtlich mit unterschiedlicher Abtragsrate. Der
Muldendurchmesser ist größer als die Muldentiefe.
- Lochkorrosion
Der Werkstoff wird lokal angegriffen. Der Metallabtrag erfolgt
nur auf einem örtlich begrenzten Flächenbereich, wobei der
Lochdurchmesser kleiner als die Lochtiefe ist.
65

In der Praxis bewährte Metalle in Kontakt mit Aluminium
Nickel
Blei
feuerverzinkter Stahl
Chrom
Zink
beschichteter Stahl
Zinn
nichtrostender Stahl
66
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- Spaltkorrosion
In Spalten bilden sich Korrosionselemente, die durch Konzentrationsunterschiede
im Medium oder durch unterschiedliche
Belüftung des einwirkenden Mediums verursacht
werden. Spaltkorrosion läuft örtlich mit erhöhter Korrosionsgeschwindigkeit
ab. Weniger belüftete Oberflächenbereiche
werden beschleunigt abgetragen. Eine Spaltbreite von
< 0,5 mm gilt als kritisch. Spaltkorrosion läuft zwischen
gleichen und verschiedenen Metallen und zwischen der
Paarung Metall/Kunststoff ab.
- Kontaktkorrosion
Sie wird auch als galvanische Korrosion bezeichnet. Es wird
ein Korrosionselement aus meist zwei verschiedenartigen
Metallen und einem Elektrolyten gebildet. Das in der Spannungsreihe
unedlere Metall bildet die Anode, das edlere die
Kathode. Die Anode wird beschleunigt korrodiert.
Bestimmend für die Korrosion ist das praktische Korrosionspotenzial,
das Medium und der flächenbezogene Korrosionsstrom.
- Spannungsrisskorrosion
Unter der Einwirkung eines wässrigen, meist chloridhaltigen
Korrosionsmediums bei gleichzeitiger mechanischer Zugbeanspruchung
tritt eine interkristalline Rissbildung auf. Die
Zugbeanspruchung kann auch als Eigenspannung im Werkstück
vorliegen.
10.3.2. KORROSIONSVERHALTEN VON ALUMINIUM
Aluminium ist ein Metall, das sich spontan mit einer Oxidhaut überzieht.
Die Oxidhaut ist transparent, fest anhaftend und im Bereich
67

von pH 5 bis 8 beständig. In trockenen Räumen ist das Wachstum
der natürlichen Oxidschicht auf 0,01 µm begrenzt. In Abhängigkeit
von Feuchtigkeit und Temperatur erreichen die Oxidschichten bis zu
0,1 µm. Diese Passivierung der Metalloberfläche durch natürliche
Oxidschichtbildung ermöglicht die Verwendung von Aluminium ohne
zusätzlichen Oberflächenkorrosionsschutz in der Witterung.
Unter Witterungsbeanspruchung mit abwechselnd feuchten und
trockenen Perioden geht die Oxidhaut in eine dickere oxidische
Deckschicht, die aus Korrosionsprodukten und eingebauten
Schmutzpartikeln besteht, über. Die Deckschicht verleiht dem Metall
zwar ein stumpfgraues und oft unansehnliches Oberflächenaussehen,
ist aber von hoher Korrosionsschutzwirkung.
Wird Aluminium einem Medium ausgesetzt, dessen pH-Wert < 5 oder
> 8 ist, löst sich die natürliche Oxidschicht auf. Der natürliche Korrosionsschutz
des Aluminiums geht verloren. Der Angriff im
basischen Bereich ist stärker als im sauren. Es tritt ein gleichmäßiger
Flächenabtrag auf.
10.3.2.1. ALUMINIUM IN KONTAKT MIT ANDEREN METALLEN
Aluminium und Aluminiumlegierungen werden in der Praxis durch
entsprechende Fügeverfahren mit anderen Metallen kombiniert. Die
Fügeverfahren sind zum Beispiel Schweißen, Löten, Nieten, Falzen,
Kleben, Clinchen. Diese Mischkonstruktionen werden an Fassaden,
in der Automobilindustrie und im Apparatebau eingesetzt. Die
Gründe für den Einsatz von metallischen Mischkonstruktionen sind
vielfältig und lassen sich nicht immer vermeiden. Es sollte jedoch
immer geprüft werden, ob Konstruktionen nicht nur aus einem Werkstoff
hergestellt werden können. Bei der Kombination von zwei unter-
68

schiedlichen Metallen und dem Vorhandensein eines Elektrolyten
kann sich ein Kontaktkorrosionselement bilden.
Die Verbindung von unbehandeltem Aluminium mit folgenden
Metallen hat sich im Bauwesen als problemlos erwiesen:
feuerverzinkter Stahl
beschichteter Stahl
nichtrostender Stahl
Blei
Zink
Zinn
Nickel
Chrom
Beim Zusammenbau sind natürlich Spalte zu vermeiden, die zur
Spaltkorrosion führen können.
10.3.2.2. ALUMINIUM IN KONTAKT MIT BETON
Frischer Beton, Kalk und Zementmörtel haben einen pH-Wert von
etwa 12 und greifen das Aluminium auch mit anodisierter Oberfläche
massiv an. Während der Aushärtephase geht der pH-Wert nur langsam
zurück. Die Angriffsgeschwindigkeit lässt mit der Zeit nach,
sodass der Angriff mit erfolgter Abbindung zurückgeht und nach etwa
6 bis 12 Wochen stagniert.
Gegenüber ausgehärtetem und trockenem Beton, Kalk- und Zementmörtel,
Gips und Estrichen ist Aluminium beständig.
Besteht nun die Möglichkeit, dass während der Nutzung Beton,
Estrich oder ähnliche Materialien durch Tauwasser Feuchtigkeit aufnehmen,
so wird wiederum Alkalität an die Kontaktfläche transportiert,
sodass die Korrosion fortschreitet und nicht zum Stillstand
kommt. Ebenso kritisch sind Spalte zwischen Beton und Aluminium
bei ständiger Feuchtigkeit zu betrachten.
69

Schäden können in diesen Fällen durch eine Beschichtung der Aluminiumoberfläche
mit Bitumen und auf Epoxid-Harz-Basis vermieden
werden. Auch andere geeignete Anstrichsysteme können diese
Isolierwirkung leisten, wenn ein dekoratives Aussehen gewünscht
wird.
10.3.2.3. ALUMINIUM IN KONTAKT MIT HOLZ
Kommt Aluminium in Kontakt mit feuchtem Holz, so wird Aluminium
angegriffen. Dieser Angriff erfolgt auch, wenn Holz mit wasserlöslichen
Holzschutzmitteln imprägniert ist, die Sublimat, Kupfervitriol
und/oder Zinksilicofluorid enthalten. Zweckmäßig ist die Verwendung
öliger Mittel. Ein Anstrich des Aluminiums im Bereich der Berührungsfläche
mit Holz ist stets zu empfehlen.
10.3.2.4. ALUMINIUM IN KONTAKT MIT ERDBÖDEN
Das Korrosionsverhalten von Aluminium ist abhängig von der jeweiligen
Bodenbeschaffenheit. Einflussfaktoren sind beispielsweise:
- Bodenzusammensetzung
- pH-Wert
- Feuchtigkeit
- Sauerstoffgehalt.
Es ergibt sich hieraus ein mehr oder weniger starker Angriff auf die
ungeschützte Aluminiumoberfläche. Es muss mit Ausblühungen oder
bei ungünstigen Bedingungen mit Lochfraß gerechnet werden. Als
wirksamer Oberflächenschutz bei Erdkontakt hat sich in der Praxis
ein 0,5 bis 2 mm dicker Bitumenanstrich erwiesen.
70

Aluminium in Kontakt mit mineralischen Baustoffen
Frischer Beton, Kalk und Zementmörtel
pH-Wert 12
Aluminium wird angegriffen
Abhilfe:
Isolieranstrich mit
Bitumen oder
Epoxid-Teer-Kombination oder anderem
geeigneten Beschichtungssystem
71
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Aluminium in Kontakt mit nichtmetallischen Baustoffen
Aluminium wird angegriffen durch
•feuchtes Holz
•Holz, dass imprägniert ist
mit wasserlöslichen Holzschutzmitteln,
die Sublimat, Kupfervitriol,
Zinksilicofluorid enthalten
Holz
Das Korrosionsverhalten von Aluminium
ist abhängig von
•Bodenzusammensetzung
•pH-Wert
•Feuchtigkeit
•Sauerstoffgehalt
•...
Erdboden
72
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Schraubverbindungen
Quelle: R. Gitter, ALCAN,Singen
73
www.aluinfo.de

11. LIEFERFORMATE
11.1. HÜTTENALUMINIUM
Das in der Elektrolyse hergestellte Aluminium wird Hüttenaluminium
oder Primäraluminium genannt. Es hat zumeist einen Reinheitsgrad
von 99,7 Masse-Prozent und ist der Ausgangswerkstoff für die Herstellung
von Halbzeug (Bleche, Bänder, Rohre, Profile usw.) aus
Aluminium und Aluminium-Knetlegierungen. Hüttenaluminium bildet
auch die Basis für Gusslegierungen, aus denen besonders
anspruchsvolle Aluminium-Gussstücke hergestellt werden, zum Beispiel
PKW-Räder und Fahrwerksteile („Sicherheitsbauteile“). In den
Hütten wird das flüssige Rohmetall in der angeschlossenen Gießerei
entsprechend den geforderten Spezifikationen
• legiert, d. h. Einstellung der chemischen Zusammensetzung
durch Zugabe von Legierungselementen direkt oder über
Vorlegierungen (DIN EN 575). Vorlegierungen enthalten bis
zu 65 Masse-Prozent der Legierungselemente
• gereinigt (Abkrätzsalze bzw. Filter)
• entgast
• vergossen zu Masseln (auch: Formaten)
• als Flüssigmetall
vermarktet.
Die im Zusammenhang mit „Hüttenaluminium“ verwendeten Begriffe
sind:
• Masseln (DIN EN 576).
Sie werden in der Hüttengießerei entweder in einfachen,
offenen Formen vergossen oder im horizontalen Strangguss
hergestellt. Die Masseln („Blockmetall“) gehen zwei verschiedene
Wege:
74

� in den „Formgießereien“ werden sie eingeschmolzen,
um daraus Gussstücke herzustellen
� in den „Formategießereien“, die im allgemeinen den
Halbzeugwerken angeschlossen sind, werden sie zu
Formaten, das heißt Walzbarren, Pressbarren (Pressbolzen)
usw. vergossen.
• Formate
sind der Sammelbegriff für Walz- (DIN EN 487), Press- (DIN
EN 486) und Schmiedebarren (DIN EN 604). Sie stellen das
Vormaterial für die Halbzeugfertigung dar und werden im
(vertikalen) Stranggießverfahren hergestellt. Stromschienen
mit großen Querschnitten werden meist im Horizontal-
Stranggießverfahren gefertigt.
� Walzbarren
weisen rechteckförmige Querschnitte auf (bis 0,6 x
1,8 m). Ihre Länge reicht bis 6 m und ihr Gewicht bis
14 t. In einigen Walzwerken werden Querschnitte bis 0,6
x 2,25 m, Längen bis 9 m und Gewichte bis 30 t erzeugt
und/oder verarbeitet. Walzbarren stellen das Ausgangsmaterial
für Bleche, Bänder und Folien dar.
� Pressbarren
sind das Ausgangsmaterial (Vormaterial) für die Herstellung
stranggepresster Produkte (Profile, Stangen, Rohre,
Drähte). Pressbarren haben meist einen kreisförmigen
Querschnitt (Durchmesser selten unter 80 mm; mehrheitlich
im Bereich 300 bis 500 mm; teilweise über
600 mm; im Falle von Schmiedebarren (siehe unten),
auch bis 1000 mm). Wird für die Rohrherstellung über
75

Dorn gepresst, kommen hohlzylindrische Rundbarren
(zum Beispiel 510 mm Außendurchmesser, 160 mm
Innendurchmesser) zur Anwendung. Großprofile mit
Querschnittsbreiten bis zu 800 mm und relativ geringer
Querschnittshöhe (bis 100 mm) werden aus Rechteckbarren
hergestellt.
� Schmiedebarren
werden gemäß den Anforderungen der Schmiedebetriebe
im Stranggießverfahren mit Durchmessern bis zu
1 m hergestellt. Der größte Teil von Gesenkschmiedestücken
wird allerdings aus zuvor gepressten Stangenabschnitten
gefertigt.
• Gießbänder
sind Vormaterial für Bleche und Bänder (in USA für Getränkedosen)
und Fließpressteile. Gießbänder werden auf
kontinuierlich arbeitenden Gießmaschinen unterschiedlicher
Bauweise hergestellt.
• Gieß-Walzdraht
(Vordraht, „Properzi-Draht“) entstammt kontinuierlich arbeitenden
Spezialgießmaschinen und stellt wie Pressdraht das
Ausgangsmaterial für gezogene Drähte dar.
• Aluminiumgranalien
(Linsenform bis 15 mm Durchmesser) dienen im Wesentlichen
der Stahl-Desoxidation.
• Aluminiumgrieß
besteht aus Metallpartikeln bis 3 mm Durchmesser. Neben
der Stahl-Desoxidation verwendet man ihn als Reaktions-
76

mittel für die chemische Industrie, Füllstoff für Kunststoff und
für aluminothermische Zwecke.
• Flüssigmetall (DIN EN 577) wird in etwa 3.000 kg Aluminium
fassenden Spezialbehältern auf Fahrzeugen zu
Gießereien befördert. Diese Vorgehensweise findet zunehmende
Verbreitung, da hiermit im Vergleich zur wieder
einzuschmelzenden Massel Energie eingespart wird.
11.2. SEKUNDÄRALUMINIUM
Aluminium-Alt- und -Neuschrotte stellen den „Vorstoff“ für die Herstellung
von Sekundäraluminium (bzw. Sekundäraluminium-Legierungen)
dar. Mit der Verarbeitung von (vermischten) Aluminium-Altschrotten
und -Neuschrotten (= Rückläufe aus den Aluminium
verarbeitenden Betrieben) zu Sekundäraluminium-Legierungen
beschäftigen sich die Schmelzhütten (Schmelzwerke, früher „Umschmelzwerke“
genannt). Diese Legierungen werden als Masseln
oder Flüssigmetall an Formgießereien geliefert, die hieraus Guss-
Stücke herstellen, welche beispielsweise im Automobilbau ein
großes Anwendungsgebiet gefunden haben. Granalien gehören
ebenfalls zu den Erzeugnissen der Schmelzhütten. Liegen Aluminium-Knetlegierungen
aus Schrotten in sortenreinen Fraktionen vor, so
können diese direkt wieder für die Halbzeugherstellung verwendet
werden. Ein Beispiel hierfür bietet die Getränkedose aus Aluminium,
die weltweit in sehr großen Mengen recycliert wird. Das Dosen-
Recycling dient zumindest in Ländern mit hohen Recyclingquoten
und getrennter Sammlung gebrauchter Getränkedosen (USA,
Schweden usw.) dem originären Herstellungszweck: „Aus einer Dose
wird wieder eine Dose“.
77

11.3. ALUMINIUMHALBZEUG
Halbzeug ist der Begriff für Erzeugnisse, die durch Warm- und/oder
Kaltumformen der Formate hergestellt werden (Strangpressen,
Schmieden, Warm- und Kaltwalzen, Ziehen). Bezeichnend für diese
Verfahren ist das Durchkneten des Werkstoffes, daher werden die
dafür geeigneten Aluminiumlegierungen Knetwerkstoffe
(DIN EN 573) genannt. Dank der hervorragenden Umformbarkeit
bietet Aluminium die größte Vielfalt an Gestaltungsmöglichkeiten.
Von der 6 µm dünnen und 2 m breiten Folie bis zur mehrere Meter
breiten Platte für den Schiff-, Flugzeug- und Anlagenbau, von
0,8 mm dicken Röhrchen für den Diamanten des Plattenspielers bis
zum 800 mm breiten Strangpressprofil für moderne Hochgeschwindigkeitszüge
reicht die Palette des serienmäßigen Einsatzes von Aluminiumhalbzeug.
Gerade das Strangpressen ist eine Besonderheit
des Aluminiums, da hier die anspruchsvollsten Querschnitte mit hervorragenden
Oberflächen und geringen Maßabweichungen in einem
Arbeitsgang wirtschaftlich gefertigt werden können.
11.3.1 WALZERZEUGNISSE
Walzen ist das gängige Verfahren zur Herstellung von Aluminium-
Bändern, -Blechen und -Folien. Zum Warmwalzen werden die Walzbarren
von der Gusshaut befreit und im Anwärmofen auf Walztemperatur
gebracht. Beim Walzen erfolgt unter Emulsionskühlung eine
große Stichabnahme. Diese Warmwalzbänder werden, je nach Anforderung
an Abmessung und Eigenschaften, weiter auf Kaltwalzgerüsten
zu dünnen Bändern oder Folien gewalzt und auf Coils
gewickelt, beziehungsweise nach dem Walzen zu Blechen geteilt.
Eigenschaften und technische Lieferbedingungen von Bändern und
Blechen aus Aluminiumwerkstoffen sind in nationalen und internationalen
Normen enthalten.
78

11.3.2. STRANGPRESSERZEUGNISSE
Das Strangpressen von Aluminiumwerkstoffen ermöglicht wie keine
andere Halbzeugfertigung die Herstellung vielfältigster Formen, vom
einfachen Vollprofil bis zum komplizierten Hohlprofil. Grenzen,
welche durch die fertigungstechnischen Besonderheiten beim
Strangpressen gegeben sind, müssen jedoch beachtet werden.
Profile mit großen Querschnitts- oder Wanddickenunterschieden und
mit im Vergleich zum Gesamtquerschnitt übertrieben dünnen und
langen Schenkeln erfordern einen hohen Aufwand bei der Werkzeugherstellung,
beim Pressen und beim Richten. Die lieferbaren Profilabmessungen
(DIN EN 754, DIN EN 755 und DIN EN 12020) sind
abhängig vom Werkstoff und vom Durchmesser des umschreibenden
Kreises. Mindestwanddicken und Mindestradien für die Übergänge
sind einzuhalten.
11.3.3. GEZOGENES ALUMINIUMHALBZEUG
Die Ausgangsform für das Kaltziehen sind stranggepresste Stangen
und Rohre, beziehungsweise gepresster, gewalzter oder gegossener
Vordraht (für Reinaluminium und niedriglegierte Werkstoffe meist
Gießwalzdraht). Kaltnachziehen stranggepresster Profile ist möglich,
aber unwirtschaftlich; es wird daher praktisch nicht ausgeführt. Gezogene
Erzeugnisse mit Abmessungsangaben sind sowohl in
nationalen wie in internationalen Normen enthalten.
79

11.3.4. SCHMIEDESTÜCKE
Der übliche Abmessungsbereich für Freiformschmiedestücke liegt
bei maximalen Längen von 5 m, bei Breiten bis 2 m und bei Flächen
bis 2 m 2 . Gesenkschmiedestücke, wie Pkw- und Lkw-Räder oder
Strukturteile für Flugzeuge oder Fahrzeuge, zeichnen sich durch
hohe Festigkeit und Zähigkeit aus und werden deshalb bevorzugt für
hochbelastete Sicherheitsteile eingesetzt.
11.4. ALUMINIUM-VERBUNDWERKSTOFFE
Aluminium kann auf verschiedene Weise unlösbar zum Verbund mit
anderen Werkstoffen (Metallen oder Nichtmetallen) kombiniert
werden. Bei Aluminium in Kombination mit Metallen wie Stahl oder
Kupferwerkstoffen sind Varianten des Pressschweißens (Walzplattieren,
Explosionsschweißen), das Verbundstrangpressen und
das Reibschweißen möglich beziehungsweise üblich. Flächige Kombinationen
von Aluminium mit Nichtmetallen (z. B. Kunststoffe, Holzwerkstoffe)
zu so genannten Sandwichelementen werden durch
Kleben beziehungsweise durch Ausschäumen des Raumes
zwischen zwei Aluminium-Deckschichten hergestellt. Das bekannteste
Beispiel für die Serienanwendung von Aluminium im Verbund
mit Keramikfasern beziehungsweise -partikeln stellen thermisch
hochbelastbare Dieselmotorkolben dar. Diese Kolben erhalten eine
partielle Verstärkung im Bereich des Kolbenbodens, indem ein vorgeformter
Keramikfasereinsatz in der Gießform unter Druck mit
Aluminiumschmelze infiltriert wird.
80

