DE10161563C1 - Vorrichtung und Verfahren zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum. Die Vorrichtung umfasst ein Induktionsmittel (1), in das ein Hohlprofil (2) einführbar ist, indem ein aufschäumbares Rohmaterial (3) angeordnet ist, wobei das Hohlprofil (2) eine in dessen Längsrichtung (A) verlaufende elektrische Unterbrechung (4) aufweist und mit dem Induktionsmittel (1) an wenigstens einer Stelle in Berührung ist, so dass beim induktiven Aufschäumen des Rohmaterials (3) das Hohlprofil (2) einen Teil des Induktionsmittels (1) bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum in-situ Aus­ schäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum, gemäß Patentanspruch 1 bzw. 10.

Es ist bekannt, dass mit Metallschaum ausgeschäumte Profile insbesondere für Leichtbauanwendungen in der Automobilindustrie sowie in der Luft- und Raumfahrttechnik Anwendungspotential bieten. Der Metallschaum dient dabei als Dämmmaterial sowie zur Steifigkeitserhöhung und als Stoßabsorber z. B. in Crashstrukturen.

Es sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren bekannt, mit denen derartige ausgeschäumte Strukturen erzeugt werden. Die Druckschriften DE 197 44 300 A1 und EP 0 804 982 A2 beschreiben zum Beispiel Anordnungen, bei denen das Aufschäumen eines Rohmaterials in einer Vorkammer durchgeführt wird. Der in der Vorkammer erzeugte Metallschaum hat eine fließfähige, flexible Konsistenz und wird durch geeignete Austrittsöffnungen in gewünschte auszuschäumende Profile eingebracht und dort zum Erstarren gebracht. Folglich wird bei einem derartigen Verfahren der Metallschaum an einer anderen Stelle aufgeschäumt, als er letztendlich benötigt wird. Es ist somit ein separater Transportschritt notwendig. Dies erfordert einen hohen technischen Aufwand, da Schaumbildung und Einbringung getrennt überwacht und koordiniert werden müssen. Des weiteren ist ein Ausschäumen von Profilen mit gleichartigem Schaummaterial (z. B. das Ausschäumen von Aluminiumprofilen mit Aluminiumschaum) sehr schwierig, da aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des auszuschäumenden Profils der Schaum beim Einbringen sehr schnell abkühlt und erstarrt. Dies bringt den Nachteil mit sich, dass Profile mit Hinterschneidungen vor dem Ausschäumen erst erwärmt werden müssen. Die dafür nötige Temperatur liegt jedoch im Bereich der Fließtemperatur des Schaumes und wirkt sich somit negativ auf die Profileigenschaften aus.

Des weiteren ist in der DE 197 34 394 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Her­ stellung von Metallschaum beschrieben, bei der bzw. bei dem der Schaum unmittelbar während der Schaumentstehung aufgebracht wird. Zu diesem Zweck wird das aufschäumbare Rohmaterial in einer sogenannten Schäumzelle aufgeschäumt. Der Metallschaum wird direkt an der Stelle seiner Verarbeitung unter definierten Randbedingungen erzeugt, also z. B. unabhängig von der Gestalt des auszuschäumenden Profils, und wird ohne größere Transportwege in das Profil eingebracht. Um an sehr unzugängliche Stellen im Inneren des auszuschäumenden Profils zu gelangen, kann die Schäumzelle an der Spitze einer stabartigen Schäumlanze angebracht sein. Die Erwärmung des ausschäumbaren Rohmaterials erfolgt mit Hilfe von üblichen Wärmequellen, wie Gasbrenner, elektrische Widerstandsheizung, Induktionsspulen, Elektronenstrahl- und Laserquellen. Hierbei besteht jedoch weiterhin das Problem, Profile mit Hinterschneidungen homogen auszuschäumen, da der Schaum während des Fließens abkühlt. Dieses Problem tritt wiederum insbesondere dann auf, wenn Profile mit gleichartigem Schaummaterial ausgeschäumt werden sollen.

