AT411970B - Leichtbauteil, sowie verfahren und vorrichtung zu dessen herstellung - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft einen Leichtbauteil. Weiters umfasst die Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtbauteiles. 



   Ein Leichtbauteil soll in der Regel für einen vorgesehenen Verwendungszweck, zum Beispiel für eine Stütz- oder Haltefunktion von Konstruktions- oder Maschinenkomponenten, die dabei geforderten mechanischen und gegebenenfalls schwingungsdämpfenden Eigenschaften erfüllen   und gleichzeitig ein geringes Gewicht besitzen. Genauer dargelegt : EinLeichtbauteil sollte eine   derartige Masse- bzw. Werkstoffverteilung aufweisen, dass bei einer Belastung des Teiles in allen Bereichen möglichst gleich hohe spezifische, mechanische Materialspannungen herrschen. Auch als sogenannte Crashteile, die bei einer Verformung eine hohe Energieaufnahme zeigen, können Leichtbauteile, die zumeist aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung bestehen und vorteilhaft durch Giessen hergestellt sind, Verwendung finden. 



   Prinzipiell sind Leichtbauteile als Hohlkörper mit dünnen Wänden, die gegebenenfalls gegen ein leichtes und/oder vorzeitiges Einknicken oder Beulen derselben Versteifungen aufweisen können, ausgeführt. Zur Versteifung der Teilwände können diese quer zur Hauptbelastungsrich- tung gekrümmt oder wellig ausgeführt sein, allerdings erfordern komplizierte Innenformen von Guss-Stückteilen bei deren Herstellung Sandkerne, die nach dem Guss oft in aufwendiger Art aus dem Hohl entfernt werden müssen. 



   Für eine Herstellung von einfachen Hohlkörpern mit beispielsweise zylindrischer oder recht- eckiger Querschnittsform des Hohles können wiederverwendbare metallische Kerne für eine Er- stellung eines gegossenen Leichtbauteiles eingesetzt werden, allerdings sind derart formbedingt oft dickere Wandbereiche mit höheren Teilgewichten in Kauf zu nehmen. 



   Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Leichtbauteil anzugeben, welches dünne, tragende Aussenwände besitzt, einen die Wand stützenden Kern hat und ein vermindertes Gewicht aufweist. 



   Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zu schaffen, mittels welchen ein Stützmittel, das gegebenenfalls als Dämpfungs- und/oder als Energieabsorptionsmittel bei einer Verformung wirken kann, innerhalb einer tragenden Wand zu einem Leichtbauteil einformbar ist. 



   Schliesslich zielt die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Herstellung des eingangs genannten Gegenstandes ab. 



   Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Leichtbauteil, bestehend aus einem zumindest teil- weise geschlossenen, metallischen Aussenwandkörper und einem aus Metallschaum schmelzme- tallurgisch gebildeten Innenbereich, wobei der Innenbereich als Kernteil zumindest im Anlagebe- reich an den Aussenwandkörper mit einer dichten Kernoberflächenschicht und einem mit dieser metallisch verbundenen, geschäumten Kerninnenteil aufgebaut ist und den Kernteil als Aussen- wandkörper eine im wesentlichen porenfreie Gussmetallschicht mit einer formschlüssigen und/oder metallischen Verbindung zur Kernoberflächenschicht umgibt. 



   Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind im Wesentlichen darin zu sehen, dass das Leicht- bauteil aus zwei Teilen, die miteinander flächig in Verbindung stehen, erstellt ist und dadurch die Teile leicht und der Kernteil unabhängig vom Aussenwandkörper ausbildbar sind. 



   Der metallurgisch dargestellte Metallschaum des Kernteiles besitzt dabei eine metallische Bin- dung an die Kernoberflächenschicht, welche dadurch eine hohe Stabilität besitzt und grosse Stütz- kräfte aufzunehmen imstande ist. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft möglich, den Aussenwand- körper mit geringer Dicke hoch belastbar auszuformen, womit sich geringe Bauteilgewichte erge- ben. 



   Es ist aus der WO 01/62416 bekannt geworden, einteilige Formkörper aus Metallschaum, ins- besondere aus Aluminiumschaum herzustellen. Dabei wird eine Kokille in eine schäumbare Schmelze eingetaucht und mit dieser gefüllt, wonach in die Schmelze in der Kokille eine Einbrin- gung von Schaum durch aufsteigende Blasen erfolgt. Die Formkörperoberfläche, die durch die an die Kokillenwand anliegenden Wandbereiche der jeweiligen Schaumblasen gebildet wird, ist aller- dings dünn und deren Güte offenbar vom metallostatischen Druck abhängig. Ein Anheben der Kokille bei der Füllung derselben mit Schaum soll sich deshalb günstig auf die Oberflächengüte des Formkörpers auswirken.