11.5. HALBZEUGÄHNLICHE ALUMINIUMERZEUGNISSE
Innerhalb der Bandbreite dieser Erzeugnisse seien hier nur diejenigen
Produkte vorgestellt, die durch Kaltumformen aus Aluminiumblechen
oder -bändern hergestellt werden. Beispiele sind:
• durch Rollformen profilierte Bänder und Bleche
• Bandprofile, rollgeformt oder durch eine Matrize gezogen
• durch Abkanten von Blechen hergestellte Profile (Abkant-Profile)
• Längsnahtgeschweißte dünnwandige Rohre (zum Beispiel für
Wärmetauscher)
• Falzrohre, mit Längs- oder Spiralfalz (Wendelfalz)
• Wellrohre (flexible Rohre).
81

12. KONSTRUIEREN MIT ALUMINIUM
12.1. Einfluss Elastizitätsmodul
Nicht nur die Zugfestigkeitswerte sind ausschlaggebend für eine
Konstruktion. Besonders bei der Umstellung eines Bauteils auf den
Werkstoff Aluminium wird dies oft vernachlässigt. Gegenüber einer
klassischen Stahllegierung, zum Beispiel St 37-2, sind die Festigkeitswerte
einer AlZn4,5Mg1-Legierung im Zustand T6 ähnlich. Besondere
Aufmerksamkeit ist auf den geringeren Elastizitätsmodul E
zu richten. Große Unterschiede sind auch bei der Wärmedehnung,
der Wärmeleitfähigkeit und bei der Bruchdehnung zu beachten
(Tabelle 4).
Konstruktionen, bei denen die Steifigkeit im Vordergrund steht,
werden durch den Faktor E ⋅ I beeinflusst. Aufgrund des geringeren
E-Moduls, rund ein Drittel dessen von Stahl, sind gleichsteife oder
steifere Konstruktionen gegenüber Stahl durch eine Erhöhung des
Flächenträgheitsmoments relativ einfach zu erreichen.
12.2. Strangpresstechnik
Besonders Strangpressprofile bieten hier die Möglichkeit, durch
gezielten Einsatz von Rippen, Stegen und Verdickungen steife Konstruktionen
zu schaffen. Das ist der Grund, weshalb beim Aluminiumhalbzeug
nicht durchgängig alle Halbzeugabmessungen wie bei
Stahl genormt sind. Es ist sinnvoller, für den konkreten Anwendungsfall
eine Vielzahl von Zusatzfunktionen in ein Profil zu integrieren,
anstatt durch kostenintensive Fügeoperationen die gleiche Funktion
aus verschiedenen Halbzeugen aufzubauen.
82

Eigenschaft
Zugfestigkeit
Streckgrenze
Bruchdehnung A5
Elastizitätsmodul
Dichte
Wärmeleitfähigkeit
Wärmedehnung
Tabelle 4: Gegenüberstellung der Eigenschaften
Stahl / Aluminium
Stahl
z.B. St 37-2
340 - 470 N/mm²
235 N/mm²
26 %
210.000 N/mm²
7,85 kg/dm³
47 - 58 W/m K
12 x 10 -6 1/K
Aluminium
z.B. AlZn4,5Mg1 T6
350 N/mm²
270 - 280 N/mm²
10 %
70.000 N/mm²
2,7 kg/dm³
110 - 140 W/m K
24,2 x 10 -6 1/K
83

Solche Zusatzfunktionen sind:
• Oberflächenmarkierungen
• Montagehilfen
• Verbindungsstellen
• Örtliche Verstärkungen
• Versteifungen
• Konstruktionsdetails.
(Tabelle 5, Tabelle 6).
12.3. WÄRMEEINWIRKUNG
Bei der Herstellung und im Betrieb von Aluminiumbauteilen ist auf
eine Temperaturbelastung zu achten. Im Temperaturbereich von 100
bis 150° C muss mit beginnendem Kriechen gerechnet werden. Die
Auslegung erfolgt dann nach Zeitstandfestigkeiten. Sonderlegierungen
auf pulvermetallurgischer und MMC-(Metall-Matrix-Compound)-Basis
sowie spezielle Gusslegierungen sind auf höhere Temperaturen
(300 bis 400° C) hin optimiert.
Im Bereich der tiefen Temperaturen tritt keine Versprödung des
Werkstoffes auf, sondern Zugfestigkeit und Streckgrenze steigen mit
sinkenden Temperaturen an. Dadurch ist Aluminium für den Einsatz
bei tiefen Temperaturen sehr gut geeignet.
Ein Sonderfall der Wärmeeinwirkung auf den Aluminiumwerkstoff ist
die Wärmeeinbringung beim Schmelzschweißen oder Löten. Dabei
wird der Werkstoff aufgeschmolzen und in der Nähe der Schmelze
auf Lösungsglühtemperatur gebracht. Diese so genannte Wärmeeinflusszone
(WEZ) erstreckt sich jeweils bis zu 30 mm links und
rechts der Naht. Die Wirkung der Erwärmung ist je nach Legierungsart
und Aushärtezustand verschieden. Die nichtaushärtbaren
Legierungen im Zustand weich erfahren keine Entfestigung. Kalt-
84

verfestigte naturharte Sorten verlieren in der Wärmeeinflusszone die
Festigkeit. Diese ist nur durch einen neuen Umformvorgang, also bei
einer Schweißkonstruktion in der Regel nicht wiederzuerlangen.
Die aushärtbaren Legierungen im Zustand kalt- oder warmausgehärtet
werden in der Wärmeeinflusszone entfestigt. Eine Sonderstellung
nimmt der Werkstoff AlZn4,5Mg1 (7020) ein. Durch Kaltauslagerung
steigt die Festigkeit nach 90 Tagen fast wieder auf die
ursprünglichen Werte an. Durch eine vollständige Wärmebehandlung
können die aushärtbaren Legierungen wieder auf die Ausgangswerte
der Legierung in der Wärmeeinflusszone gebracht werden. Die
Schweißnaht selber hat durch ihr Gussgefüge dann aber immer noch
vom Grundwerkstoff abweichende mechanische Eigenschaften.
Eine Übersicht zu den meist verwendeten Aluminium-Konstruktionsknetwerkstoffen
und den Auswahlkriterien in Bezug auf ihre Eigenschaften
zeigt Tabelle 7.
85

Tabelle 5: Vergleich Stahl- und Aluminiumprofile
86

Tabelle 6: Integrierte Strangpressprofilfunktionen
87

Tabelle 7: Meistverwendete Aluminium-Konstruktionsknetwerkstoffe und
Auswahlkriterien
88

13. ALUMINIUM BEARBEITEN
13.1. SPANENDE BEARBEITUNG
Das Spanen von Aluminium erfolgt bei erheblich höheren Schnittgeschwindigkeiten
als beim Spanen von Stahl. Beim Hochgeschwindigkeitsfräsen
werden bei geeigneter Spindellagerung Drehzahlen
von 20 000 bis 35 000 U/min erzielt. Werkstoffe im kaltverfestigten
oder ausgehärteten Zustand lassen sich besser spanen als
solche im weichen Zustand.
Automatenlegierungen (Bohr- und Drehqualität) mit spanbrechenden
Legierungszusätzen ermöglichen störungsfreie Spanabfuhr auch bei
hohen Spanleistungen. Allgemein eignen sich Gusslegierungen
besser zum Spanen als Knetlegierungen. Bei Gusslegierungen mit
Si-Gehalten über 7 Prozent sind wegen der harten Siliziumkristalle
Hartmetallwerkzeuge zu empfehlen.
89

13.2. UMFORMEN (BIEGEN)
Das Umformen von Aluminium erfolgt meist auf den gleichen Maschinen,
die auch für die Bearbeitung der anderen Werkstoffe wie
Stahl, Kupfer und so weiter verwendet werden. (Ausgiebige
Reinigung von Metallrückständen ist zwingend erforderlich.)
Aluminium
• hat eine weichere Oberfläche als Stahl
• ist kerbempfindlich
• hat eine merkliche Rückfederung beim Biegen
• hat eine größere Wärmedehnung und eine hohe Wärmeleitfähigkeit
• zeigt keine Glühfarben.
13.3. KANTEN
Prinzip: Blechumformung in gerader Linie
Varianten:
• freies Biegen in einer Spann- oder sonstige Vorrichtung
(zum Beispiel Schraubstock, Holzbalken oder Lehre)
• mit Biegemaschine in der Werkstatt, handwerklich
• mit Abkantpresse oder Kantbank („Gesenkbiegen“)
Freies Biegen in einer Lehre Biegen mit der Abkantpresse
90

Werkstoffe: umformbare Werkstoffe wählen (Zustand: weich bis
dreiviertelhart)
Hinweise:
• beim Einspannen Schutzzwischenlagen verwenden
• zum Anzeichnen weichen Bleistift, keine Reißnadel
verwenden
• Mindestbiegeradien nicht unterschreiten: 0,5 bis 3-mal
Blechdicke, je nach Werkstoff (eventuell Vorversuche)
• Biegekante quer zur Walzrichtung wählen
14. ALUMINIUM FÜGEN
14.1. NIETEN
Das Nieten führt zu einer Verbindung, die ohne Zerstörung nicht lösbar
ist. Die Hauptbelastung sollte quer zur Nietachse auf Abscheren
oder Lochleibung erfolgen, deshalb sind zweischnittige Verbindungen
von Vorteil. Gängige Nietwerkstoffe sind Aluminium, Stahl
und Edelstahl. Die Nietverbindung sollte mindestens die gleiche
Festigkeit und den gleichen Korrosionswiderstand haben wie die
Fügeteile. Das Nieten mit Vollnieten, die aus einem Teil bestehen
und eine Zugängigkeit der Fügestelle von beiden Seiten erfordern,
wird immer mehr durch einseitig setzbare Verbindungen mittels
Blindniete, die aus Dorn, Setzkopf und Niethülse bestehen, verdrängt.
Beim Verbinden mit Blindnieten ist genau auf die Einhaltung von
Klemmlänge und Bohrlochdurchmesser zu achten (Herstellerangaben!).
91

Setzen eines Vollniets
a) Lochen b) Anfasen
c) Setzen d) Stauchen e) Schließen
Spezialformen bilden die Schließringbolzen, die beidseitig zugänglich
sein müssen, und bei denen der Schließkopf durch einen Schließring
(Anpressring) ersetzt ist, und die Nietmuttern, die einseitig setzbar
sind, und an deren Durchsteckmuttern weitere Fügeteile anschraubbar
sind.
Bei Stanznieten entfällt das Vorbohren.
92

14.2. SCHRAUBEN
Schraubverbindungen sind prinzipiell lösbare Verbindungen, die
entweder von beiden Seiten (Schrauben mit Muttern) oder einseitig
setzbar sind (Gewindeform- oder Gewindeschneidschrauben,
Gewindeeinsätze). Für die Verwendung letzterer Schraubentypen
eignet sich Aluminium besonders deshalb, weil Schraubkanäle oder
ähnliche Vorrichtungen bereits beim Strangpressen geformt werden
können. Allerdings dürfen diese Schrauben in dünnen Unterkonstruktionen
nicht mehrmals in das gleiche Gewinde geschraubt
werden.
Isolierte Schraubverbindung
Je nach Anwendungsbereich, Art der mechanischen Beanspruchung
und Korrosionsschutzanforderung kommen beim Fügen von Aluminiumbauteilen
oberflächengeschützte (im Wesentlichen: verzinkte)
Stahlschrauben, Schrauben aus nichtrostendem austenitischem
CrNi-Stahl und Aluminiumschrauben (im wesentlichen Holzschrauben)
zum Einsatz. Es ist zu beachten, dass bei einer auf
93

Korrosion beanspruchten Aluminiumkonstruktion die Schraubverbindungen
in dieser Hinsicht keine Schwachstelle bildet. Stichworte in
diesem Zusammenhang sind: Abdichten von Spalten, Isolierung von
Fügepartnern aus unterschiedlichen Metallen, mindestens gleicher
Korrosionswiderstand der Schrauben und der Fügeteile. Bezüglich
Bohrlochdurchmesser und Fügeteildicken sind die Angaben der
Hersteller zu beachten.
14.3. KLEBEN
Aluminiumwerkstoffe eignen sich gut für die Anwendung der Metallklebetechnik.
Wichtigster konstruktiver Grundsatz ist, dass Klebeverbindungen
nur auf Schub beansprucht werden sollten. Zu vermeiden
ist schälende oder Zugbeanspruchung. Klebverbindungen
sind daher meist Überlapp- oder Steckverbindungen (Überlappungslänge
zirka das Zehnfache der Materialdicke). Je nach Anspruch an
die Festigkeit der Verbindung ist die Rauhigkeit der Oberfläche und
ihre Klebtauglichkeit mehr oder weniger zu vergrößern: Aufrauhen,
gründliches Entfetten, Beizen oder Anodisieren ohne Verdichten. Der
Aufwand für eine ordnungsgemäß ausgeführte Klebverbindung ist
nicht geringer als für andere Fügeverfahren. Die Vorteile des
Klebens sind neben günstiger Spannungsverteilung, dass der
Fügeteilwerkstoff nicht oder nur geringfügig durch Wärme verändert
wird und dass anodisierte Teile ohne Beeinträchtigung des Aussehens
oder der Schutzwirkung verklebt werden können.
94

Verschiedene Klebverbindungen
95

14.4. VERBINDEN DURCH UMFORMEN
Jedes Umformverfahren lässt sich auch zum Herstellen einer Verbindung
einsetzen, wobei im Wesentlichen die handwerklichen Verfahren
wie Falzen, Bördeln und Sicken von den industriell angewendeten
Verfahren wie Spreizen, Aufweiten, Einrollen, Umschließen
und Durchsetzfügen zu unterscheiden sind. Einige Techniken eignen
sich besonders für Bleche (z. B. Falzen und Durchsetzfügen
(Clinchen)); die restlichen besser für Rohre und Profile. Diese Verbindungen
sind ohne Zerstörung nicht lösbar. Durch die Notwendigkeit
der plastischen Verformung sind besondere Werkstoffeigenschaften
(keine harten oder ausgehärteten Zustände) erforderlich;
beim Zusammenbau mit Fremdwerkstoffen ist auf die Gefahr von
Spalt- oder Kontaktkorrosion zu achten. Das folgende Bild zeigt
typische Verbindungen durch Umformen an dünnwandigen
Bauteilen.
Fügen durch Umformen
a) Falzen b) Sicken
c) Bördeln d) Durchsetzfügen
(Clinchen)
96

14.5. SCHNAPPVERBINDUNGEN
Bei dieser für Aluminium-Strangpressprofile typischen Art der Verbindung
wird die Federwirkung des Werkstoffs im elastischen Bereich
ausgenutzt. Meistens sind die Verbindungen wieder lösbar. Je
nach Umgebung ist auf Spalt- und Kontaktkorrosion zu achten.
Einige Arten von Schnappverbindungen sind nachfolgend anderen
profiltypischen Verbindungsmöglichkeiten gegenübergestellt.
Schnappverbindungen und ähnliche
Verbindungen zwischen
Aluminiumprofilen:
a bis c): Schnappverbindungen ohne
bzw. mit vorangehendem
Eindrehvorgang. Die Verbindung ist
beidseitig belastbar und nicht bzw.
nur schwer wieder lösbar.
d) Einhängeverbindung, belastbar
nur auf der dem Drehpunkt
abgewandten Seite.
e) Steckverbindung mit zusätzlichem,
äußerlich nicht
sichtbarem Verriegelungselement
(Wendelfeder e1). Die Verbindung e
ist zweiseitig gleichermaßen
belastbar.
97

15. LITERATUR
[1] Hütter, L.A.: Wasser und Wasseruntersuchung.
5. Auflage. Verlage Salle + Sauerländer, Frankfurt/Main 1992
[2] Gerhardt, U.: Gewürze in der Lebensmittelindustrie.
2. Auflage. Behr`s Verlag, Hamburg 1994
[3] Müller, M. et al.: Aluminiumbestimmung in Lebensmitteln mittels
Graphitrohratomabsorptionsspektrometrie. In: GIT 9 (1995)
[4] Wichtl, M.: Teedrogen.
3. Auflage. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1997
[5] Eisenbrand, G.; Metzler, M.: Toxikologie für Chemiker.
Thieme Verlag, Stuttgart 1994
[6] Rossa, E.: Kurzweil durch Chemie.
2. Auflage. Volk und Wissen VEV, Berlin 1985
[7] Keune, H.; Filbry, W.: Chemische Schulexperimente. Band 2.
3. Auflage. Volk und Wissen VEV, Berlin 1985
[8] Wolf, G.; Flint, A.: Rennie räumt nicht nur den Magen auf.
In: NiU-Chemie 11 (2000) 55
98

III. ANHANG I: FACT SHEETS
- Bauxitabbau und Rekultivierung
- Rotschlamm und Rotschlammdeponiern
- Aluminium wird genutzt , nicht verbraucht
- Vom Produktkreislauf zum Werkstoffkreislauf
- Vom Recycelgehalt zum „Aluminiumpool“
- Effiziente Ressourcennutzung als Antwort auf den Vorwurf der Energieintensität
- Aluminium – ein Generationenvertrag
- Aluminium – soziale Aspekte
- Aluminium-Getränkedosen – Geschichte
- Aluminium-Getränkedosen – Herstellungsprozess
- Aluminium-Getränkedosen – Zahlen und Fakten
- Aluminium-Getränkedosen – Ein funktionelles Verpackungssystem
- Aluminium-Getränkedosen – Aspekte der Nachhaltigkeit

Bauxitabbau und
Rekultivierung
Wichtigster Rohstoff für die Herstellung hochwerti-
ger Aluminiumprodukte ist das Erz Bauxit. Es wird
jährlich weltweit mit rund 125 Mio. Tonnen über-
wiegend im Tagebau gefördert. Die bedeutendsten
Abbaugebiete befinden sich in Ländern des Tropen-
gürtels wie Australien, Guinea, Jamaika und Brasi-
lien. Die allein aus heutiger Sicht wirtschaftlich
abbauwürdigen, gesicherten Bauxitvorkommen
weisen eine Reichweite von rund 200 Jahren auf.
Bild 1: Rekultiviertes Land in Bitan, Indonesien (oben – Quelle: RWTH
Aachen, Forschungsinsitut für Technische und Wirtschaftliche Zusammenarbeit)
und Weipa, Australien, unten [1]
Die Rekultivierung ist integraler Bestandteil des
Bauxitabbaus. Lange vor dem eigentlichen Erzab-
bau werden bereits geeignete Maßnahmen getrof-
fen, die eine gewünschte Form der Rekultivierung
und Folgenutzung ermöglichen. Darunter fallen
Arbeitsschritte wie
� die sorgfältige Entfernung der Vegetation,
� das Sammeln von Saatgut,
� das systematische Abtragen von Mutterboden
und Abraum,
� die Zwischenlagerung von Deckschichten.
Erst dann werden die Bauxitlagerstätten ausgeerzt.
Als integraler Bestandteil des "Bauxitabbaus" fol-
gen anschließend Arbeitsschritte wie
� die Anpassung der Geländeform mit dem Auf-
trag des zwischengelagerten Abraums und des
Mutterbodens
� und die Aussaat (Vegetationsbedeckung).
Dies ist für eine effiziente Rekultivierung unabding-
bar. Dabei werden heute rund 95 Prozent der
Bauxitabbauflächen aufgeforstet (Bild 1), weitere
4 Prozent für landwirtschaftliche Zwecke erschlos-
sen (Bild 2) und das verbleibende 1 Prozent wird
beispielsweise für Erholungs- und Gewerbegebiete
zur wirtschaftlichen bzw. sozialen Entwicklung
genutzt.
Der Bauxitabbau wird von einem kontinuierlichen
Umweltmonitoring begleitet, das Erosionskontrol-
len sowie Wasser- und Abfallmanagement ein-
schließt. Zudem verfügen Minenbetreiber über
eigene Gärtnereien und Baumschulen, die die Auf-
zucht verschiedener Pflanzenarten und Setzlinge
ermöglichen (Bild 3).
Wird z. B. eine landwirtschaftliche Nachnutzung der
Minenareale angestrebt, werden Forschungspro-
jekte durchgeführt, um Obstbäume oder Gräser
unter den geographischen Bedingungen auf ihre
Ertragskraft vor Ort zu testen und zu optimieren
(Bild 3).

