DE10248056A1

DE10248056A1 - Metallelement, Verfahren zu seiner Herstellung und Anwendung

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Publication number: DE10248056A1
Application number: DE10248056A
Authority: DE
Original assignee: Adolf Wuerth GmbH and Co KG
Current assignee: Adolf Wuerth GmbH and Co KG
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-22

Abstract

Ein schwammartig aufgebautes Metallelement wird vorgeschlagen, mit einer Vielzahl von im wesentlichen linear ausgebildeten Stabelementen, einer Vielzahl von Knoten, in denen sich mindestens zwei Stabelemente treffen, sowie mit zwischen den Stabelementen und den Knoten freibleibenden Poren bildenden Freiräumen, wobei ein überwiegender Teil der Poren, insbesondere alle Poren, offen sind.

Description

Die Erfindung geht aus von einem schwammartig aufgebauten Metallelement, das im Sinne der Erfindung im folgenden auch verkürzt „Metallschwamm" genannt werden soll.
Die bekannten Metallschwämme sind mit überwiegend geschlossenen Poren versehen. Dies bedeutet, dass sie zwar ein geringes Gewicht haben, aber schlecht durchströmt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zu schaffen, Metallelemente in ihren Anwendungsmöglichkeiten weiter zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein metallisches Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 20, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und die Verwendung nach den Ansprüchen 14 bis 19 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche. Der Wortlaut aller Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Durch die Offenporigkeit der Zwischenräume zwischen den Knoten und den Stabelementen, die im übrigen nicht geradlinig verlaufen müssen, kann ein solches Metallelement durchströmt werden, wobei der Widerstand durch die Anzahl der Poren pro Volumeneinheit in weiten Grenzen eingestellt werden kann.
Hierzu kann die Auswahl des Platzhaltermaterials dienen. Die Druckfestigkeit wird durch die Anordnung der Stäbe, die im wesentlichen auf Druck beansprucht werden, in der räumlich angeordneten Struktur gegeben. Unter Umständen kann eine in erster Linie flächige Struktur ebenfalls Vorteile bringen.
Die Stäbe treffen sich vorzugsweise räumlich in den Knoten. Dies ergibt eine gegenseitige Abstützung in allen Dimensionen. Insgesamt entsteht eine räumliche Struktur ähnlich dem offenen Aufbau von Knochengeweben.
Das Metallelement nach der Erfindung führt bei einer hohen Festigkeit und Steifigkeit zu einer Gewichts- und Materialeinsparung von bis zu 90 und mehr.
Das Element hat eine große Druckfestigkeit, die durch die Auswahl der Materialien und den Aufbau der Struktur in weiten Grenzen gestaltet werden kann.
Einsatzgebiete:
Flammschutzeinrichtungen: In Versuchen wurde herausgefunden, dass bei Verwendung einer Platte aus dem Metallelement trotz Zünden eines explosiven Gases auf einer Seite der Platte auf der anderen Seite nur niedrige Temperaturen auftraten.
Da das Metallelement eine sehr große Oberfläche in der Schwammstruktur mit einer großen Wärmeleitfähigkeit verbindet, je nach Auswahl der verwendeten Metalle und ggf. einer Beschichtung, ist ein solches Metallelement als Wärmetauscher besonders geeignet.
Ein Metallelement kann auch als Katalysatorträger dienen, wegen seiner großen Oberfläche und der offenen Poren. Dabei kann das Metall nach Herstellung des Metallschwamms gerade wegen seiner Durchströmbarkeit mit der Katalysatorschicht durch Aufdampfen versehen werden.
In der Medizintechnik kann der Metallschwamm z. B. bei Osteostenose-Operationen als Ersatz von Knochengewebe dienen, wozu insbesondere eine Titanlegierung verwendet wird. Diese ist biokompatibel. Wegen seiner hohen Druckbelastbarkeit kann der Knochen anschließend sofort wieder belastet werden. Diese Titanlegierung kann für lange Zeit im Körper bleiben.
Der Metallschwamm kann als leichtes aber druckfestes Konstruktionsmaterial verwendet werden. Die Art der Herstellung ermöglicht es, Körperformen mit massiver Außenhaut und schwammartiger Innenstruktur zu gestalten. Es ist weder Schweißen noch Löten oder Kleben erforderlich, um eine geschlossene Außenhaut zu ermöglichen. Schweißen und Löten sind aber bei Bedarf und dem entsprechenden Zusatzmetall auch möglich.
Als Konstruktionselement ist der Metallschwamm insbesondere beim Fahrzeugbau, im Luft- und Raumfahrtbau und im Schiffsbau anwendbar.
Ein Schnitt durch ein solches Metallelement sieht ähnlich aus wie ein Schnitt durch einen anderen Schwamm, mit dem Unterschied, dass die Poren offen sind.

Claims

Schwammartig aufgebautes Metallelement, insbesondere Metallschwamm, mit 1.1 einer Vielzahl von im wesentlichen linear ausgebildeten Stabelementen, 1.2 einer Vielzahl von Knoten, 1.2.1 in denen sich mindestens zwei Stabelemente treffen, sowie mit 1.3 zwischen den Stabelementen und den Knoten frei bleibenden Poren bildenden Freiräumen, wobei 1.4 ein überwiegender Teil der Poren, insbesondere alle Poren, offen sind.
Metallelement nach Anspruch 1, im wesentlichen aus einem einzigen Metall bestehend.
Metallelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Metall mit einem weiteren Material beschichtet ist.
Metallelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine Schicht aus Keramik besteht.
Metallelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine Schicht aus Metall besteht.
Metallelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beschichtung aus einer Titanlegierung besteht, insbesondere TiAl64V.
Metallelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Raumverhältnis von Metall zu Poren im Bereich von etwa 2 bis etwa 10 % liegt.
Metallelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Stabelemente in einer räumlich insbesondere gleichmäßig verteilten Struktur, insbesondere oktaederförmig, angeordnet sind.
Metallelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Stabelemente im wesentlichen auf Druck beansprucht sind.
Verfahren zum Herstellen eines Metallelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Verfahrensschritten: 10.1 ein Filterschwamm wird aus einem leicht zerstörbaren Platzhaltermaterial in bekannter Weise hergestellt, 10.2 der Filterschwamm wird vorzugsweise unter Vakuum mit Schlicker gefüllt, der Schlicker wird getrocknet und gesintert, 10.3 das Platzhaltermaterial des Filterschwamms wird beseitigt, 10.4 die dadurch entstandene Gießform wird mit Metall ausgegossen, 10.5 das Schlickermaterial wird beseitigt.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem als Platzhaltermaterial ein Thermoplastmaterial verwendet wird, das beim Sintern des Schlickers verbrannt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Schlickermaterial chemisch aufgelöst und/oder ausgewaschen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem das Metallelement anschließend durch mechanische und/oder nichtmechanische Bearbeitung in eine gewünschte Außenform gebracht wird.
Verwendung eines Metallelements nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Material für Flammschutzeinrichtungen.
Verwendung eines Metallelements nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Wärmetauscherelement.
Verwendung eines Metallelements nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Katalysatorträger insbesondere für Abgaskatalysatoren.
Verwendung eines Metallelements nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Filterelement.
Verwendung eines Metallelements nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Knochenimplantat bzw. -Prothese.
Verwendung eines Metallelements nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Konstruktionselement, ggf. mit einer geschlossenen metallischen und/oder nichtmetallischen Außenhaut.
Metallelement, herstellbar durch das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 19.