DE10046174A1 - Hohlkugel und Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen mit Hohlkugeln - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Hohlkugeln mit Stützschalen aus einem gesinterten anorganischen Material, wie Metallen, Metalloxiden oder Keramik sowie Verfahren zur Herstellung von Leichtbauelementen mit solchen Hohlkugeln. Aufgabengemäß sollen der Anwendungsbereich erweitert, die Verarbeitung zu Bauelementen technologisch vereinfacht und die Eigenschaften der Hohlkugeln sowie der mit ihnen hergestellten Bauelemente anwendungsspezifisch verbessert werden. Hierzu ist auf den Hohlkugeln auf einer Stützschale eine zusätzliche feste Funktionsschicht ausgebildet. Das Funktionsschichtmaterial kann dann infolge einer physikalischen und/oder chemischen Behandlung fließfähig, plastisch und/oder elastisch verformt werden.

Description

Die Erfindung betrifft Hohlkugeln mit Stützschalen aus einem gesinterten anorganischen Material, wie Metallen, Metalloxiden oder Keramik sowie Verfahren zur Herstellung von Leichtbauelementen mit solchen Hohlkugeln.

In EP 0 300 543 A1 und US 4,917,857 ist ein Verfahren zur Herstellung zur Herstellung von metallischen und keramischen Hohlkugeln beschrieben. Dabei wird auf einen kugelförmigen Kern aus einem geschäumten Poly­ mer eine wäßrige Suspension eines metallischen oder keramischen Pulvers mit einem organischen Bindemittel aufgebracht und bei einer Temperaturbehandlung (400 bis 500°C) das den Kern bildende Polymer pyroli­ siert, wobei die gasförmigen Komponenten entweichen und ein sogenannter Grünkörper mit ausreichender Sta­ bilität erhalten wird.

Dieser Grünkörper wird nachfolgend weiter erwärmt, um auch die bis dahin verbliebenen organischen Bestand­ teile des Bindemittels auszutreiben und die Pulver­ teilchen miteinander zu einer geschlossenen Kugel­ schale zu versintern.

Desweiteren ist in DE 197 50 042 C2 insbesondere das Aufbringen des pulverförmigen Ausgangsmaterials mit einem flüssigen Bindemittel auf einen Kern durch Um­ wälzen mit einem Rotor beschrieben.

Die so erhaltenen Hohlkugeln mit einer Schale, die im wesentlichen aus dem Pulvermaterial bestehen können für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden.

Eine Applikation ist in DE 198 17 959 C1 für Leicht­ bauelemente beschrieben. Dabei sollen solche an sich bekannten Hohlkugeln mit einem polymeren Kleber zu einem "Kugelbrei" vermischt und dieser "Kugelbrei" vor dem Aushärten des Klebers in eine Form bzw. zwi­ schen zwei Oberflächenplatten eingebracht werden. Hierfür steht bis zum Aushärten des Klebers ein be­ stimmtes begrenztes Zeitfenster zur Verfügung, in dem die entsprechend vorbereiteten Kugeln verarbeitet werden müssen.

Außerdem treten bei der Befüllung von Formkörpern mit diffizielen Geometrien, beispielsweise solche, die Hinterschneidungen aufweisen, Probleme beim vollstän­ digen Befüllen des gesamten Formkörpervolumens mit einem solchen "Kugelbrei" auf.

Nach dem Aushärten des Klebers (Polyurethan- oder Po­ lyesterbasis, ein Epoxidkleber oder PMMA) bildet der Kleber einen festen Verbund für die ein solches Leichtbauelement bildenden Hohlkugeln, was zum einen wegen der möglichen Entmischung nicht immer vollstän­ dig gelingt und zum anderen für einige Anwendungen auch nicht erwünscht ist.

Werden aber erst die Hohlkugeln in einen Formkörper eingebracht und im Nachgang dazu der mehr oder weni­ ger viskose Kleber, kann eine homogene Klebervertei­ lung im Formkörper nicht erreicht werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung Hohlkugeln mit Stützschalen aus gesintertem anorganischen Material dahingehend zu verbessern, dass ihr Anwendungsbereich erweitert, die Verarbeitung zu Bauelementen technolo­ gisch vereinfacht und die Eigenschaften der Hohlku­ geln sowie der mit ihnen hergestellten Bauelemente anwendungsspezifisch verbessert sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit Hohlkugeln, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweisen und für ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbauelementen mit solchen Hohlkugeln gemäß Anspruch 12 gelöst. Vor­ teilhafte Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merk­ malen erreicht werden.