Bild 2: Rekultivierung der Abbauflächen für Ackerbau und Viehzucht,
Jamaika [2]
Ein geringer Teil des weltweit geförderten Bauxits
wird in Regenwaldgebieten gewonnen. Dafür wird
jährlich eine Fläche von ca. 2,4 Quadratkilometern
genutzt [4]. Dies entspricht etwa 0,0002 Promille
der gesamten Regenwaldfläche. In diesen Gebieten
wird überwiegend eine Form der Rekultivierung
angestrebt, die dem ursprünglichen Ökosystem
möglichst nahe kommt. Selbst wenn eine Rekulti-
vierung in land- bzw. forstwirtschaftliche Nutzflä-
chen erfolgt, kann auch dies indirekt zum Erhalt
von Regenwald beitragen. Denn die Zerstörung der
Regenwälder geschieht fast ausschließlich durch
den Wanderfeldbau - einschließlich der Brandro-
dung - durch ärmste Bevölkerungsschichten, die
nur auf diese Weise ihren Lebensunterhalt bestrei-
ten können [5]. Die Schaffung land- bzw. forstwirt-
schaftlicher Nutzflächen kann somit die Brandro-
dung an anderer Stelle vermindern.
Die Vereinten Nationen verliehen 1990 ihren Um-
weltschutzpreis "Global 500 Roll of Honour for Envi-
ronmental Achievement" für vorbildliche Rekultivie-
rung an eine Bauxitmine in Westaustralien.
Durch die Rekultivierung handelt es sich beim Bau-
xitabbau um eine vorübergehende Flächennutzung
[6]. Denn im Nachgang des Abbaus werden die Mi-
nenareale in eine Form der Weiternutzung über-
führt, die sich im Sinne einer nachhaltigen Entwick-
lung in die umgebende Landschaft nach ökologi-
schen, ökonomischen und sozialen Gesichtspunkten
einpasst.
Bild 3: (oben) Baumschule in Porto Trombetas, Amazonas Brasilien -
jährlich werden ca. 450.000 Setzlinge produziert [3];
(unten) Versuchsfeld von möglichen Gräsern für die landwirtschaftliche
Nutzung, Jamaika [2]

Quellen:
[1] P. N. MARTENS, H. KOCH, M. MISTRY, M. RÖHRLICH, J. SCHULTZ,
C.-C. HAHN, S. EWERS (1999): Betrachtungen der Bauxitgewinnung
im Tagebau Weipa, Australien, unter besonderer Berücksichtigung
der Rekultivierung - BRAUNKOHLE Surface Mining 2/99; Seite 257
[2] Gesamtverband der Deutschen Aluminiumindustrie e. V.
[3] MRN MINERAÇAO RIO DO NORTE S.A. (1998): REFLORESTAMENTO
Reforestation - ENVIRONMENT REPORT No 0 Dezembro 1998
[4] Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe und Staat-
liche Geologische Dienste in der Bundesrepublik Deutschland:
Geologisches Jahrbuch (Sonderhefte) - Stoffmengenflüsse und
Energiebedarf bei der Gewinnung ausgewählter mineralischer
Rohstoffe - Teilstudie Aluminium, 1998; Seite 8
[5] TORSTEN AMELUNG, MARKUS DIEHL: Deforestation of Tropical
Rain Forests - Economic Causes and Impact Development; Kieler
Studien (J.C.B. Mohr (Paul Siebeck) Tübingen - ISSN 0340-06989
[6] Zitiert nach P. N. MARTENS, Leiter des Sonderforschungbereiches
525 Ressourcenorientierte Gesamtbetrachtung von Stoffströmen
metallische Rohstoffe an der RWTH Aachen und der KFA
Empfehlenswerte Literatur:
R. J. GAUNT, N. W. BLISS (1993): Bauxite mining rehabilitation at
Trombetas in the Amazon Basin - IMM Bulletin no. 1011, Minerals
Industry International, March 1993
STEFAN SCHLOTT: Bauxitabbau im Regenwald - ALUMINIUM KURIER
Reportage 1/1996; Seite 102 ff
CH. FERREIRA, D. WILLIAMS: Bauxite Mine Rehabilitation at Alcoa in
Brazil - PROCEEDINGS JAMAICA International Workshop on Rehabilitation
of Mined Bauxite and Red Mud Disposal Ponds, September 28 -
October 2, 1998; Seite 83 ff
U. HAPPEL, J. HAUSBERG, F. M. MEYER, N. MARINO, P. N. MARTENS,
M. RÖHRLICH (1999): Transport and Production Planning in the Los
Pijiguaos Bauxite Deposit, Venezuela - ERZMETALL 52 (1999) Nr. 2
Fachaufsätze; Seite 107 ff
ALEXANDER H. WIRTZ, JÖRG H. SCHÄFER (1999): Nachhaltige Entwicklung
- Am Beispiel der Aluminiumindustrie Jamaikas (erhältlich
beim GDA)
H.P. KÖLFEN, U. HAPPEL, H. KOCH, C.-C. HAHN (1999): Die Bauxitindustrie
Jamaikas Ein methodischer Ansatz zur Identifizierung externer
Effekte - BRAUNKOHLE Surface Mining 6/99; Seite 699 ff
P. SLIWKA, C. Bauer (2000): Bauxitgewinnung in Porto
Trombetas - Eine Diskussion der "Nachhaltigen Entwicklung“ im
Bergbau – Surface Mining Braunkohle & Other Minerals 52 (2000) Nr.
4 July / August; Seite 347 ff
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Gesamtverband der Aluminiumindustrie e.V.
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Stand: Februar 2006

Rotschlamm und
Rotschlammdeponien
Bauxit ist ein Erz, in dem Aluminiumverbindungen
stark konzentriert vorliegen. Diese Anreicherungen
machen Bauxit als Rohstoff für die Aluminiumge-
winnung nutzbar. Für die Herstellung von Primär-
aluminium wird in Aluminiumoxidwerken aus dem
Bauxit die Aluminiumkomponente chemisch mit
Natronlauge herausgelöst. Es entsteht Aluminium-
oxid. Dabei fällt Rotschlamm an, in dem sich die
ursprünglich natürlich vorhandenen Bestandteile
des Bauxits - also die Erzrückstände - mit einem
Restgehalt an Alkali wiederfinden. Der hohe Gehalt
an Eisenverbindungen verleiht ihm seine charakte-
ristische rote Farbe. Die Menge des anfallenden
Rotschlammes ist von dem Aluminiumgehalt des
Bauxits abhängig. Bauxiterze mit einem hohen
Aluminiumanteil verursachen weniger Erzrück-
stände als Bauxiterze mit einem niedrigeren Alumi-
niumgehalt (Bild 1).
Bild1: Aus dem Bauxit wird Aluminiumoxid für
die Weiterverarbeitung zu Aluminium herausgelöst.
Das natürliche minarlische Gemenge wird
deponiert.
Rotschlamm wird deponiert. Optimale Bedingungen
für die Entsorgung werden durch die weitestgehen-
de Trennung der Erzrückstände von der Natronlau-
ge geschaffen. Das wirkt sich in zweierlei Hinsicht
positiv aus:
� Die Natronlauge kann im Sinne einer effizienten
Kreislaufwirtschaft wiederverwendet werden.
� Die Erzrückstände enthalten, abgesehen vom
Restalkaligehalt, keine weiteren industriellen
Zusätze.
Daher ist Rotschlamm auch kein Sondermüll und
kann umweltneutral deponiert werden.
In Deutschland wird der Schlamm über ein Rohr-
system auf eine industrieeigene Deponie gepumpt
und abgelagert. Die nach der Sedimentation zu-
rückbleibende Natronlauge wird wieder in den Pro-
duktionsprozess zurückgeführt. Die Deponie ist
durch natürliche Schichten gegen den Untergrund
abgedichtet. Über Grundwasserbrunnen, die mehr-
mals im Jahr beprobt werden, wird kontrolliert, ob
Stoffe aus der Deponie ins Grundwasser gelangen.
Regenwasser wird abgepumpt und über eine Ab-
wasserreinigungsanlage geleitet.
Der Bedarf an Aluminiumoxid in Deutschland kann
durch die heimische Produktion nicht gedeckt wer-
den. Daher wird Aluminiumoxid auch importiert. Mit
über 50 Prozent ist Jamaika der wichtigste Alumi-
niumoxidlieferant Deutschlands und gleichzeitig der
viertgrößte Oxidproduzent in der Welt.
In Jamaika werden die Erzrückstände von der Nat-
ronlauge getrennt. Die Natronlauge wird im Kreis-
lauf geführt. Die Deponien sind mit natürlichen
Schichten gegen den Untergrund abgedichtet. Bei
neuen Verfahren werden dem Rotschlamm schon
im Oxidwerk Bindemittel zugesetzt, um seine
Komprimierung und Trocknung zu beschleunigen
und eine möglichst schnelle Verfestigung zu erzie-
len. Wegen des tropischen Klimas auf Jamaika geht
der Trocknungsprozess relativ schnell vonstatten.
Die Natronlauge wird an tiefer gelegenen Stellen
der Deponie gesammelt und in Becken abgeleitet
(Bild 2). Die Lauge wird erneut im Oxidwerk zur
Auswaschung von Rotschlamm eingesetzt. In der
Nähe der Oxidwerke und Rotschlammdeponien

Bild 2: Sammlung von Natronlauge
werden regelmäßig Proben des Oberflächen- und
Grundwassers genommen und auf den pH-Gehalt
sowie auf Natrium-, Kalzium- und Chloridwerte hin
untersucht.
Nach Erreichen ihrer Kapazitätsgrenzen, sind Rot-
schlammdeponien rekultivierbar. Dazu ist eine
Vorbehandlung des Rotschlammes mit Gips erfor-
derlich, um den pH-Wert der Deponien zu reduzie-
ren. Für eine Rekultivierung in Weideland ist es
erforderlich, Mutterboden aufzutragen.
Die Rekultivierung von Rotschlammdeponien ist mit
ausgewählten Gräsern auch ohne Mutterboden
möglich. Hierzu werden Forschungsprojekte durch-
geführt, in denen Pflanzen unterschiedlicher Her-
kunft auf Versuchsfeldern auf ihre Eignung für die
vorgesehene Anwendung getestet werden (Bild 3).
Gute Ergebnisse wurden in Brasilien auch beim
Einsatz von Asche statt Mutterboden erzielt. Hier-
durch entfällt zusätzlich die Deponierung der Asche
aus dem Oxidationsprozess.
Rotschlamm besteht aus den natürlichen Erzrück-
ständen des Bauxits und hat noch geringe Spuren
an Restalkalität. Rotschlamm kann daher umwelt-
neutral - auch nach den strengen Anforderungen
der deutschen Gesetzgebung - deponiert werden.
Die Natronlauge wird im Sinne einer effizienten
Kreislaufwirtschaft wiederverwendet. Rotschlamm-
deponien können in Abhängigkeit von den jeweiligen
örtlichen klimatischen Voraussetzungen rekultiviert
werden.
Bild 3: Versuchsfelder für eine Rekultivierung ohne Mutterboden
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Aluminium wird genutzt,
nicht verbraucht!
Eine wesentliche Forderung des von den Vereinten
Nationen in Rio 1992 verabschiedeten Leitbildes der
"Nachhaltigen Entwicklung" ist die Verminderung
des Ressourcenverbrauches.
Die Aluminiumindustrie spricht traditionell vom
Aluminiumverbrauch, häufig auch um die wirschaft-
liche Potenz dieses Industriezweiges zu dokumen-
tieren.
Aluminium wird jedoch überwiegend nicht ver-
braucht, sondern genutzt und anschließend immer
wieder erneut nutzbar gemacht (Recycling).
Ausnahmen sind geringe prozessbedingte Verluste
(1 - 5 %) und der gezielte Einsatz von Aluminium als
Desoxidationsmittel (ca. 3 % des gesamten in
Deutschland erzeugten Aluminiums).
Durch die Neuinterpretation des Begriffes "Resour-
cenverbrauch" im Rahmen der Nachhaltigen Ent-
wicklung sollte deshalb der neuerdings negativ
besetzte Begriff "Aluminiumverbrauch" künftig aus
dem Wortschatz der Aluminiumindustrie gestrichen
werden.
Dadurch wird der strategische Vorteil der unendli-
chen Wiedernutzbarkeit des Aluminiums auf quali-
tativ gleichem Niveau gegenüber den Stoffen sicht-
bar, die z. B. aufgrund mangelnder stofflicher Ver-
wertbarkeit tatsächlich verbraucht werden.
Als Alternativen für "Verbrauch" bieten sich je nach
inhaltlichem Zusammenhang an:
� Einsatz
� Gebrauch
� Nutzung
Statt von Aluminiumverbrauch sollte künftig nur
noch von Aluminiumeinsatz, -gebrauch oder -nut-
zung gesprochen werden (bzw. im Englischen statt
"aluminium consumption" künftig z. B. "use of
aluminium").
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Vom Produktkreislauf
zum Werkstoffkreislauf
Die von der Politik oder auch von Kunden häufig
erhobene Forderung, Produktkreisläufe grundsätz-
lich zu schließen, sind für Aluminium aus wirt-
schaftlicher, technischer und auch ökologischer
Sicht sachlich nicht zu begründen. Solange eine
umfassende Verwertung erfolgt, ist die Schließung
des Materialkreislaufes gleichwertig.
Wie jedes Unternehmen schneidert die Aluminium-
industrie auf jeder Produktionsstufe ihre Produkte
maßgerecht auf die Bedürfnisse der Kunden zu.
Auch die Sekundäraluminiumhütten optimieren ihre
Produkte, d. h. die jeweiligen Sekundäraluminium-
legierungen auf die technisch qualitativen Anforde-
rungen der Anwender hin. Auf diese von den Kun-
den definierten Anforderungen hin wird der
Schrotteinsatz optimiert: So wie die Zutaten den
gewünschten Geschmack der Suppe bestimmen, so
ergibt der richtige Mix beim Einsatz verschiedener
Schrottarten die für den jeweiligen Anwendungsfall
geforderte Legierung - ggf. unter Hinzufügen von
Primäraluminium.
Für das aus dieser Legierung hergestellte Produkt
ist es aus technisch qualitativer Sicht egal, wel-
chem Verwendungszweck das jetzt genutzte Alumi-
nium in seiner vorherigen Nutzungsphase gedient
hatte - ob also aus der Dose wieder eine Dose oder
aus der Dose eine Fassade geworden ist.
Wenn aufgrund politischer Vorgaben das Hinzufü-
gen von Primäraluminium an einer Stelle einge-
schränkt und der Einsatz bestimmter Schrotte vor-
gegeben würde, zum Beispiel um aus alten Fens-
tergriffen wieder neue Fenstergriffe werden zu
lassen, verlagert sich der Einsatz dieses vermeint-
lich eingesparten Primäraluminiums nur auf den
Bereich, in dem die alten Fenstergriffe sonst einge-
setzt worden wären.
Dies gilt für das Gesamtsystem des Aluminium-
marktes, da
� der Einsatz von Aluminium mengenmäßig zu-
nimmt,
� durch die überwiegend lange Lebensdauer von
Aluminiumprodukten und durch die Wachstums-
raten beim Aluminiumeinsatz in den letzten
Jahrzehnten zur Zeit mehr Aluminium in Produk-
ten gebunden ist, als über den Schrottmarkt zur
Befriedigung der aktuellen Nachfrage verfügbar
ist.
Aufgrund dieser Marktgegebenheiten kann die Ge-
samtnachfrage nach Aluminium nicht allein aus
Schrotten befriedigt werden.
Damit ist es aus ökologischer Sicht unerheblich, in
welchem Umfang Schrotte für bestimmte Neupro-
dukte eingesetzt werden, solange
� eine umfassende Wiederverwertung mit Recyc-
lingraten von 85 bis 90 % in den wichtigsten Ver-
wendungsbereichen und von 100 % bei Produk-
tionsschrotten erfolgt.
Staatliche Vorgaben zur Schließung von Produkt-
kreisläufen sind deshalb abzulehnen. Es muß der
Verantwortung der Wirtschaft überlassen bleiben,
in geeigneten Fällen geschlossene Produktkreis-
läufe zu etablieren, wenn sie zum Beispiel ökono-
mische, technische oder logistische Vorteile auf-
weisen (z. B. Aluminiumgetränkedosen, Fenster-
rahmen A/U/F, Verpackungen im DSD, Aluminium-

schraubverschlüsse auf Mehrwegflaschen, Alumi-
niumbehälter aus Cateringbereich).
Ökologisch ist es bei Betrachtung des letztlich al-
lein relevanten Gesamtaluminiummarktes uner-
heblich, für welchen Zweck bzw. für welches neue
Aluminiumprodukt welches gebrauchte Aluminium
eingesetzt wird. Staatliche Vorgaben zur Schließung
von Produktkreisläufen sind deshalb abzulehnen.
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Vom Recyclatgehalt
zum "Aluminiumpool"
Auch die Frage nach dem Recyclatgehalt von Alu-
miniumprodukten (Recyclatanteil in Aluminiumpro-
dukten) ist als Messlatte der Umweltverträglichkeit
nicht geeignet.
Denn die Erhöhung des Recyclatanteils in einem
Produkt würde aufgrund der Gegebenheiten auf den
Aluminiummärkten nur zu einer Verlagerung des
unverzichtbaren Einsatzes von Primäraluminium in
andere Produkte führen. Die ökologischen Auswir-
kungen aus dem System des Gesamtaluminium-
marktes ("Aluminiumpool") würden sich insgesamt
nicht verändern.
Dies gilt für das Gesamtsystem des Aluminium-
marktes, da
� eine umfassende Wiederverwertung mit Recyc-
lingraten von 85 bis 90 Prozent in den wichtigs-
ten Verwendungsbereichen und von 100 Prozent
bei Produktionsschrotten erfolgt,
� der Einsatz von Aluminium mengenmäßig zu-
nimmt,
� durch die überwiegend lange Lebensdauer von
Aluminiumprodukten und durch die Wachstums-
raten beim Aluminiumeinsatz in den letzten
Jahrzehnten zur Zeit mehr Aluminium in Produk-
ten gebunden ist, als über den Schrottmarkt zur
Befriedigung der aktuellen Nachfrage verfügbar
ist.
Es ist in der Regel auch nicht möglich, den logisti-
schen Weg eines bestimmten Schrottes über die
Vielzahl der Prozessstufen - Sammeln, Sortieren,
Aufbereiten, Verwerten, Einschmelzen, Walzen,
Weiterverarbeiten - in "kriminalistischer" Weise
nachzuvollziehen.
Da recyceltes Aluminium keine Qualitätsunter-
schiede im Vergleich zu Primäraluminium aufweist
und die physikalischen Eigenschaften letztlich un-
verändert bleiben bzw. von der auf die Markterfor-
dernisse hin optimierten Legierungszusammenset-
zung abhängen, kann zumindest auf den weiter
fortgeschrittenen Produktionsstufen nicht mehr
festgestellt werden, in welchem Aluminiumbarren
sich ein bestimmter alter Fenstergriff wieder findet
oder aus welchen Schrottarten ein Aluminiumbar-
ren besteht.
Den Anteil von Primär- und Sekundäraluminium in
einem Aluminiumbarren oder einem Aluminium-
produkt bestimmen zu wollen, würde dem - sinnlo-
sen - Versuch gleichen, die Regentropfen in einem
Teich identifizieren zu wollen.
01

Die Forderung, den Recyclinggehalt einzelner Alu-
miniumprodukte zu erhöhen, ist ökologisch nicht
relevant. Hierdurch würden sich allenfalls margina-
le Veränderungen der ökologischen Folgen aus dem
Gesamtaluminiummarkt ergeben.
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02

