DE3935120C2 - Verfahren zur Herstellung von Metallverbundplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Metallverbundplatten der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 bezeichneten Art.

Verfahren dieser Art sind zur Herstellung sogenannter Sandwich­ platten üblich, die im Leichtbau Verwendung finden. Beispielsweise werden Leichtmetalltafeln mit dazwischen befindlicher Kunststoff­ schicht und/oder Sperrholzschicht oder mit dazwischen befindlichen Aluminiumwaben verklebt. Ihr besonderer Vorteil ist eine sehr hohe Steifigkeit bei guter Schalldämmung und Wärmeisolierung. Indes be­ dürfen sie weitgehend der Vorfertigung, denn im Anschluß an die Verbindung ihrer Schichten miteinander lassen sich Umformvorgänge nur noch sehr schwer bewirken, ohne daß dabei die Verbindung der Schichten oder letztere sogar selbst beschädigt werden.

So ist aus der US-PS 3,764,277 ein Verbundkörper bekannt, der aus einer Unter- und einer Deckschicht aus Metallblech und einem dazwischen liegenden Stegmaterial aus Draht besteht, das punktweise mit der Unter- und Deckschicht verschweißt ist. Dabei liegen die Drähte entweder kreuzweise übereinander, wobei die unteren Drähte sinuslinienartig gebogen und mit den darüber liegenden Drähten und der Deckschicht verschweißt sind oder sie bilden ein Geflecht, wobei sowohl die Längs- als auch die querliegenden Drähte sinuslinienartig gebogen und miteinander sowie mit den Unter- und Deckschichten verschweißt sind.

Da hierbei Gitterknotenpunkte der Drähte nicht als solche mit den Unter- und Deckschichten verschweißt sind, sondern jeweils eine obere und eine untere Lage der Drähte sowie zusätzliche Zwischenstellen mit der Unter- und der Deckschicht verschweißt sind, ergibt sich ein Verbundkörper, der nachträglich kaum noch verformt werden kann. Dies ist insbesondere darin begründet, daß die verschiedenen Verbindungsstellen in relativ weit von der neutralen Ebene entfernten Stellen liegen und bei einer Umformung stark auf Schub beansprucht werden und dabei leicht reißen können.

Ferner ist aus der US-PS 3,770,560 ein als Schallschluckausklei­ dung vorgesehener Verbundkörper bekannt, bei dem auf einer Unterschicht aus Kunststoff oder Leichtmetall eine Platte mit regelmäßig verteilten, durchgehenden Löchern oder Sacklöchern als Stegmaterial aufgeklebt ist. Diese Bohrungen nehmen mehr als 60% der Oberfläche ein. Auf diese Platte ist eine ebenfalls gelochte Deckfolie aufgeklebt. Der Verbundkörper hat eine Wandstärke von etwa 3 mm und weist keine Schweißverbindung auf. Er ist überdies nicht zu nachträglicher Umformung vorgesehen, zumal hierdurch die Klebeverbindungen beschädigt würden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches die Herstellung der einleitend bezeichneten Metallverbundplatten gestattet, bei denen unter Beibehaltung des Vorteils geringen Gewichtes und großer Steifigkeit hinzukommt, daß sie im Anschluß an ihre Fertigung auch noch einer Verformung zugänglich sind, die über das bekannt gewesene Zuschneiden in Richtung einer Umformung hinausgeht.

Diese Aufgabenstellung löst die Erfindung durch die Verfahren, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 2 beschrieben sind, für welche die Vorschläge der Unteransprüche 3 bis 7 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen.

Die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichen die Verwendung eines Metallgitters als Stegmaterial. Die herkömmlichen Herstellungsverfahren lassen die Verwendung eines Metallgitters schon deshalb nicht zu, weil die Gitterknotenpunkte einer gleich­ mäßigen Einwirkung der Verbindungsmittel infolge ihrer Verdickung entgegenstehen. Die Erfindung führt nicht nur dazu, daß die Gitterknotenpunkte bis auf die Dicke der Stege selbst abgeflacht werden, sondern darüberhinaus auch noch zu einer größeren Ver­ bindungsfläche im Bereich der Gitterknotenpunkte. Hierdurch werden die Voraussetzungen für die Verbindung mit den Metall­ tafeln erheblich verbessert, da jeder entsprechend abgeflachte Gitterknotenpunkt eine vergrößerte Verbindungsfläche darstellt, die grundsätzlich bessere Voraussetzungen einer Verbindung als lediglich punkt- bzw. linienförmige Berührungsflächen bietet. Grundsätzlich kann die Verbindung dabei in bekannter Weise durch Klebvorgänge, jedoch in vorteilhafter Weise auch durch Ver­ schweißprozesse, wie vor allem das Diffusionsschweißen, her­ gestellt werden.

