DE19800008C1 - Verfahren zum Endformen eines Bauteils mit einer Schicht aus metallischem Schaumwerkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Endformen eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die DE 196 12 781 C1 zeigt ein Verfahren zur Endformung derartiger Bauteile, bei dem ein Halbzeug zunächst zu einem Formhalbzeug umgeformt, beispiels­ weise tiefgezogen, wird, das dann in einer Aufschäumform auf seine endgültige Dicke aufgeschäumt wird.

Um ein derartiges Verfahren in Großserienproduktion anwenden zu können, ist es erforderlich, die Bildung des Bauteils möglicht effizient und schnell durchführen zu können. Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend zu optimieren.

Die Erfindung löst dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Durch die Aufbringung einer reflektionsmindernden Schicht auf das aufzuschäu­ mende Formhalbzeug wird die Verweilzeit in der Aufschäumform, in der ein Er­ hitzen des Formhalbzeugs zur Bewirkung des Aufschäumens der Metallschaum­ schicht stattfindet, erheblich verringert. Wenn das Formhalbzeug unterseitig in der Aufschäumform abgestützt ist und hier eine Energieübertragung durch Wärmelei­ tung stattfindet, hingegen die Oberseite einer Strahlungsquelle zugewandt ist, genügt es, nur die Oberseite zu beschichten. Vorteilhaft ist dabei insbesondere eine Rußbeschichtung, beispielsweise Acetylenruß, die entweder über offener Flamme oder durch ein entsprechendes Beschichtungsverfahren einfach aufzu­ bringen ist und nach dem Aufschäumvorgang von dem fertigen Bauteil entfernt werden kann. Gegenüber einer unbehandelten Aluminiumdeckschicht ist dann die Reflektion während des Aufschäumens so weit vermindert, daß die Verweil­ zeit in der Aufschäumform etwa halbiert ist.

Die Weiterbearbeitung des Bauteils bzw. dessen Weiterführung zur Lagerung kann erheblich beschleunigt werden, wenn das Bauteil nach dem Aufschäumen, was im Temperaturbereich zwischen 500°C und 600°C stattfindet, mit einem Kühlmedium beaufschlagt wird. Diese Beaufschlagung kann noch innerhalb der Aufschäumform stattfinden, wenn in einer das Bauteil unterseitig unterstützenden Abstützschalung Luftkanäle vorgesehen sind, die zur Kühlmittelleitung dienen. Gleichzeitig kann durch die von unten eingeleitete Luft das Bauteil angehoben werden, so daß es leichter aus der Aufschäumform entnommen werden kann.

Eine weitere Verkürzung der Taktzeiten und damit der Verweildauer des Form­ halbzeugs in der Aufschäumform ergibt sich durch ein erfindungsgemäßes Vor­ heizen des Formhalbzeugs auf eine Temperatur, die unterhalb der Zerset­ zungstemperatur des Treibmittels liegt. Sofern derartig vorgeheizte Formhalb­ zeuge in die Aufschäumform eingebracht werden, verliert diese weniger Wärme­ energie als bei Einlegen eines nicht vorgeheizten Halbzeugs. Die weitere Auf­ heizzeit bis zum Einsetzen des Aufschäumvorgangs kann daher erheblich ver­ ringert werden, die Ausnutzung der Aufschäumform ist verbessert.

Es versteht sich, daß die genannten Maßnahmen sowohl einzeln als auch ganz oder teilweise in Kombination durchgeführt werden können, was insbesondere bei Großserienfertigung vorteilhaft sein kann.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus in der Zeichnung beschriebe­ nen Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 das Herstellungsverfahren eines erfindungsgemäßen Bau­ teils im schematischen Überblick,

Fig. 2 die Beschichtung einer Bauteilseite durch eine Flammen­ strecke,

Fig. 3 die Beschichtung einer Oberfläche des Formhalbzeugs durch eine Sprühdüseneinrichtung,

Fig. 4 die oberseitige Kühlung des noch in der unteren Abstütz­ schalung eingelegten Bauteils durch ein flüssiges Kühlme­ dium,

Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4 bei Kühlung durch ein gasförmiges Medium.

Ein erfindungsgemäßes Bauteil 1, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, weist eine aufgeschäumte Schicht 2 auf, die ein Metallpulver und ein Treibmittel um­ faßt, die durch einen Mischungsvorgang homogen miteinander vermengt wurden und anschließend unter Druckeinwirkung, etwa durch axiales Pressen oder durch Strangpressen, zu einem kompakten, aufschäumbaren Halbzeug 2" (Fig. 1) ver­ dichtet und verfestigt worden ist.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die aufgeschäumte Schicht 2 ober- und un­ terseitig mit jeweils einem massivmetallischen Blech 3, 4 versehen, was jedoch nicht zwingend ist und insbesondere bei Ausbildung eines erfindungsgemäßen Bauteils 1 als Crashelement verzichtbar ist. Es ist weiterhin möglich, eine aufge­ schäumte Schicht 2 mit nur einer massivmetallischen Deckschicht 3 bzw. 4 zu verbinden oder auch Verbünde aus mehreren unterschiedlichen aufgeschäumten Schichten, eventuell abgetrennt durch massivmetallische Schichten, herzustellen, etwa um Aufprallelemente zu schaffen, bei denen je nach Aufprallgeschwin­ digkeit und damit -energie eine unterschiedliche Anzahl von aufgeschäumten Schichten an der Verformung durch den Aufprall teilnimmt.