Effiziente Ressourcennutzung
als Antwort auf den
Vorwurf der Energieintensität
Die Höhe des Energieverbrauches zum Beispiel bei
der Aluminiumherstellung (Energieintensität) ist für
sich genommen keine ökologisch relevante Größe.
Entscheidend ist vielmehr, dass die für den ge-
wünschten Zweck (z. B. die Befriedigung des Mobili-
tätsbedürfnisses) benötigte Energie bei Herstellung
und Nutzung des hierfür erforderlichen Produktes
(z. B. eines Autos) effizient genutzt wird.
Der Einsatz von Energie zur Erzeugung von Alumi-
nium erfolgt Ressourcen schonend und führt in der
Nutzungsphase von Aluminiumprodukten zur Ener-
gieersparnis:
� Die zur Herstellung von Aluminium erforder-
liche Energie wird weltweit zu rund 55 Pro-
zent aus dem erneuerbaren Energieträger
Wasserkraft gewonnen. Die Aluminiumin-
dustrie greift damit in besonders starkem
Maße auf CO 2-freie Energien zurück.
� Der hohe Anteil an Energiekosten an der
Primärmetallerzeugung führt automatisch
zu einem Eigeninteresse der Hersteller, den
Stromverbrauch auf ein Minimum zu redu-
zieren. Hierdurch wurde in den letzten Jahr-
zehnten eine Einsparung von fast 30 Prozent
erzielt.
� Die deutsche Aluminiumindustrie hat dar-
über hinaus im Rahmen der Selbstverpflich-
tungserklärung der deutschen NE-Metall-
industrie zugesagt, ihren Beitrag zur Sen-
kung des spezifischen Energieverbrauches
bis zum Jahre 2005 um weitere 22 Prozent zu
leisten (Bezugsjahr 1990).
� Durch ihr geringes Gewicht tragen Alumini-
umprodukte zu Kraftstoffeinsparungen und
Emissionsminderungen bei. Dies gilt sowohl
im Flugzeugbau, im Schienenverkehr oder
im Automobilbau unmittelbar als auch indi-
rekt durch Energieersparnisse beim Trans-
port der im Vergleich zu anderen Werkstof-
fen leichteren Verpackungen oder Baumate-
rialien.
� Die im Vergleich zu anderen Baustoffen hohe
Lebensdauer und geringen Aufwendungen
für Instandhaltung bei Aluminiumbauproduk-
ten wirken ebenfalls Energie und Ressour-
cen schonend.
� Die gute Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums
in der Verpackung spart Energien bei der
Kühlung zum Beispiel von Getränken oder
beim Erwärmen von Fertiggerichten.
� Darüber hinaus geht die bei der Ersterzeu-
gung des Metalls eingesetzte Energie nicht
verloren. Sie wird in den Produkten gespei-
chert und beim Recycling "reaktiviert". Der
Energieeinsatz für das Recycling ist bis zu 95
Prozent niedriger als im Vergleich zur Pri-

märherstellung. Und Aluminium kann belie-
big oft ohne Qualitätseinbußen verwertet
werden.
Die Höhe des Energieverbrauches zum Beispiel bei
der Aluminiumherstellung (Energieintensität) ist für
sich genommen keine ökologisch relevante Größe.
Entscheidend ist vielmehr, dass die für den ge-
wünschten Zweck (z. B. die Befriedigung des Mobili-
tätsbedürfnisses) benötigte Energie bei Herstellung
und Nutzung des hierfür erforderlichen Produktes
(z. B. eines Autos) effizient genutzt wird. Für die
Aluminiumindustrie ist die Minderung des Energie-
verbrauches ein ureigenes Anliegen allein schon
aus wirtschaftlichen Gründen.
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Aluminium –
ein Generationenvertrag
Sind Sie heute mit dem Auto oder einem Bus zur
Arbeit gefahren? Haben Sie sich dabei überlegt,
dass Ihre Großmutter Ihnen Ihren Milchbrei viel-
leicht in einem Aluminiumtopf zubereitet hat und
dass das gleiche Aluminium im Motorblock dieses
Wagens heute Ihre Mobilität gesichert hat? Und
dass Ihre Enkel möglicherweise das gleiche Alumi-
nium, dann vielleicht in einer Eisenbahn oder in
einem Flugzeug, ebenfalls vorwärts bringen wird?
Nach dem weltweit anerkannten Konzept einer
"Nachhaltigen Entwicklung" sollen nicht erneuer-
bare Ressourcen heute möglichst nicht zu Lasten
künftiger Generationen genutzt werden.
Und hier hat Aluminium - gerade auch im Vergleich
zu vielen anderen Werkstoffen - viel zu bieten.
Langfristig verfügbar
Der Aluminiumeinsatz heute stiftet bereits Nutzen für zukünftige Generationen.
Um eine bestimmte Menge Pkws herzustellen, wird
heute eine bestimmte Menge Aluminium benötigt.
Nehmen wir an, dass wir für Nutzung von 100 Pkws
100 Einheiten Aluminium benötigen. Diese definier-
te Menge nennen wir "Nutzungseinheiten". Weiter
nehmen wir an, dass die durchschnittliche Lebens-
dauer für Autos bei 10 Jahren liegt und - wohl auch
nicht ganz unrealistisch - beim Recycling, ein-
schließlich des Sammelns, ein Materialverlust von
10 Prozent auftritt.
Dann ergibt sich Folgendes:
� Aus der heute für 100 Nutzungseinheiten
eingesetzten Materialmenge resultieren ü-
ber das Recycling insgesamt 996 Nutzungs-
einheiten.
� Die letzte Nutzung eines Teiles der heute
eingesetzten Materialmenge erfolgt nach
rund 500 Jahren.

Erst diese Mehr-Perioden-Betrachtung verdeut-
licht, dass der ursprüngliche Ressourceneinsatz die
zehnfache Menge an Bedürfnissen befriedigen
kann, als bei einer Ein-Perioden-Betrachtung er-
sichtlich ist.
Aluminium - der ideale Recyclingwerkstoff
Welche Ressourcen bzw. Rohstoffe würden bei
einer solchen Generationen übergreifenden Be-
trachtungsweise relative Vorteile haben? Bei den
nicht-erneuerbaren Ressourcen wie Aluminium
wären dies diejenigen, die
� eine geologisch hohe Verfügbarkeit haben,
� möglichst oft wieder nutzbar zu machen sind,
� hierbei geringe Materialverluste aufweisen,
� zumindest überwiegend für langlebige Wirt-
schaftsgüter eingesetzt werden.
All diese Bedingungen erfüllt Aluminium in hervor-
ragender Weise:
� mit seinem Anteil von 8 Prozent an der Erdkruste
und als dritthäufigstes vorkommendes Element,
� mit einer nach heutigen Rahmenbedingungen
Verfügbarkeit bei der Erstgewinnung von noch
mindestens 200 Jahren,
� als "immer wieder" nutzbar zu machender Werk-
stoff,
� mit vergleichsweise geringen Materialverlusten
in den Recyclingprozessen,
� bei einem Einsatz für Wirtschaftsgüter mit einer
Lebensdauer von mehr als 10 Jahren von welt-
weit mehr als 60 Prozent.
Aluminiumeinsatz heute nutzt den Generationen
von morgen
Auch in Bezug auf die Zuordnung von Energieauf-
wand und Emissionen ergibt sich hieraus eine inte-
ressante Frage: Ist es richtig, alle Belastungen den
ersten 100 Nutzungseinheiten zuzurechnen, oder
müssten diese auch auf die späteren Nutzungsein-
heiten verteilt werden?
Eines ist klar: die vollständige Zurechnung von
Emissionen oder auch Energieverbräuchen aus-
schließlich auf die von heutigen Generationen ge-
brauchten "ersten" Nutzungseinheiten, wie es zur
Zeit durchaus üblich ist, bedeutet eine Verteilungs-
ungerechtigkeit zu Lasten heutiger und zu Gunsten
künftiger Generationen. Denn diese könnten die
dann zur Verfügung stehenden, relativ niedrig be-
lasteten Nutzungseinheiten ja gar nicht realisieren,
wenn die Erstinvestition heute unterblieben wäre.
Aluminium hat also bei Generationen übergreifen-
der Betrachtung viel mehr zu bieten als zunächst
ersichtlich. Das derzeit erzeugte und genutzte
Leichtmetall ermöglicht heute bereits die Befriedi-
gung von Bedürfnissen wie Sicherheit oder Mobilität
"für die Welt von morgen". Aluminium ist ein Gene-
rationsvertrag "for future generations".
Quelle:
Dieser Beitrag ist eine Kurzfassung einer Veröffentlichung von Stefan
Glimm und Jörg H. Schäfer in ALUMINIUM 1/2 (2001).
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Aluminium –
Soziale Aspekte
Auf dem Weg zur nachhaltigen Entwicklung rückt
das soziale Engagement von Unternehmen zuneh-
mend in den Mittelpunkt. Anzeichen hierfür sind die
Enquête Kommission "bürgerschaftliches Engage-
ment" im Deutschen Bundestag oder das Grünbuch
der EU- Kommission zu Corporate Social Responsi-
bility.
Die Aluminiumindustrie nimmt soziale Verantwor-
tung in vielfältiger Weise wahr [1]:
Soziale Aspekte auf Betriebsebene Die deutsche
Aluminiumindustrie ist mit rund 75.000 Mitarbeitern
ein wichtiger Wirtschaftsfaktor mit guten Wachs-
tumsaussichten. Bei
� einer Lohn- und Gehaltssumme von zirka 4 Milli-
arden EURO,
� einem Personalzusatzkosten-Anteil von rund 58
Prozent und
� dem anderweitigen Steueraufkommen der Alu-
uminiumindustrie
werden von den Unternehmen erhebliche soziale
Leistungen erbracht beziehungsweise ermöglicht.
Als Bestandteil modernen Personalmanagements
werden vielfach praktiziert:
� gezielte Personalentwicklung und Nachwuchs-
planung durch Aus- und Weiterbildungsengage-
ment
� Mitarbeitereinbindung quer zu Hierarchiestufen
zum Beispiel durch Kreativitätsoffensiven und
Ideen-Börsen
� moderne Arbeitszeitmodelle zur individuelleren
Gestaltung der Lebensarbeitszeit.
Die Unternehmen der deutschen Aluminiumindust-
rie räumen der Sicherheit und Gesundheit ihrer
Mitarbeiter höchste Priorität ein. Arbeitssicherheit
ist heute vielfach selbstverständlicher Teil des Ma-
nagementsystems. "Null Unfälle" als Zielvorgabe
wird heute in vielen Unternehmen praktiziert. Si-
cherheitsstandards werden zunehmend durch Au-
dits überprüft.
Bereits mehrfach wurden Unternehmen der Alumi-
niumindustrie für ihr betriebliches Engagement von
der Ausbildung bis hin zur Einstellung von Lang-
zeitarbeitslosen mit dem Siegel "ARBEIT PLUS" der
Evangelischen Kirche in Deutschland (EKD) ausge-
zeichnet.
Viele Mitarbeiter engagieren sich im betrieblichen
Alltag und darüber hinaus bei
� der Unterstützung sozialer und sportlicher Ein-
richtungen
� Spendenaktionen in Katastrophenfällen
� Entwicklungs- und Schulprojekten in Dritte-
Welt-Ländern.
Zudem unterstützen Unternehmen Schulprojekte
wie gemeinsame Projektwochen, Praktika bis hin zu
Werksführungen. Auf Branchenebene hat der Ge-
samtverband der Aluminiumindustrie (GDA) in Ko-
operation mit einem Didaktik-Lehrstuhl Unter-
richtsmaterialien für Schulen bis hin zu einem
Lehrkoffer mit Anschauungsobjekten zum Thema
Aluminium entwickelt. Das Material wird auf der
01

Bildungsmesse einem weiten Publikum zugänglich
gemacht und ist über www.aluinfo.de abrufbar.
Soziale Aspekte auf Produktebene
Der Zweck jeder wirtschaftlichen Tätigkeit ist die
Befriedigung menschlicher und sozialer Bedürfnis-
se. "Der Werkstoff Aluminium trägt wesentlich dazu
bei, Grundbedürfnisse wie Mobilität, Wohnen, Si-
cherheit, gesunde Ernährung, medizinische Versor-
gung wirtschaftlich und umweltverträglich zu be-
friedigen"[2]:
Foto: Hueck Folien GmbH & Co. KG, Weiden
� Mobilität ist eine Voraussetzung für soziale Be-
dürfnisse wie Kommunikation. Ohne Aluminium
wäre Mobilität kaum denkbar: sei es bei der
täglichen Fahrt mit dem PKW zum Supermarkt,
zur Arbeitsstätte oder Schule oder bei der
Urlaubsreise mit Bahn, Schiff oder Flugzeug.
Ältere Mitbürger könnten ohne Geh- und Trans-
porthilfen aus Aluminium am sozialen Leben
weniger aktiv teilnehmen.
� Krankentragen aus Aluminium machen die Ret-
tung aus Gefahr "leichter". Lebensrettend kann
auch der Aluminium-Karabinerhaken sein.
� Im Bauwesen können versteckte Aluminiumpro-
file einbruchshemmend wirken.
� Aluminiumverpackungen schützen Füllgüter vor
Verderb und vielfach auch vor Manipulation.
� Kommunikation wäre ohne Überlandleitungen
für Strom und Zeitungsdruckplatten kaum mög-
lich - Produkte, die aus Aluminium sind.
Soziale Aspekte weltweit
Die soziale Verantwortung der Aluminiumunter-
nehmen hört nicht an heimischen Landesgrenzen
auf:
� In Ländern wie Jamaika, Mosambik oder Brasi-
lien stellt die Aluminiumindustrie einen bedeu-
tenden Wirtschaftsfaktor dar, der Einkommen
und Infrastruktur schafft. Schulische Ausbildung
und medizinische Versorgung werden häufig
über die Werksgrenzen hinweg gefördert.
� In Australien, aber auch in Brasilien partizipieren
Ureinwohner in Kooperationsprojekten an der
wirtschaftlichen Entwicklung.
� In Bahrain werden Stipendien an Kinder der
Mitarbeiter vergeben.
� Die Verbreitung von Solarkochern in Südafrika
wird unterstützt.
02

Gerade die Grundstoffindustrie hat ihre traditionell
hohen sozialen Leistungen für die Bevölkerung in
den letzten Jahren sogar noch verstärkt. "Die Alu-
miniumindustrie und ihre Unternehmen gehören
bei all diesen richtungsweisenden Engagements zu
den aktivsten und führenden der Welt." [3]
Quellen:
[1] GDA-Broschüre "Aluminium - Soziale Aspekte", August 2001
[2] Deutscher Bundestag, 13. Wahlperiode: Bundestagsdrucksache
13/6833 vom 28.01.1997
[3] Zitat von Professor Dr. Werner Gocht, langjähriges Mitglied und
Vorsitzender des Wissenschaftlichen Beirats des Bundesministeri-
ums für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung und des
UNCTAD Common Fund for Commodities Consultative Committee.
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Stand: Februar 2006
03

Aluminium-Getränkedose
– Geschichte
Wie alles begann.
Die Getränkedose wurde Anfang der 30er Jahre in
den USA erfunden. Dort brachte im Oktober 1933
die Brauerei Krueger die erste Bierdose der Welt
auf den Markt (Bild 1). Diese dreiteilige Dose aus
Weißblech musste der Verbraucher noch umständ-
lich mit einem spitzen Gegenstand öffnen, um an
den Inhalt zu gelangen. Deshalb änderten in den
Folgejahren alle Brauereien, die am Erfolg der
Dose teilhaben wollten, deren Design. Die neue
Gestaltung Mitte der 30er/Anfang der 40er Jahre
machte mit einem konischen Oberteil und einem
Kronenkorkenverschluss noch deutliche Anleihen
bei der Flasche. Sie wurde deshalb auch als Fla-
schendose bezeichnet (Bild 2).
Bild 1: Die Geburt der Bierdose (Quelle: BCCA, Beer Can Collectors of
America)
Bild 2: Die Flaschendose (Quelle: BCCA)
Die Dose hält Einzug in Europa. Nach Europa kam
die Getränkedose im Gefolge der auf dem Kontinent
stationierten Einheiten der amerikanischen Streit-
kräfte. Anfang der 50er Jahre tauchten dort die
ersten Bierdosen auf. Diese dreiteiligen Weißblech-
dosen hatten zwar bereits die klassische zylindri-
sche Form der heutigen Getränkedose, erforderten
aber nach wie vor einen separaten Öffner (Bild 3).
Bild 3: Die US-Boys bringen die Dose nach Deutschland
(Quelle: Collecting and Dump Digging Old Beercans)
Die Aluminium-Getränkedose tritt auf den Plan. Die
erste zweiteilige Aluminium-Getränkedose wurde
im Jahr 1958 produziert. Seit ihrer Markteinführung
hat sich die Aluminium-Getränkedose erheblich
verändert und wird als innovationsfähiges High-
Tech-Produkt kontinuierlich weiterentwickelt.
Die innovativen Entwicklungsstufen bei der Herstel-
lung von Aluminium-Getränkedosen waren:
1958: Erste fließgepresste Aluminium-Getränke-
dose
1961: Erster "easy open"-Deckel (Ring-Pull-
Verschluss)
1966: Erste tiefgezogene zweiteilige Getränkedose
1987: Erster "206"-Deckel
1989: Erster "stay-on-tab"-Deckel (Aufreißlasche)
1993: Erster "202" Deckel (USA)
1994: Erster "202"-Deckel (Europa)
1997: Erste konturgeformte Dose
Die Entwicklung geht voran.
Ein Endpunkt für die technische Weiterentwicklung
der Getränkedose im Hinblick auf Produktionspro-
zess, Gewicht und Form ist noch nicht erreicht.
Schon heute lässt sich Aluminium so formen, wie

man es bisher nur von Kunststoffflaschen kannte
(Bild 4).
Die Getränkedose der Zukunft könnte noch leichter,
geformt, geprägt und verschließbar sein.
Bild 4: Bei der optischen Digitalisierung werden komplexe Oberflächen
mit Hilfe von Sensoren exakt vermessen. Das so gewonnene
digitale Datenmaterial wird für Konstruktionszwecke und Schadensforschung
benötigt. (Quelle: Schmalbach-Lubeca)
Ansprechpartner
Gesamtverband der Aluminiumindustrie e.V.
Gregor Spengler
Tel.: 0211 – 47 96 – 144
Fax: 0211 – 47 96 – 408
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Stand: Februar 2006

Aluminium-Getränkedose
- Herstellungsprozess
Die ersten Getränkedosen wurden noch aus drei
Blechteilen zusammengefügt. Der Rumpf wurde
gelötet, Deckel und Boden anschließend auf-
gefalzt. Heute ist das anders. Der Korpus der Alu-
minium-Getränkedose samt Dosenboden wird aus
nur einem Stück gefertigt.
Ausgangsmaterial für die Herstellung von Alumini-
um-Getränkedosen ist das Dosenband/Dosenblech
(Bild 1).
Aus dem Dosenband werden im "cupper" kreisrun-
de Scheiben ausgestanzt, die in eine Art flacher
Untersetzer mit halb hohem Rand tiefgezogen wer-
den. Im "bodymaker" wird dieser Körper anschlie-
ßend mit Hilfe von Abstreckringen in die endgültige
Dosenform gebracht. Teil des "bodymaker" sind
auch der "domer", der den Dosenboden formt, und
der "trimmer", der den oberen Dosenrand sauber
abschneidet.
Danach werden die Dosen im "washer" gewaschen,
um sie von dem während des Tiefziehens ver-
wendeten Ziehöl zu befreien. Anschließend werden
die Dosen im "printer" außen grundiert und mit bis
zu sechs Farben bedruckt. Nachdem Grundierung
und Druckfarbe im Trockenofen ("printer drier o-
ven") getrocknet wurden, wird das Innere der Dose
mit einem Innenschutzlack beschichtet, der an-
schließend in einem weiteren Ofen ("inside coating
drier oven") ebenfalls getrocknet wird.
Danach wird im "necker" der obere Dosenrand
geformt, bevor im "flanger" die Bördelung bezie-
hungsweise Formung des Rollrandes vorgenom-
men wird.
Fertig ist die Aluminium-Getränkedose, die an-
schließend zum Befüllen und Verschließen zum Ab-
füller transportiert wird. Der Dosendeckel wird
nach dem Abfüllprozess auf den Rollrand aufgefalzt
(Bild 2).
Moderne Fertigungslinien für Getränkedosen errei-
chen eine Geschwindigkeit von 2.000 Dosen pro
Minute.