Die erfindungsgemäßen Hohlkugeln bauen auf herkömm­ lichen Lösungen auf, weisen aber mindestens eine zu­ sätzliche auf der sphärischen Stützschale, die aus einem gesinterten, zumindest überwiegend anorgani­ schen Material besteht, eine Funktionsschicht auf. Das Funktionsschichtmaterial oder darin enthaltene Komponenten können mittels einer physikalischen und/oder chemischen Behandlung fließfähig, plastisch und/oder elastisch verformt werden. Dadurch können die Stützschalen und demzufolge auch benachbarte Hohlkugeln adhäsiv und/oder formschlüssig miteinander fixiert werden.

Die Stützschalen können aus Metall, einer Metallle­ gierung, einem Metalloxid oder einer Keramik beste­ hen. Sie können weitestgehend frei von organischen Bestandteilen sein. Geeignete Metalle sind beispiels­ weise Eisen, Nickel, Kupfer sowie Leichtmetall, z. B. Titan, Aluminium oder hochschmelzende Schwermetalle, wie beispielsweise Wolfram oder Molybdän und deren Legierungen.

Die physikalische und/oder chemische Behandlung und die Materialauswahl sollten so erfolgen, dass zumin­ dest die Stützschalen der Hohlkugeln während der Be­ handlung nicht instabil werden.

Es können auch mehrere Funktionsschichten übereinan­ der ausgebildet werden, wobei die jeweilige Material­ auswahl verschiedene Anwendungen abdecken kann. Dabei kann die Behandlung solcher Hohlkugeln auch in mehre­ ren Schritten für die jeweilige Anwendung spezifi­ ziert durchgeführt werden.

Eine erfindungsgemäße Hohlkugel mit einer zusätzli­ chen festen Funktionsschicht, die zusätzlich, z. B. durch Auftrag einer Suspension auf die Stützschale, aufgebracht und getrocknet bzw. ausgehärtet worden ist, stellt ein besser und leichter verarbeitbares Vorprodukt als die herkömmlichen Hohlkugeln dar und diese Hohlkugeln ersparen dem Finalproduzenten von Bauelementen technologische Verfahrensschritte.

Es können Hohlkugeln ohne Funktionsschicht mit einem Außendurchmesser von 0,1 bis 20 mm eingesetzt werden. Dabei kann die Stützschale eine Dicke aufweisen, die 0,1 bis 10% des Außendurchmessers der Hohlkugeln ent­ spricht.

Die erfindungsgemäße(n) Funktionsschicht(en) sollten eine Dicke aufweisen, die nach der physikalischen bzw. chemischen Behandlung der Hohlkugeln die jewei­ lige funktionelle Wirkung, beispielsweise einen Kor­ rosionsschutz oder eine Adhäsionsverbindung benach­ barter Hohlkugeln gewährleistet. Die Dicke ist vor­ teilhaft jedoch mindestens so groß zu wählen, dass bei der plastischen und/oder elastischen Verformung eine formschlüssige Fixierung benachbarter Hohlkugeln erreicht werden kann.

Die erfindungsgemäßen Hohlkugeln sind rieselfähig und kleben nicht aneinander, so dass sie nach Lagerung und Transport problemlos verarbeitet werden können.

Auf der Funktionsschicht kann eine zusätzliche Sie­ gelschicht, insbesondere zum temporären Schutz wäh­ rend des Transports und der Lagerung, aufgebracht werden, um sehr glatte, nichtklebende Oberflächen zu bilden. Hierfür können z. B. schnelltrocknende, bevor­ zugt wasserlösliche Lacke oder andere mehr oder weni­ ger viskose Flüssigkeiten aufgesprüht werden. Geeig­ nete Beispiele sind Cellulose- oder Pektinlösungen bzw. Polyvinylalkohol.

Die Funktionsschichten können aus einem homogenen Material, aber auch aus Kompositen gebildet werden.