Insbesondere wird die Verbindung noch dadurch verbessert, wenn das aus Draht hergestellte Metallgitter einschließlich seiner Knotenpunkte zunächst flach gewalzt wird, wobei die Gitterknoten­ punkte in sich verschweißen. Sofern ein Kaltwalzvorgang gewählt wird, wie er im Interesse der Verfestigung des Metallgitters von Vorteil ist, tritt eine Kaltverschweißung ein. Begünstigen läßt sich die erwähnte Verschweißung des Gitters noch dadurch, daß es einem Warmwalzvorgang unterworfen wird, durch den es flachgewalzt wird.

Die durch die Erfindung erreichte Verbesserung der Verbindung zwischen den Metalltafeln und dem Stegmaterial läßt es ins­ besondere zu, die hergestellten Metallverbundplatten einer nach­ träglichen Verformungsbehandlung, beispielsweise durch Biegen, zu unterziehen. Die erwähnten, großflächigen Verbindungsbereiche zwischen den Metalltafeln und dem Stegmaterial erfüllen dabei die Voraussetzung, um den auch bei der Verformung auf­ tretenden scherenden Kräften zu widerstehen.

Der Vorteil der Umformbarkeit der neuen Metallverbundplatte wird vor allem dann erreicht, wenn die Metalltafeln der Verformung einen ge­ ringen Widerstand entgegensetzen als das zwischen ihnen befindliche Metallgitter. Für letzteres wird daher vorteilhaft ein Werkstoff mit gegenüber demjenigen der Metalltafeln erhöhter Festigkeit ein­ gesetzt. Diese Anordnung trägt bei der Umformung durch Biegung des­ halb wirkungsvoll Rechnung, weil im Verlauf der Biegung die jeweils außen liegenden Teile eines Werkstückes plastische Deformationen durch Dehnung oder durch Stauchung erfahren, wohingegen die inneren Bereiche eines Werkstückes in bekannter Weise stark umgeformt werden und die sogenannte neutrale Phase umformungsfrei bleibt.

Für die Anwendung der Erfindung bei aus Stahl bestehenden Metall­ verbundplatten erweisen sich deshalb Metalltafeln aus niedrig ge­ kohlten, tiefziehfähigen Stahlblechen sowie Metallgitter aus höher gekohltem Stahl sehr wirksam.

Entsprechende Steuerungen der Festigkeit über die Zusammensetzung lassen sich bei den meisten anderen Metallen gleichfalls vorneh­ men, so insbesondere bei aus Aluminium bestehenden Metallverbund­ platten.

Die auf der Grundlage der vorgeschlagenen Herstellungsweise vor­ nehmbaren Umformungen lassen die Erzeugung gekrümmter, schalen­ förmiger Werkstücke zu, die in hohem Maße für den Leichtbau von Flugkörpern geeignet sind, bei denen es weiterhin auf hohe Steifig­ keit sowie Wärmeisolation maßgeblich ankommt.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht auf etwa grundlegend gleiche Werkstoffe bei den Metalltafeln und dem Metall­ gitter beschränkt. Gerade unter dem Gesichtspunkt der Gestaltung einer differenzierten Festigkeit der Metallverbund­ platten eignen sich gleichfalls unterschiedliche Metalle für den Verbund, zumal die Klebverbindung möglich ist, so daß ein schweißtechnisch gleichartiges Verhalten der beteiligten Werk­ stoffe nicht Voraussetzung sein muß.

Das verformte Metallgitter läßt sich vorteilhaft durch Roll­ bonding mit den Metalltafeln verbinden. Eine weiterhin interessante Art der Verbindung wird dadurch geschaffen, daß das verformte Metallgitter durch Walzplattieren mit den Metalltafeln verbunden wird.

Als Stegmaterial wurde oben das Metallgitter mit dem Hinweis auf seine besondere gute Eignung vorgeschlagen. Der Rahmen der Er­ findung wird jedoch nicht verlassen, wenn ein bezüglich des Ver­ bindungsverhaltens ähnliches Material angewendet wird. So läßt sich, ohne daß ein Verformungsvorgang einbezogen werden muß, als Stegmaterial eine Metallplatte vorsehen, bei welcher das Metall­ gitter durch Lochung verwirklicht wird. Die Löcher müssen dabei nicht kreisförmig sein, sondern können bei orientierter Belastung zweckmäßig entsprechend ausgerichtet werden. So kommen zum Bei­ spiel bei Belastung in einer Richtung elliptisch geformte Löcher in Betracht, bei denen die große Achse in Richtung der Belastung ausgerichtet ist. Man kann durch Variation des Abstandes der Lö­ cher weiterhin zu einer Optimierung kommen, so daß die Metall­ tafeln verbindende Werkstoffmasse den Anforderungen entspricht.

Zur Veranschaulichung der Erfindung wird auf die schematisch aufzufassenden Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigt:

Fig. 1 die Zusammensetzung einer erfindungs­ gemäßen Metallverbundplatte vor der Verbindung der Metalltafeln mit dem Metallgitter,

Fig. 2 Draufsicht und seitliche Ansicht bei einem ver­ formten Gitterknotenpunkt in vergrößerter Darstellung und

Fig. 3 ein Metallgitter aus einer Metallplatte mit rich­ tungsorientierten Löchern.