   Derartig erstellte Schaumköper haben jedoch die Nachteile, dass deren Oberfläche der dünnen Schaumblasenwand wegen und insbesondere bei grossen   Einzelbla-   sen nur gering belastbar ist und dass die Formkörperwand und die die Blasen umgebende Wand aus gleichen Werkstoffen mit gleichen Eigenschaften gebildet sind. Ein Eingiessen dieser Formkör- 

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 per in eine Schmelze mit unterschiedlicher Zusammensetzung ist offensichtlich nicht günstig durch- führbar, weil es dabei zu unkontrollierbaren Einbrüchen und zum Kollabieren von Schaumblasen- wänden bzw. insbesondere von grösseren Blasen an der Oberfläche des Körpers kommt, wodurch auch in unvorhersehbarer Weise das Teilgewicht beeinflusst wird. 



   Weiter ist aus der WO 99/64287 A1 ein Verfahren zum Ausschäumen eines Hohlkörpers be- kannt geworden, bei welchem Verfahren eine aufschäumbare Masse in einen fertigen Hohlkörper eingebracht in diesem zum Aufschäumen gebracht wird, weshalb eine kontrollierte Ausbildung einer Kernoberfläche in Form einer dichten Schicht mit diesem Verfahren nicht erreichbar ist. 



   In einem entfernterem Zusammenhang mit der Erfindung stehen Verfahren, bei welchen Me- tallschaumkerne unter Anwendung spezieller Massnahmen umgossen werden. In der DE 196 50 613 A1 ist ein Umgiessen eines Metallschaumkernes mit einer Schmelze beschrieben, wobei der eingesetzte Metallschaumkern vor einem Umgiessen mit einer Folie ummantelt wird. Ein weiteres Verfahren ist aus der   EP   1   134   095 A2 bekannt; bei diesem vvird zu einer Positionierung ein Metallschaumkern vor einem Umgiessen mit Nadelstiften oder Kernmarken versehen. Bei beiden Verfahren werden also Hilfsmittel wie Folien und Nadelstifte eingesetzt, die im hergestellten Verbundteil miteingeschlossen sind und potentielle Schwachstellen darstellen.

   Im Falle eines Umgiessens von mit Kernmarken positionierten Metallschaumkernen wie es ferner aus der DE 297 23 749 U1 bekannt ist, tritt weiter der Nachteil auf, dass beim Umgiessen Metallschmelze in die porösen Kernbereiche eindringen kann. 



   Erfindungsgemäss ist von besonderem Vorteil, wenn der Werkstoff des Aussenwandkörpers und jener des Kernteiles voneinander verschiedene chemische Zusammensetzungen und/oder unter- schiedlichen metallischen Aufbau besitzen und vorzugsweise jeweils aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung gebildet sind. Derart ist es möglich, einer unterschiedlichen Bean- spruchung der Teile Rechnung zu tragen. Beispielsweise kann dann der gesamte Kernteil mit dem aus Schaum bestehenden Innenbereich aus einem harten und/oder spröden partikelaufweisenden Werkstoff gebildet sein und der Aussenwandkörper aus weichem Material oder auch aus partikel- freien Matrixwerkstoff bestehen, je nach gewünschten Eigenschaften oder Anforderung an das Leichtbauteil. 



   Wenn in einer Ausgestaltung der Erfindung mit Vorteil der Aussenwandkörper aus einer zähen oder zähfesten Legierung und der Kernteil aus einem Werkstoff mit Keramikpartikeln in einer Metallmatrix gebildet sind, können besonders hohe und auch dynamische Belastungen bei guter Dämpfungswirkung vom Leichtmetall aufgenommen bzw. übertragen werden. 



   Die Stützwirkung der Kernoberflächenschicht, insbesondere bei einer kleinflächigen Belastung oder in Kantenbereichen kann weiter erhöht werden, wenn die Gasblasen des geschäumten Kern- innenteiles eine weitgehend monomodale Grössenverteilung in einem engen Grössenbereich aufweisen. Dabei ist es in hohem Masse günstig, wenn die Kernoberflächenschicht eine mittlere Dicke von mindestens 0,30 mm, höchstens jedoch 2,9 mm besitzt. 



