DE102006009122A1

DE102006009122A1 - Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler, einen Metallschaum enthaltender Schichtkörper

Info

Publication number: DE102006009122A1
Application number: DE200610009122
Authority: DE
Inventors: Berndt Prof. Dr.-Ing. Viehweger; Gerhard Dipl.-Ing. Richter (FH); Alexander Dipl.-Ing. Sviridov
Original assignee: Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Current assignee: Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-09-06
Also published as: WO2007095878A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen, einen Metallschaum enthaltenden Schichtkörpers und ist insbesondere dazu geeignet, derartige Schichtkörper wirtschaftlich herzustellen. Die Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Verfahren vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, einen dreidimensionalen, einen Metallschaum enthaltenden Schichtkörper zu erzeugen, dessen äußere Geometrie exakt bestimmbar ist, wird gelöst, indem ein flächiger zweidimensionaler Zuschnitt des Schichtkörpers in eine mindestens aus einem Stempel und einer Matrize bestehende Hohlform eingelegt wird. Anschließend wird die Hohlform erwärmt und beim Erreichen des Erweichungspunktes werden Stempel und Matrize so weit aufeinander zugestellt, dass sich die Form schließt. Danach wird der vorgeformte Zuschnitt weiter erhitzt, bis die Aufschäumtemperatur erreicht wird. Dabei wird die dreidimensionale Ausformung des Schichtkörpers ausschließlich durch die beim Aufschäumen auftretenden Kräfte bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen, einen Metallschaum enthaltenden Schichtkörpers gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches und ist insbesondere dazu geeignet, derartige Schichtkörper wirtschaftlich herzustellen.
Die Herstellung von Bauteilen, die völlig oder teilweise aus schäumbaren Materialien bestehen, wie beispielsweise Sandwichbleche (Deckblech – schäumbares Material – Deckblech), erfolgt derzeit durch die getrennt durchgeführten drei Prozesse: Umformen, Aufschäumen und Kalibrieren. Jeder dieser Prozesse erfordert jeweils ein unterschiedliches Werkzeug oder eine gesonderte Vorrichtung. Dies führt zu einem aufwendigen Herstellungsprozess sowie zu hohen Herstellungskosten. Das Ziel der Erfindung ist es, den Herstellungsprozess zu vereinfachen und damit die Herstellungskosten zu senken.
Für die Herstellung von Formkörpern, die ganz oder teilweise aus Metallschäumen bestehen, wurde bereits eine Anzahl verschiedener Verfahren vorgeschlagen.

So beschreibt beispielsweise die DE 197 44 300 B4 ein Verfahren zur Herstellung von gasgenerierte Hohlräume aufweisenden Formkörpern auf Basis von Leichtmetallen unter Einsatz eines, durch Kompaktierung eines Gemisches von Partikeln eines Metalls mit Partikeln eines Treibmittels gefertigten Vormaterial-Formkörpers. Hierbei wird vorgeschlagen, einen Vormaterial-Formkörper in mindestens einem beheizbaren Heiz- und Schäum-Durchlaufrezipienten mit einer Ein- und einer Ausbringungsöffnung einzubringen. In demselben wird der Vormaterial-Formkörper im wesentlichen unter Abdichtung zur Einbringungsöffnung hin auf eine oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und oberhalb der Schmelztemperatur des Metalls liegende Temperatur erhitzt. Der sich infolge Zersetzung des Treibmittels unter Volumenzunahme im Rezipienten ausbildende, in fließfähigplastischem Zustand vorliegende, heiße Metallschaum wird in Form eines kontinuierlich ausgetragenen, fließfähig-flexiblen Metallschaumstranges in zumindest einen mit dem Schaummetall zu erfüllenden Hohlraum bzw. in eine Schaummetallformgebungs-Kokille volumenfüllend eingebracht und zum Erstarren gebracht.