Fig. 1 zeigt die obere Metalltafel 1 und die untere Metalltafel 2, zwischen welchen das Metallgitter 3 angeordnet ist. Die Teile sind in noch nicht zusammengefügtem Zustand dargestellt. Somit sind vom Metallgitter 3 die Längsstege 4 und auch die Querstege 6 erkennbar, die sich in den jeweiligen Gitter­ knotenpunkten 5 kreuzen. Nach Vornahme der erforderlichen Verformung werden die Metalltafeln 1 und 2 in Richtung der Pfeile 7 und 8 aufeinander gepreßt, wobei eines der vorgeschlagenen Verbindungsmittel eine dauerhafte Vereini­ gung bewirkt.

Die vorzunehmende Verformung läßt sich aus Fig. 2 erkennen. Danach ist der Gitterknotenpunkt 5 als Schnittpunkt der Stege 4 und 6 bereits abflachend verformt, so daß seine Dicke derjenigen der Stege 4 und 6 gleich ist, wie der untere Teil der Fig. 2 erkennen läßt.

Die vorgenommene Verformung führt dazu, daß der Gitterknotenpunkt 5 eine vergrößerte Querschnittsfläche erlangt, die, wie bereits beschrieben, für eine Verbindung mit den Metalltafeln 1 und 2 in mehrfacher Hinsicht vor­ teilhaft ist.

Fig. 3 zeigt ein gelochtes Metallgitter 9, welches zum Einbau zwischen Metalltafeln vorgesehen ist, die einer Belastung in Richtung der Pfeile 10 und 11 ausgesetzt werden, sobald die Verbundplatte fertiggestellt und in Betrieb genommen ist. Dies hat dazu Anlaß gegeben, das Metallgitter 9 nicht lediglich durch kreisrunde Löcher zu verwirklichen, sondern den Löcher ellip­ tische Querschnitte zu geben, so daß deren große Achsen in der Belastungs­ richtung liegen. Jeweils zwischen mindestens drei dieser Löcher besteht ein Bereich 12, der an die Stelle der ausgewalzten Gitterknotenpunkte der Fig. 1 und 2 tritt. In diesem Bereich ist die Masseanhäufung eindeutig größer als in den dazwischen liegenden Bereichen 13, die an die Stelle der in den Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Stege treten. Der Vorteil dieses gelochten Metallgitters 9 liegt darin, daß auf den Verformungsvorgang, wie er gemäß Fig. 2 angedeutet ist, verzichtet werden kann, da sich durch Lochung einer Metallplatte deren Ebenflächigkeit nicht ändert.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Metallverbundplatten, die aus zwei äußeren, ungelochten Metalltafeln (1, 2) und dazwischen­ liegendem, sie gegenseitig auf Abstand haltendem Stegmaterial in Form eines Metallgitters (3) aus Draht bestehen, mit denen sie verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Stegmaterial ein verformbares Metallgitter (3) verwendet wird, wobei die Gitterknotenpunkte (5) des Metallgitters (3) zunächst durch einen Walzvorgang auf die Dicke eines Drahtes flachgewalzt werden und danach die Gitterknotenpunkte (5) des Metallgitters mit den Metalltafeln (1, 2) verschweißt oder verklebt werden.

2. Verfahren zur Herstellung von Metallverbundplatten, die aus zwei äußeren, ungelochten Metalltafeln (1, 2) und dazwischen­ liegendem, sie gegenseitig auf Abstand haltendem gelochten Stegmaterial bestehen, mit dem sie verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Stegmaterial ein aus einer Metallplatte durch Anordnung von Ausnehmungen gebildetes, verformbares gelochtes Metall­ gitter (9) verwendet wird, wobei diese Ausnehmungen belastungs­ orientiert derart angeordnet und ausgebildet sind, daß das gelochte Metallgitter (9) einer nach seiner Verbindung mit den Metalltafeln (1, 2) erfolgenden Umformung in bestimmter Richtung einen gewünschten Widerstand entgegensetzt, und wobei der zwischen jeweils mindestens drei Ausnehmungen verbleibende Werkstoff einen mit den Metalltafeln (1, 2) zu verschweißenden oder zu verklebenden Gitterknotenpunkt bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen elliptisch geformte Löcher sind, bei denen die große Achse in Richtung der Belastung liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallgitter (3) aus einem Werkstoff von im Vergleich zum Werkstoff der Metalltafeln (1, 2) erhöhter Festigkeit verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Metalltafeln (1, 2) aus niedrig gekohlten, tiefziehfähigen Stahlblechen und Metallgitter (3) aus höher gekohltem Stahl verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgitter (3) durch Rollbonding mit den Metalltafeln (1, 2) verbunden wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgitter (3) durch Walzplattieren mit den Metalltafeln (1, 2) verbunden wird.