DE102009034390A1

DE102009034390A1 - Verfahren zur Herstellung von in Gehäuse integrierten Metallschaumkörpern

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Publication number: DE102009034390A1
Application number: DE102009034390A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Blume; Simon Bräutigam; Frank Reining; Enrico Zein; Henrik Stadsgaard; Stefan FRÖHLICH
Original assignee: Alantum Europe GmbH
Current assignee: Alantum Europe GmbH
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-07-24
Also published as: KR20120051032A; DE102009034390B4; WO2011010874A3; CN102470440A; WO2011010874A2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines in ein Gehäuse integrierten Metallschaumkörpers angegeben, welches die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Gehäuses (30a, 30b); Bereitstellen mindestens einer Lage eines plattenförmigen Metallschaums (10); Aufbringen von Bindemittel und von Metallpulver auf den Metallschaum und/oder auf die Innenwand des Gehäuses (10); Ausbilden eins Metallschaumkörpers (20a, 20b) aus der mindestens einen Lage Metallschaum (10), so dass der Metallschaumkörper (20a, 20b) eine Grundfläche A aufweist, welche so dimensioniert ist, dass der Metallschaumkörper (20a, 20b), wenn er in das Gehäuse (30a, 30b) eingesetzt ist, eine Innenwand des Gehäuses (109 an mehreren Punkten berührt; Einbringen des Metallschaumkörpers (20a, 20b) in das Gehäuse (30a, 30b); Erhitzen des Gehäuses (10) und des eingebrachten Metallschaumes (20a, 20b) auf eine Temperatur TS ≧ 1000°C. Es wird auch ein in ein Gehäuse integrierter Metallschaumkörper angegeben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines in ein Gehäuse integrierten Metallschaumkörpers sowie einen in ein Gehäuse integrierten Metallschaumkörper.
Verschiedene Einsätze von Metallschäumen in der Industrie, beispielsweise der Kfz-Industrie, erfordern Metallschaumelemente, welche fest in ein Gehäuse integriert sind. Als Beispiele für solche Einsätze sind Katalysatoren, Filter, Mischer oder Wärmeaustauscher auf der Basis von Metallschäumen zu nennen. Für gewöhnlich wird zur Herstellung derartiger Gehäuse mit Metallschaumkörpern zunächst der Metallschaumkörper als fertiges Formteil ausgebildet, anschließend in ein Gehäuse eingebracht und mit dem Gehäuse verlötet. Alternativ ist auch die Verwendung einer Fasermatte Keramikfasern) als Lagerungselement zwischen Gehäuse und Formkörper möglich. Diese Verbindungen haben allerdings den Nachteil, dass sie sehr temperaturempfindlich sind, was beispielsweise dann Probleme aufwirft, wenn der Metallschaumkörper im Rahmen von Hochtemperaturanwendungen eingesetzt wird, z. B. als motornaher Katalysator. Falls Fasermatten eingesetzt werden, so haben diese Zusatzkosten zur Folge. Darüber hinaus können derartige Fasern aufgrund ihrer kanzerogenen Eigenschaften bei Eintritt in die menschliche Lunge zu Gesundheitsschäden führen.
Bei der Herstellung der Metallschaumkörper selbst findet für gewöhnlich ein Sinterprozess statt, durch welchen eine für den jeweiligen Einsatzbereich gewünschte Oberflächenstruktur sowie eine mechanische und thermische Beständigkeit erzeugt werden. Dieser Sinterprozess findet im Allgemeinen unmittelbar nach Ausbildung und Verfestigung des Metallschaumkörpers statt.
Ein Verfahren zum Herstellen von Metall-/Metallschaum-Verbundteilen ist in der DE 101 27 716 A1 offenbart. Gemäß jenem Verfahren wird ein flächiges oder geformtes Metallteil in den Hohlraum einer Gießform eingebracht, wobei der Hohlraum zumindest teilweise durch das Metallteil begrenzt wird. Anschließend wird ein Gemisch aus einer Metallschmelze und einem bei Raumtemperatur festen Treibmittel in den Hohlraum eingebracht und dort aufgeschäumt. Dieses Verfahren ist jedoch im Zusammenhang mit bestimmten Prozessen für die Metallschaumherstellung inkompatibel, insbesondere mit solchen, bei denen zunächst ein Formkörper aus Polyurethanschaum erzeugt wird, dieser dann mit einer Metallschicht überzogen wird, wobei anschließend eine Ausbrennung des Polyurethanschaums stattfindet.
