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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bauteilanordnung mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zur Verbindung von zumindest zwei Bauteilen
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 3.
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Aus
der
DE 198 59 933
A1 ist ein Verfahren zum Fügen eines Werkstückes
aus Metallschaum bekannt. Dabei wird das Werkstück aus
Metallschaum bzw. aus einem zellularen Werkstoff mit einem gleichartigen
Werkstück oder einem Werkstück aus massivem Material
entlang eines Fügebereiches in Kontakt gebracht und die
Bauteile werden unter Zufuhr thermischer Energie lokal innerhalb
des Fügebereiches miteinander verschweißt. Um
dabei eine Fügeverbindung auszubilden, die einen möglichst geringen
physikalischen Eigenschaftsgradienten aufweist, wird neben dem lokalen
thermischen Energieeintrag innerhalb des Fügebereichs ein
Triebmittel so zugeführt oder vorgesehen, dass sich in
der durch das lokale Erhitzen des Materials ausgebildeten Schmelze
Blasen bilden, die nach Erstarren der Schmelze zu einer Porosität
innerhalb des Fügebereiches führen.
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Nachteilig
an einem solchen Verfahren zum Verbinden von einem Metallschaumbauteil
mit zumindest einem weiteren Bauteil ist der hohe Aufwand, der betrieben
werden muss, um eine solche Porosität des Verbindungsbereiches
zu bewerkstelligen.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für eine Bauteilanordnung von zumindest einem Metallschaumbauteil
mit einem weiteren Bauteil und für ein Verfahren zur Verbindung
von zumindest einem Metallschaumbauteil mit einem weiteren Bauteil
eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere durch eine wesentlich vereinfachte
und kostengünstigere Durchführung auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird
dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsform
ist Gegenstand des abhängigen Anspruchs.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Bauteilanordnung
aus zumindest einem einen Metallschaumbereich aufweisenden Bauteil
und zumindest einem weiteren Bauteil so auszubilden, dass ein Verbindungsbereich
in dem die zumindest zwei Bauteile miteinander verbunden sind bzw.
miteinander verbunden werden sollen, zumindest teilweise in dem
Metallschaumbereich angeordnet ist und dass der Metallschaumbereich
in dem Verbindungsbereich eine vergleichsweise, insbesondere durch
einen Verdichtungsprozess, reduzierte Porosität aufweist.
Da ein solcher Verdichtungsprozess sogar während des Verbindens
der Bauteile ausgeführt werden kann, ist eine solche Bauteilanordnung
schnell, einfach und kostengünstig herzustellen.
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In
einer weiteren Ausführungsform kann der Verdichtungsprozess
eine Verpressung und/oder eine Erwärmung der Bauteile im
Verbindungsbereich aufweisen.
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Bei
einem solchen Verfahren zur Verbindung von zumindest einem einen
Metallschaumbereich aufweisenden Bauteil mit zumindest einem weiteren Bauteil
werden die zumindest zwei Bauteile in einem zumindest teilweise
in einem Metallschaumbereich angeordneten Verbindungsbereich miteinander
verbunden, wobei durch einen Verdichtungsprozess vor oder während
des Verbindens der zumindest zwei Bauteile miteinander die Porosität
in dem Verbindungsbereich reduziert wird. Aufgrund der Reduktion der
Porosität lässt sich in dem Verbindungsbereich eine
hohe Stabilität sicherstellen, wobei ein Übergangsbereich
vom Verbindungsbereich in den Metallschaumbereich einen geringen,
regelmäßigen physikalischen Eigenschaftsgradienten
aufweisen kann. Dadurch ist ebenfalls auch die Stabilität
einer solchen durch dieses Verbindungsverfahren hergestellten Bauteilanordnung
deutlich erhöht.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in ande ren Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch
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1 eine
Aufsicht auf einen Verbindungsbereich einer Bauteilanordnung,
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2 einen
Querschnitt durch den Verbindungsbereich der Bauteilanordnung.