Werden organische Materialien oder Komponenten für die Funktionsschichten eingesetzt, sind solche Poly­ mere besonders geeignet, die ausgewählt sind aus Ethylenvinylacetat Copolymeren (EVA), Polyamiden oder Polyester, aber auch Phenolharz, Kresolharz, Furan­ harz oder Epoxidharz bzw. Bindemittel auf Latex- oder Kautschukbasis. Ein geeignetes Epoxidharz ist bei­ spielsweise unter der Handelsbezeichnung Terokal 5051 LV bekannt und ein Material auf Kautschukbasis kann unter der Handelsbezeichnung Terostat 5190 kommer­ ziell erworben werden. Beide Produkte können bei Tem­ peraturen oberhalb 55°C aufgetragen und nachfolgend durch Energieeintrag ausgehärtet werden. Sie sind dann hochfest und hochsteif. Das Material auf Kautschukbasis kann auch teilausgehärtet werden. Bei­ de genannten Produkte weisen eine elektrische Leitfä­ higkeit von ca. 10⁶ Ωcm auf.

Besonders geeignet sind die sogenannten "hot melts", die häufig Ethylenvinylacetat Copolymere sind.

Die Zusammensetzung dieser Materialien kann so einge­ stellt werden, dass ein Auftrag bei relativ niedrigen Temperaturen (z. B. < 60°C) in flüssiger Phase und nach Trocknung später eine Aktivierung beispielsweise mittels Erwärmung erfolgen kann. Dabei kann bei be­ stimmter Auswahl bzw. Zusammensetzung ganz gezielt eine bestimmte Erweichungs- bzw. Schmelztemperatur eingestellt werden, die bevorzugt oberhalb 80°C, ganz bevorzugt oberhalb 100°C liegen sollte.

Es können aber auch an sich bekannte Pulverlacke, z. B. auf Epoxidharzbasis als Funktionsschichtmaterial eingesetzt werden. Diese können pulverförmig auf die erhitzten Hohlkugeln, beispielsweise im Wirbelbett aufgebracht werden, wobei Temperaturen eingehalten werden sollten, bei denen das Pulver an den Stütz­ schalen der Hohlkugeln haftet, jedoch kein zum Ver­ laufen führendes Schmelzen des Pulverlackpulvers auf­ tritt. Dabei können die einzelnen Pulverpartikel mehr oder weniger gleichmäßig auf der Stützschalenoberflä­ che verteilt haften und nach Abkühlung die Hohlkugeln ohne weiteres transportiert und gelagert werden, ohne dass sie miteinander verkleben. Erst bei der Herstel­ lung von Leichtbauelementen wird die Temperatur wie­ der erhöht, bis das Pulver erweicht oder schmilzt. Beim Schmelzen kann ein gleichmäßiger Lacküberzug über die gesamte Oberfläche ausgebildet werden, wobei jedoch bei entsprechend dichter Packung der Hohlku­ geln bzw. einer Druckausübung (Verdichtung) auf die Hohlkugeln Oberflächenbereiche von sich unmittelbar berührenden Hohlkugeln lackfrei gehalten werden kön­ nen.

Die Polymere können auch pulverförmige anorganische Elemente und Verbindungen enthalten und dann insbe­ sondere Bindemittelfunktion für diese Elemente bzw. Verbindungen erfüllen.

Werden pulverförmige Elemente oder Verbindungen für die Funktionsschichten eingesetzt, können diese auf die Stützschalen als Suspension mit einem Bindemittel aufgebracht werden. Neben organischen Bindemitteln können auch anorganische Bindemittel benutzt werden. So können beispielsweise Metallsalzlösungen oder Was­ serglas verwendet werden, um Metall-, Metalloxid-, Keramik- oder Glaspulver zumindest temporär zu bin­ den. Geeignete Gläser sind z. B. Emails oder Glaslote, beispielsweise Blei oder Bor enthaltende Gläser, wobei letztere eine relativ niedrige Erwei­ chungs- und Schmelztemperatur aufweisen.

Es können auch verschiedene Additive in der Funktionsschicht enthalten sein. Beispiele sind Lote, Flußmittel, Sinterhilfsmittel, Treib- oder auch Quellmittel.