Danach erfolgt im Wesentlichen ein Entformen des erstarrten Schaummetall-Formkörpers. Da hierzu der Metallschaum gut fließfähig sein muss, besteht die Gefahr, dass ein großer Teil des Treibgases entweicht.

Aus der DE 199 11 213 C1 ist ein Verbundbauteil bekannt, welches aus mindestens zwei sich gegenüberliegenden massivmetallischen Blechteilen und einer zwischen den Blechteilen angeordneten aufzuschäumenden Metallpulverschicht besteht, bei dem dieses in einzelnen Querschnittsbereichen zusätzliche Versteifungselemente aufweist, die formschlüssig mit der sie umgebenden aufgeschäumten Metallpulverschicht verbunden sind. Diese sollen zerstörungsfrei untrennbar mit den außenliegenden massiv metallischen Blechteilen verbunden sein.

Für die Herstellung dieses Verbundbauteils wird vorgeschlagen, dass je ein massivmetallisches, bereits in die endgültige Form gebrachtes Blechteil mit einer Metallpulverschicht versehen wird.

Anschließend werden die beiden Blechteile mit ihren mit der Metallpulverschicht versehenen Seiten einander zugewandt übereinander angeordnet.

Letztlich werden die übereinander liegenden Blechteile durch Wärmezufuhr dergestalt aufgeheizt, dass zwischen den einander zugewandten Metallpulverschichten durch einen wärmebedingten Aufschäumungsvorgang eine zerstörungsfrei untrennbare Verbindung hergestellt wird.

Wie leicht zu erkennen ist, werden bei diesem Verfahren, wie bereits oben erwähnt, mehrere verformende Arbeitsschritte nacheinander, für die jeweils getrennte Werkzeuge benötigt werden, ausgeführt. Wesentlich effektiver erscheint das in der den DE 199 05 124 C1 beschriebene Verfahren und die hierfür vorgeschlagene Vorrichtung zur Herstellung eines aus Metallschaum und Metallblech bestehenden Profilteils. Hierbei wird das Metallblech mit einem aufschäumbaren und/oder vorverdichteten Metallpulver versehen. Anschließend wird die Profilgebung des Metall-Verbundblechs mittels Innenhochdruckumformens in einem Gesenk vollzogen. Das aufschäumbare Metallpulver wird gleichzeitig oder nachfolgend direkt im Gesenk aufgeschäumt.

Durch das hierbei angewendete Innenhochdruckumformen ist es möglich, die Außenseite des erzeugten Körpers exakt der vorgegebenen Außenform anzupassen. Dadurch, dass als Innenform jedoch ein Fluid wirkt, ist eine exakte Ausformung der Innenseite nicht zu gewährleisten.

Ausgehend von dieser Beschreibung stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, einen dreidimensionalen, einen Metallschaum enthaltenden Schichtkörper zu erzeugen, dessen äußere Geometrie exakt bestimmbar ist.

Erfindungsgemäß wird ein derartiges Verfahren gemäß den im Hauptanspruch vorgeschlagenen Verfahrensschritten realisiert.

Zur Herstellung eines dreidimensionalen, einen Metallschaum enthaltenden Schichtkörpers wird ein flächiger zweidimensionaler Zuschnitt (1) des Schichtkörpers in eine, mindestens aus einen Stempel (2) und einer Matrize (3) bestehende Hohlform eingelegt.

Hierbei ist es sowohl im Sinne der Erfindung, wenn der Zuschnitt (1) ein ebener Schichtkörper aus einer gesinterten aufschäumbaren Legierung ist, als auch wenn der Schichtkörper aus einer Schicht einer aufschäumbaren Legierung besteht, die von einer oder beiden Seiten mit einem Metallblech überdeckt ist.

Anschließend wird zumindest der Innenraum der Hohlform erwärmt und beim Erreichen des Erweichungspunktes werden Stempel und Matrize so weit aufeinander zugestellt, dass sich die Form schließt.

Dabei ist es ganz im Sinne der Erfindung, wenn beim Schließen der Form eine teilweise Umformung des bereits erweichten Rohlings erfolgt.