Im Ausführungsbeispiel einer doppelseitig mit massivmetallischen Blechen 3 und 4 versehenen aufgeschäumten Schicht 2 ist die Verbindung zwischen der am Ende des Verfahrens aufgeschäumten Schicht 2 und den massivmetallischen Blechen 3 und 4 unter Druckeinwirkung derart zustandegekommen, daß eine metallische Bindung zwischen den einzelnen Schichten 2', 3', 4' vor der Umfor­ mung und Aufschäumung erreicht worden ist. Dazu bietet sich an, ein Walzplat­ tieren eines Verbundes aus dem aufschäumbaren Halbzeug 2", das nach dem Strangpressen bzw. axialen Pressen entstanden ist, und den massivmetallischen Blechen 3", 4" zwischen zwei Walzen 5 vorzunehmen, so daß ein Verbund­ werkstoff 6 mit Sandwichstruktur zweier massivmetallischer Deckschichten 3' und 4' und einer noch nicht aufgeschäumten porösen Zwischenschicht 2' ent­ steht.

Ein solcher im wesentlichen flächiger metallischer Verbundwerkstoff 6, der in jedem Fall eine noch aufschäumbare Schicht 2' umfaßt, weist zwischen den me­ tallischen Blechen 3' und 4' und der aufschäumbaren Schicht 2' metallische Bin­ dungen auf und steht nun zur weiteren Bearbeitung zur Verfügung. Dieser flä­ chige Verbundwerkstoff 6 wird zunächst in Stücke geeigneter Größe zerteilt, bei­ spielsweise mit Hilfe einer Säge.

Der Verbundwerkstoff 6 wird nun zu einem Formhalbzeug 7 umgeformt, wobei die Umformung sowohl eine kontinuierliche Krümmung des Verbundwerkstof­ fes 6 bewirken kann als auch die Ausprägung einzelner Bereiche.

Das Umformen kann durch bekannte übliche Umformmaßnahmen erfolgen, etwa durch Tiefziehen mit und ohne Niederhalter, wie es im Karosseriebau bekannt ist, oder durch ein einseitiges Umformverfahren, wie etwa das Fluidzellverfahren.

In jedem Falle wird ein Formhalbzeug 7 erhalten, das entweder planebene oder gekrümmte Flächenbereiche enthält und eventuell aus diesem ausgeformte Kontu­ ren und das zur weiteren Bearbeitung eine aufschäumfähige Lage 2' umfaßt.

Gemäß der Erfindung wird das so erhaltene Formhalbzeug 7 vor Einlegen in die Aufschäumform, in der die Treibmittelzersetzung und dann das Aufschäumen der Metallschaumschicht stattfindet, mit einer reflektionsmindernden Beschichtung versehen. Sofern das Formhalbzeug 7 für eine Aufschäumform 9 vorgesehen ist, deren eine Wandung 12 eine Seite 10 des Formhalbzeugs 7 im wesentlichen flächendeckend abstützt und daher einen Kontakt zur Wärmeleitung bietet, ge­ nügt es, die andere Seite 11 des Formhalbzeugs 7 mit der reflektionsmindernden Beschichtung zu versehen, da diese Seite 11 einer Strahlungswärmequelle in der Aufschäumform 9 zugewandt ist. Dieses gilt insbesondere, wenn ohne eine obere Begrenzungsschalung 13 frei geschäumt wird. Durch die reflektionsmindernde Beschichtung, insbesondere eine schwarze Rußbeschichtung, ist die Wärmeab­ sorbtion des metallischen Werkstoffes erhöht, wodurch zum Aufheizen weniger Energie benötigt wird und der Vorgang deutlich beschleunigt ist. Es ergeben sich Aufheizraten von ca. 150°C pro Minute, so daß das Aufschäumen nach drei bis vier Minuten beendet ist.

Die Beschichtung kann einfach aufgebracht werden, wenn das Formhalbzeug 7 mit seiner zu beschichtenden Oberfläche 11 einer Flammenreihe ausgesetzt ist, wobei die Flammen 14 in Kontakt mit der Oberfläche 11 treten und durch die un­ vollständige Verbrennung eine Kohlenstoffschicht in Form von Ruß auf der Ober­ fläche 11 ablagern. Die Anwendung anderer üblicher Beschichtungsverfahren ist selbstverständlich auch möglich, wobei bei allen Verfahren sowohl eine diskrete als auch eine kontinuierliche Beschichtung möglich ist. Dabei kann entweder das Formhalbzeug 7 oder eine Düsenreihe 15, die die Oberfläche 11 mit der Be­ schichtung versieht, verfahren werden, wie in der Zeichnung durch den Pfeil 16 angedeutet.

Claims (5)

1. Verfahren zum Endformen eines aus einem im wesentlichen flächigen Halb­ zeug gebildeten Bauteils, das zumindest eine Schicht aus metallischem Schaum­ werkstoff aufweist, wobei das Halbzeug durch einseitige oder beidseitige Form­ gebung in ein dreidimensionales Formhalbzeug umgeformt wird und an­ schließend in eine Aufschäumform eingebracht und darin aufgeschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Formhalbzeug vor Einbringen in die Auf­ schäumform zumindest einseitig bereichsweise mit einer reflektionsmindernden Beschichtung versehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektions­ mindernde Beschichtung auf derjenigen Seite des Formhalbzeugs aufgebracht wird, die während des Aufschäumens einer Strahlungswärmequelle zugewandt ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Rußbeschichtung ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung in einem Durchlaufverfahren auf das Formhalbzeug aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch einseitige Flammenbeaufschlagung des Formhalbzeugs erfolgt.