Insbesondere bei mehreren übereinander ausgebildeten unterschiedlichen Funktionsschichten kann eine Kom­ bination von physikalischer und chemischer Behandlung sinnvoll sein. So kann beispielsweise eine Entfernung oder Aktivierung auf chemischen Wege erfolgen und nachfolgend durch Wärmebehandlung eine plastische Verformung durchgeführt werden.

Zur Herstellung von Leichtbauelementen mit erfin­ dungsgemäßen Hohlkugeln wird ein Formkörper oder ein die äußere Hülle des Leichtbauelementes bildendes Gebilde mit diesen Hohlkugeln, möglichst das gesamte innere Volumen ausfüllend, befüllt.

Nach dem Befüllen und ggf. einer Verdichtung der an­ sonsten unbehandelten Hohlkugeln erfolgt in mindes­ tens einem weiteren Verfahrensschritt eine physika­ lische und/oder chemische Behandlung, bei der das Funktionsschichtmaterial zumindest soweit erweicht wird, dass es plastisch und/oder elastisch verformbar ist.

Die Verdichtung kann mit einer einfachen Druckver­ dichtung günstiger, jedoch mittels einer Vibrations­ verdichtung, durchgeführt werden, wobei eine Verdich­ tung vorteilhaft auch zumindest zeitweise bei der nachfolgenden physikalischen und/oder chemischen Be­ handlung durchgeführt werden kann.

Die physikalische Behandlung kann eine durch einen Energieeintrag bewirkte Erwärmung des Funktions­ schichtmaterials sein, wobei die Erweichungstempera­ tur und ggf. auch die Schmelztemperatur dieses Mate­ rials kleiner als die des die Stützschale bildenden Materials sein sollte.

Das erwärmte fließfähige Material paßt sich der Ober­ flächenform der in möglichst dichter Packung anein­ ander liegenden und sich gegenseitig nahezu punktför­ mig berührenden Hohlkugeln an. Nach dem Erkalten, bei dem das Funktionsschichtmaterial auch wieder erstar­ ren kann, werden benachbarte Hohlkugeln zumindest formschlüssig fixiert, wobei eine feste Klebeverbin­ dung nicht zwingend erforderlich ist.

Durch das Fließen des Funktionsschichtmaterials kön­ nen zwischen den Hohlkugeln verbliebene Hohlräume zumindest teilweise mit diesem Material gefüllt wer­ den.

Außerdem kann erreicht werden, dass zwischen den Be­ rührungspunkten bzw. -flächen benachbarter Hohlkugeln das Funktionsschichtmaterial vollständig verdrängt wird und die Stützschalen unmittelbar aneinander lie­ gen, wodurch die Stabilität und Festigkeit des Leichtbauelementes erhöht werden kann.

Die Erwärmung kann beispielsweise durch Konvektion mit heißen Gasen oder Flüssigkeiten, die durch die Packung der Hohlkugeln geführt werden oder durch Wär­ mestrahlung, induktiv oder über die entsprechend er­ wärmte Formwand, erfolgen.

Eine chemische Behandlung kann bevorzugt mit einem für das Funktionsschichtmaterial geeigneten Lösungs­ mittel durchgeführt werden, das flüssig oder dampf­ förmig in die befüllte Form gegeben wird. Mit einem solchen Lösungsmittel wird eine Erweichung des Funk­ tionsschichtmaterials erreicht, so dass dieses wieder temporär plastisch verformbar wird. Nach dem Abziehen bzw. Abdampfen des Lösungsmittels, was durch Absaugen und/oder eine Erwärmung erfolgen kann, kann das Funktionsschichtmaterial wieder Erstarren und die eingenommene Form beibehalten.

Bei einer Mischung mehrerer Komponenten, aus denen die Funktionsschicht gebildet worden ist, kann es genügen, eine Komponente soweit mit dem Lösungsmittel bzw. durch Energiezufuhr zu erweichen, dass die pla­ stische Verformbarkeit gegeben ist.

Es können organische Lösungsmittel eingesetzt werden, um entsprechende Polymere oder Polymere enthaltende Funktionsschichten bzw. darin enthaltene organische Komponenten zumindest anzulösen und zu erweichen.