Ferner beschreibt die Druckschrift DE 199 28 997 C2, Rohmaterial durch Bestrahlen mit einem Laser oder einem Elektronenstrahl aufzuschäumen. Dabei wird der Wärmeeintrag auf das auszuschäumende Rohmaterial konzentriert, ohne dass ein das Rohmaterial umgebendes Profil signifikant erwärmt wird. Dadurch wird eine Beschädigung des Hohlprofils vermieden. Ferner ist es vorteilhaft, dass der Schäumvorgang dort stattfindet, wo das aufgeschäumte Material benötigt wird, so dass eine flexible und im wesentlichen formunabhängige Herstellung des Metallschaumes gewährleistet ist. Nachteilig ist jedoch, dass das Verfahren im wesentlichen auf die Anwendungsfälle beschränkt ist, bei denen Profilmaterial und Schaummateriel unterschiedlich sind. Bei einer Kombination gleichartiger Materialien, z. B. Aluminiumprofil und Aluminiumschaum, kommt es aufgrund der erforderlichen Prozesstemperatur, die oberhalb der Schmelztemperatur des Schaummaterials liegt, zu Problemen. Ferner ist beim Erhitzen des aufzuschäumenden Rohmaterials mittels Laser zu Beachten, dass Sichtkontakt zum Rohmaterial besteht. Werden aufeinanderliegende Schichten aufgeschäumt, so ist dies nur sukzessiv möglich und eine geeignete Zuführung des Rohmaterials ist erforderlich, was in der Regel technisch problematisch ist.

Ferner ist aus US 3,087,807 ein Verfahren zum Erzeugen einer geschäumten Metallstruktur bekannt, bei dem ein sich in einer Hohlstruktur 19 befindendes aufschäumbares Material 13 durch induktive Erwärmung aufgeschäumt wird. Zur induktiven Erwärmung wird die Hohl­ struktur 19 samt aufschäumbarem Material 13 durch eine Induktionsspule 20 geführt (bzw. umgekehrt). Um einen stabilen Schaum mit gleichmäßiger Porengröße zu erhalten, wird das sog. "zone foaming" Verfahren angewendet. Dabei wird die Struktur 19 lediglich ab­ schnittsweise ausgeschäumt, quasi nach und nach. Auf diese Weise wird eine ausreichende Kühlung gewährleistet, die zum Erzielen der gewünschten Schaumqualität erforderlich ist.

Daneben ist beispielsweise aus DE 196 35 734 A1 ein verstärktes Formteil mit Schaumfüllung bekannt.

Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum zu schaffen, die bzw. das ein partielles Ausschäumen von Hohlprofilen ggf. mit Hinterschneidungen ermöglicht, insbesondere auch dann, wenn Hohlprofil und Metallschaum aus gleichartigen Materialien bestehen. Dabei soll die Vorrichtung bzw. das Verfahren einfach anwendbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die ein Induktionsmittel umfasst, in das ein Hohlprofil einführbar ist, in dem ein aufschäumbares Rohmaterial angeordnet ist, wobei das Hohlprofil eine in dessen Längsrichtung verlaufende elektrische Unterbrechung aufweist und mit dem Induktionsmittel an wenigstens einer Stelle in Berührung ist, so dass beim induktiven Aufschäumen des Rohmaterials das Hohlprofil einen Teil des Induktionsmittels bildet.

Zentraler Gedanke hierbei ist, dass das Hohlprofil selbst, aufgrund der Kontaktierung mit dem Induktionsmittel, einen Teil des Induktionsmittels darstellt. Dies ist dadurch möglich, dass ferner in dem Hohlprofil in dessen Längsrichtung verlaufend eine elektrische Unterbrechung angeordnet ist, so dass ein Kurzschluss des Induktionsmittels wirkungsvoll verhindert wird. Dies bedeutet gleichzeitig, dass sich die elektrische Unterbrechung über die gesamte Längsrichtung in beliebiger Art und Weise erstreckt. Aufgrund dieser Ausgestaltung wird das Hohlprofil zum "Quasi-Induktor", der beim induktiven Erwärmen des Rohmaterials selber nur geringe Erwärmung erfährt und die Ausbildung des Magnetfeldes positiv beeinflusst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass der Metallschaum direkt an der Stelle erzeugt wird, an der er letztendlich benötigt wird. Dadurch ist ein sehr effektives Ausschäumen gewährleistet, da kein Weiter- bzw. Einleiten des Metallschaumes erforderlich ist. Damit entfallen Einbringungsschwierigkeiten. Ferner ist es vorteilhaft, dass auch Hinterschneidungen im Inneren eines Hohlprofils zuverlässig ausgeschäumt werden, da aufgrund der allseitigen Erwärmung des Rohmaterials eine gleichmäßig Ausdehnung des aufschäumenden Rohmaterials erzielt wird. Dabei kann die Schaumdichte über die Prozessparameter variiert werden. Die Prozessparameter können selbstverständlich auch während des Aufschäumprozesses variiert werden, so dass das Hohlprofil mit einem Gradientenwerkstoff gefüllt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass lediglich wenig Bauteile (Induktionsmittel, Hohlprofil sowie Rohmaterial) erforderlich sind, so dass eine einfache Anordnung mit geringen Prozesskosten realisiert ist.