Es ist demzufolge die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines in ein Gehäuse integrierten Metallschaumkörpers anzugeben, bei dem die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, einen in einem Gehäuse integrierten Metallschaumkörper bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie einen Metallschaumkörper nach Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines in ein Gehäuse integrierten Metallschaumkörpers Folgendes:

– Bereitstellen eines Gehäuses;
– Bereitstellen mindestens einer Lage eines plattenförmigen Metallschaums;
– Aufbringen von Bindemittel und von Metallpulver auf den Metallschaum und/oder auf die Innenwand des Gehäuses;
– Ausbilden eines Metallschaumkörpers aus der mindestens einen Lage Metallschaum, so dass der Metallschaumkörper eine Grundfläche A aufweist, welche so dimensioniert ist, dass der Metallschaumkörper, wenn er in das Gehäuse eingesetzt ist, eine Innenwand des Gehäuses an mehreren Punkten berührt;
– Einbringen des Metallschaumkörpers in das Gehäuse;
– Erhitzen des Gehäuses und des eingebrachten Metallschaumes auf eine Temperatur T_S ≥ 1.000°C.

Bei dem Metallpulver handelt es sich um ein sogenanntes ”Sinterpulver”, das dazu dient, dem Metallschaum Temperaturbeständigkeit sowie eine ausreichende Rauigkeit der Oberflächenstruktur zu verleihen. Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung wird somit der Schritt des Sinterns des Metallpulvers und des Metallschaums aneinander gleichzeitig dafür eingesetzt, eine sichere Verbindung zwischen dem Metallschaumkörper und dem Gehäuse auszubilden, um den Metallschaumkörper in das Gehäuse zu integrieren.
Aufgrund der hohen Temperaturen, welche für den Sintervorgang notwendig sind, wird bei der Erwärmung gleichzeitig eine feste Verbindung zwischen dem Metallschaumkörper und dem umgebenden Gehäuse erzeugt. Es hat sich herausgestellt, dass die so erzeugte Haftung zwischen Metallschaumkörper und Gehäuse auch den hohen Temperaturen standhält, die zum Beispiel in der Nähe eines Kraftfahrzeugmotors auftreten. Somit ist ein gemäß dem obigen Verfahren hergestellter in ein Gehäuse integrierter Metallschaumkörper auch als Katalysator im motornahen Bereich einsetzbar.
Wenn im Rahmen von Ausführungsformen der Erfindung von „plattenförmigem Metallschaum” die Rede ist, so sind darunter biegbare oder nicht biegbare flächenförmige Gebilde mit Stärken zwischen 0,5 und 10 mm zu verstehen. Derartige plattenförmige Metallschäume werden auch als „Sheets” bezeichnet. Für die Herstellung einer Lage eines solchen plattenförmigen Metallschaums kann beispielsweise ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem zunächst eine Lage Schaum aus Polyurethan oder einem ähnlichen Kunststoff hergestellt wird. Anschließend wird auf dem Kunststoffschaum eine Metallschicht aufgebracht, beispielsweise mittels des sogenannten „Slurryverfahrens” oder mittels elektrochemischer Abscheidung. Auf diese Weise entstehen nach dem Ausbrennen des Kunststoffes dünne Metallschaumplatten, welche in den Ausführungsformen der Erfindung eingesetzt werden können.
Die dünnen Metallschaumplatten werden in einem nachfolgenden Verfahrensschritt zu Metallschaumkörpern weiterverarbeitet. Dies kann grundsätzlich auf verschiedene Arten erfolgen. Eine Möglichkeit der Herstellung von Körpern aus den Metallschaumplatten liegt im Stapeln der Platten aufeinander. In diesem Fall kann die Grundfläche A des zu erzeugenden Metallschaumkörpers beispielsweise der Grundfläche der einzelnen Metallschaumplatten entsprechen. Das heißt, dass der fertige Metallschaumkörper senkrecht zur Grundfläche der einzelnen Platten in das Gehäuse eingeschoben wird.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Metallschaumkörper durch Wickeln mindestens einer Lage plattenförmigen Metallschaumes erzeugt werden. Auf diese Weise wird ein zylinderförmiger oder elliptischer Metallschaumkörper hergestellt, dessen Grundfläche A im Wesentlichen kreisförmig bzw. elliptisch ist.