Besonders vorteilhaft sind Funktionsschichtmateria­ lien, die infolge der Behandlung ihr Volumen vergrö­ ßern, beispielsweise Aufschäumen. Dadurch können Durchmessertoleranzen der Stützschalen der Hohlkugeln kompensiert und ggf. auch die Eigenschaften, insbe­ sondere Dämpfung und Elastizität des Leichtbauelemen­ tes vorteilhaft beeinflußt werden.

Solche Materialien können schäumbare Polymere, Treib­ mittel enthaltende Polymere, pulverförmige Treibmit­ tel enthaltende Metalle oder Gläser sein.

So kann ein ggf. mit einem organischen Bindemittel gebundenes Metallpulver zusätzlich mit einem geeigne­ ten pulverförmigen Treibmittel versetzt sein, so dass bei einer entsprechenden Erwärmung ein Metallschaum um die Stützschalen ausgebildet wird. Geeignete Treibmittel sind, z. B. Metallhydride, Karbonade oder Hydrade. Für Aluminium kann beispielsweise Titanhy­ dridpulver genutzt werden.

Es können aber auch bei einer chemischen Behandlung Quellmittel zur Volumenvergrößerung des Funktions­ schichtmaterials zugegeben werden.

So können quellbare Polymere als Funktionsschichtma­ terial auf Stützschalen aufgebracht und nach dem Be­ füllen eines die äußere Hülle eines Leichtbauelemen­ tes bildenden Gebildes ein organisches oder anorgani­ sches Quellmittel zugegeben werden. Im Anschluß an die durch Quellung aufgetretene Volumenvergrößerung erfolgt ein gasdichter Abschluß des Gebildes und die Hohlkugeln werden mit dem Funktionsschichtmaterial stabilisiert.

Als derartige Polymere können beispielsweise solche, die unter dem Begriff "Superabsorber" bekannt sind, eingesetzt werden. Diese Polymere können mit Wasser oder Wasserlösungen aufgequollen werden, wobei eine deutliche Volumenvergrößerung auftritt. Diese wird so lange beibehalten, wie das Wasser im Polymer gespei­ chert ist.

Wird beispielsweise ein solches Leichtbauelement mit einer gas- und wasserdichten Hülle benutzt, kann das aufgequollene Polymer die einzelnen Hohlkugeln ggf. unter Ausfüllen der Hohlräume fixieren.

Nach Öffnung der Hülle und Entfernung des Wassers durch Trocknung, kann bei Bedarf dieser Verbund wie­ der gelöst und, falls gewünscht, können die Hohlku­ geln ebenfalls wieder entfernt werden.

Als Stützschichtmaterial können aber auch Metalle, Legierungen oder Gläser ohne Treibmittel eingesetzt werden, wobei jedoch zumindest die Erweichungs-, mög­ lichst auch die Schmelztemperatur unterhalb denen des Stützschalenmaterials liegen sollte. Bei Legierungen sollte zumindest eine wesentliche Legierungskomponen­ te diese Forderung erfüllen.

Die Wärmebehandlung kann dabei soweit geführt werden, dass ein Schmelzen des Funktionsschichtmaterials er­ folgt und die Hohlkugeln miteinander verlötet werden. In diesem Fall kann in der Funktionsschicht vorteil­ haft auch mindestens ein Lot und ggf. ein geeignetes Flußmittel enthalten bzw. darin eingebettet sein. Eine solche Funktionsschicht kann dabei z. B. aus rei­ nem Zinn bzw. gebundenem Zinnpulver bestehen.

Eine Eisen- oder eine aus rostfreiem hochfesten und hitzebeständigen Edelstahl bestehende Stützschale kann beispielsweise mit einer die Funktionsschicht bildenden Kupferlegierung beschichtet sein.

Insbesondere bei relativ reaktionsfreudigen Stütz­ schalenmaterialien, wie z. B. Eisen oder Aluminium wirken sich die Funktionsschichten als Oxidations­ schutz vorteilhaft aus. Sie bilden auch bei aus Hohl­ kugeln hergestellten Bauteilen einen Korrosions­ schutz.

Soll bei der Wärmebehandlung ein Versintern benach­ barter Stützschalen oder des Funktionsmaterials er­ reicht werden, können im Funktionsschichtmaterial auch jeweils geeignete Sinterhilfsmittel enthalten bzw. darin eingebettet sein.