Es ist zweckmäßig, das Induktionsmittel kühlbar auszubilden. Dies wird beispielsweise durch einen innerhalb des Induktionsmittels angeordneten Kühlwasserkreislauf realisiert. Dies hat den Vorteil, dass das Hohlprofil aufgrund seiner Kontaktierung des Induktionsmittels gleichzeitig mitgekühlt wird, was insbesondere bei einem Ausschäumen des Hohlprofils mit gleichartigem Schaummaterial vorteilhaft ist, da auf diese Weise die Temperatur des Hohlprofils unterhalb der Schmelztemperatur des Rohmaterials gehalten wird.

Vorteilhafterweise entspricht die Form des Induktionsmittels im wesentlichen der Form des Hohlprofils. Dadurch wird eine gleichmäßige Kontaktierung über den gesamten Umfang des Hohlprofils gewährleistet, was ein gleichmäßiges Ausschäumen bewirkt und sich folglich positiv auf die Ausschäumcharakteristik auswirkt. Zudem wird dadurch das zur induktiven Erwärmung des Rohmaterials erforderliche Magnetfeld an die Gegebenheiten optimal angepasst. Dabei ist es besonders vorteilhaft, das Induktionsmittel formanpassbar auszugestalten, das sich automatisch, flexibel an die Form des Hohlprofils anpasst.

Ferner ist es zweckmäßig, dass das Hohlprofil einen kreisförmigen, ovalen, rechteckigen oder einen anderen beliebigen Querschnitt aufweist. Somit ist eine flexible Anwendung gewährleistet.

Besonders zweckmäßig ist es, die elektrische Unterbrechung als Schlitz auszubilden. Dies gewährt eine zuverlässige elektrische Unterbrechung zur Vermeidung eines Kurzschlusses des Induktionsmittels und ist zudem technisch einfach realisierbar.

Gemäß einer alternativen Ausführung ist die elektrische Unterbrechung ein elektrisch nicht leitendes Material, das in die Wand des Hohlprofils integriert ist oder in einen darin angeordneten Schlitz eingebracht ist.

Ferner ist es besonders vorteilhaft, dass Induktionsmittel und Hohlprofil relativ zueinander verschiebbar angeordnet sind. Somit ist nicht nur ein partielles sondern auch ein kontinuierliches Ausschäumen von Hohlprofilen auf einfache Weise möglich.

Daneben ist es von Vorteil, dass die Vorrichtung mobil einsetzbar ist, was insbesondere den Einsatz in der Serienherstellung vereinfacht sowie Reparaturen lokal vor Ort ermöglicht.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren gelöst, das sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass ein auszuschäumendes Hohlprofil in ein Induktionsmittel eingeführt bzw. von dem Induktionsmittel umschlossen wird, so dass das Hohlprofil das Induktionsmittel wenigstens an einer Stelle berührt; wobei das Hohlprofil eine in dessen Längsrichtung verlaufende elektrische Unterbrechung aufweist; dass ein aufschäumbares Rohmaterial innerhalb des Hohlprofils angeordnet wird; und dass das Rohmaterial aufgeschäumt wird, wobei das Hohlprofil einen Teil des Induktionsmittels bildet.

Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass der Schäumprozess dort stattfindet, wo er benötigt wird. Damit entfallen Schwierigkeiten, die bei bekannten Verfahren beim Ein­ bringen des aufgeschäumten Metalls in ein Hohlprofil auftreten. Dabei können Profile dis­ kontinuierlich, kontinuierlich oder partiell ausgeschäumt werden, ohne dass Hinterschnei­ dungen oder andere Asymmetrien des Profils den Ausschäumvorgang behindern. Aufgrund der Tatsache, dass das Hohlprofil einen Teil des Induktionsmittels bildet, und somit nicht oder nur gering erwärmt wird, ist ein Ausschäumen von Hohlprofilen mit Schaum aus ähnlichem Material wie das Hohlprofil möglich. Somit können z. B. Aluminiumprofile ohne weiteres mit Aluminiumschaum ausgeschäumt werden.

Es ist zweckmäßig, dass die elektrische Unterbrechung in das Hohlprofil eingebracht wird, bevor es in das Induktionsmittel eingeführt wird. Vorzugsweise wird die elektrische Unterbrechung dabei durch Aufschneiden des Hohlprofils in dessen Längsrichtung einge­ bracht, so dass ein Schlitz entsteht. Dies stellt eine besonders einfache Vorgehensweise dar. Ein derartiger Schlitz kann sehr schmal ausgebildet werden, so dass die Biegesteifigkeit des Hohlprofils kaum oder nur marginal beeinflusst wird.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird der Schlitz mit einem Isolierstoff aufgefüllt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Außenkontur des Hohlprofiles auf­ rechterhalten werden soll oder dem Hohlprofil zusätzlich Stabilität verliehen werden soll.

Vorteilhafterweise kann auch ein Rohmaterial verwendet werden, das aus einem Gemisch unterschiedlicher Materialien besteht, so dass der aufgeschäumte Metallschaum eine Verbundstruktur aufweist.

Daneben ist es zudem von Vorteil, dass die Prozessparameter während dem Aufschäumen des Rohmaterials geändert werden können, so dass das Hohlprofil mit einem Metallschaum ausgeschäumt wird, der eine Gradientenstruktur aufweist. Somit können auf einfache Weise Schäume mit gewünschten Strukturen und Eigenschaften leicht erzeugt werden.

Ferner ist es vorteilhaft, die Innenwand des Hohlprofils vor dem Ausschäumen mit einer Isolierschicht zu versehen. Dieser Verfahrensschritt ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn das Hohlprofil kontinuierlich ausgeschäumt werden soll, um somit einen Kurzschluss über die elektrische Unterbrechung aufgrund des in dem Hohlprofil sich ausbreitenden Metallschaumes zu verhindern.

Bei einem derartigen kontinuierlichen Ausschäumen ist es von Vorteil, das Induktionsmittel sowie das darin angeordnete Hohlprofil in Längsrichtung relativ zueinander zu bewegen. Dabei kann entweder das Hohlprofil innerhalb des Induktionsmittels verschoben werden, oder das Induktionsmittel bezüglich eines fest angeordneten Hohlprofils. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren an die gegebenen Umstände anpassbar.

Ferner ist es bei manchen Anordnungen zweckmäßig, den Schlitz nach dem Ausschäumen des Hohlprofils durch Schweißen wieder zu verschließen. Dies stellt einen einfachen Arbeitsschritt dar, der ohne weiteres in bestehende Verfahrensabläufe bzw. Anordnungen integriert werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, dass das erfindungsgemäße Verfahren mobil eingesetzt werden kann. Dadurch kann das Verfahren einfach in bestehende Produktionsabläufe integriert werden. Es entfällt z. B. ein Zuliefern von entsprechend ausgeschäumten Bauteilen, was den Herstellungsprozess erleichtert und die Produktionskosten senkt.

Die Aufgabe wird ferner durch ein ausgeschäumtes Hohlprofil-Halbzeug gelöst, das mit der bzw. dem erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Verfahren hergestellt wird.