   In einer auch wirtschaftlich günstigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Aussenwandkörper Ausformungen für mindestens eine Befestigung und/oder Führung des Bauteiles an Maschinen oder Tragkomponenten besitzt und gegebenenfalls eine im Wesentlichen gleiche oder vorzugsweise eine teilweise unterschiedliche Wanddicke aufweist, welche Dicke des Aussenwandkörpers örtlich derart gebildet ist, dass im Wesentlichen gleiche mechanische Span- nungen bei Belastung des Bauteiles in diesem gegeben sind. 



   Derart kann auf einfache Weise das Leichtbauteil als gegebenenfalls kompliziertes verschie- denartig beanspruchtes Maschinen- oder Konstruktionselement mit besonders geringem Gewicht geschaffen werden, in welches Element nur mehr die Bohrungen für Befestigungsmittel einzubrin- gen sind. 



   Das weitere Ziel der Erfindung wird erreicht mit einem Verfahren zur Herstellung eines Leicht- bauteiles mit einem zumindest teilweise geschlossenen, metallischen Aussenwandkörper und einem aus Metallschaum bestehenden Innenbereich, wobei in einem ersten Schritt schmelzmetal- lurgisch ein Kernteil mit einer Kernoberflächenschicht und einem dieselbe ausfüllenden und mit dieser metallisch verbundenen, geschäumten Kerninnenteil geformt hergestellt wird, wonach in einem zweiten Schritt der Kernteil in einer Giessform positioniert und darin dieser mit einer Schmel- ze umgossen und diese unter Bildung des Aussenwandkörpers erstarren gelassen werden, wobei derart eine formschlüssige und/oder metallische Verbindung der Kernoberflächenschicht mit dem 

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 Aussenwandkörper geschaffen wird. 



   Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens bestehen insbesondere darin, dass der Kern- teil und der Aussenwandkörper mittels getrennter Verfahrenschritte gefertigt werden und daher auch unabhängig voneinander dimensioniert werden können. Weil nun die Kernoberflächenschicht mit den Wänden der peripheren Schaumblasen metallisch verbunden wird, kann ein besonders leichtgewichtiger, aber auch druckfester Kernkörper oder Kernteil geschaffen werden, wobei die vom Aussenwandkörper getrennte Erstellung eine dimensionsmässig im Wesentlichen freie Ausfor- mung derselben erlaubt. Ein danach erfolgendes Umgiessen des Kernteiles kann mit unterschiedli- chen Wanddicken vorgenommen werden, sodass auf einfache Weise an Stellen mit hoher Bean- spruchung des Leichtbauteiles dessen Aussenwand verstärkt ausbildbar ist. 



   Ein besonders günstiges Verhältnis der Belastbarkeit und des Gewichtes vom Leichtbauteil ist erreichbar, wenn der Kernteil aus einem schäumbaren Metall oder einer schäumbaren metalli- schen Legierung, gegebenenfalls mit erhöhter Festigkeit und der Aussenwandkörper aus einem dazu unterschiedlichen metallischen Werkstoff, vorzugsweise einer zähen oder zähfesten Leicht- metall-Legierung gebildet wird. 



   Beim erfindungsgemässen Verfahren ist es vorteilhaft und wichtig, dass im ersten, kernerstel- lenden Verfahrensschritt eine Giessform mit einer Eintragsöffnung und mit zumindest einer klein- formatigen Öffnung im vertikal höchsten Bereich auf eine Temperatur von unterhalb der Liqui- dustemperatur einer schäumbaren Legierung gebracht und/oder belassen und mit einem in eine Schmelze dieser Legierung einerseits einragenden rohr- oder trichterförmigen, gegebenenfalls heizbaren Eingiess- oder Füllstück andererseits flüssigmetalldichtend verbunden wird, wonach ein Verdrängen bzw. Ausbringen der Luft aus der Giessform mittels eines aufwärts gerichteten Bewe- gens des Meniskus bzw.

   Flüssigmetallspiegels der Schmelze durch die Eintragsöffnung bis in die höchsten kleinformatigen Öffnungen der Giessform und eine Bildung einer erstarrten dichten Kern- oberflächenschicht mit gewünschter Dicke an der gesamten Giessforminnenoberfläche erfolgen und der zentrale Flüssigmetallanteil durch ein Einbringen von Gasblasen, die zum Metallschaum zu- sammengeführt werden, aus dieser verdrängt wird und mittels eines gezielten Wärmeentzuges vom System eine Erstarrung des geschäumten Kerninnenteiles unter Bildung eines Verbundkern- teiles erfolgt. 