Die Grundfläche A des Metallschaumkörpers ist so dimensioniert, dass eine Berührung des Metallschaumkörpers mit der Innenwand des Gehäuses an mehreren Stellen entlang dem Umfang des Metallschaumkörpers stattfindet. Dies kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass ein Metallschaumkörper dieselbe Form aufweist wie der durch das Gehäuse definierte Hohlraum und die Größen von Hohlraum und Körper im Wesentlichen (das heißt bis auf wenige Mikrometer oder Millimeter) übereinstimmen, sodass der Metallschaumkörper an seinem Außenumfang die Innenwand des Gehäuses berührt. Vorzugsweise berührt der Metallschaumkörper die Innenwand dabei auf seinen gesamten äußeren Umfang in Longitudinalrichtung L des Gehäuses.
Das Bindemittel und das Metallpulver können beispielsweise nacheinander in dieser Reihenfolge oder auch in Form einer Mischung gleichzeitig aufgebracht werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist der Schritt des Aufbringens von Bindemittel und Metallpulver das Anbringen einer Mischung davon auf der Innenwand des röhrenförmigen Gehäuses vor dem Einschieben des Metallschaumkörpers in das Gehäuse. Dies bedeutet, dass das Gehäuse bereits vor dem Einbringen des Metallschaumkörpers im Sinter- und Bindevorgang präpariert wird, das heißt zu einem Zeitpunkt, an dem die Innenwände des Gehäuses frei zugänglich sind. Zusätzlich wird die Mischung auch auf dem Metallschaum aufgebracht, und zwar vor dessen Einbringen in das Metallgehäuse, wie vorstehend beschrieben. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass der Ausdruck „Einbringen”, wie er hier verwendet wird, beispielsweise ein Einschieben in das Gehäuse bedeuten kann, wenn es sich um ein röhrenförmiges Gehäuse handelt. Alternativ dazu kann dieser Ausdruck auch das Einlegen des Körpers in das Gehäuse bezeichnen, beispielsweise dann, wenn es sich bei dem Gehäuse um ein solches handelt, das aus mehreren Schalen aufgebaut ist (z. B. zwei Halbschalen).
Das Metallpulver kann beispielsweise in einem Anteil von etwa 10 Gew.-% bis 80 Gew.-% in der Mischung enthalten sein. Liegt die Zusammensetzung in dem genannten Bereich, so ist einerseits die richtige Konsistenz der Mischung für den Auftrag auf die Oberflächen gewährleistet, und andererseits die Konzentration beider Bestandteile ausreichend hoch, um sowohl den Sinterprozess als auch den Verbindungsprozess mit dem Gehäuse in ausreichender Intensität zu gewährleisten. Gemäß einer Variante kann die Mischung, welche auf die Innenseite des Gehäuses aufgebracht wird, eine andere Zusammensetzung aufweisen, als die Mischung, welche auf die Oberfläche der Metallschaumplatten aufgebracht wird. Insbesondere kann die erstgenannte Mischung einen höheren Anteil an Bindemittel enthalten, während in der zweitgenannten Mischung ein höherer Anteil an Metallpartikeln enthalten ist.
Das Metallpulver kann mindestens zwei der folgenden Metalle als Legierung enthalten: Eisen, Chrom, Aluminium, Nickel. Das Sintern einer Legierung aus den genannten Metallen gewährleistet eine hohe Temperaturbeständigkeit des zusammen mit diesen Materialien gesinterten Metallschaumes, sodass der erzeugte in das Gehäuse integrierte Metallschaumkörper beispielsweise als Katalysator im Hochtemperaturbereich eingesetzt werden kann.
Die Mischung wird vorzugsweise als zähfließende Masse ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Mischung in Form einer Flüssigkeit mit hoher Viskosität vorliegt. Auf diese Weise wird ein Tropfen oder ein Abfließen der Mischung auf senkrecht angeordneten Flächen weitestgehend vermieden. Darüber hinaus ist eine derartige pastöse Mischung leicht aufzutragen.