Zweckmäßigerweise wird das Halbzeug für Crashstrukturen in der Kraftfahrzeugtechnik sowie in der Luft- und Raumfahrt verwendet, insbesondere zur gewichtsspezifischen Erhöhung der Steifigkeit und Crashbeständigkeit.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der beigefügten Abbildungen in näheren Einzel­ heiten erläutert. In denen zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht in Längsrichtung des Hohlprofils, das in ein Induktionsmittel eingeführt ist; und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht in Längsrichtung (Pfeilrichtung A) eines auszuschäumenden Hohlprofils 2, das in ein Induktionsmittel 1 eingeführt ist. Das Induktionsmittel kann als Induktionsspule oder -schleife ausgebildet sein, um nur einige Beispiele zu nennen. Im Inneren des Hohlprofils 2 befindet sich ein aufschäumbares Rohmaterial 3, das aus einem bekannten mittels Kompaktieren hergestellten Gemisch aus Metallpulver (z. B. Aluminium-, Magnesium- oder Zinkpulver) und Treibmittelpulver besteht. Dem Kompaktieren folgt gegebenenfalls ein Strangpressprozess. In Fig. 1 liegt das Rohmaterial 3 in stabförmiger Form vor. Es kann aber auch tabletten- oder granulatförmiges Rohmaterial verwendet werden. Unter tablettenförmigem Rohmaterial sind z. B. gepresste Kügelchen zu verstehen. Ferner kann ein Gemisch aus unterschiedlichen Rohmaterialien verwendet werden, das z. B. auf Al-basierende Kügelchen sowie Keramikkügelchen enthält. Es können jedoch auch verschiedene Rohmaterialien verwendet werden, die auf unterschiedlichen Al-Legierungen basieren. Gleiches ist denkbar für auf Magnesium, Zink etc. basierende Rohmaterialien, die in beliebiger Weise - auch mit Keramik-Rohmaterial - kombiniert werden können. Bei einem stabförmigen Rohmaterial können verschiedene Rohmaterialien sektorförmig, konzentrische oder auf eine andere beliebige Weise angeordnet sein. Die Verwendung von derartigen Rohmaterial-Gemischen führt zum Erzeugen von Verbundschäumen.

Das Hohlprofil 2 in Fig. 1 ist rohrförmig ausgebildet und besteht aus Aluminium, Magnesium, Stahl oder dergleichen. Daneben können aber auch andersartig geformte Hohlprofile verwendet werden, die beispielsweise einen ovalen, rechteckigen oder einen anderen geeigneten Querschnitt aufweisen. Zusätzlich kann das Hohlprofil 2 nicht dargestellte Hinterschneidungen aufweisen. Das Hohlprofil 2 ist innerhalb des Induktionsmittels 1 angeordnet, wobei es das Induktionsmittel 1 wenigstens an einer Stelle berührt. In der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Berührung entlang der gesamten Innenfläche des Induktionsmittels 1, um einen möglichst homogenen und gleichmäßigen Ausschäumvorgang zu bewirken. Die Form des Induktionsmittels 1 ist also idealerweise an die des Hohlprofils 2 angepasst. Bei einem rohrförmigen Hohlprofil 2 wird beispielsweise ein Induktionsmittel 1 verwendet, das einen kreisförmigen Innenquerschnitt aufweist. Weist das Hohlprofil einen rechteckigen Querschnitt auf, so wird ein entsprechend rechteckig ausgebildetes Induktionsmittel ver­ wendet. Alternativ kann ein formanpassbares Induktionsmittel verwendet werden, das aus einer Vielzahl von einzelnen, bewegbaren Elementen besteht, die sich automatisch an die Form des Hohlprofils anpassen. Darüberhinaus kann das Induktionsmittel aufklappbar ausgebildet werden, was die Handhabung beim Umschließen des Hohlprofils erleichtert. Ferner ist das Induktionsmittel 1 vorzugsweise kühlbar ausgebildet. Zu diesem Zweck sind im Induktionsmittel 1 Kühlkanäle 1a angeordnet, durch die z. B. Kühlwasser geleitet wird. Eine derartige Anordnung von Kühlkanälen ist auch bei dem formanpassbaren bzw. kettenförmigen Induktionsmittel möglich. Das Durchströmen des Induktionsmittels 1 mit Kühlwasser bewirkt gleichzeitig eine Kühlung des Hohlprofils 2. Dabei ist die Kühlung umso besser, je enger bzw. besser der Kontakt zwischen Hohlprofil 2 und Induktionsmittel 1 ist.

Für die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung ist es ferner erforderlich, dass in dem Hohlprofil 2 eine sich im wesentlichen entlang der Längsrichtung A erstreckende elektrische Unterbrechung 4 vorgesehen ist (s. Fig. 2). Aufgrund der Kontaktierung von Hohlprofil 2 und Induktionsmittel 1 besteht zwischen diesen beiden Komponenten eine elektrisch leitende Verbindung, was ohne Unterbrechung 4 zu einem Kurzschluss des Induktionsmittels 1 führen würde. Im Kurzschlussfall würde sich also kein Magnetfeld zur Erwärmung des Rohmaterials ausbilden.