   Mittels des Eingiess- oder Füllstückes, an welchem auf einfache Weise, zum Beispiel durch eine Heizung, ein Erstarren von Metallschmelze verhinderbar ist, wird lediglich in den Innenraum der Giessform Schmelze eingebracht und dabei die Luft verdrängt. Weil nun die Giessform erfindungs- gemäss eine Temperatur von unterhalb der Liquidustemperatur der schäumbaren Legierung besitzt, wird an der Innenwand und in den kleinformatigen Öffnungen der Form Flüssigmetall erstarren und es bildet sich eine dichte Oberflächenschicht aus. Die Schichtausbildung ist dabei von der Zeit sowie der Giessform- und Schmelzentemperatur abhängig und es kann durch eine Regelung dieser Parameter eine gewünschte Dicke der Kernoberflächenschicht leicht gesteuert bzw. eingestellt werden.

   Eine zu hohe Temperatur der Giessform, beispielsweise im Bereich der Solidustemperatur der Legierung, kann zu einem Austreten des Flüssigmetalles aus den Spalten und Luftauslässen und/oder zum Kollabieren der Schaumblasen an diesen Stellen führen und zumindest die Oberflä- chengüte des Kernteiles, insbesondere jedoch dessen Belastbarkeit nachteilig beeinflussen. 



   Nach einem Erreichen der vorgesehenen Schichtausbildung erfolgt ein Einbringen von Gasbla- sen in den Innenraum der Giessform, welche Gasblasen sich zu Metallschaum ausformen. Die metallischen Wandbereiche der äusseren Gasblasen legen sich dabei an der erstarrten Kernober- flächenschicht an, wobei durch einen weiteren Wärmeentzug mittels der Giessform der Metall- schaum verfestigt wird. 



   Mit Vorteil insbesondere für eine komplizierte Kernteilgestalt kann vorgesehen sein, dass die Giessform aus mehreren Teilen mit gasdurchlässigen Pass-Spalten gebildet und an der Eintrags- öffnung mit dem Eingiess- oder Füllstück verbunden wird, wobei durch die aufsteigende in die Spalte und die kleinformatigen Öffnungen eindringende und dabei erstarrende Schmelze ein Dich- tungseffekt erzielt und eine durchgehende Kernoberflächenschicht erstellt werden. 



   Um die Stabilität des Metallschaumes zu erhöhen bzw. ein Kollabieren von Gasblasen zu ver- meiden, ist es günstig, wenn die den Flüssigmetallteil in der Kernoberflächenschicht verdrängen- den Gasblasen mit einer im Wesentlichen gleichen Grösse in der Schmelze, abhängig vom Parti- kelgehalt insbesondere von SiC-Gehalt derselben in einem Abstand von mindestens 20 mm oder 

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 mehr von der Eintragsöffnung der Giessform gebildet und aufsteigen gelassen werden. 



   Verbesserte Gebrauchseigenschaften des Leichtbauteiles bei wirtschaftlicher Fertigungs des- selben sind, erreichbar, wenn der metallische Aussenwandkörper im Druck-Giessverfahren herge- stellt und die Dicke der Kernoberflächenschicht des Kernteiles in Abhängigkeit von der Schaum- blasengrösse des Kerninnenteils sowie des vorgesehenen Flüssigmetalldruckes und der geplanten Giesstemperatur im Druckgiessverfahren erstellt werden. 



   Ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtbauteiles mit ei- nem zumindest teilweise geschlossenen, metallischen Aussenwandkörper und einem aus Metall- schaum bestehenden Innenbereich zu schaffen, wird dadurch erreicht, dass die Vorrichtung aus einer Kernfertigungseinrichtung und einer Aussenwand-Druck-Giesseinrichtung besteht. 



   Der mit dieser Vorrichtung erfindungsgemäss erreichte Vorteil ist im Wesentlichen in einer ge- trennten Einsetzbarkeit der Kernerstellungseinrichtung und dem Aussenwandkörperherstellmittel zu sehen. Unabhängig voneinander sind damit auf einfache Weise jeweils die Voraussetzungen geschaffen, den Kernteil und den Aussenwandkörper in gewünschten Dimensionen bzw. mit den örtlich vorgesehenen Wandstärken und Ausformungen herzustellen. 