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Wie
in 1 dargestellt, weist eine Bauteilanordnung 1 zumindest
ein erstes Bauteil 2 und zumindest ein zweites Bauteil 3 auf.
Das erste Bauteil 2 ist mit einem Metallschaumbereich 4 ausgestattet, während
das zweite Bauteil 3 als ungeschäumtes Bauteil
ausgeformt ist. Es ist allerdings auch denkbar, dass beide Bauteile 2, 3 einen
Metallschaumbereich 4 aufweisen. In einem Verbindungsbereich 5 sind
beide Bauteile 2, 3 miteinander verbunden. Dabei
ist der Verbindungsbereich 5 im Metallschaumbereich 4 des ersten
Bauteils 2 angeordnet. Es ist allerdings auch denkbar,
dass der Verbindungsbereich 5 nur teilweise im Metallschaumbereich 4 angeordnet
ist.
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In
der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Verbindung
zwischen den zwei Bauteilen durch eine Schweißnaht 6 hergestellt.
Es sind allerdings auch andere Verbindungstechniken als Schweißen,
wie zum Beispiel Kleben, Nieten, Verschrauben oder dergleichen denkbar.
Dabei sind gerade solche letztgenannten Verbindungsverfahren mit
geringem thermischem Energieeintrag dann sinnvoll, wenn an das erste
Bauteil 2 ein zweites Bauteil 3 angebunden werden
soll, das nicht aus Metall, sondern zum Beispiel aus Kunststoff
besteht. In diesem Fall lässt sich ein Schweißverfahren
zum Verbinden der beiden Bauteile nicht durchführen und
es würde sich anbieten, das zweite Bauteil 3 auf
das erste Bauteil 2 im Verbindungsbereich 5 z.
B. aufzukleben. Alternativ kann der Kunststoff auch auf den metallischen
Verbindungsbereich aufgeschmolzen werden.
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Als
Metallschäume für den Metallschaumbereich 4 kann
zum Beispiel ein Aluminiumschaum aber auch ein Stahlschaum oder
ein Metallschaum aus anderen Metallen oder Legierungen verwendet
werden. Dabei weist ein Metallschaum gasförmige Bläschen,
die von festen metallischen Wänden eingeschlossen sind,
auf.
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Gemäß 2 weist
das erste Bauteil 2 im Verbindungsbereich 5 eine
verminderte Dicke, eine vergrößerte Dichte und
eine verringerte Porosität auf. In einem Übergangsbereich
vom Verbindungsbereich 5 zum Metallschaumbereich 4 ist
der Metallschaumbereich 4 des ersten Bauteiles 2 so
ausgebildet, dass er zumindest einen geringen, möglichst
regelmäßigen physikalischen Eigenschaftsgradienten aufweist.
Dabei sollen als physikalischer Eigenschaftsgradient zum Beispiel
die Dicke, die Dichte oder die Porosität sowie eine Elastizität
verstanden werden können. Unter anderem kann dadurch sichergestellt
werden, dass die Verbindung der beiden Bauteile 2, 3 im
Verbindungsbereich 5 die notwendige Stabilität
aufweist. Würde nämlich im Vergleich dazu das
zweite Bauteil 3 mit einem unveränderten, unbehandelten
Verbindungsbereich 5 im Metallschaumbereich 4 verbunden
werden, so wäre es denkbar, dass das zweite Bauteil 3 unter
dementsprechender Krafteinwirkung von dem Metallschaumbereich 4 abgerissen
werden könnte, wobei ein Teil des Metallschaumbereiches 4 mit
dem zweiten Bauteil 3 verbunden bleiben könnte.
Dies ist durchaus denkbar, da der Metallschaumbereich gegenüber
einer solchen Krafteinwirkung keine hohe Stabilität aufweist.