Bild 2: Aluminium-Getränkedosen eignen sich für die untrschiedlichsten
Füllgüter (Quelle: Recam Beverage Can)
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Stand: Februar 2006

Aluminium-Getränkedose
- Zahlen und Fakten
Die Marktdaten sprechen für sich.
Weltweit werden etwa 222 Milliarden Getränkedo-
sen genutzt, wobei der Anteil der Aluminium-Ge-
tränkedose über 80 Prozent (%) beträgt.
In Europa hat sich der Getränkedosenbedarf seit
1985 auf fast 38 Milliarden Stück verdreifacht mit
einem Aluminiumanteil von circa 62 %. In Deutsch-
land erreicht die Aluminium-Getränkedose jedoch
nur einen Marktanteil von etwa 18 %, in Bel-
gien/Luxemburg 25 % und in Frankreich 28 %. In
allen anderen europäischen Staaten erzielt die
Aluminium-Getränkedose deutlich höhere Marktan-
teile, die sich in den skandinavischen und einigen
südeuropäischen Ländern auf 100 % beziehungs-
weise annähernd 100 % belaufen. In den osteuropä-
ischen Ländern erreicht die Aluminiumdose einen
Marktanteil von über 90 % (Bild 1).
Der Aluminium-Getränkedosenmarkt in den USA
wuchs von 1985 bis 2001 um rund 55 % und erzielte
2001 ein Volumen von fast 101 Milliarden Einheiten.
Heute wird in Nordamerika ausschließlich der
Werkstoff Aluminium für die Herstellung der Ge-
tränkedosen eingesetzt.
Die Nachfrage nach Aluminium-Getränkedosen in
Japan verfünffachte sich seit 1998. Bei einem Ge-
samtvolumen von etwa 24 Milliarden Stück erzielt
die Aluminiumdose einen Anteil von fast 80 %.
Die Zuwachsraten der Aluminium-Getränkedose in
den Märkten Lateinamerika, Asien, Afrika und Chi-
na gestalten sich jährlich zweistellig mit einem
weiteren großen Wachstumspotenzial. Während die
Aluminium-Getränkedose in China, Vorderasien und
in Afrika einen Marktanteil von circa 50 % erreicht,
beträgt dieser in Südamerika und anderen asiati-
schen Staaten bereits über 90 %.

Der Ausblick ist vielversprechend.
Im Vergleich zur Pro-Kopf-Nutzung in den USA oder
Japan wird deutlich, dass für die Aluminium-
Getränkedose in zahlreichen Ländern noch ein
großes Wachstumspotential ausgeschöpft werden
kann: Zentral- und Osteuropa, die GUS-Staaten,
Afrika, Asien und Lateinamerika werden auch zu-
künftig hohe Zuwachsraten verzeichnen.
War in der Vergangenheit die Aluminium-
Getränkedose das bevorzugte Behältnis für CO2-
haltige Erfrischungsgetränke und Bier, kommen
verstärkt neue Produkte wie isotonische Getränke,
Eistee, Milch-Mixgetränke und Kaffee hinzu (Bild 2).
Die Vorteile der Aluminium-Getränkedosen, ihre Popularität and
Vielseitigkeit bieten sich für eine immer größer werdende Vielfalt von
Produkten an (Quelle: Cancentral.com = website des CMI Can Manufacturers
Institute)
Produktinnovationen wie die Konturdose, die ge-
prägte oder die selbstkühlende Aluminium-
Getränkedose werden die Marketingaktivitäten der
Abfüller für ausgewählte Premiumgetränke und
damit den weiteren Erfolg der Aluminium-
Getränkedose unterstützen.
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Stand: September 2005

Aluminium-Getränkedose
- Ein funktionelles
Verpackungssystem
Der Werkstoff ist die Grundlage für den Erfolg.
Aluminium bietet aufgrund seiner herausragenden
Barriereeigenschaften einen optimalen Schutz ge-
gen Licht, UV-Strahlen, Sauerstoff und Mikroorga-
nismen. Es hält das verpackte Gut und das Aroma
frisch und erlaubt somit eine lange Haltbarkeit des
Füllgutes. Aluminium ist zudem hygienisch, phy-
siologisch unbedenklich sowie geschmacks- und
geruchsneutral. Auf Grund der guten Kälteleitung
von Aluminium wird das Getränk ohne großen E-
nergieaufwand schnell gekühlt und hält die Tempe-
ratur erheblich länger wegen der hohen spezi-
fischen Wärme des Metalls.
Die Aluminium-Getränkedose bietet für Marketing
und Promotion ideale Voraussetzungen und deutli-
che Vorteile wie optimale Qualität der bedruckten
Oberfläche, exzellente Weißfarben ohne die Not-
wendigkeit der Basislackierung, Optionen für me-
tallische Farben und die glänzende Oberfläche des
Werkstoffs, die unendliche Variationen für Dekore
erlaubt.
Abfüller, Handel und Konsumenten profitieren. Die
Aluminium-Getränkedose erreicht die höchste Flä-
chenproduktivität und Transporteffizienz aller ver-
gleichbaren Verpackungsmaterialien. Sie ist nicht
nur leicht, sondern auch gut stapelbar und besitzt
das geringste Volumen und Gewicht im Verhältnis
zum Inhalt. Dies ist insbesondere auch unter logis-
tischen Aspekten vorteilhaft, wenn es um die opti-
male Nutzung des Stauraumes auf dem LKW be-
ziehungsweise der Verkaufsfläche im Einzelhandel
geht. Auf diese Weise kann die Dose auch zur Si-
cherung der überregionalen Angebotsvielfalt zum
Nutzen des Verbrauchers beitragen (Bild 1).
Im Freizeitbereich besticht die Getränkedose durch
ihre Leichtigkeit und Unzerbrechlichkeit.
Um die Verbraucherfreundlichkeit der Dose weiter
zu erhöhen, wird an einem Verschlusssystem gear-
beitet, das das Wiederverschließen der Ge-tränke-
dose ermöglicht.

Eine moderne Verpackung muss wiederverwertbar
sein. Aluminium bietet ideale Voraussetzungen für
ein ökonomisch und ökologisch sinnvolles Recyc-
ling. Das Recycling von Aluminium-Getränkedosen
lohnt sich auf Grund des hohen Schrottwertes des
Werkstoffs und wird flankiert von immer höher
entwickelten Sortier- und Verwertungstechnolo-
gien. Die Verwendung der Wirbelstromtechnologie
ersetzt das ineffiziente Aussortieren per Hand und
erhöht damit die Qualität und Quantität der aussor-
tierten Fraktion.
Mit einer weltweiten Recyclingquote von über 60
Prozent ist die Aluminium-Getränkedose die am
meisten wiederverwertete Verpackung für CO2-
haltige Erfrischungsgetränke und Bier. Beim Alu-
miniumrecycling werden bis zu 95 Prozent der E-
nergie eingespart, die für die Ersterzeugung aus
Bauxit benötigt wird (Bild 2).
Flüssiges Aluminium
Die Dose wird immer schlanker. Durch kontinuierli-
che Dickenreduzierungen bei Deckel und Dosenkör-
per sowie die drastische Verjüngung des Deckel-
durchmessers konnte allein in den vergangenen 20
Jahren das Gewicht der 0,33 Liter Aluminium-
Getränkedose von etwa 23 Gramm auf rund 14
Gramm reduziert werden, eine Gewichtsersparnis
von knapp 40 Prozent.
Weitere Gewichtseinsparungen über Dosenbandre-
duzierungen und eine entsprechend angepasste
Behältergeometrie werden die Aluminium-
Getränkedose in den nächsten Jahren noch leichter
machen. Durch effizientes Recycling und kon-
tinuierliches "downsizing" bleiben im Sinne eines
nachhaltigen Wirtschaftens wertvolle Rohstoffe zu-
künftigen Generationen erhalten.
Die Aluminium-Getränkedose hat sich im Laufe der
letzten Jahrzehnte als ideale Verpackung für CO2-
haltige Erfrischungsgetränke, Bier, isotonische
Getränke sowie neuerdings auch Milch-Mix-
getränke und Kaffee positioniert. Ihr Erfolg basiert
auf den eindeutigen funktionalen Vorteilen, die sie
dem Abfüller, dem Handel, dem Konsumenten und
letztlich der Umwelt bietet.
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Stand: Februar 2006

Aluminium-Getränkedose
–Aspekte der Nachhaltigkeit
Kein anderes Produkt aus Aluminium erhitzt die
Gemüter so wie die Dose. Emotionslose Betrach-
tungen der Aluminium-Getränkedose sind daher
schwierig. Doch nur eine nüchterne Berücksichti-
gung aller Aspekte dieser Verpackung wird dem
Anspruch der Nachhaltigkeit gerecht. Dazu müssen
ökologische, ökonomische und soziale Aspekte
gleichwertig betrachtet werden.
Aluminium-Getränkedosen kombinieren diverse
Ansprüche gekonnt. Getränkeverpackungen müs-
sen wirtschaftlich herstellbar sein und zugleich
hygienische und ästhetische Ansprüche erfüllen.
Gleichzeitig wollen Konsumenten sichere und leicht
handhabbare Getränkebehälter.
Die Aluminium-Getränkedose erfüllt diese Ansprü-
che der Verbraucher seit 50 Jahren mit Erfolg.
Weltweit werden jährlich etwa 222 Milliarden Ge-
tränkedosen genutzt. Davon sind über 80 Prozent
aus Aluminium.
Aluminium-Getränkedosen sichern Arbeitsplätze
und Einkommen. Wachsende Marktanteile und
Innovationen (selbstkühlende, selbsterhitzende,
geformte oder geprägte Dosen) bieten Perspektiven
für Unternehmen und Arbeitsplätze. In der Schweiz
wurde kürzlich wissenschaftlich belegt: "Das be-
trachtete System (Aluminium-Getränkedose von
der Herstellung bis zur Altmetalllogistik) schafft
volkswirtschaftliche Erträge" [1]. Gleichzeitig zeigt
die Studie, dass alle Glieder der Prozesskette aus-
gewogen und partnerschaftlich an der Wertschöp-
fung beteiligt sind.
Aluminium-Getränkedosen-Recycling: unabhängig
vom Sammelsystem erfolgreich. Aluminium ist ein
wertvoller Werkstoff. Die Eigenschaften des Alumi-
niums bleiben über alle Nutzungs- und Recycling-
zyklen hinweg unverändert. Der hohe Materialwert
erlaubt ein wirtschaftliches Recycling.
Aluminiumverpackungen werden in Deutschland
über das Duale System (DSD) gesammelt. In den
letzten Jahren wurden rund 80 Prozent der Alumi-
niumverpackungen einschließlich der Aluminium-
Getränkedose stofflich recycelt [2]. Die Alumini-
umindustrie engagiert sich darüber hinaus bei der
"Aktion Saubere Landschaft" mit dem Ziel, unkon-
trolliertes Wegwerfen der Verbraucher durch Auf-
klärung und Information einzudämmen.
In Ländern mit Pfandsystemen werden bei Alumini-
um-Getränkedosen ebenfalls Recyclingraten von
bis zu 90 Prozent erreicht.
Die Ökobilanz der Aluminium-Getränkedose ist
besser als ihr Ruf. Im Jahr 2000 hat das Umwelt-
bundesamt (UBA) die Aluminium-Getränkedose und
andere Verpackungen in einer Ökobilanz analysiert.

Danach ist die Aluminium-Getränkedose der Mehr-
weg-Glasflasche ebenbürtig.
Das Walzwerk liefert Vormaterial für die Dosenproduktion
Die Bewertung des UBA nach ökologisch vorteilhaf-
ten (Mehrweg Glas, Verbund-Karton) und nachteili-
gen Verpackungen (Getränkedosen ohne Differen-
zierung nach dem eingesetzten Material Weißblech
oder Aluminium) beruht auf subjektiven Gewichtun-
gen und ist gemäß internationalen Standards (ISO
14040 ff) nicht zulässig. Zusätzlich fehlen Sensitivi-
tätsanalysen, die zumindest bei der Aluminium-
Getränkedose und den sogenannten ökologisch
vorteilhaften Verpackungssystemen wegen der
minimalen Unterschiede wissenschaft-lich zwin-
gend erforderlich wären. Diese methodischen Feh-
ler hat die Eidgenössische Materialprüfungs- und
Forschungsanstalt (EMPA), Schweiz kritisiert [3].
Das Leichtgewicht Aluminium-Getränkedose
schont Ressourcen.
� Dünnere Dosenwände und -deckel: Alumini-
um-Getränkedosen werden mit immer weniger
Aluminium hergestellt. Zwischen 1980 und
2000 wurde der Aluminiumbedarf pro 0,33-
Liter-Dose um knapp 40 Prozent reduziert. Dies
verringert auch den Bedarf an Energie und
Hilfsstoffen zur Dosenherstellung.
� Optimale Auslastung beim Transport: Alumini-
um-Getränkedosen sind im Vergleich zu ande-
ren Verpackungen leicht und nutzen Ladekapa-
zitäten optimal. So werden z. B. pro LKW mehr
Getränke und weniger Verpackung transpor-
tiert. Je Getränk wird damit weniger Treibstoff
verbraucht. Dies trägt zur Ressourcenscho-
nung und zum Klimaschutz bei.
� Aluminium-Getränkedosen - sicher und benut-
zerfreundlich: Getränkedosen werden bei vie-
len Gelegenheiten vom Verbraucher bevorzugt
genutzt.
� Unterwegs - in der Bahn, im Auto oder bei Wan-
derungen zu Fuß - sowie bei Spiel und Sport sind
Aluminium-Getränkedosen als leichte Verpa-
ckungen für den Verbraucher angenehme und
bedarfsgerechte Durstlöscher.
� Zur Sicherheit - gerade auch bei Großveranstal-
tungen - trägt die Unzerbrechlichkeit der Verpa
ckung bei, auch wenn es mal "heiß" hergeht.
Aluminium-Coil und -Dose

Quellen:
[1] EMPA-Nachhaltigkeitsstudie (Interview): Im Gespräch mit Herrn
Paul Gilgen; www.igora.ch
[2] Gesellschaft für Verpackungsmarktforschung (GVM)
[3] EMPA 2000: Anmerkungen zur Veröf-fentlichung "UBA II" des
Umweltbundesamtes, Berlin; Anlage 2 der Stellungnahme des Gesamtverbandes
der Aluminiumindustrie (GDA)
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Stand: Februar 2006

IV. ANHANG II: ARBEITSBLÄTTER
- Aluminiumverbindungen in der Natur
- Aluminium in der Mineralogie
- Eisenerz und Aluminium
- Gesucht wird: Bezeichnung für „Aluminiumerz“
- Aluminiumgewinnung
- Rotschlamm
- Die Gebrauchsmetalle
- Weiterverarbeitung von Aluminium
- Normung von Aluminiumlegierungen
- Eigenschaften und Verwendungsbeispiele
- Aluminium und Aluminiumlegierungen
- Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium
- Eigenschaften Verschiedener Metalle
- Stoffwerte im Vergleich
- Wärmebehandlung
- Fügeverfahren in der Aluminiumverarbeitung
- Schweißen von Aluminium
- Oberflächenbehandlung
- Wortsuchspiel: Eigenschaften von Aluminium
- Schwedenrätsel: Aluminium
- Den physikalischen Eigenschaften von Aluminium experimentell
auf der Spur: Dichte
- Den physikalischen Eigenschaften von Aluminium experimentell
auf der Spur: Wärmeleitfähigkeit
- Versuch: das Leichtmetall Aluminium
- Versuch: der amphotere Charakter von Aluminium

Arbeitsblatt 1
Aufgabe
Aluminiumverbindungen in der Natur
Die gesamte feste Erdkruste ist aus Gesteinen aufgebaut. Gesteine sind
Zusammenschlüsse von verschiedenen Mineralien. Und Mineralien wiederum
bestehen aus Elementen oder anorganisch-chemischen Verbindungen. Sie sind auf
natürlichem Wege in der Erdkruste entstanden.
1.) Wo aber ist die Erdkruste? Beschrifte in der Abbildung den Teil, welcher deiner
Meinung nach die Erdkruste ist!
2.) Aluminium ist Bestandteil von Mineralien (und damit auch Gesteinen) der
Erdkruste. Schätze, an welcher Stelle in der Häufigkeitstabelle Aluminium steht!
.................................................................................................................................
3.) Ein wichtiges Aluminiumgestein ist Bauxit. Weltweit gibt es eine begrenzte
Anzahl von Bauxitlagerstätten. Und trotzdem kommt Aluminium so häufig in der
Erdkruste vor. Kläre diesen Widerspruch auf!
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

Arbeitsblatt 1
Lösung
Aluminiumverbindungen in der Natur
Die gesamte feste Erdkruste ist aus Gesteinen aufgebaut. Gesteine sind
Zusammenschlüsse von verschiedenen Mineralien. Und Mineralien wiederum
bestehen aus Elementen oder anorganisch-chemischen Verbindungen. Sie sind auf
natürlichem Wege in der Erdkruste entstanden [1].
1.) Wo aber ist die Erdkruste? Beschrifte in der Abbildung den Teil, welcher deiner
Meinung nach die Erdkruste ist!
Die Erdkruste ist der oberste Teil.
Erdkruste
Weitere Informationen: Wir bewegen uns auf der Erdkruste. Allerdings stellt die
Erdkruste nur einen ganz kleinen Teil am Aufbau der Erde (siehe Abbildung). Sie
"umfasst" ca. 30–40 km.
Der Mensch kann mit der derzeitigen Technik "lediglich" etwa 10–12 km tief in
das Erdinnere bohren. Bedenkt man weiterhin, dass die Erde auch fast 9 km
über dem Meeresspiegel reicht, so können insgesamt nur 20–30 km erforscht
werden. Bis zum Erdmittelpunkt sind es aber 6371 km.

Arbeitsblatt 1
Lösung
2.) Aluminium ist Bestandteil von Mineralien (und damit auch Gesteinen) der
Erdkruste. Schätze, an welcher Stelle in der Häufigkeitstabelle Aluminium steht!
Aluminium steht in der Häufigkeitstabelle der Elemente, welche am Aufbau der
Erdkruste in Form von Mineralien beteiligt sind, an dritter Stelle.
Weitere Informationen: Aluminium ist das dritthäufigste Element der Erdkruste
mit einem Massenanteil von ca. 8 %. Häufiger kommen nur Sauerstoff (46,7 %)
und Silicium (27 %) vor (siehe Häufigkeitstabelle).
3.) Ein wichtiges Aluminiumgestein ist Bauxit. Weltweit gibt es eine begrenzte
Anzahl von Bauxitlagerstätten. Und trotzdem kommt Aluminium so häufig in der
Erdkruste vor. Kläre diesen Widerspruch auf!
Neben Bauxit kommen noch andere aluminiumhaltige Mineralien in der Erdkruste
vor. Das Mineral, welches am häufigsten in der Erdkruste ist, enthält ebenfalls
Aluminium. Es handelt sich um Feldspat, welcher ca. 58 % der Erdkruste
ausmacht.
Weitere Informationen: "Feldspat, Quarz und Glimmer – das vergess` ich
nimmer!" Dieses Sprichwort verdeutlicht die Reihenfolge der wichtigsten
Mineralien, welche am Aufbau der Erdkruste beteiligt sind. Den Feldspäten
(Feldspäte sind komplexe Silikate des Aluminiums, M[AlSi3O8] mit M für Metall)
folgen Quarz (Quarz ist Siliciumdioxid, SiO2) mit 12,5 % und Glimmer (Glimmer
sind Tonerdesilikate) mit 3,5 % .