Sollen benachbarte Stützschalen an ihren Berührungs­ punkten miteinander versintern, muss das Funktions­ schichtmaterial entweder ausgetrieben oder durch pla­ stische Verformung ausreichend verdrängt worden sein und sich die Stützschalenaußenwände bei bzw. ab er­ reichen der Sintertemperatur unmittelbar berühren.

Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Innenwand des Formkörpers mit einem Trennmittel oder die Innenwand des Formkörpers bzw. die des die äußere Hülle eines Leichtbauelementes bildenden Gebildes mit einem auch für die Funktionsschicht geeigneten Material vor der Befüllung mit Hohlkugeln beschichtet worden ist.

Dadurch können ein erleichtertes Entformen des Leichtbauelementes oder eine glattere Oberfläche ei­ nes solchen Elementes bzw. eine festere Verbindung der Hohlkugelpackung mit der äußeren Hülle gesichert werden.

Es können Metallschalen, Metall- oder andere Hohlkör­ per als die äußere Hülle bildende Gebilde, die mit den erfindungsgemäßen Hohlkugeln befüllbar sind, ein­ gesetzt werden.

Wird ein Leichtbauelement in einem Formkörper herge­ stellt, wird die Oberfläche des entformten Leicht­ bauelementes im wesentlichen durch die Stützschalen der äußeren Hohlkugeln gebildet, wobei die Größe der Stützschalen der Hohlkugeln im wesentlichen die Rau­ higkeit der Oberfläche bestimmt. Diese Oberfläche kann kaschiert, beschichtet oder mit Abdeckungen ver­ sehen werden.

Ein entformtes Leichtbauelement kann als Roh-Leicht­ bauelement einer Weiter- bzw. Endbehandlung unterzo­ gen werden. Das gut handhabbare Roh-Leichtbauelement kann gesintert, nachgesintert oder zur Füllung der verbliebenen Hohlräume infiltriert werden.

Ein so vorbereitetes Vorprodukt kann beispielsweise als Kern in ein Formwerkzeug einer Kunststoffspritz­ gußmaschine eingesetzt und mit Kunststoff umspritzt werden.

Ein Leichtbauelement bzw. ein Roh-Leichtbauelement kann ggf. durch Biegen oder Pressen verformt werden. Es kann aber auch zerspanend bearbeitet werden. In diesen Fällen sollte jedoch ein fester Verbund der Hohlkugeln gesichert sein, was z. B. mit Hilfe des Funktionsschichtmaterials erreicht werden kann, das der Verformung standhalten kann, ohne dass das Leichtbauelement bei der Verformung bricht.

Vorteilhaft kann für diese Fälle ein Funktions­ schichtmaterial eingesetzt werden, das entweder in mehreren Stufen aushärtet oder über einen längeren Zeitraum über einen bekannten Temperaturbereich pla­ stisch verformbar ist, so dass die Verformung des Leichtbauelementes nach der Behandlung, vor dem ggf. auftretenden vollständigen Aushärten durchgeführt werden kann.

Die Herstellung der Leichtbauelemente kann chargen­ weise, z. B. in Formkörpern aber auch kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich erfolgen. Letzteres ist ins­ besondere für die Herstellung von Halbzeugen günstig.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungs­ beispiel näher erläutert werden.

Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen beheizbaren Form­ körper, in dem ein aus Hohlkugeln gebilde­ ter Schwingungsdämpfer, als Leichtbauele­ ment hergestellt werden kann.

Ein als Leichtbauelement 1 Schwingungsdämpfer ent­ sprechend Fig. 1 wird im wesentlichen aus Hohl­ kugeln, deren Stützschalen aus einem gesinterten Me­ tall, beispielsweise Eisen gebildet sind, herge­ stellt. Sie können, wie dies im Stand der Technik bekannt ist, vorab hergestellt worden sein. Bei die­ sem Beispiel sollten die verwendeten Hohlkugeln einen Außendurchmesser von ca. 1 mm aufweisen, wobei die Durchmesser sämtlicher Hohlkugeln möglichst gleich sein sollten.

Die Hohlkugeln können dann, beispielsweise mittels einer aus DE 197 50 042 C2 bekannten Vorrichtung mit einer pulverförmigen Kupferlegierung beschichtet wer­ den. Dabei wird eine Funktionsschicht mit einer Dicke von ca. 0,3 mm ausgebildet.