Da der Verbindungsbereich 5 infolge der Verdichtung eine
höhere Stabilität als der Übergangsbereich 7 oder
der Metallschaumbereich 4 aufweist, müsste im
Falle einer Bauteilanordnung 1 mit einem verdichteten Verbindungsbereich 5 der Metallschaumbereich 4 in
seiner gesamten Dicke durchtrennt werden, damit ein Herausreißen
des zweiten Bauteiles 3 möglich wird. Dazu ist
eine erheblich größere Kraftaufwendung notwendig,
was zu einer erhöhten Stabilität der so ausgebildeten
Bauteilanordnung 1 führt.
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Ein
solcher Verbindungsbereich 5, der zumindest teilweise in
einem Metallschaumbereich 4 des ersten Bauteiles 2 angeordnet
ist, kann durch Verpressen gegebenenfalls unter gleichzeitiger Erwärmung
hergestellt werden. Im Falle eines bevorzugt lasergestützten
Schweißverfahrens ist es sinnvoll, vor dem Verschweißen
den Verdichtungsprozess mit gleichzeitiger oder vorhergehender Erwärmung
durchzuführen, um ein optimales Ergebnis der Schweißnaht 6 zu
erzielen. Es ist aber auch zum Beispiel im Falle eines Klebeverfahrens
denkbar, nach Auftragen des Klebers die Verpressung und das Anpressen
zum Zwecke des Verklebens in einem Schritt auszuführen.
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Bei
der Durchführung eines solchen Verdichtungsprozesses sollte
darauf geachtet werden, dass der Übergangsbereich 7 zwischen
dem Verbindungsbereich 5 und dem Metallschaum 4 so
ausgebildet wird, dass sich die für die Stabilität
relevanten physikalischen Eigenschaften möglichst regelmäßig
und mit einem kleinen Gradienten ändern. Als für
die Stabilität relevante physikalische Eigenschaften kommen
zum Beispiel die Porosität, die Dicke, die Dichte sowie
die Elastizität und andere physikalische Eigenschaften
in Frage. Der Vorteil einer solchen Bauteilanordnung liegt in dem
geringen Gewicht des sehr leichten Metallschaumes, der gleichzeitig
noch Vorteile der Schwingungsdämpfung mit sich bringt.
Das Problem der Befestigung anderer Bauteile an solche Metallschaumbereiche 4 wird
dabei so vorteilhaft gelöst, dass eine ausreichende Stabilität
des Verbindungsbereiches 5 sichergestellt werden kann.
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Als
ein Beispiel für den vorteilhaften Einsatz eines solchen
Verbindungsverfahrens bzw. für eine solche erfindungsgemäße
Bauteilanordnung 1 sei ein Motorgehäuse aus Metallschaum,
das mit einem Rahmen, an dem zum Beispiel die Kurbelwellenlagerung
und die Zylinder befestigt sind, verbunden ist, angeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel stellt das Gehäuse
das erste Bauteil 2 dar und der Rahmen als Tragestruktur
das zweite Bauteil 3. Das erste als Gehäuse ausgebildete
Bauteil 2 kann zum Beispiel komplett aus Metallschaum ausgeformt
sein. An dieses Gehäuse soll nun das als Rahmen ausgebildete zweite
Bauteil 3, wobei der Rahmen als Tragestruktur vollmetallisch
ausgebildet sein kann, angebunden werden. Dabei erfüllt
das Gehäuse im Wesentlichen keine tragende, sondern hauptsächlich
eine dichtende Funktion, da das Öl im Motorraum verbleiben
soll, und kann somit in Leichtbauweise aus Metallschaum ausgebildet
sein. In diesem Ausführungsbeispiel würde man
nun das Gehäuse in wenigstens einem Verbindungsbereich 5 eventuell
unter Zufuhr von thermischer Energie verpressen und den Rahmen als
zweites Bauteil 3 mit dem Gehäuse als erstem Bauteil 2 in
dem Verbindungsbereich 5 miteinander verschweißen
oder anderweitig aneinander befestigen. Somit erreicht man für
eine solche als Motorgehäuse ausgebildete Bauteilanordnung 1 ein
geringeres Gewicht mit einer damit einhergehenden verbesserten Schwingungsdämpfung
aufgrund des als Metallschaum ausgebildeten Motorgehäuses.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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