Arbeitsblatt 2
Ergänzende Information
Aluminium in der Mineralogie
– Wer blickt noch durch? –
• Ist Bauxit ein Mineral oder ein Gestein?
• Was ist Tonerde?
• Sind Tonerde und Porzellanerde identisch?
• Feldspat und Glimmer sollen Aluminium enthalten?
Fragen über Fragen. Nachfolgend werden dir die wichtigsten Begriffe erklärt. Dann
kannst du beispielsweise die Frage beantworten, ob Tonerde und Porzellanerde
identisch sind.
Aluminiumhydroxide [1]
... Formel Al(OH)3.
In der Natur gibt es verschiedene Formen: Gibbsit, Böhmit, Diaspor und Alumogel
- γ-Al(OH)3 = Gibbsit (auch als Hydrargillit bezeichnet)
- γ-AlO(OH) = Böhmit
- α-AlO(OH) = Diaspor
- Al2O3 • x H2O = Alumogel (auch als Sporogelit bezeichnet)
Sie sind Bestandteile von Bauxit (z.B. Bauxit aus Nord- und Südamerika enthält
vor allem Gibbsit, Bauxit aus dem westlichen Europa (Mittelmeerländer) enthält
vor allem Böhmit und Bauxit aus Rumänien und Griechenland enthält vor allem
Diaspor).
Alumosilikate (Aluminiumsilikate) [2]
Der Grundbaustein der Silikate ist das SiO4-Tetraeder. Wird das Si 4+ -Kation durch
das etwa gleich große Al 3+ -Kation ersetzt, dann spricht man von Alumosilikaten.
Der negative Ladungsüberschuss wird z.B. durch ein einwertiges Kation
kompensiert (z.B. Alkalimetall-Ionen – daraus resultiert der Name Alkali-
Alumosilikate [Feldspäte]).

Arbeitsblatt 2
Ergänzende Information
Bauxit [1]
... ist ein Gestein.
Es besteht aus mind. 35–65 % Aluminiumoxid,

Arbeitsblatt 2
Ergänzende Information
Hauptbestandteil des Bodens (neben Quarz und Kalk). Die für Kaolin ebenfalls
gebräuchliche Bezeichnung als Porzellanerde zeigt an, dass es sich um einen
wichtigen Rohstoff für die Porzellanherstellung handelt.
Korund [1]
... Sammelbezeichnung für das natürlich vorkommende Aluminiumoxid (α-Al2O3).
Die gefärbten Varietäten von Korund sind Rubin (rot – enthält Spuren von
Chrom(III)-Ionen) und Saphir (blau – enthält Spuren an Eisen(II,III)-Ionen und
Titan(IV)-Ionen). [5]
Laterite (lat. later = Ziegelstein) [4]
... sind rote Verwitterungsprodukte feldspat-eisenoxidreicher Gesteine in tropischen
und subtropischen Klimazonen.
Dabei kommt es zur Anreicherung von Aluminium- oder Eisenverbindungen.
Die eisenoxidreichen Verwitterungsprodukte werden als Laterite i.e.S. bezeichnet,
die aluminiumreichen Verwitterungsprodukte sind Bauxite.
Mineralien [1, 3]
... sind einheitliche (homogene), in der Regel kristalline Stoffe von meist einheitlicher
Zusammensetzung. Sie sind auf natürlichem Wege in der festen Erdkruste
entstanden. Dazu zählen alle gediegenen festen Elemente (z.B. Schwefel und
Gold) und alle stöchiometrisch aufgebauten festen anorganischen Verbindungen
(z.B. Natriumchlorid, Quarz (Bergkristall) und Eisendisulfid (Pyrit)). Organische
Verbindungen (z.B. Kohle) zählen nicht zu den Mineralien.
Tone [1, 3]
... sind Gesteine aus winzig kleinen Tonmineralien. Sie entstanden durch die
Verwitterung von feldspathaltigen Gesteinen.
Reiner Ton ist weiß gefärbt (Kaolin), mit Eisenverbindungen verunreinigter Ton
rötlich und mit Humus verunreinigter Ton schwärzlich gefärbt.
z.B.: Aus Kalifeldspat (K[AlSi3O8] = (K2O • Al2O3 • 6SiO2)) entstand Kaolin (Al2O3 •
2SiO2 • 2H2O), wobei durch die Verwitterungsprozesse Kalium und ein Teil des
Siliciumdioxids aus dem Feldspat abgeführt und Wasser eingelagert wird.

Arbeitsblatt 2
Ergänzende Information
Tonerde [1]
... ist eine Bezeichnung für Aluminiumoxid.
Mitte des 18. Jahrhunderts hat Marggraf verschiedene Tone und Alaun untersucht
und einen gemeinsamen Bestandteil gefunden, den er als Alaunerde bezeichnet
hat. Später wurde dieser Begriff durch die Bezeichnung Tonerde ersetzt. U.a.
Wöhler hat dann die Tonerde als Aluminiumoxid identifiziert. Trotzdem wurde der
Begriff bis heute beibehalten.
abgeleitete Begriffe: Tonerdehydrat = Aluminiumhydroxid
Al2O3 • 3H2O – oder anders geschrieben 2Al(OH)3
Tonerdesilikate = Kaolin und Alumosilikate
Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O
Tonmineralien [1, 3]
... sind Mineralien, welche das Gestein Ton bilden.
Chemisch gesehen handelt es sich um Alumosilikate, welche Schichten bilden.
Es gibt verschiedene Gruppen von Tonmineralien (z.B. Kaolin, Illit und
Montmorillonit).

Arbeitsblatt 3
Aufgabe
Eisenerz und Aluminium
Aufgabe:
Fülle die Lücken des Textes sinnvoll mit den passenden Fachbegriffen!
Aluminium (Al) kommt in der Natur nicht als ...................... vor, sondern immer in
.................
Ähnlich ist es beim Eisen (Fe), auch dieses Element kommt in der Natur nicht in
reiner .......... vor, sondern als chemische ..........................
Beide ........................ müssen aufbereitet werden, damit sie in der ..........................
genutzt werden können.
Sowohl Stahl als auch ........................ müssen technisch aufbereitet werden um den
hohen ..............................-grad zu erlangen.
Wörter für die Lücken:
Element Verbindung Form Stoffe
Verbindungen Metalltechnik Aluminium Qualitäts

Arbeitsblatt 3
Lösung
Aufgabe:
Fülle die Lücken des Textes sinnvoll mit den passenden Fachbegriffen!
Aluminium (Al) kommt in der Natur nicht als ...ELEMENT...... vor, sondern immer in
..VERBINDUNGEN...............
Ähnlich ist es beim Eisen (Fe), auch dieses Element kommt in der Natur nicht in
reiner ...FORM....... vor, sondern als chemische ...VERBINDUNG............
Beide ..STOFFE...................... müssen aufbereitet werden, damit sie in der
...METALLTECHNIK....................... genutzt werden können.
Sowohl Stahl als auch ...ALUMINIUM.. müssen technisch aufbereitet werden um den
hohen .....QUALITÄTS..-grad zu erlangen.
Wörter für die Lücken:
Element Verbindung Form Stoffe
Verbindungen Metalltechnik Aluminium Qualitäts
Ergänzender Hinweis:
Für eine Leistungsdifferenzierung innerhalb der Lerngruppe sollten für gute
Auszubildende die Wörter für die Lücken nicht angegeben werden.

Arbeitsblatt 4
Aufgabe
Gesucht wird: Bezeichnung für "Aluminiumerz"
__ __ __ __ __ __ __ (1)
__ __ (2)
__ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ (3)
__ __ __ __ __ __ __ (4)
__ __ __ __ __ __ __ (5)
__ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ (6)
(1) Verfahren zum Abbau des "Aluminiumerzes"
(2) Symbol für Aluminium
(3) Hauptbestandteil des "Aluminiumerzes"
(4) Erster Abbauort des "Aluminiumerzes"
(5) Erfinder der fabrikmäßigen Aluminiumdarstellung
(6) Verfahren zur Aluminiumgewinnung

Arbeitsblatt 4
Lösung
Gesucht wird: Bezeichnung für "Aluminiumerz"
T A G E B A U (1)
A L (2)
A L U M I N I U M O X I D (3)
L E S B A U X (4)
D E V I L L E (5)
E L E K T R O L Y S E (6)
(1) Verfahren zum Abbau des "Aluminiumerzes"
(2) Symbol für Aluminium
(3) Hauptbestandteil des "Aluminiumerzes"
(4) Erster Abbauort des "Aluminiumerzes"
(5) Erfinder der fabrikmäßigen Aluminiumdarstellung
(6) Verfahren zur Aluminiumgewinnung

Arbeitsblatt 5
Aufgabe
Aluminiumgewinnung
Ausgangsmaterial für die Alumiumerzeugung ist das .
Bauxit ist ein Verwitterungsprodukt aus Kalk und Silikatgestein, dessen Gehalt an Aluminiumoxid
( Al 2O 3 ) häufig über 50 % liegt. Bauxit wird überwiegend ín den Ländern Australien,
Westafrika und Brasilien im Tagebau gewonnen.
Übersicht über die Aluminiumgewinnung :
Bauxit
I ) Aufbereitung
Warum ist es nötig das Bauxit vor der Reduktion aufzubereiten und welcher Stoff wird gewonnen ?
II ) Reduktion Die Reduktion von Aluminiumoxid zu Aluminium erfolgt durch die
Aluminium Elektrolysezelle :
Spannung :
Warum sammelt sich das Reinaluminium auf dem Boden der Graphitwanne?
Reinaluminium ( Hüttenaluminium )
0,1 bis 1 % Verunreinigungen
.

Arbeitsblatt 5
Lösung
Aluminiumgewinnung

Arbeitsblatt 5a
Informationen
Vom Bauxit zum Aluminiumoxid – Das BAYER-Verfahren
Aluminium wird großtechnisch in einem zweistufigen Prozess erzeugt:
Im ersten Schritt – dem sogenannten BAYER-Prozess – wird
aus dem Bauxit unter Druck und Hitze Aluminiumhydroxid (Al(OH)3)
extrahiert, das anschließend durch Glühen zu Aluminiumoxid (Al2O3)
gebrannt wird.
Bayer-Verfahren
Ausrührer
Bauxit
Mischer
Filter
Das BAYER-Verfahren
Autoklav
200° C
40 bar
Eindicker
Kalzinierofen
Natronlauge
100° C
Aluminiumoxid
Rotschlamm
Bei dieser ersten Verfahrensstufe (BAYER-Prozess) fällt als Reststoff
Rotschlamm an. Pro Tonne gebildetem Aluminiumoxid entstehen
700 Kilogramm Rotschlamm mit einem Feuchtigkeitsgehalt
von 40 – 50 %. Rotschlamm enthält die nicht gelösten Bestandteile
von Bauxit. Im Wesentlichen sind es oxidische Eisen- und Titanminerale.
Daneben enthält er noch Reste ungelöster Aluminiumverbindungen
sowie die im BAYER-Prozess gebildeten Natrium-
Aluminium-Silikate. Die charakteristische rote Farbe entsteht durch
den hohen Gehalt an Eisen(III)-oxid.

Arbeitsblatt 5a
Informationen
Der Rotschlamm wird nach Trennung vom Aluminiumhydroxid
aufbereitet:
• Die Natronlauge wird in einem effizienten Kreislauf wieder
verwendet.
• Die Erzrückstände enthalten, abgesehen vom Restalkaligehalt, keine weiteren
industriellen Zusätze und können umweltneutral deponiert werden.
Nach Erreichen ihrer Kapazitätsgrenzen können Rotschlamm-deponien rekultiviert
werden. Dazu ist eine Vorbehandlung des Rotschlammes z. B. mit Gips erforderlich,
um den pH-Wert der Deponien zu reduzieren.
3.3.4. Vom Aluminiumoxid zum Aluminium –
Die Schmelzflusselektrolyse
Aluminiumoxid ist Ausgangsprodukt für den zweiten Schritt bei der
Aluminiumgewinnung, die Schmelzflusselektrolyse. Hier wird eine Schmelze aus
Tonerde (Al2O3) und dem Flussmittel Kryolith mit Hilfe von elektrischem Strom in
flüssiges Aluminium und Sauerstoff zerlegt.
Die Elektrolyse-Zelle
Aluminiumoxid
Schmelze
flüssiges
Aluminium
4 bis 5 V
150 bis 180 kA

Arbeitsblatt 6
Aufgabe
Rotschlamm
– Reststoff bei der Aluminiumgewinnung –
1.) Rotschlamm fällt bei der ersten Verfahrensstufe der Aluminiumgewinnung an, bei
der Aluminiumoxid aus Bauxit gewonnen wird. Aus diesem Zwischenprodukt
erhält man in einem zweiten Verfahrensschritt auf elektrolytischem Wege das
Leichtmetall Aluminium.
Nenne die Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte der beiden Verfahrensschritte
der Aluminiumgewinnung, trage diese in die entsprechenden Kästen ein!
1. Stufe der Aluminiumgewinnung
2. Stufe der Aluminiumgewinnung
Rotschlamm
2.) Nenne die Bestandteile von Bauxit! Nutze das Glossar!
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
3.) Äußere eine Vermutung, warum der Reststoff der ersten Phase der
Aluminiumgewinnung die Bezeichnung "Rotschlamm" trägt! Aus welchem
Bestandteil besteht er vor allem?
.................................................................................................................................

Arbeitsblatt 6
Lösung
.................................................................................................................................
Rotschlamm
1.) Rotschlamm fällt bei der ersten Verfahrensstufe der Aluminiumgewinnung an, bei
der Aluminiumoxid aus Bauxit gewonnen wird. Aus diesem Zwischenprodukt
erhält man in einem zweiten Verfahrensschritt auf elektrolytischem Wege das
Leichtmetall Aluminium.
Nenne die Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte der beiden Verfahrensschritte
der Aluminiumgewinnung, trage diese in die entsprechenden Kästen ein!
1. Stufe der Aluminiumgewinnung
Bauxit Aluminiumoxid
2. Stufe der Aluminiumgewinnung
Rotschlamm
Aluminiumoxid Aluminium
2.) Nenne die Bestandteile von Bauxit! Nutze das Glossar!
Bauxit besteht aus Aluminiumoxid, Eisenoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid und
Wasser.
3.) Äußere eine Vermutung, warum der Reststoff der ersten Phase der
Aluminiumgewinnung die Bezeichnung "Rotschlamm" trägt! Aus welchem
Bestandteil besteht er vor allem?
Die Bezeichnung "Rotschlamm" leitet sich von der roten Farbe des Reststoffes
ab. Rotschlamm enthält die nicht gelösten Bestandteile des Bauxits. Im
Wesentlichen handelt es sich um das farbgebende Eisen(III)-oxid.

Arbeitsblatt 7
Aufgabe
Die Gebrauchsmetalle
Nenne mindestens eine Verwendungsmöglichkeit für jedes Metall!
Aluminium
Blei
Eisen
Gold
Kupfer
Platin
Silber
Wolfram
Zink
Zinn
Schätze, seit wann diese Gebrauchsmetalle bekannt sind und ordne sie in der
zeitlichen Reihenfolge an!
Aluminium
Blei
Eisen
Gold
Kupfer
Platin
Silber
Wolfram
Zink
Zinn

Arbeitsblatt 7
Lösung
Die Gebrauchsmetalle
Nenne mindestens eine Verwendungsmöglichkeit für jedes Metall!
Aluminium Grillfolie, Aluminiumleiter, Dachdeckungen
Blei Bestandteil der Autobatterie, Fensterabdichtung
Eisen Brücken, Stahlbau, Werkzeug
Gold Schmuck, Zahntechnik
Kupfer Leitungsmaterial in Elektroindustrie, Leitungsrohre,
Dachrinnen, Dachdeckungen
Platin Katalysator in chemischer Industrie, Schmuck
Silber Schmuck, Münzmetall, Hartlote
Wolfram Glühdraht in Glühbirne, Dauerelektrode beim WIG-Schweißen
Zink Dachrinnen, Verzinkung als Korrosionsschutz
Zinn Zinnteller und –becher, Weichlote
Schätze, seit wann diese Gebrauchsmetalle bekannt sind und ordne sie in der
zeitlichen Reihenfolge an [8]!
Gold 5000 v.Chr. Ägypten
Kupfer 5000 v. Chr. Ägypten
Zinn 3000 v. Chr. Ägypten, Babylonien
Blei 3000 v. Chr. Babylonien
Silber 2900 v. Chr. Babylonien
Eisen 2000 v. Chr. Babylonien
Zink 1100 v. Chr. Indien
Platin 1736 in Kolumbien
Wolfram 1774 von Scheele entdeckt
Aluminium 1827 von Wöhler dargestellt

Aufgabe 1: Hüttenaluminium
Arbeitsblatt 8
Aufgabe
Weiterverarbeitung von Aluminium
Was wird in der Industrie Primäraluminium genannt?
Welchen Reinheitsgrad hat es ?
Aufgabe 2:
Wofür ist dieses Primäraluminium Ausgangswerkstoff ?
Bild 1: Herstellung von Aluminiumhalbzeug und Guss

Aufgabe 1: Hüttenaluminium
Arbeitsblatt 8
Lösung
Weiterverarbeitung von Aluminium
Was wird in der Industrie Primäraluminium genannt?
das in der Elektrolyse hergestellte Aluminium
Welchen Reinheitsgrad hat es ?
Aufgabe 2:
Reinheitsgrad 99,7 % Massenanteil Aluminium
Wofür ist dieses Primäraluminium Ausgangswerkstoff ?
Für die Herstellung von Halbzeugen aus Aluminium und Aluminium-
Knetlegierungen z.B. Bleche, Bänder, Rohre, Profile.
Als Basis für Gusslegierungen z.B. Automobilherstellung – Formteile PKW-Räder
Bild 1: Herstellung von Aluminiumhalbzeug und Guss
Erklärende Beispiele: Aluminiumkoffer im Unterricht

Arbeitsblatt 9
Aufgabe
Normung von Aluminiumlegierungen
Aufgabe 1:
Die Kurzbezeichnungen von Aluminiumwerkstoffen sind genormt.
Was bedeuten die einzelnen Bezeichnungsbausteine allgemein?
Beispiel 1: EN AW - 1050 A [Al 99,5] Hxx
Beispiel 2: EN AW - 7020 [Al Zn 4,5 Mg 1] Tx
Aufgabe 2:
Suche für die Beispiele folgende Angaben aus dem Tabellenbuch heraus:
– das bisherige Kurzzeichen,
– den Werkstoffzustand,
– die Zugfestigkeit,
– die Verwendung.
Aufgabe 3:
Suche mit Hilfe des Tabellenbuches jeweils ein Bezeichnungsbeispiel für eine Aluminium-
Knetlegierung und eine Aluminium-Gusslegierung heraus!
Gebe die Verwendungszwecke (Einsatzmöglichkeiten) deiner ausgewählten Beispiele an!
Was bedeuten die Buchstaben und Ziffern bei deinen ausgewählten Beispielen?
Zusatzaufgaben:
(a) In welcher Materialdicke sind Aluminiumfolien lieferbar?
(b) Aus welchem Werkstoff sind Aluminiumprofile?
(c) Gib ein Beispiel für ein T- und ein U-Profil an!