Die Temperatur T_S kann beispielsweise zwischen 1100°C und 1300°C liegen. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die Sinterung und das Verbinden des Gehäuses mit dem Metallschaum in verschiedenen, getrennten Schritten erfolgen, ist im Zusammenhang mit der Ausführungsform der Erfindung eine Erhitzung nur einmal nötig, wodurch sich insbesondere eine Energieeinsparung ergibt.
Die Temperatur wird vorzugsweise über einen Zeitraum von mindestens etwa 50 Minuten aufrecht erhalten. Hierdurch wird gewährleistet, dass sowohl der Sintervorgang als auch der Verbindungsvorgang vollständig ablaufen.
Das Bindemittel kann beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Bestandteile umfassen: Wasser, Wachs, Lösungsmittel, Kleber.
Das Bindemittel hat die Funktion, der Mischung die gewünschte Konsistenz zu verleihen. Das Bindemittel sollte dabei insbesondere folgende Eigenschaften aufweisen: eine hohe Viskosität (flüssig) bei etwa 20°C, gute Trocknungseigenschaften, nicht toxisch.
Als Gehäuse kann beispielsweise ein Rundrohr bereitgestellt werden, wobei der Metallschaumkörper in diesem Fall vorzugsweise ein Metallschaum mit kreisförmiger oder elliptischer Grundfläche A ist. Der Querschnitt des Metallschaumkörpers sollte dabei im Wesentlichen gleich dem Innenquerschnitt des Gehäuses sein. Eine solche Konfiguration gewährleistet einen leichten Einschub des Metallschaumkörpers in das Gehäuse, wobei zusätzlich bei kreisförmigen Querschnitten aufgrund der rotationssymmetrischen Ausbildung der Grundfläche von Metallschaumkörper und Gehäuse nicht auf die Lage des Metallschaumkörpers beim Einfügen geachtet werden muss. Wenn im Rahmen der Erfindung der Ausdruck ”im Wesentlichen gleich” verwendet wird, so bedeutet dies, dass sich die beiden genannten Querschnitte nur um wenige Millimeter und insbesondere nur um wenige Mikrometer unterscheiden.
Um das Gehäuse ausreichend vor Beanspruchung zu schützen, kann zumindest die Innenwand des Gehäuses aus Edelstahl hergestellt sein. Hierdurch wird gewährleistet, dass bei nachfolgender Bearbeitung des Metallschaumkörpers die Innenoberfläche des Gehäuses im Wesentlichen unbeeinträchtigt bleibt. Zudem hält eine Oberfläche aus Edelstahl den oft extremen Bedingungen stand, wie sie beispielsweise innerhalb eines Auspuffrohres in der Nähe des Motors herrschen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein in ein Gehäuse integrierter Metallschaumkörper hergestellt werden, wobei der Metallschaumkörper eine Innenwand des Gehäuses an mehreren Punkten desselben berührt und wobei der Metallschaum des Körpers mittels einer Sinterverbindung an der Innenwand des Gehäuses befestigt ist. Der Metallschaum ist mit anderen Worten an denjenigen Stellen, an denen er das Gehäuse berührt, an das Gehäuse gesintert, wodurch eine hohe Temperaturstabilität der Verbindung gewährleistet ist.
Wie bereits erwähnt, kann das Gehäuse ein röhrenförmiges Gehäuse mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt sein. In diesem Fall handelt es sich bei dem Metallschaumkörper vorzugsweise um einen zylinderförmigen oder elliptischen Körper, dessen Außenkontur im Wesentlichen gleich der Innenkontur des Gehäuses ist.
Der Metallschaumkörper kann beispielsweise aus Eisen, Chrom, Aluminium oder Nickel oder einer Legierung derselben ausgebildet sein. Hierbei handelt es sich um bevorzugte Materialien, insbesondere für die Katalysatorherstellung, da sie relativ preiswert sind und zugleich eine ausreichende Beständigkeit gegenüber chemisch aktiven Umgebungsbedingungen aufweisen.
Um die Einheit aus Gehäuse und darin integrierten Metallschaumkörper mit ausreichender Beständigkeit gegenüber extremen Umgebungsbedingungen zu versehen, ist es vorzuziehen, dass zumindest die Gehäuseinnenwand aus Edelstahl hergestellt oder mit einer Schicht aus Edelstahl beschichtet ist.