Die elektrische Unterbrechung 4 ist in Fig. 2 als Schlitz ausgebildet. Alternativ kann die elektrische Unterbrechung 4 aus einem elektrisch nicht leitenden Material bestehen, das in die Wand des Hohlprofils 2 integriert ist. Eine schlitzförmig ausgebildete elektrische Unterbrechung 4 kann aber auch mit einem geeigneten Isoliermaterial (z. B. Glimmer) gefüllt werden, um gegebenenfalls die Festigkeitseigenschaften zu verbessern. Das Einbringen des Schlitzes wird vorzugsweise vor dem Ausschäumen und vor dem Anordnen des Hohlprofils 2 in dem Induktionsmittel 1 durch Aufschneiden des Hohlprofils 2 in Längsrichtung A bewirkt. Dabei kann der Schlitz gerade, schräg oder in einer anderen beliebigen Form (z. B. L-förmig, U-förmig, Z-förmig etc.) in die Wand des Hohlprofils eingebracht werden. Des weiteren werden in jüngster Zeit insbesondere für Leichtbaukomponenten vermehrt zweiteilige oder aus mehreren Komponenten bestehende Profile verwendet, die beabstandet voneinander angeordnet sind, so dass gegebenenfalls dieser Bearbeitungsschritt von vornherein entfällt.

Das Induktionsmittel 1 wird durch eine HF-Quelle 5 versorgt und im Betrieb bildet sich ein Magnetfeld aus, wodurch das im Inneren des Hohlprofils 2 angeordnete Rohmaterial 3 induktiv erwärmt wird und aufschäumt. Aufgrund des leitenden Kontaktes zwischen Induktionsmittel 1 und Hohlprofil 2 wird dabei das Hohlprofil 2 quasi Teil des Induktionsmittels 1 und das sich aufgrund des Stromflusses ausbildende Magnetfeld weist im wesentlichen in Längsrichtung A. Dabei ist die Konzentration des Magnetfeldes im Zentrum des Induktionsmittels 1, also dort wo das Rohmaterial 3 angeordnet ist, am größten. Das Hohlprofil 2 erwärmt sich im Betrieb kaum bzw. lediglich auf Temperaturen bis zu ca. 100°C, so dass die Profileigenschaften erhalten bleiben. Die geringe Erwärmung des Hohlprofils 2 wird zudem durch die oben beschriebene Kühlwirkung unterstützt.

Auf diese Weise wird das Hohlprofil 2 homogen, partiell ausgeschäumt, wobei der Metallschaum an der Stelle gebildet wird, an der er tatsächlich benötigt wird. Ein weiterer Transportschritt ist nicht erforderlich. Zudem ist auch das Ausschäumen von Hinter­ schneidungen, die innerhalb des Hohlprofils angeordnet sind, aufgrund der symmetrischen Anordnung und der allseitigen Erwärmung des Rohmaterials unproblematisch.

Das Hohlprofil 2 kann jedoch auch kontinuierlich ausgeschäumt werden. Zu diesem Zweck wird die Innenwand des Hohlprofils 2 vor dem Ausschäumen mit einem Isolierstoff (z. B. Ofenlack) überzogen. Der Isolierstoff verhindert einen Kurzschluss über die elektrische Unterbrechung 4, wenn sich das Innere des Hohlprofils 2 mit Metallschaum füllt und dabei statt an der Innenwand des Hohlprofils 2 anliegt. Wird das mit Isolierstoff ausgekleidete Hohlprofil 2 relativ zum Induktionsmittel 1 in Längsrichtung A bewegt, ist ein kontinuierliches Ausschäumen des Hohlprofils 2 möglich. Dabei ist es unerheblich, ob das Induktionsmittel 1 bezüglich des Hohlprofils 2 bewegt wird, oder umgekehrt. Unabhängig davon wird der Metallschaum wiederum dort erzeugt, wo er benötigt wird.

In einem abschließend Arbeitsschritt kann das mit einer schlitzförmigen elektrischen Unterbrechung 4 versehene, ausgeschäumte Hohlprofil 2 durch Schweißen wieder verschlossen werden.