Der sich in der geschlossenen Form ergebende Hohlraum entspricht dann dem Volumen des gewünschten Schichtkörpers.

Anschließend wird der vorgeformte Zuschnitt weiter erhitzt bis die Aufschäumtemperatur erreicht wird. Dabei wird die dreidimensionale Ausformung des Schichtkörpers ausschließlich durch die beim Aufschäumen auftretenden Kräfte bewirkt.

Schließlich wird nach dem vollständigen Aufschäumen die Form so weit abgekühlt, dass der erzeugte Formkörper stabil wird und der Form entnommen werden kann.

Im Folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnungen 1 bis 3 in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Dabei zeigt
1 die aus Matrize und Stempel bestehende Form mit eingelegtem Zuschnitt im kalten Zustand
2 die gleiche Form mit eingelegtem Zuschnitt bei Erreichung des Erweichungspunktes
3 die gleiche Form mit ausgeschäumtem Zuschnitt.
Zur Herstellung einer Fensterstrebe für ein Fahrzeug wird ein länglicher Zuschnitt 1 aus den zwei aufeinander liegenden Aluminiumblechen 1a und 1b, zwischen die eine Schicht einer aufschäumbaren Aluminiumlegierung 1c eingebracht ist, in die aus einer Matrize 2 und einem Stempel 3 bestehende Form eingelegt.
Die Form mit dem innenliegenden Zuschnitt wird in einem Ofen erhitzt. Beim Erreichen des Erweichungspunktes passt sich der Zuschnitt den Formteilen soweit an, dass sich die Form vollständig schließen kann. Beim weiteren Anstieg der Temperatur schäumt die zwischen den Blechen befindliche Legierung auf, bis der gesamte Hohlraum mit dem von den Blechen 1a und 1b umschlossenen Schaum ausgefüllt ist. Durch in der Zeichnung nicht dargestellte bekannte Mittel, wie beispielsweise Sperrklinken oder ein ausreichendes Gewicht des Stempels 3, wird dabei verhindert, dass sich die Form während des Aufschäumvorganges öffnet.
Nach Abschluss des Aufschäumvorganges wird die Form so weit abgekühlt, dass die Erweichungstemperatur der Bleche wieder unterschritten wird. Dann kann das auf diese Weise geformte Bauteil der Form entnommen werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen, einen Metallschaum enthaltenden Schichtkörpers, wobei der Schichtkörper mit einem aufschäumbaren und/oder vorverdichteten Metallpulver versehen wird, und die Profilgebung des Schichtkörpers in einem Gesenk vollzogen wird und das aufschäumbare Metallpulver gleichzeitig direkt im Gesenk aufgeschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein flächiger zweidimensionaler Zuschnitt der Schichtkörper in eine, mindestens aus einen Stempel und einer Matrize bestehende Hohlform eingelegt wird, dass der Innenraum der Hohlform erwärmt wird, dass beim Erreichen des Erweichungspunktes Stempel und Matrize so weit aufeinander zugestellt werden, dass der sich dazwischen ergebende Hohlraum dem Volumen des gewünschten Schichtkörpers entspricht, dass anschließend der Rohling weiter erhitzt wird bis die Aufschäumtemperatur erreicht wird, wobei die dreidimensionale Ausformung des Schichtkörpers ausschließlich durch die beim Aufschäumen auftretenden Kräfte bewirkt wird sowie das nach dem vollständigen Aufschäumen die Form so weit abgekühlt wird, dass der erzeugte Formkörper stabil wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schließen der Form eine teilweise Umformung des bereits erweichten Rohlings erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling ein ebener Schichtkörper aus einer gesinterten aufschäumbaren Legierung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling ein ebener Schichtkörper ist, bei dem eine Schicht einer aufschäumbaren Legierung von einer oder beiden Seiten mit einem Metallbereich überdeckt ist.