Bei dem in ein Gehäuse integrierten Metallschaumkörper kann es sich um einen Metallschaumkörper handeln, der beispielsweise als Filter oder als Katalysator ausgebildet ist. Derartige Katalysatoren werden häufig in Abgassystemen, beispielsweise in einem Kfz oder in einer Filteranlage eingesetzt und sind dort hohen Temperaturen ausgesetzt. Aufgrund der erwähnten beständigen Verbindung weist der in das Gehäuse integrierte Metallschaumkörper auch bei starker Beanspruchung eine lange Lebensdauer auf.
Die Erfindung wird nunmehr in Bezug auf die beigefügte Zeichnung detaillierter beschrieben, welche nicht beschränkende Ausführungsformen der Erfindung darstellt. Es ist in diesem Zusammenhang anzumerken, dass die Darstellungen in der Zeichnung nicht zwingend maßstabsgetreu sind. Vielmehr kann zur Verdeutlichung eines oder mehrerer Details das wahre Größenverhältnis verzerrt wiedergegeben werden.
In der Zeichnung zeigen:
1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines in ein Gehäuse integrierten Metallschaumkörpers;
2a Lagen plattenförmiger Metallschäume, die gemäß Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbar sind;
2b verschiedene Formen von Metallschaumkörpern, die in Ausführungsformen der Erfindung eingesetzt werden können;
2c den Schritt des Einsetzens von verschiedenen Metallschaumkörpern in ein Gehäuse;
2d mögliche Formen von Metallschaumkörpern, die gemäß Ausführungsformen der Erfindung ausgebildet werden können; und
3 Metallschaumkörper, die in verschiedenen Stellungen in das Gehäuse eingefügt sind.
In 1 ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines in einem Gehäuse integrierten Metallschaumkörpers dargestellt. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt S10, der das Bereitstellen eines röhrenförmigen Gehäuses sowie das Bereitstellen einer Lage eines plattenförmigen Metallschaums enthält.
In einem nächsten Schritt S20 wird Bindemittel und Metallpulver auf den Metallschaum und/oder auf die Innenwand des röhrenförmigen Gehäuses aufgebracht. Dabei kann zunächst der Binder und anschließend das Metallpulver auf der mindestens eine Lage Metallschaum abgeschieden werden. Alternativ dazu können beide Bestandteile in Form einer zuvor hergestellten Mischung aufgebracht werden. Das Aufbringen kann beispielsweise durch Bestreichen der Oberflächen der einzelnen Lagen erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass eine oder mehrere Lagen Metallschaum in die Mischung eingetaucht werden.
Es folgt ein Schritt S30 des Ausbildens eines Metallschaumkörpers aus der mindestens einen Lage Metallschaum. Wie bereits erwähnt, kann dies durch Wickeln einer Lage oder durch Stapeln mehrerer Lagen zu einem dreidimensionalen Körper erfolgen. Der Metallschaumkörper wird dabei so dimensioniert, dass er, wenn er in das Gehäuse eingeschoben bzw. eingesetzt wird, dessen Innenwand an mehreren Stellen, vorzugsweise an seinem gesamten äußeren Umfang berührt. Somit sind ausreichend Kontaktpunkte bzw. -flächen zwischen dem Metallschaumkörper und dem Gehäuse gegeben.
Wenn sichergestellt ist, dass eine ausreichende Menge an Metallpulver und Binder auf dem so hergestellten Metallschaumkörper und der Innenfläche des Gehäuses haftet, so wird in einem nächsten Schritt S40 der Metallschaumkörper in das Gehäuse so tief eingebracht, bis er an dem für ihn vorgesehenen Platz innerhalb des Gehäuses sitzt. Der Metallschaumkörper berührt dabei die Innenwand des Gehäuses an mehreren Stellen, vorzugsweise an seinem gesamten Umfang.
In einem weiteren Schritt S50 wird das Gehäuse zusammen mit dem Metallschaum auf eine Temperatur T_S von mehr als 1000°C erhitzt. Hierbei wird der Metallschaumkörper gesintert und es wird eine Verbindung zwischen Metallschamkörper und Gehäuseinnenwand hergestellt.