   Wenn dabei, wie günstig vorgesehen sein kann, die Kernfertigungseinrichtung im Wesentlichen aus einer Giessform mit einer bodenseitigen Eintragsöffnung und mindestens einer Auslassöffnung im vertikal obersten Formbereich, gegebenenfalls aus einem Verschlussmittel für die Eintragsöff- nung der Giessform, aus einer Schmelze in einem abdichtbaren und mit Druck beaufschlagbaren Schmelzengefäss mit einem in die Schmelze einerseits einragenden Eingiess- oder Füllstück und aus einem Einblasmittel für ein metallschaumbildendes Gas gebildet ist, so besteht erfindungswe- sentlich die Möglichkeit, Kerne hochwertig und wirtschaftlich mit geringer Zeitfolge zu fertigen. 



   Weiters ist es von fertigungstechnischem Vorteil, wenn die Giessform aus mehreren Teilen ge- bildet ist, gasdurchlässige Pass-Spalten aufweist und mit einem Verschlussmittel, relativ zu dieser verschiebbar, oder mit dem gegebenenfalls beheizbaren Eingiess- oder Füllstück schmelzendicht verbunden ist. Wie vorher erwähnt, sind auf Grund der geringeren Giessformtemperatur die Pass- Spalten vorerst gewünscht gasdurchlässig und in der Folge durch die darin erstarrte Schmelze abgedichtet. 



   Wenn vorzugsweise, wie an sich bekannt, in der Wand des Schmelzengefässes bodenseitig un- ter dem Eingiess- oder Füllstück ein Gaseinleitmittel mit in die Schmelze vorragenden Düsenteilen angeordnet ist, ist ein Metallschaum mit weitgehend gleicher Blasengrösse und bester Stützwirkung der Kernoberflächenschicht herstellbar. 



   Für eine kontrollierbare Einbringung mit steuerbarer Geschwindigkeit kann es günstig sein, wenn die Schmelze mit deren Meniskus im inneren Bereich des Eingiess- oder Füllstückes in den Innenraum der Giessform mittels Gasdruckes auf die äussere Giessspiegelfläche im Schmelzengefäss einbringbar ist. 



   Besonders genau einhaltbar ist die vorgesehene Wanddicke an allen Stellen des Aussenwand- körpers, wenn die Aussenwand-Druck-Giesseinrichtung zu Halterung und Positionierung des Kern- teiles ein Spannmittel aufweist, welches mit weiteren Wandformteilen zusammengeführt eine Druck-Giessform bildet, an welche eine Düse für eine Giessmetallzufuhr anlegbar ist. In einer unter- schiedlichen Ausführungsform können diese Spann- oder Positionierungsmittel auch als an sich bekannte Kernmarken ausgeführt sein. 



   Leichtbauteile mit gegebenenfalls in verschiedenen Positionen unterschiedlichen Dicken des Aussenwandkörpers sind auch als Teile mit hoher Kapazität für eine Verformungsenergie- Aufnahme höchst effizient einsetzbar. Leicht können diese Teile derart ausgebildet werden, dass deren Verformungsbeginn gewünscht druck- und druckrichtungsabhängig erfolgt. 



   Weil, wie vorher dargelegt, Kernteile mit einer gewünscht dicken Kernoberflächenschicht her- stellbar sind, ist es erfindungsgemäss auch möglich, einen solchen als Gegenstand mit hoher Kapazität für eine Verformungsenergie-Aufnahme einzusetzen. 



   Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches lediglich eine Ausführungsweg darstellt, ist in den Zeichnungen gezeigt und wird im Folgenden näher beschrieben. 



   Fig. 1 Ein Leichtbauteil 
Fig. 2 Eine Kernteilgiessform 
Fig. 3 Eine Giessform, verbunden mit einer Giesseinrichtung 
Fig. 4 Ein Kernteil in der Giessform 

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Fig. 5 Ein Kernteil bei Ausschalung 
Fig. 6 Ein Kernteil 
Fig. 7 Ein Kernteil mit Halterung 
Fig. 8 Ein Kernteil in einer Aussenwandkörperkokille 
Fig. 9 Ein Leichtbauteil bei Ausschalung 
Nachfolgend ist eine Liste mit den in den Figuren verwendeten Besuchszeichen zusammenge- stellt. 