Ferner ist die Erfindung aufgrund des einfachen Aufbaus mobil einsetzbar, insbesondere für den Einsatz in der automatisierten Fertigung. Des weiteren können mit der oben beschriebenen Erfindung ausgeschäumte Hohlprofil-Halbzeuge hergestellt werden, die beispielsweise als Crash-Strukturen in der Fahrzeugtechnik sowie in der Luft- und Raumfahrttechnik Anwendung finden.

Claims (18)

1. Vorrichtung zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum, umfassend ein Induktionsmittel (1), in das ein Hohlprofil (2) einführbar ist, wobei in dem Hohlprofil (2) ein aufschäumbares Rohmaterial (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Innenwand des Hohlprofils (2) mit einem Isolierstoff versehen ist;
das Hohlprofil (2) eine in dessen Längsrichtung (A) verlaufende elek­ trische Unterbrechung (4) aufweist; und
das Hohlprofil (2) mit dem Induktionsmittel (1) an wenigstens einer Stelle in Berührung ist, so dass beim induktiven Aufschäumen des Rohmaterials (3) das Hohlprofil (2) einen Teil des Induktionsmittels (1) bildet.

2. Vorrichtung zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionsmittel (1) kühlbar ausgebildet ist.

3. Vorrichtung zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Induktionsmittels (1) im wesentlichen an die Form des Hohlprofils (2) angepasst ist.

4. Vorrichtung zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktions­ mittel (1) formanpassbar ausgebildet ist.

5. Vorrichtung zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (2) einen kreisförmigen, ovalen, rechteckigen oder einen anderen beliebigen Querschnitt aufweist.

6. Vorrichtung zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Unterbrechung (4) ein Schlitz ist.

7. Vorrichtung zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Unterbrechung (4) aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht.

8. Vorrichtung zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionsmittel (1) und das Hohlprofil (2) relativ zueinander verschiebbar angeordnet sind.

9. Vorrichtung zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mobil einsetzbar ist.

10. Verfahren zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum, gekennzeichnet durch:
Auftragen einer Isolierschicht auf die Innenwand eines auszuschäu­ menden Hohlprofils (2);
Einführen des Hohlprofils (2) in ein Induktionsmittel (1) oder Umschließen des Hohlprofils (2) mit dem Induktionsmittel (1), so dass das Hohlprofil (2) das Induktionsmittel (1) wenigstens an einer Stelle berührt; wobei das Hohlprofil (2) eine in dessen Längsrichtung (A) verlaufende elektrische Unterbrechung (4) aufweist;
Anordnen eines aufschäumbaren Rohmaterials (3) innerhalb des Hohl­ profils (2); und
Induktives Aufschäumen des Rohmaterials (3), wobei das Hohlprofil (2) einen Teil des Induktionsmittels (1) bildet.

11. Verfahren zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Unterbre­ chung (4) in das Hohlprofil (2) eingebracht wird, bevor es in das Induk­ tionsmittel (1) eingeführt wird.

12. Verfahren zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Unter­ brechung (4) durch Aufschneiden des Hohlprofils (2) in dessen Längs­ richtung (A) eingebracht wird, so dass ein Schlitz entsteht.

13. Verfahren zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz mit einem Isolierstoff gefüllt wird.

14. Verfahren zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial (3) aus einem Gemisch unterschiedlicher Materialien besteht, so dass das Hohlprofil (2) mit einem Metallschaum ausgeschäumt wird, der eine Verbundstruktur aufweist.

15. Verfahren zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessparameter während dem Aufschäumen des Rohmaterials (3) derart variiert werden, dass das Hohlprofil (2) mit einem Metallschaum ausge­ schäumt wird, der eine Gradientenstruktur aufweist.

16. Verfahren zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Induk­ tionsmittel (1) und das darin angeordnete Hohlprofil (2) in Längsrichtung (A) relativ zueinander bewegt werden, um das Hohlprofil (2) kontinuierlich auszuschäumen.

17. Verfahren zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz nach dem Aus­ schäumen des Hohlprofils (2) durch Schweißen verschlossen wird.

18. Verfahren zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen mit Metallschaum nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mobil eingesetzt wird.