Arbeitsblatt 9
Lösung
Normung von Aluminiumlegierungen
Aufgabe 1:
Die Kurzbezeichnungen von Aluminiumwerkstoffen sind genormt.
Was bedeuten die einzelnen Bezeichnungsbausteine allgemein?
Beispiel 1: EN AW - 1050 A [Al 99,5] Hxx
Beispiel 2: EN AW - 7020 [Al Zn 4,5 Mg 1] Tx
Zustandsbezeichnung (siehe Infoblatt)
Kennzeichnung der Variante
Legierungsnummer
Aluminium
Knetwerkstoff (engl. wrought material)
Europäische Norm
Aufgabe 2:
Suche für die Beispiele folgende Angaben aus dem Tabellenbuch heraus:
–das bisherige Kurzzeichen,
–den Werkstoffzustand,
–die Zugfestigkeit,
–die Verwendung.
Lösungen im Tabellenbuch (z.B. Tiedt, Giesecke: Stahl- und Metallbau Tabellen,
Westermann, 1.Auflage 2003, S. 138-139)
Aufgabe 3:
Suche mit Hilfe des Tabellenbuches jeweils ein Bezeichnungsbeispiel für eine Aluminium-
Knetlegierung und eine Aluminium-Gusslegierung heraus!
Gebe die Verwendungszwecke (Einsatzmöglichkeiten) deiner ausgewählten Beispiele an!
Was bedeuten die Buchstaben und Ziffern bei deinen ausgewählten Beispielen?
z.B.
Knetlegierung: ENAW-7020 (oder AlZn 4,5 Mg 1) alte Bezeichnung AlZn 4,5 Mg 1
Verwendungszweck: Schweißkonstruktionen Maschinen-/Fahrzeugbau
Gusslegierung: ENAC-44200 (oder AlSi 12) alte Bezeichnung G-AC Si12
Dünnwandige druck- und schwingungsfeste Gussstücke
Zusatzaufgaben:
(a) In welcher Materialdicke sind Aluminiumfolien lieferbar?
Dicke t in mm von 0,005 – 0,2
(b) Aus welchem Werkstoff sind Aluminiumprofile?
Strangpressprofile aus Aluminium-Knetlegierungen
(c) Gib ein Beispiel für ein T- und ein U-Profil an!
Lösung z.B. Westermann Tabellenbuch S. 172

Arbeitsblatt 10
Aufgabe
Eigenschaften und Verwendungsbeispiele
Arbeitsaufgabe:
Versucht nun die folgenden Fragen mit Hilfe von Tabellenbuch/Fachbuch zu beantworten!
Die Dichte von Aluminium beträgt: ____________________. Wenn 1 cm3 Stahl 7,85 g
wiegt, wie schwer ist ein gleich großes Bauteil aus Aluminium? __________________
Aluminium ist korrosionsbeständig, weil es auf der Oberfläche _________________ eine
dünne aber dichte und fest haftende _____________________________ bildet.
Ordnet den Umformverfahren jeweils ein Anwendungsbeispiel zu!
Strangpressen
Tiefziehen
Kaltwalzen
Warmwalzen
Die Wärmeleitfähigkeit ist __________________ so hoch wie die von Stahl. Die
elektrische Leitfähigkeit gleichschwerer Leiter ist _______________________ so groß wie
diejenige von Kupfer.
Die Wärmedehnung von Aluminium ist ______________ so ___________ wie die von
Stahl. Dies ist wichtig bei __________________________.

Arbeitsblatt 10
Lösung
Eigenschaften und Verwendungsbeispiele
Arbeitsaufgabe:
Versucht nun die folgenden Fragen mit Hilfe von Tabellenbuch/Fachbuch zu beantworten!
Die Dichte von Aluminium beträgt: etwa 1/3 der Dichte von Stahl (2,7g/cm 3). Wenn 1 cm 3
Stahl 7,85 g wiegt, wie schwer ist ein gleich großes Bauteil aus Aluminium?
Etwa 2,6 g
Aluminium ist korrosionsbeständig, weil es auf der Oberfläche ____von selbst____ eine
dünne aber dicht und fest haftende _______Oxidschicht_________ bildet.
Ordnet den Umformverfahren jeweils ein Anwendungsbeispiel zu!
Strangpressen Fensterprofil
Tiefziehen Marmeladenbecher
Kaltwalzen Aluminiumfolie
Warmwalzen Bleche für Tanks, Silos, Schiffe
Die Wärmeleitfähigkeit ist viermal so hoch wie die von Stahl. Die elektrische Leitfähigkeit
gleichschwerer Leiter ist etwa doppelt so groß wie diejenige von Kupfer.
Die Wärmedehnung von Aluminium ist __doppelt________ so ___groß____ wie die von
Stahl. Dies ist wichtig bei __Mischkonstruktionen______________.

Aluminiumgewinnung
Arbeitsblatt 11a
Aufgabe
Aluminium und Aluminiumlegierungen
Warum kann Aluminium nur mit großem Energieaufwand gewonnen werden?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Was ist das Ausgangsmaterial für die Aluminiumerzeugung ?
___________________________________________________________________
Eigenschaften
Gebt bitte zahlenmäßig oder mit einem Stichwort (gut – schlecht bzw. groß – gering) die
folgenden Eigenschaften von Aluminium an.
Eigenschaft
Dichte
Zerspanbarkeit
Dehnbarkeit /
Umformbarkeit
Wärmeleitfähigkeit
Korrosionsbeständigkeit
Elektrische Leitfähigkeit
Festigkeit
Schmelzpunkt
Gittertyp

Arbeitsblatt 11b
Aufgabe
Aluminium und Aluminiumlegierungen
Aluminiumlegierungen
Wozu dient das Legieren von Aluminium in erster Linie ?
Legieren von Al erhöht a) ____________________ b) ______________________
Mit welchen Metallen (chemische Kurzzeichen) wird Al hauptsächlich legiert?
a) _____________ b) _____________ c) _____________ d) _____________
e) _____________
Warum nennt man die Legierungen Aluminiumknetlegierungen ?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Was besagt folgende Normbezeichnung (Aluminiumknetlegierung) ?
Al Mg3 H14
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Verwendung
Notiert Verwendungsbeispiele und Begründung!
Verwendungsbeispiele Begründung

Aluminiumgewinnung
Arbeitsblatt 11a
Lösung
Aluminium und Aluminiumlegierungen
Warum kann Aluminium nur mit großem Energieaufwand gewonnen werden?
Aluminium kommt in der Natur nur in Form fester chemischer Verbindungen vor. Diese
starken Verbindungen zu lösen, erfordert die hohe Energie.
Was ist das Ausgangsmaterial für die Aluminiumerzeugung ?
Das Mineralgemenge Bauxit
Eigenschaften
Gebt bitte zahlenmäßig oder mit einem Stichwort (gut – schlecht bzw. groß – gering) die
folgenden Eigenschaften von Aluminium an.
Eigenschaft
Dichte
Zerspanbarkeit
Dehnbarkeit /
Umformbarkeit
Wärmeleitfähigkeit
Korrosionsbeständigkeit
Elektrische Leitfähigkeit
Festigkeit
Schmelzpunkt
Gittertyp
2,7 g/cm³
gering
gut
Sehr gut
gut
Sehr gut
gut
gering
660 °C
Kubisch-flächenzentriert

Aluminiumlegierungen
Arbeitsblatt 11b
Lösung
Aluminium und Aluminiumlegierungen
Wozu dient das Legieren von Aluminium in erster Linie ?
Legieren von Al erhöht a) Festigkeit b) Härte
Mit welchen Metallen (chemische Kurzzeichen) wird Al hauptsächlich legiert?
a) Mg (Magnesium) b) Si (Silizium) c) Cu (Kupfer) d) Zn (Zink)
e) Mn (Mangan)
Warum nennt man die Legierungen Aluminiumknetlegierungen ?
Die Legierungen werden durch Warmumformen (Walzen, Strangpressen) durchgeknetet,
deshalb nennt man sie Aluminiumknetlegierungen.
Was besagt folgende Normbezeichnung (Aluminiumknetlegierung) ?
Al Mg3 H14
Al als Grundmetall, Mg - Magnesium als Legierungselement (3 Gew. %), H14 – durch
Umformen kaltverfestigt, halbhart
Verwendung
Notiert Verwendungsbeispiele und Begründung!
Verwendungsbeispiele Begründung
Gewichtsersparnis (Flugzeugbau, Kfz- weil großer Abstand der Atome im Gitter,
Bau, Leitern)
kleine Masse eines Atomes
Drehen, fräsen, bohren
Walzen (Feinstbleche, Folien, Tuben)
ziehen, pressen
Motorenbau (Motorblöcke),
Kochgeschirre, Heizkörper
Bedachungen, Behälter,
Rohrleitungen, Schiffswände
Stromführende Teile in
Elektrogeräten, Stromschienen,
Überlandleitungen
weil kubisch-flächenzentriertes Gitter
weil viele freie Elektronen
weil viele freie Elektronen

Aufgabe:
Arbeitsblatt 12
Aufgabe
Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium
Nenne alle dir bekannten physikalischen Eigenschaften von Aluminium!
Leite zu jeder Eigenschaft mindestens eine Verwendungsmöglichkeit ab!
Eigenschaften Verwendungsmöglichkeiten

Aufgabe:
Arbeitsblatt 12
Lösung
Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium
Nenne alle dir bekannten physikalischen Eigenschaften von Aluminium!
Leite zu jeder Eigenschaft mindestens eine Verwendungsmöglichkeit ab!
Eigenschaften Verwendungsmöglichkeiten
Spezifisches Gewicht Luftfahrt, Nutzfahrzeuge (PKW, Schifffahrt),
Lebensmittelverpackungen (Dosen), Träger für
Sonnenkollektoren, Fensterbau, Türen
Elektrische
Aluminium-Freileitungen (Überland-Fernleitungen)
Leitfähigkeit
Wärmeleitfähigkeit
Metallischer Glanz
Verformbarkeit
Korrosionsbeständigkeit
Menüschalen für Fertiggerichte zum Erhitzen, Kochtöpfe,
Wärmetauscher
Effektpigmente für Lacke und Verpackungen, Möbel und
Designobjekte
Aluminiumfolie, Tuben
Dächer, Fassaden, Schiffbau

Aufgabe:
Arbeitsblatt 12a
Versuche
Eigenschaften verschiedener Metalle
Führe in Partner- oder Gruppenarbeit folgende Versuche durch, um die physikalischen
Eigenschaften verschiedener Metalle herauszufinden!
• Versuch zur Rückprallhärte (Kugel im Glasröhrchen)
• Biegeversuche: Anzahl der Biegungen bis zum Bruch
• Klangprobe
• Ritzprobe
• Zugversuch
Schreibe die experimentell ermittelten Werte in die Tabelle auf Arbeitsblatt 12b!
Materialproben:
• Stahl
• Niro
• Blei
• Kupfer
• Aluminium
• Messing
• Zink

Eigenschaften verschiedener Metalle
Beurteilung der Rangfolge anhand von Materialproben
Werkstoff Allgemeiner
Eindruck
Name Kurzzeichen
Stahl
Niro
Blei
Kupfer
Aluminium
Messing
Zink
Farbe Klang Ritzhärte
Arbeitsblatt 12b
Versuche
Härte Zugfestigkeit
σ = F / A
Rückprallhärte
(cm)
Kraft F
Fläche A
Zugfestigkeit σ
F = .................. N
A = ...............mm 2
σ = ......…N/mm 2
F = .................. N
A = ...............mm 2
σ = .....….N/mm 2
F = .................. N
A = ...............mm 2
σ = .....….N/mm 2
F = ..........…..... N
A = ...........….mm 2
σ = .....….N/mm 2
F = ..........…..... N
A = ...........….mm 2
σ = .....….N/mm 2
F = ..........…..... N
A = ...........….mm 2
σ = .....….N/mm 2
F = ..........…..... N
A = ...............mm 2
σ = .........N/mm 2
Elastiztiät/Plastizität Schmelztemperat
ur
Biegprobe
Anzahl Biegungen bis
zum Bruch
Wärmeprobe
Dichte
ρ =...../kg/dm 3

Arbeitsblatt 13
Aufgabe
Stoffwerte im Vergleich
Aufgabe 1:
Suche mit Hilfe des Tabellenbuches die Stoffwerte verschiedener Stoffe heraus!
Feste Stoffe Kurzzeichen Dichte Schmelzpunkt
1 Aluminiumoxid
2 Gusseisen
3 Hartmetall
4 Stahl, niedrig legiert
Aufgabe 2:
Suche mit Hilfe des Tabellenbuches die Stoffwerte verschiedener chemischer
Elemente heraus!
Element Symbol Dichte Schmelzpunkt Längenausdehnungskoeffizient
1 Aluminium
2 Eisen
3 Kupfer
4 Platin
5 Titan
Aufgabe 3:
Vergleiche die Schmelztemperatur von Aluminium und Aluminiumoxid miteinander!
Welche Auswirkung haben die Schmelztemperaturen in Bezug auf die
Verbindungstechnik (z.B. Schweißen, Löten)!
Was spricht für Aluminium als Werkstoff in der Fahrzeug- und Flugzeugtechnik?

Arbeitsblatt 13
Lösung
Stoffwerte im Vergleich
Aufgabe 1:
Suche mit Hilfe des Tabellenbuches die Stoffwerte verschiedener Stoffe heraus!
Lösung aus Westermann, S. 47
Feste Stoffe Kurzzeichen Dichte
[kg/dm³]
Schmelzpunkt
[°C]
1 Aluminiumoxid Al203 4,0 2050
2 Gusseisen z.B. EN-GJL200 7,25 1150-1250
3 Hartmetall z.B. HW-P 20 11,9 2000
4 Stahl, niedrig legiert z.B. 16MnCr5 7,85 1490
Aufgabe 2:
Suche mit Hilfe des Tabellenbuches die Stoffwerte verschiedener chemischer
Elemente heraus!
Element Symbol Dichte Schmelzpunkt Längenausdehnungs-
[kg/dm³] [°C] koeffizient [1/K]
1 Aluminium Al 2,7 660 0,0000239
2 Eisen Fe 7,87 1539 0,0000117
3 Kupfer Cu 8,92 1083 0,0000165
4 Platin Pt 21,45 1769 0,000009
5 Titan Ti 4,506 1677 0,0000084
Aufgabe 3:
Vergleiche die Schmelztemperatur von Aluminium und Aluminiumoxid miteinander!
Reines Al: 660 °C und Al2O3:= 2050 °C
Welche Auswirkung haben die Schmelztemperaturen in Bezug auf die
Verbindungstechnik (z.B. Schweißen, Löten)!
Die Aluminiumoxidschicht hat einen wesentlich höheren Schmelzpunkt als reines
Aluminium. Beim Schweißen muss erst die Oxidschicht entfernt werden bevor das
Aluminium aufgeschmolzen und verbunden werden kann.
Was spricht für Aluminium als Werkstoff in der Fahrzeug- und Flugzeugtechnik?
leicht, gut zu bearbeiten (Kleben, Nieten, Schweißen), ähnliche teils höhere
Festigkeitswerte als Baustahl

Arbeitsblatt 14
Aufgabe
Wärmebehandlung
Um den Einsatzbereich von Aluminium und seinen Legierungen zu erhöhen, kann
Aluminium wärmebehandelt werden. Dabei sind die wesentlichen Dinge zu beachten:
Temperatur, Glühdauer, Abschreckbedingungen, Auslagerung.
Aufgabe 1:
Suche mit Hilfe des Tabellenbuches jeweils eine aushärtbare und eine nicht
aushärtbare Aluminiumlegierung heraus!
Aushärtbare Aluminiumlegierung:
Nicht aushärtbare Aluminiumlegierung:
Aufgabe 2:
Was ist der Unterschied zwischen Lösungsglühen, Abschrecken und Kaltauslagern
bzw. Warmauslagern für Aluminium-Knetlegierungen?

Arbeitsblatt 14
Lösung
Wärmebehandlung
Um den Einsatzbereich von Aluminium und seinen Legierungen zu erhöhen, kann
Aluminium wärmebehandelt werden. Dabei sind die wesentlichen Dinge zu beachten:
Temperatur, Glühdauer, Abschreckbedingungen, Auslagerung.
Aufgabe 1:
Suche mit Hilfe des Tabellenbuches jeweils eine aushärtbare und eine nicht
aushärtbare Aluminiumlegierung heraus! Schreibe Temperatur und Glühzeit auf!
Aushärtbare Aluminiumlegierung (Aushärten=:
Aluminium-Knetlegierung EN AW-6060 [Al Mg Si]
Temperatur: 525-540 °C
Abschrecken Luft/Wasser, Kaltauslagern bzw. Warmauslagern
Nicht aushärtbare Aluminiumlegierung (Weichglühen):
Aluminium-Knetlegierung EN AW-5754 [Al Mg3]
Temperatur: 360-380 °C
Glühzeit: 1-2 h
Ofenabkühlung unkontrolliert
Aufgabe 2:
Was ist der Unterschied zwischen Lösungsglühen, Abschrecken und Kaltauslagern
bzw. Warmauslagern für Aluminium-Knetlegierungen?
Beim Lösungsglühen werden Fremdatome im Mischkristall gelöst und danach wird
abgeschreckt. Das anschließende Kaltauslagern geschieht über einen Zeitraum von
5-8 Tagen bei Raumtemperatur. Beim Warmauslagern beträgt der Zeitraum nur 4-24
Stunden (Auslagerungstemperatur 140-190 °C). Dabei werden die Fremdatome
teilweise an den Korngrenzen ausgeschieden, wodurch die Festigkeitssteigerung
erzielt wird.
INFO FÜR LEHRER!
Kaltverfestigen von Aluminium
Eine plastische Formänderung durch Kaltwalzen führt zu Versetzungen im Kristallgitter. Durch diese
Versetzungen im Kristallaufbau erhöht sich der Umformwiderstand, die Festigkeit wird gesteigert.

Aufgabe 1:
Arbeitsblatt 15
Aufgabe
Fügeverfahren in der Aluminiumverarbeitung
Welche Fügeverfahren, die auch in der Aluminiumverarbeitung eingesetzt werden,
kennst Du ?
Aufgabe 2:
Worauf muss beim Fügen von Aluminium mit anderen Werkstoffen (Stahl, Zink,
Kupfer etc.) unbedingt geachtet werden? Warum?
Aufgabe 3:
Skizziere eine Schnappverbindung? Nenne einen Einsatzbereich!

Aufgabe 1:
Arbeitsblatt 15
Lösung
Fügeverfahren in der Aluminiumverarbeitung
Welche Fügeverfahren, die auch in der Aluminiumverarbeitung eingesetzt werden,
kennst Du ?
Nieten, Schrauben, Umformen, Schnappverbindungen, Clinchen, Kleben
Aufgabe 2:
Worauf muss beim Fügen von Aluminium mit anderen Werkstoffen (Stahl, Zink,
Kupfer etc.) unbedingt geachtet werden? Warum?
Es kann zu Kontaktkorrosion kommen, daher Trennschicht einbauen oder auf die
Verträglichkeit achten.
Aufgabe 3:
Skizziere eine Schnappverbindung? Nenne einen Einsatzbereich!
z.B.
Sie ist typisch für Aluminium-Strangpressprofile, die Federwirkung wird ausgenutzt.
Die Verbindung ist meist wieder lösbar. Fassadenbau, Fensterbau etc.

Arbeitsblatt 16
Aufgabe
Schweißen von Aluminium
Grundsätzlich sind Aluminium und Aluminiumlegierungen nach allen bekannten
Schweißverfahren schweißbar. In der Technik haben sich durch wirtschaftliche und
konstruktive Zwänge einige Schweißverfahren als besonders sinnvoll erwiesen.
Aufgabe 1:
Was ist beim Aluminiumschweißen besonders zu beachten?
Aufgabe 2:
Wo liegen die Schmelzpunkte von Aluminiumoxid und von reinem Aluminium ?
Aufgabe 3:
Was bedeuten die unterschiedlichen Schmelzpunkte für die Schweißpraxis ?
Aufgabe 4:
Was muß der Schweißer machen, damit er Aluminium schweißen kann ?
Aufgabe 5:
Welches Schweißverfahren wird häufig angewendet um Aluminium zu schweißen (in
Deinem Betrieb)?