Wie in 2a zu erkennen ist, können Lagen von Metallschaum 10 in verschiedenen Formen bereitgestellt werden. Die Form der Metallschaumlagen 10 kann beispielsweise rechteckig oder quadratisch sein, wie unter dem Bezugszeichen 10a gezeigt, rund oder oval, wie unter dem Bezugszeichen 10b gezeigt, sein. Auch die Form einer Kreisbahn ist möglich, wie unter 10c dargestellt. Auf die Oberflächen dieser Lagen Metallschaum 10a, 10b, 10c werden nun Binder und Legierungspulver getrennt oder als Mischung aufgetragen.
In 2b ist die Ausbildung eines Metallschaumkörpers 20a, 20b aus den einzelnen Lagen 10 gezeigt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, die in der Darstellung links abgebildet ist, wird der Metallschaumkörper 20a durch Stapeln mehrerer Lagen 10 aufeinander ausgeformt. Die Darstellung bildet eine Seitenansicht des fertigen Metallkörpers, was bedeutet, dass seine Grundfläche A senkrecht zur Bildebene verläuft.
Gemäß einer Alternative, die in der Darstellung rechts daneben gezeigt ist, kann der Metallschaumkörper 20b auch durch Wickeln einer Lage Metallschaum 10 oder mehrerer Lagen gefertigt werden. Diese Darstellung ist im Gegensatz zur vorherigen eine direkte Draufsicht auf die Grundfläche A. Der hier dargestellte Metallschaumkörper 20b weist mithin die Form eines länglichen Zylinders auf.
In jedem Fall enthält der Köper 20a, 20b aufgrund seines Aufbaus aus flächigen Metallschaumlagen 10 im Inneren verteilt die Mischung aus Bindemittel und Metallpulver (Legierungspulver).
Wie in 2c zu erkennen ist, werden die Metallschaumkörper 20a, 20b in entsprechend ausgebildete Gehäuse 30a, 30b eingeführt. Auf der linken Seite der Darstellung von 2c ist das Gehäuse 30a mit dem darin eingesetzten Metallschaumkörper 20a wiederum in Seitenansicht gezeigt. Es ist zu erkennen, dass der Metallschaumkörper 20a die Innenwand des Gehäuses 30a entlang der gesamten Länge L berührt.
Auf der rechten Seite der Darstellung von 2c ist ein Gehäuse 30b mit kreisförmigem Querschnitt entsprechend der Grundfläche A des Metallschaumkörpers 20b bereitgestellt. Die Innenkontur des röhrenförmigen Gehäuses 30b entspricht dabei in etwa der Außenkontur des Metallschaumkörpers 20b. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass ein guter Kontakt zwischen der Innenwand des Gehäuses 30b und dem Metallschaumkörper 20b besteht. Die Außenkontur des Metallschaumkörpers sollte dabei jedoch nicht so groß sein, dass er beim Einsetzen in das Gehäuse die Innenwand desselben beschädigt oder dass ein übermäßiger Kraftaufwand eingesetzt werden muss, um den Metallschaumkörper in das Gehäuseinnere einzuführen.
Selbstverständlich können auch andere als die gezeigte Querschnittsform von Gehäuse und Metallschaumkörper gewählt werden, beispielsweise ein quadratischer oder rechteckiger Querschnitt. Wenn sich die Querschnittformen von Gehäuse und Metallschaumkörper entsprechen, so ist dadurch gewährleistet, dass sich bei entsprechenden Abmessungen die Umfänge von Metallschaumkörper und Innenwand des Gehäuses über den gesamten Umfang derselben hinweg berühren. Die Einheit aus Gehäuse 30a, 30b und darin eingefügten Metallschaumkörper 20a bzw. 20b kann nunmehr in einen Ofen (in der Abbildung nicht dargestellt) für den Sinterprozess eingeführt werden.
2d zeigt verschiedene Grundflächen A von Metallschaumkörpern, die im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden können. Wie dies zu erkennen ist, sind aufgrund des schichtförmigen Aufbaus aus plattenförmigen Lagen nahezu beliebige Grundflächen möglich, beispielsweise rechteckig, rund, oval oder trioval. Aufgrund der Flexibilität bzw. Biegbarkeit der Metallschaumlagen können auch Wicklungen zu Metallschaumkörpern erfolgen, wie dies vorstehend beschrieben wurde.