   1 Leichtbauteil 
10 Kernteil 
12 Aussenwandkörper 
13 Innenbereich 
14 Kernoberflächenschicht 
15 Kerninnenteil   16,16',16",16'"   Ausformungen des Aussenwandkörpers 
17 Einspannbereich 
2 Kernfertigungseinrichtung 
21 Giessform   21',21 ",21 "'   Giessformteile 
211 Giessform-Eintragsöffnung 
212 Auslassöffnung 
213,213' Pass-Spalte 
214 Verschlussmittel 
22 schäumbares Flüssigmetall 
221 Meniskus 
222 äussere Giessspiegelfläche 
23 Schmelzengefäss 
231 Füllstück 
24 Gaseinleitmittel 
241 Düsenteil 
3 Aussenwand-Druck-Giesseinrichtung 
31,31' Kernspannmittel 
32 Druckgiessform 
32,32' Wandformteile 
33 Düse 
4 Druckgiess-Metallzufuhr 
In Fig. 1 ist schematisch ein Leichtbauteil 1 mit einem Kernteil 10 und mit einem Aussenwand- körper 12, welcher eine Dicke D hat, dargestellt.

   Der Kernteil 10 weist zum Aussenwandkörper 12 hin eine dichte, geschlossene Kernoberflächenschicht 14 auf und besitzt einen Innenbereich 13 mit einem aus Metallschaum gebildeten Kerninnenteil 15, sowie einen Einspannbereich 17. Der Au- &num;enwandkörper 12 ist mit Ausformungen 16, 16', 16", 16'" versehen, welche zur Teilhalterung oder Teilführung dienen können. 



   Fig. 2 bis Fig. 5 zeigen in schematischer Darstellung eine Kernteilfertigung. 



   In Fig. 2 ist ein Zusammenbau einer Giessform 21 mit einer Eintragsöffnung 211 gezeigt, wobei Giessformteile 21', 21" als Seitenteile in Richtung X bzw. X' und ein Giessformkopfteil 21"' mit einer Gasauslassöffnung 212 in Richtung Y' zusammengeführt und miteinander verspannt werden können. 



   Fig. 3 zeigt eine Kernfertigungseinrichtung 2 mit einer Giessform 21 und einem mit dieser ver- bundenen Schmelzengefäss 23. Das Schmelzengefäss 23 besitzt ein einerseits in eine Schmelze 22 einragendes, trichterförmiges Füllstück 231, welches beheizbar sein kann. Andererseits steht das Füllstück 231 mit einem Verschlussmittel 214 oder einer Kokille 21 in Verbindung. Senkrecht unter dem Füllstück 231 ist im Boden des Schmelzengefässes 23 ein Gaseinleitmittel 24 mit einem Dü- senteil 241 zur Metallschaumbildung eingebracht. Es ist jedoch auch möglich, ein Gaseinleitmittel 24 direkt in einer Schmelze 22 zu positionieren. 



   Bei einer Herstellung eines Kernteiles 10 wird beispielsweise durch Aufbringen von Gasdruck auf eine äussere Giessspiegelfläche 222 in einem geschlossenen Schmelzengefäss ein Meniskus 

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 221 der Schmelze 22 im Inneren des Füllstückes 231 in Richtung Z nach oben durch eine Ein- tragsöffnung 211 einer Giessform 21 verbracht. Bei einem Ansteigen des Meniskus entweicht die Luft aus der Giessform durch die Pass-Spalten 213,213' und durch eine eingebrachte kleinformati- ge Auslassöffnung 212, wobei infolge einer geringeren Temperatur der Giessform 21 die Schmelze in den Spalten 213,213', sowie in der Auslassöffnung 212 erstarrt und eine dichte Kernoberflä- chenschicht 14 bildet.

   Eine nachfolgende Gaseinleitung mittels Düsenteile 241 erstellt in der schäumbaren Schmelze stabile im Wesentlichen gleichformatige Gasblasen, welche aufsteigen und innerhalb der Kernoberflächenschicht 14 einen Metallschaum formen, der infolge einer Küh- lung der Giessform 1 erstarrt und einen Kernteil 10 bildet. Um vor einer Durcherstarrung des Metall- schaumes die Giessform 21 verbringen zu können, kann (Fig. 4) ein Verschlussmittel 214 deren Eintragsöffnung 211abdichten. 



   Fig. 5 zeigt eine Ausschalung eines Kernteiles 10. 



   EinKernteil 10 (Fig. 6) wird, wie funktionsdarstellend in  Fig.   7 bis Fig. 9 gezeigt, mit einem Au- &num;enwandkörper 12 in einer Druckgiesseinrichtung 3 versehen. 



   Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, wird ein Kernteil 10, beispielsweise mittels Kernspannmittel 31, 31' gehalten und Wandformteile 32, 32' in Richtung X, X' und Y zu einer Druckgiessform 32 anein- ander angestellt. Ein verbleibender Giessspalt wird nach Anschluss beispielsweise einer Düse 33, wie in Fig. 8 gezeigt, mit einem zugeführten Metall 4 im Druckgiessverfahren gefüllt derart ein den Kernteil 10 umhüllender Aussenwandkörper 12 hergestellt und das Leichtbauteil 1 geschaffen. 



   Fig. 9 zeigt eine Ausformung eines Leichtbauteiles. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Leichtbauteil (1) bestehend aus einem zumindest teilweise geschlossenen, metallischen 
Aussenwandkörper (12) und einem aus Metallschaum schmelzmetallurgisch gebildeten In- nenbereich (13), dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich (13) als Kernteil (10) zumindest im Anlagebereich an den Aussenwandkörper mit einer dichten Kernoberflächen- schicht (14) und einem mit dieser metallisch verbundenen, geschäumten Kerninnenteil (15) aufgebaut ist und den Kernteil (10) als Aussenwandkörper (12) eine im Wesentlichen porenfreie Gussmetallschicht mit einer formschlüssigen und/oder metallischen Verbindung zur Kernoberflächenschicht (14) umgibt.

Claims (1)

1. 2. Leichtbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Aussen- wandkörpers (12) und jener des Kernteiles (10) von einander verschiedene chemische Zu- sammensetzungen und/oder unterschiedlichen metallischen Aufbau besitzen und vorzugs- weise jeweils aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung gebildet sind.

   3. Leichtmetallbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussen- wandkörper (12) aus einer zähen oder zähfesten Legierung und der Kernteil (10) aus ei- nem Werkstoff mit Keramikpartikeln in einer Metallmatrix gebildet sind.

   4. Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasblasen des geschäumten Kerninnenteiles (15) eine weitgehend monomodale Grössen- verteilung in einem engen Grössenbereich aufweisen.

   5. Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernoberflächenschicht (14) eine mittlere Dicke von mindestens 0,30 mm, höchstens je- doch 2,9 mm besitzt.

   6. Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenwandkörper (12) Ausformungen (16, 16', 16") für mindestens eine Befestigung und/oder Führung des Bauteiles (1) an Maschinen oder Tragkomponenten besitzt und ge- gebenenfalls eine im Wesentlichen gleiche oder vorzugsweise eine teilweise unterschiedli- che Dicke (D) aufweist, welche Dicke des Aussenwandkörpers örtlich derart gebildet ist, dass im Wesentlichen gleiche mechanische Spannungen bei Belastung des Bauteiles (1) in diesem gegeben sind.

   7. Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteiles mit einem zumindest teilweise geschlos- senen, metallischen Aussenwandkörper und einem aus Metallschaum bestehenden Innen- bereich, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt schmelzmetallurgisch ein <Desc/Clms Page number 7> Kernteil mit einer Kernoberflächenschicht und einem dieselbe ausfüllenden und mit dieser metallisch verbundenen, geschäumten Kerninnenteil geformt hergestellt wird, wonach in einem zweiten Schritt der Kernteil in einer Giessform positioniert und darin dieser mit einer Schmelze umgossen und diese unter Bildung des Aussenwandkörpers erstarren gelassen werden, wobei derart eine formschlüssige und/oder metallische Verbindung der Kernober- flächenschicht mit dem Aussenwandkörper geschaffen wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernteil aus einem schäumbaren Metall oder einer schäumbaren metallischen Legierung, gegebenenfalls mit erhöhter Festigkeit und der Aussenwandkörper aus einem dazu unterschiedlichen metalli- schen Werkstoff, vorzugsweise einer zähen oder zähfesten Leichtmetall-Legierung, gebil- det werden.

   9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten kernerstel- lenden Verfahrensschritt eine Giessform mit einer Eintragsöffnung und mit zumindest einer kleinformatigen Öffnung im vertikal höchsten Bereich auf eine Temperatur von unterhalb der Liquidustemperatur einer schäumbaren Legierung gebracht und/oder belassen und mit einem in eine Schmelze dieser Legierung einerseits einragenden rohr- oder trichterförmi- gen, gegebenenfalls heizbaren Eingiess- oder Füllstück andererseits flüssigmetalldichtend verbunden wird, wonach ein Verdrängen bzw. Ausbringen der Luft aus der Giessform mit- tels eines aufwärts gerichteten Bewegens des Meniskus bzw.