Arbeitsblatt 16
Lösung
Schweißen von Aluminium
Grundsätzlich sind Aluminium und Aluminiumlegierungen nach allen bekannten
Schweißverfahren schweißbar. In der Technik haben sich durch wirtschaftliche und
konstruktive Zwänge einige Schweißverfahren als besonders sinnvoll erwiesen.
Aufgabe 1:
Was ist beim Aluminiumschweißen besonders zu beachten?
Die natürliche Oxidschicht an der Oberfläche von Aluminiumteilen. Diese muss
entfernt werden.
Aufgabe 2:
Wo liegen die Schmelzpunkte von Aluminiumoxid und von reinem Aluminium ?
Aluminiumoxid > 2000 °C
Aluminium ca. 660 °C
Aufgabe 3:
Was bedeuten die unterschiedlichen Schmelzpunkte für die Schweißpraxis ?
Da die Schweißtemperatur des Metalls deutlich niedriger ist als die
Schmelztemperatur der Oxidschicht, muss die Oxidschicht auf andere Weise
(chemisch, mechanisch, physikalisch) entfernt werden.
Aufgabe 4:
Was muß der Schweißer machen, damit er Aluminium schweißen kann ?
– Flussmittel auftragen – Lösen der Oxidschicht
– Zerstörung durch Lichtbogeneffekt: Schutzgasschweißen – Sauerstoffentzug
– Verdampfen durch energiereiche Strahlung: Laser oder Elektronenstrahl
– Zerstörung durch Oberflächenvergrößerung unter Luftabschluss
– Verdrängen der Oxidschicht aus der Schweißzone: Pressschweißen –
Reibschweißen
Aufgabe 5:
Welches Schweißverfahren wird häufig angewendet um Aluminium zu schweißen (in
Deinem Betrieb)?
Lichtbogen – Schutzgas – Schweißen: WIG und MIG
Lösungen und Erläuterungen in: Aluminium Merkblatt V2 Schweißen von Aluminium

Arbeitsblatt 17
Aufgabe
Oberflächenbehandlung
Um ein Aluminiumwerkstück haltbarer oder schöner zu machen, kann eine
Oberflächenbehandlung durchgeführt werden. Dies kann eine mechanische oder
eine chemische Oberflächenbehandlung, sowie eine Oberflächenveredelung sein.
Mechanische Oberflächenbehandlung
Nenne vier mechanische Oberflächenbehandlungen und Anforderungen an
Werkzeuge/ Hilfsstoffe!
Chemische Oberflächenbehandlung
Die Oberfläche eines Aluminiumbauteils kann auch chemisch behandelt werden.
Welche Verfahren zur chemischen Oberflächenbehandlung gibt es?
Oberflächenveredelung

Arbeitsblatt 17
Lösung
Oberflächenbehandlung
Um ein Aluminiumwerkstück haltbarer oder schöner zu machen, kann eine
Oberflächenbehandlung durchgeführt werden. Dies kann eine mechanische oder
eine chemische Oberflächenbehandlung, sowie eine Oberflächenveredelung sein.
Mechanische Oberflächenbehandlung
Nenne vier mechanische Oberflächenbehandlungen und Anforderungen an
Werkzeuge/ Hilfsstoffe!
Schleifen, Bürsten, Polieren, Strahlen
Hilfsstoffe/Werkzeuge müssen Eisen-, Nickel-, Kupferfrei sein (Kontaktkorrosion!).
Chemische Oberflächenbehandlung
Die Oberfläche eines Aluminiumbauteils kann auch chemisch behandelt werden.
Welche Verfahren zur chemischen Oberflächenbehandlung gibt es?
Entfetten
Beizen
Ätzen
Chemische Oxidation (Chromatieren, Phosphatieren)
Oberflächenveredelung
Anodische Oxidation (Eloxieren)
Hartanodisieren
Oberflächenveredelung
Beschichten (Lackieren)

Arbeitsblatt 18
Aufgabe
Wortsuchspiel: Eigenschaften von Aluminium
Die Suchbegriffe sind waagerecht und senkrecht vorwärts und rückwärts
eingetragen!
Suchbegriffe
–Aluminium ist gut ... leitend.
–physikalische Eigenschaft
–physikalische Eigenschaft bezüglich des Gewichts
–Position in der elektrochemischen Spannungsreihe
–Aussehen der Oberfläche

Arbeitsblatt 18
Lösung
Wortsuchspiel: Eigenschaften von Aluminium
Die Suchbegriffe sind waagerecht und senkrecht vorwärts und rückwärts
eingetragen!
Suchbegriffe
–Aluminium ist gut ... leitend.
–physikalische Eigenschaft
–physikalische Eigenschaft bezüglich des Gewichts
–Position in der elektrochemischen Spannungsreihe
–Aussehen der Oberfläche

Arbeitsblatt 19
Aufgabe
Schwedenrätsel: Aluminium

Suchbegriffe
Arbeitsblatt 19
Aufgabe
Schwedenrätsel: Aluminium
Waagerecht :
01 Verfestigung des Gefüges durch ...
02 Al-Legierung mit guten Gießeigenschaften
03 Verfahren z.B. zur Herstellung von Hohlprofilen
04 die Metallverarbeitung betreffend
05 Werkstoff mit 99,5% Al
06 typische Verwendung von Al-Bauteilen im Metallbau
08 Zersetzung durch elektrischen Strom
11 Behandlung zur Festigkeitssteigerung
13 chem. bzw. elekt.-chem. Zersetzung der Oberfläche
14 Wiederverwertung
17 veralteter Begriff für Aluminiumhydroxid
Senkrecht :
01 Al-Legierung, perfekt zum Umformen
07 Korrosionsschutzmaßnahme: eine ganz dünne Schicht
09 Abfallprodukt des Bayer-Prozesses
10 thermisches Fügeverfahren
11 Chemische Kurzbezeichnung von Aluminium
12 Gemisch von Metall und Metall bzw. Nichtmetall
15 Verfahren zum Abbau von Bauxit
16 direkt aus Aluminiumoxid gewonnen: ...-Aluminium
18 Einordnung von Al in der elekt.-chem. Spannungsreihe
19 Ausgangsstoff für Aluminiumgewinnung
20 stoffschlüssiges Fügeverfahren
21 natürliches Aluminiumoxid
22 positive Elektrode

Arbeitsblatt 19
Aufgabe
Schwedenrätsel: Aluminium
Waagerecht :
01 Verfestigung des Gefüges durch ... Kaltumformen
02 Al-Legierung mit guten Gießeigenschaften Gusslegierung
03 Verfahren z.B. zur Herstellung von Hohlprofilen Strangpressen
04 die Metallverarbeitung betreffend Metallurgisch
05 Werkstoff mit 99,5% Al Reinaluminium
06 typische Verwendung von Al-Bauteilen im Metallbau Fensterrahmen
08 Zersetzung durch elektrischen Strom Elektrolyse
11 Behandlung zur Festigkeitssteigerung Aushaerten
13 chem. bzw. elekt.-chem. Zersetzung der Oberfläche Korrosion
14 Wiederverwertung Recycling
17 veralteter Begriff für Aluminiumhydroxid Tonerde
Senkrecht :
01 Al-Legierung, perfekt zum Umformen Knetlegierung
07 Korrosionsschutzmaßnahme: eine ganz dünne Schicht Chromatieren
09 Abfallprodukt des Bayer-Prozesses Rotschlamm
10 thermisches Fügeverfahren Schweissen
11 Chemische Kurzbezeichnung von Aluminium Al
12 Gemisch von Metall und Metall bzw. Nichtmetall Legierung
15 Verfahren zum Abbau von Bauxit Tagebau
16 direkt aus Aluminiumoxid gewonnen: ...-Aluminium Primaer
18 Einordnung von Al in der elekt.-chem. Spannungsreihe unedel
19 Ausgangsstoff für Aluminiumgewinnung Bauxit
20 stoffschlüssiges Fügeverfahren Kleben
21 natürliches Aluminiumoxid Korund
22 positive Elektrode Anode

Arbeitsblatt 20
Versuch
Den physikalischen Eigenschaften von Aluminium
experimentell auf der Spur
Aufgabe: Ermittle die Dichte eines Stücks Aluminiums!
Geräte: Messzylinder, Becherglas, Waage, Spatel, Heizer mit Rührer, Aräometer
Chemikalien: Kaliumiodid, destilliertes Wasser, Aluminium, Magnesium (z.B. Magnesiumband)
Durchführung:
1.) Messe 50 ml Wasser ab und gib dieses in das Becherglas.
2.) Wiege 80 g Kaliumiodid ab und löse dieses im Wasser. Für das vollständige
Lösen von Kaliumiodid musst Du die Lösung erhitzen!
3.) Ermittle mit einem Aräometer, nachdem die Lösung auf 20° C abgekühlt ist, die
Dichte. (Beim Abkühlen scheidet sich ein Teil des gelösten Kaliumiodids wieder
ab!) (Beobachtung I)
4.) Nimm etwa gleich große Stücke aus Aluminium und Magnesium und gib diese in
das Becherglas mit der Kaliumiodid-Lösung! (Beobachtung II)
Beobachtung:
I: Die Dichte beträgt ..................................................................................................!
II: ................................................................................................................................
................................................................................................................................
Auswertung:
1.) In welchem Bereich liegt die Dichte von ... ?
... Aluminium: ......................................
... Magnesium: ....................................
2.) Finde die genauen Zahlenwerte für die Dichte von ... heraus!
... Aluminium: ......................................
... Magnesium: ....................................
3.) Wie könntest du die Dichte von Aluminium bestimmen, wenn ein Messzylinder
sowie eine Waage (Wägegenauigkeit 2 Dezimalstellen) zur Verfügung stehen?

Arbeitsblatt 20
Lösung
Den physikalischen Eigenschaften von Aluminium
experimentell auf der Spur
Aufgabe: Ermittle die Dichte eines Stücks Aluminiums!
Beobachtung:
I: Die Dichte beträgt rund 1,72 g/cm !
II: Das Aluminiumstückchen sinkt auf den Boden, das Magnesiumstückchen
schwimmt an der Oberfläche.
Auswertung:
1.) In welchem Bereich liegt die Dichte von ... ?
... Aluminium: größer als 1,72 g/cm / ... Magnesium: kleiner als 1,72 g/cm
2.) Finde die genauen Zahlenwerte für die Dichte von ... heraus!
... Aluminium: 2,7 g/cm / ... Magnesium: 1,7 g/cm
3.) Wie könntest du die Dichte von Aluminium bestimmen, wenn ein Messzylinder
sowie eine Waage (Wägegenauigkeit 2 Dezimalstellen) zur Verfügung stehen?
Du wiegst das Stück Aluminium. Dann füllst du in den Messzylinder etwas
Wasser und ermittelst das genaue Volumen. Nach der Zugabe des
Aluminiumstückes liest du erneut das Volumen ab. Die Differenz ist das
Volumen, welches du zur Berechnung der Dichte benötigst: Dichte [g/cm] =
Masse [g] / Volumen [cm].

Arbeitsblatt 21
Versuch
Den physikalischen Eigenschaften von Aluminium
experimentell auf der Spur
Aufgabe: Ermittle, wie gut Aluminium die Wärme leitet!
Geräte: Dreifuß, Drahtnetz, Brenner, 3 Streichhölzer, Aluminium (Streifen aus einer
Aluminium-Getränkedose und Aluminiumrohr), Kupfer (Kupferblech-Streifen und
Kupferrohr – gleicher Durchmesser wie beim Aluminiumrohr), Eisen (Eisenblech-
Streifen und Eisenrohr – gleicher Durchmesser wie beim Aluminiumrohr),
3 Wachskugeln
Durchführung:
Variante 1: Das Drahtnetz wird auf den Dreifuß gelegt. Der Aluminium-, der
Kupfer- und der Eisenstreifen werden in gleichem Abstand von der
Mitte auf das Drahtnetz gelegt. Wiederum im gleichen Abstand legt
man auf jeden Metallstreifen ein Streichholz. Nun entzündet man den
Brenner und stellt ihn unter das Drahtnetz, so dass die Flamme alle
Metallstreifen gleich intensiv erwärmt.
Wann entzünden sich jeweils die Streichhölzer?
Variante 2: Das Drahtnetz wird auf den Dreifuß gelegt. Das Aluminium-, das
Kupfer- und das Eisenrohr werden auf das Drahtnetz gelegt. Die
Wachskugeln legt man nebeneinander auf die drei Rohre. Nun
erwärmt man mit dem Brenner die drei Rohre gleich stark, ohne
dabei in der Nähe der aufgelegten Wachskugeln zu sein.
Beobachtung:
Variante I
Variante II
Wann fallen die Wachskugeln jeweils herunter?
Aluminium Kupfer Eisen
Auswertung:
Am besten leitet ................................ die Wärme, ................................. am zweitbesten
und .................................. am schlechtesten!

Arbeitsblatt 21
Lösung
Den physikalischen Eigenschaften von Aluminium
experimentell auf der Spur
Aufgabe: Ermittle, wie gut Aluminium die Wärme leitet!
Durchführung:
Variante 1: Das Drahtnetz wird auf den Dreifuß gelegt. Der Aluminium-, der
Kupfer- und der Eisenstreifen werden in gleichem Abstand von der
Mitte auf das Drahtnetz gelegt. Wiederum im gleichen Abstand legt
man auf jeden Metallstreifen ein Streichholz. Nun entzündet man den
Brenner und stellt ihn unter das Drahtnetz, so dass die Flamme alle
Metallstreifen gleich intensiv erwärmt.
Wann entzünden sich jeweils die Streichhölzer?
Variante 2: Das Drahtnetz wird auf den Dreifuß gelegt. Das Aluminium-, das
Kupfer- und das Eisenrohr werden auf das Drahtnetz gelegt. Die
Wachskugeln legt man nebeneinander auf die drei Rohre. Nun
erwärmt man mit dem Brenner die drei Rohre gleich stark, ohne
dabei in der Nähe der aufgelegten Wachskugeln zu sein.
Beobachtung:
Wann fallen die Wachskugeln jeweils herunter?
Aluminium Kupfer Eisen
Variante I Streichholz entzündet Streichholz entzündet Streichholz entzündet
sich als Zweites sich als Erstes sich zuletzt
Variante II Wachskugel fällt als Wachskugel fällt als Wachskugel fällt nur
Zweites
Erstes
nach extrem langem
Erhitzen
Auswertung:
Am besten leitet Kupfer die Wärme, Aluminium am zweitbesten und Eisen am
schlechtesten!

Ein Stück Würfelzucker
Bitte hier
einkleben!
Arbeitsblatt 22
Versuch
Das Leichtmetall Aluminium
Größe: ................................
Gewicht: ................................ = ...... Joghurtbecher-Deckel (für 500 ml Becher)
Gewicht à .....
= ..... Quarkdeckel (für 250 g Becher)
Gewicht à .....
= ..... Margarinedeckel (für 250 g Becher)
Gewicht à .....
= ..... Büchsenverschlüsse von Getränkedosen (z.B. Cola)
Gewicht à .....

Ein Stück Würfelzucker
Bitte hier
einkleben!
Größe: 1,6 × 1,6 × 1,0 cm
Arbeitsblatt 22
Lösung
Das Leichtmetall Aluminium
Gewicht: 2,85 g = 3 1/2 Joghurtbecher-Deckel (für 500 ml Becher)
Gewicht à 0,87 g
= 3 1/2 Quarkdeckel (für 250 g Becher)
Gewicht à 0,81 g
= 3 1/3 Margarinedeckel (für 250 g Becher)
Gewicht à 0,85 g
= ca. 10 Büchsenverschlüsse von Getränkedosen (z.B. Cola)
Gewicht à 0,29g

Arbeitsblatt 23
Versuch
Aluminium hat zwei Seiten
– Der amphotere Charakter von Aluminium –
Fragen: Was kann passieren, wenn saure Getränke in Aluminiumdosen
aufbewahrt werden?
Was kann passieren, wenn saure Lebensmittel in Aluminiumtöpfen
erhitzt werden?
Modellexperiment: Reaktion von Aluminium mit Säuren
Geräte: Reagenzglasständer, 2 Reagenzgläser
Chemikalien: Aluminiumspäne, Salzsäure (c = 2 mol/l; Xi, reizend), Schwefelsäure (c = 1mol/l;
Xi, reizend)
Durchführung: In die beiden Reagenzgläser werden jeweils einige Aluminiumspäne
gegeben. In das erste Reagenzglas fügt man 3 ml Salzsäure und in
das zweite Reagenzglas 3 ml Schwefelsäure hinzu. Gegebenenfalls
muss in beiden Fällen kurz erwärmt werden.
Beobachtung:
........................................................................................................................................
Auswertung:
Erkläre die Beobachtung mit Hilfe der entsprechenden chemischen
Reaktionsgleichung!
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
Beantwortung der Eingangsfragen:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

Arbeitsblatt 23
Versuch
Frage: Bei der Herstellung von Laugenbrezeln werden die Teiglinge mit
verdünnter Natronlauge eingestrichen. Was kann passieren, wenn
Teiglinge auf einem Backblech aus Aluminium liegen und die Lauge auf
das Backblech fließt?
Modellexperiment: Reaktion von Aluminium mit einer Lauge
Geräte: Reagenzglasständer, Reagenzglas, Brenner, Reagenzglaszange
Chemikalien: Aluminiumspäne, Natriumhydroxid-Lösung (w = 10%; C, ätzend)
Durchführung: In ein Reagenzglas werden einige Aluminiumspäne und 3 ml
Natriumhydroxid-Lösung gegeben. Das Gemisch wird kurz erwärmt.
Beobachtung:
........................................................................................................................................
Auswertung:
Erkläre die Beobachtung mit Hilfe der entsprechenden chemischen
Reaktionsgleichung!
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
Beantwortung der Eingangsfragen:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
Schaue im Fremdwörterlexikon nach und notiere, was man unter der Bezeichnung
"amphoter" versteht!
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
Erkläre die Bezeichnung "amphoter" im Zusammenhang mit dem Metall Aluminium!
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

Arbeitsblatt 23
Lösung
Aluminium hat zwei Seiten
– Der amphotere Charakter von Aluminium –
Fragen: Was kann passieren, wenn saure Getränke in Aluminiumdosen
aufbewahrt werden?
Was kann passieren, wenn saure Lebensmittel in Aluminiumtöpfen
erhitzt werden?
Modellexperiment: Reaktion von Aluminium mit Säuren
Beobachtung:
Aluminium reagiert mit Salz- und Schwefelsäure unter Gasentwicklung. Das
Erwärmen begünstigt die Reaktion.
Auswertung:
Erkläre die Beobachtung mit Hilfe der entsprechenden chemischen
Reaktionsgleichung!
Das Metall Aluminium löst sich bei dieser Reaktion unter Bildung von Wasserstoff
auf. Es entstehen Aluminium-Ionen.
2 Al + 6 H + � 2 Al 3+ + 3 H2
Beantwortung der Eingangsfragen:
Wenn saure Lebensmittel in Aluminiumverpackungen aufbewahrt oder in
Aluminiumgefäßen erhitzt werden, so kann es zumindest teilweise zum Auflösen des
Aluminiums und zur Anreicherung von Aluminium-Ionen in dem Lebensmittel
kommen.

Arbeitsblatt 23
Lösung
Frage: Bei der Herstellung von Laugenbrezeln werden die Teiglinge mit
verdünnter Natronlauge eingestrichen. Was kann passieren, wenn
Teiglinge auf einem Backblech aus Aluminium liegen und die Lauge auf
das Backblech fließt?
Modellexperiment: Reaktion von Aluminium mit einer Lauge
Beobachtung:
Aluminium reagiert mit Natriumhydroxid-Lösung unter Gasentwicklung. Das
Erwärmen begünstigt die Reaktion.
Auswertung:
Erkläre die Beobachtung mit Hilfe der entsprechenden chemischen
Reaktionsgleichung!
Das Metall Aluminium löst sich bei dieser Reaktion unter Bildung von Wasserstoff
auf. Es entstehen Aluminat-Ionen.
2 Al + 6 H2O + 2 OH - � 2 [Al(OH)4] - + 3 H2
Beantwortung der Eingangsfragen:
Wenn Teiglinge auf einem Backblech aus Aluminium liegen und die Lauge auf das
Backblech fließt, dann kann es beim Backprozess zur Bildung von Aluminat-Ionen
kommen, welche in den Teigling eintreten.
Schaue im Fremdwörterlexikon nach und notiere, was man unter der Bezeichnung
"amphoter" versteht!
amphoter (griech.-nlat.) = "jeder von beiden, der eine und der andere; zwitterhaft";
teils als Säure, teils als Base sich verhaltend (Chem.)
Erkläre die Bezeichnung "amphoter" im Zusammenhang mit dem Metall Aluminium!
Reagiert Aluminium mit einer Säure, dann verhält es sich wie eine Base. Reagiert
Aluminium mit einer Base, verhält es sich wie eine Säure. In beiden Fällen kommt es
zur Salzbildung. Im ersten Fall bildet das Aluminium-Ion das Kation, im zweiten Fall
bildet das Aluminat-Ion das Anion.