In 3 sind mögliche Positionen eines aus mehreren Lagen 10 zusammengesetzten Metallschaumkörpers 20a innerhalb eines Gehäuses 30a gezeigt. Wie dies der Figur zu entnehmen ist, kann der Metallschaumkörper 20a sowohl so eingefügt sein, dass sich die Grundflächen der Lagen 10 senkrecht zu den Seitenwänden des Gehäuses 30a erstrecken (in der Figur links gezeigt), oder so, dass sich die Grundflächen der Lagen 10 jeweils parallel zu den Seitenwänden des Gehäuses 30a erstrecken (in der Figur rechts gezeigt).
Mit der Erfindung wird ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines in ein Gehäuse integrierten Metallschaumkörpers angegeben. Der Verbund aus den beiden Bauteilen zeichnet sich aufgrund der durch einen Sintervorgang erzeugten Verbindung zwischen den Bauteilen durch eine hohe Temperaturbeständigkeit aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10127716 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines in ein Gehäuse integrierten Metallschaumkörpers, aufweisend: • Bereitstellen eines Gehäuses (30a, 30b); • Bereitstellen mindestens einer Lage eines plattenförmigen Metallschaums (10); • Aufbringen von Bindemittel und von Metallpulver (11) auf den Metallschaum und/oder auf die Innenwand des Gehäuses (10); • Ausbilden eines Metallschaumkörpers (20a, 20b) aus der mindestens einen Lage Metallschaum (10), so dass der Metallschaumkörper (20a, 20b) eine Grundfläche A aufweist, welche so dimensioniert ist, dass der Metallschaumkörper (20a, 20b), wenn er in das Gehäuse (30a, 30b) eingesetzt ist, eine Innenwand des Gehäuses (30a, 30b) an mehreren Punkten berührt; • Einbringen des Metallschaumkörpers (20a, 20b) in das Gehäuse (30a, 30b); • Erhitzen des Gehäuses (30a, 30b) und des eingebrachten Metallschaumes (20a, 20b) auf eine Temperatur T_S ≥ 1.000°C.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel und das Metallpulver nacheinander in dieser Reihenfolge oder gleichzeitig in Form einer Mischung aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver in einem Anteil von 10 Gew.-% bis 80 Gew.-% in der Mischung enthalten ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver mindestens zwei der folgenden Metalle als Legierung enthält: Eisen, Chrom, Aluminium, Nickel.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung als zähfließende Masse ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Temperatur T_S gilt: 1.100°C ≤ T_S ≤ 1.300°C.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur T_S über einen Zeitraum von mindestens 50 min aufrechterhalten wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel mindestens einen der folgenden Bestandteile umfasst: Wasser, Wachs, Lösungsmittel, Kleber.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dass als Gehäuse ein röhrenförmiges Gehäuse bereitgestellt wird und dass als Metallschaum ein Metallschaum mit kreisförmiger oder elliptische Grundfläche A bereitgestellt wird, wobei der Querschnitt des Metallschaumes im Wesentlichen gleich dem Innenquerschnitt des röhrenförmigen Gehäuses ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Innenwand des Gehäuses aus Edelstahl hergestellt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ausbildens des Metallschaumkörpers (20a, 20b) das Stapeln mehrerer Lagen von plattenförmigen Metallschaumes (10) umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ausbildens des Metallschaumkörpers (20a, 20b) das Wickeln mindestens einer Lage plattenförmigen Metallschaumes (10) zu einer Rolle umfasst.
In einem Gehäuse integrierter Metallschaumkörper, wobei der Metallschaumkörper (20a, 20b) eine Innenwand des Gehäuses an mehreren Punkten desselben berührt, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum mittels einer Sinterverbindung an der Innenwand des Gehäuses befestigt ist.
Metallschaumkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein röhrenförmiges Gehäuse ist.
Metallschaumkörper nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass er Eisen oder Nickel aufweist.
Metallschaumkörper nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Innenwand des Gehäuses aus Edelstahl ausgebildet ist.
Metallschaumkörper nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaumkörper (20a, 20b) ein Filter oder ein Katalysator ist.