   Flüssigmetallspiegels der Schmelze durch die Eintragsöffnung bis in die höchsten kleinformatigen Öffnungen der Giessform und eine Bildung einer erstarrten dichten Kernoberflächenschicht mit gewünsch- ter Dicke an der gesamten Giessforminnenoberfläche erfolgen und der zentrale Flüssigme- tallanteil durch ein Einbringen von Gasblasen, die zu Metallschaum zusammengeführt werden, aus dieser verdrängt wird und mittels eines gezielten Wärmeentzuges vom Sys- tem eine Erstarrung des geschäumten Kerninnenteiles unter Bildung eines Verbundkern- teiles erfolgt.

   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessform aus mehreren Teilen mit gasdurchlässigen Pass-Spalten gebildet und an der Eintragsöffnung mit dem Eingiess- oder Füllstück verbunden wird, wobei durch die aufsteigende in die Spalte und die kleinformatigen Öffnungen eindringende und dabei erstarrende Schmelze ein Dichtungsef- fekt erzielt und eine durchgehende Kernoberflächenschicht erstellt werden.

   11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die den Flüssigmetallteil in der Kernoberflächenschicht verdrängenden Gasblasen mit einer im Wesentlichen gleichen Grösse in der Schmelze, abhängig vom Partikelgehalt, insbesonde- re vom SiC-Gehalt in einem Abstand von mindestens 20 mm oder mehr von der Eintrags- öffnung der Giessform gebildet und aufsteigen gelassen werden.

   12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der metal- lische Aussenwandkörper im Druck-Giessverfahren hergestellt und die Dicke der Kemober- flächenschicht in Abhängigkeit von der Schaumblasengrösse des Kerninnenteiles sowie des vorgesehenen Flüssigmetalldruckes und der Giesstemperatur im Druckgiessverfahren erstellt werden.

   13. Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtbauteiles (1) mit einem zumindest teilweise ge- schlossenen, metallischen Aussenwandkörper (12) und einem aus Metallschaum beste- henden Innenbereich (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus einer Kernfertigungseinrichtung (2) und einer Aussenwand-Druck-Giesseinrichtung (3) besteht.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernfertigungseinrich- tung (2) im Wesentlichen aus einer Giessform (21) mit einer bodenseitigen Eintragsöffnung (211) und mindestens einer Auslassöffnung (212) im vertikal obersten Formbereich, gege- benenfalls aus einem Verschlussmittel (214) für die Eintragsöffnung (211) der Giessform (21), aus einer Schmelze (22) in einem abdichtbaren und mit Druck beaufschlagbaren Schmelzengefäss (23) mit einem in die Schmelze (22) einerseits einragenden Eingiess- oder Füllstück (231) und aus einem Einblasmittel (24) für ein metallschaumbildenes Gas gebil- det ist.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessform (21) aus mehreren Teilen (21',21", 21"') gebildet ist, gasdurchlässige Pass-Spalten (213, 213') <Desc/Clms Page number 8> aufweist und mit einem Verschlussmittel (214), relativ zu dieser verschiebbar, oder mit dem gegebenenfalls beheizbaren Eingiess- oder Füllstück (231) schmelzendicht verbunden ist.

   16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand des Schmelzengefässes (23) bodenseitig unter dem Eingiess- oder Füllstück (231) ein Gaseinleitmittel (24) mit in die Schmelze (22) vorragenden Düsenteilen (241) angeord- net ist.

   17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze (22) mit deren Meniskus (221) im inneren Bereich des Eingiess- oder Füllstückes (231) in den Innenraum der Giessform (21) mittels Gasdruck auf die äussere Giessspiegelflä- che (222) einbringbar ist.

   18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenwand-Druck- Giesseinrichtung zur Halterung und Positionierung des Kernteiles (10) ein Spannmittel (31, 31') aufweist, welches mit weiteren Wandformteilen (32', 32") zusammengeführt eine Druck-Giessform (32) bildet, an welche ein Schmelzeneintragsmittel, zum Beispiel eine Dü- se (33) für eine Giessmetallzufuhr (4) anlegbar ist.

   19. Verwendung eines Leichtbauteiles gemäss der Ansprüche 1 bis 6, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11für Teile mit hoher Kapazität für eine Ver- formungsenergie-Aufnahme.

   20. Verwendung eines Kernteiles (10) mit einer Kernoberflächenschicht (14) und einem ge- schäumten Kerninnenteils (15), hergestellt nach einem Verfahren gemäss Anspruch 7 so- wie Anspruch 9 bis 11 für Teile mit hoher Kapazität für eine Verformungsenergie- Aufnahme.

   HIEZU 3 BLATT ZEICHNUNGEN