Nach dem Aushärten bzw. Trocknen der Funktions­ schicht, einer Lagerung und ggf. einem erforderlichen Transport, können die als lose Schüttung vorliegen­ den, miteinander nicht verklebten Hohlkugeln in einen geteilten Formkörper 2 eingefüllt werden. Der Form­ körper 2 wird aus mehreren spaltfrei zusammengefügten Einzelteilen gebildet, die nach Herstellung des Schwingungsdämpfers, als ein Beispiel für ein Leicht­ bauelement 1 wieder, getrennt werden können.

Der Formkörper 2 weist weiter eine Einfüllöffnung 4 und elektrische Heizelemente 5 auf. Zur Verdichtung der eingefüllten Hohlkugeln ist der Formkörper 2, bei diesem Beispiel auf einer Vibrationseinrichtung 6 gelagert.

Nach der Befüllung des Formkörpers 2 mit den Hohlku­ aeln durch die Einfüllöffnung 4 wird die Vibrations­ einrichtung 6 aktiviert, so dass die Hohlkugeln in dichter Packung vorliegen und alle Ausformungen des Formkörpers 2 ausfüllen.

Nachfolgend oder parallel hierzu werden die Heizel­ emente 5 mit einer elektrischen Spannungsquelle ver­ bunden, dadurch der Formkörper 2 und demzufolge auch die innere Oberfläche des Formkörpers 2 erwärmt. Da­ durch kommt es zum Erweichen und bei weiterer Tempe­ raturerhöhung zum Schmelzen des Kupfers in der Funk­ tionsschicht. Das geschmolzene Kupfer fließt, umgibt dabei die Oberfläche der Stützschalen der Hohlkugeln und verbindet diese untereinander mit dem geschmolze­ nen Kupfer benachbarter Hohlkugeln. Nach einem empi­ risch ermittelten Zeitablauf und/oder mittels einer Temperaturreglung werden die Heizelemente 5 von der Spannungsquelle getrennt und bei der relativ schnel­ len Abkühlung des Formkörpers wird die Schmelztempe­ ratur des Kupfers entsprechend unterschritten, so dass dieses erstarrt.

Die Abkühlung kann beispielsweise mit in den Formkör­ per 2 eingeleiteter Kühlluft durch das poröse Leicht­ bauelement 1 beschleunigt werden.

Es ist nicht unbedingt erforderlich das gesamte Kup­ fer der Funktionsschicht aufzuschmelzen. Es kann aus­ reichen, äußere Oberflächenbereiche der Funktions­ schichten anzuschmelzen.

Es kann aber auch ausreichen, das Kupfer von Hohlku­ geln, die in äußeren Randbereichen des Leichtbauele­ mentes 1 angeordnet sind, zu schmelzen und die im Inneren angeordneten Hohlkugeln nahezu unbeeinflußt zu lassen, so dass am Leichtbauelement 1 eine Art äußere relativ stabile Schale ausgebildet ist, die ausreicht, das Leichtbauelement zumindest soweit handhabbar zu machen, dass es aus dem Formkörper 2 entnommen werden kann.

Ein solches Leichtbauelement 1 kann dann mit einem weiteren Verfahrensschritt in einem Sinterofen einer weiteren Wärmebehandlung unterzogen werden, um ein vollständiges Aufschmelzen des gesamten Kupfers zu erreichen.

Für den Einsatz eines Leichtbauelementes 1 als Schwingungsdämpfer kann eine hierfür besonders geeig­ nete Kupferlegierung mit ausreichender Stabilität und Festigkeit, der miteinander verbundenen Hohlkugeln ausgewählt werden.

Claims (26)

1. Hohlkugel mit einer Stützschale aus einem ges­ interten anorganischen Material, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Stützschale mindestens eine feste Funktionsschicht ausgebildet ist, die aus einem infolge einer physikalischen und/oder chemischen Behandlung fließfähigen, plastisch und/oder ela­ stisch verformbaren Material besteht.

2. Hohlkugel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Stützschale aus einem Metall, ei­ ner Metalllegierung, einem Metalloxid, einem Glas oder einer Keramik gebildet ist.

3. Hohlkugel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Funktionsschicht aus ei­ nem Material besteht oder eine Materialkomponen­ te enthält, dessen/deren Erweichungstemperatur kleiner, als die Erweichungstemperatur des Stützschalenmaterials oder der Temperatur bei der die Stützschale instabil wird, ist.

4. Hohlkugel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht aus einem Material besteht oder eine Material­ komponente enthält, dessen/deren Schmelztempera­ tur kleiner, als die Schmelztemperatur des Stützschalenmaterials oder der Temperatur bei der die Stützschale instabil wird, ist.

5. Hohlkugel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht aus einem organischen, mit einem Lösungsmittel lösbaren Polymer gebildet ist oder ein solches Polymer enthält.

6. Hohlkugel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht aus einem Polymer, ausgewählt aus Ethylenvinyl­ acetat Copolymeren, Polyamiden, Polyester, Ep­ oxidharz oder Bindemitteln auf Kautschukbasis gebildet ist oder ein solches Polymer enthält.

7. Hohlkugel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, dass das Polymer ein Pulverlack auf Epoxid­ harzbasis ist.

8. Hohlkugel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht ein Metall, ein Metalloxid, ein Glas oder eine Keramik enthält oder daraus gebildet ist.

9. Hohlkugel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, dass in der Funktions­ schicht ein Flußmittel, Sinterhilfsmittel oder ein Treibmittel enthalten ist.

10. Hohlkugel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, dass auf der Funktions­ schicht eine Siegelschicht ausgebildet ist.

11. Hohlkugel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, dass die Siegelschicht aus Cellulose, Pek­ tin oder Polyvinylalkohol gebildet ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauelemen­ tes mit Hohlkugeln, deren Stützschalen aus einem gesinterten anorganischen Material bestehen und auf den Stützschalen mindestens eine feste Funk­ tionsschicht ausgebildet ist, bei dem die Hohlkugeln in einen Formkörper (2) oder ein die äußere Hülle des Leichtbauelementes (1) bil­ dendes Gebilde gefüllt,
nach dem Befüllen eine physikalisch und/oder chemische Behandlung, die zur plastischen und/oder elastischen Verformbarkeit des Funktions­ schichtmaterials führt durchgeführt wird und nach dieser Behandlung die das Leichtbauelement bildenden, jeweils benachbarten Hohlkugeln form­ schlüssig und/oder adhäsiv fixiert sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, dass eine Erwärmung bis mindestens zur Erweichung der Funktionsschichten durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, dass das Funktionsschichtmaterial soweit erweicht wird, dass es plastisch verformt wird und sich benachbarte Stützschalen der Hohlkugeln unmittelbar punktförmig berühren.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschalen der Hohlkugeln miteinander verklebt, verlötet oder versintert werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mit der physikali­ schen und/oder chemischen Behandlung das Volumen der plastisch verformten Funktionsschicht dau­ erhaft vergrößert wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, dass das Funktionsschichtmaterial aufge­ schäumt oder aufgequollen wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die eingefüllten Hohlkugeln vor und/oder während der physikali­ schen und/oder chemischen Behandlung verdichtet werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssiges oder gasförmiges Lösungsmittel für das Funktions­ schichtmaterial in den Formkörper (2) oder das Gebilde eingeführt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich­ net, dass das Lösungsmittel nach der Behandlung abgezogen und/oder durch Erwärmung ausgetrieben wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Befüllen die Innenwand des Formkörpers (2) oder des Ge­ bildes mit einem Trennmittel, einem Hüllmittel oder dem Funktionsschichtmaterial beschichtet wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalische und/oder chemische Behandlung in einem Formkör­ per (2) soweit durchgeführt wird, dass Hohlku­ geln insoweit miteinander verbunden sind, dass ein handhabbares, entformbares Roh-Leichtbauele­ ment (1) erhalten wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich­ net, dass das Leichtbauelement (1) verformt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Oberfläche des Leichtbau­ elementes (1) kaschiert, beschichtet oder abge­ deckt wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkugeln kon­ tinuierlich oder quasikontinuierlich in eine Form eingebracht und Leichtbauelemente (1) nach der physikalischen und/oder chemischen Behand­ lung kontinuierlich oder quasikontinuierlich entnommen werden.

26. Leichtbauelement hergestellt aus Hohlkugeln mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25.