EP0588182B1 - Thermisch und akustisch isolierende Verbundbaukörper sowie Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung desselben - Google Patents

Thermisch und akustisch isolierende Verbundbaukörper sowie Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung desselben Download PDF

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EP0588182B1
EP0588182B1 EP93114133A EP93114133A EP0588182B1 EP 0588182 B1 EP0588182 B1 EP 0588182B1 EP 93114133 A EP93114133 A EP 93114133A EP 93114133 A EP93114133 A EP 93114133A EP 0588182 B1 EP0588182 B1 EP 0588182B1
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EP
European Patent Office
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powder
foamed
workpiece
aluminium
sound
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EP93114133A
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EP0588182A2 (de
EP0588182A3 (de
Inventor
Stefan Dr. Lahner
Manfred Roller
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Faist Automotive GmbH and Co KG
Original Assignee
M Faist GmbH and Co KG
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Application filed by M Faist GmbH and Co KG filed Critical M Faist GmbH and Co KG
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/162—Selection of materials
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
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    • B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
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    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/002—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature
    • B22F7/004—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature comprising at least one non-porous part
    • B22F7/006—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature comprising at least one non-porous part the porous part being obtained by foaming
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • B22F2003/1052—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding assisted by energy absorption enhanced by the coating or powder

Definitions

  • the invention relates to a thermally and acoustically insulating composite body in lightweight construction using a foam body and to a method for its production and its use.
  • Such composite bodies are already known from DE-A-2 735 153, but are only acoustically effective. They have the task of forming the greatest possible resistance to the passage of sound waves from one side to the other of the component, which is referred to as "sound-absorbing".
  • such composite bodies occasionally also have the task of damping the formation of sound waves on one side of the component, that is to say of performing a "sound-absorbing" function, for which purpose the composite body directly with the sound-emitting element, for example a body panel, by pressing or gluing and connecting clips.
  • metal for example an aluminum alloy
  • stabilizing particles for example aluminum oxide
  • the foam components used primarily for sound insulation purposes mostly have plastics such as polyurethane (DE-OS 27 35 153).
  • the cell walls represent more or less pliable cuticles.
  • For special tasks it is also known to connect open-cell foam structures with those foam structures which are closed-cell or which are filled or impregnated with fillers. The manufacturing costs of such double structures are relatively high. This also applies to open-pore foam fleece (DE-PS 36 24 427).
  • there are also problems with the disposal of constructions that are no longer usable such acoustically effective components are equipped.
  • Thermally insulating laminate elements are also known (DE-A-38 21 468 and DE-U-92 03 734). These laminate elements are partly also acoustically effective. These components are each made up of several different layers of one or more materials, that is to say in a complicated manner. Because they are not self-supporting, you need additional stiffening, usually in the form of an aluminum support plate. With the variants, which are made of different materials, there is also the problem of recycling.
  • the invention has for its object to improve the composite body of the type mentioned in such a way that with good acoustic effectiveness it also has good thermal insulation properties, is easy to manufacture, has lightweight construction features and offers advantages over other materials in disposal.
  • the foam body is designed in a special way.
  • the foam body is formed from a workpiece which has a compacted mixture of powdered aluminum or a powdered aluminum alloy on the one hand and powdered blowing agent or blowing agent on the other hand and, if required, powdered aluminum oxide compounds.
  • the workpiece can For example, be prepared by the method described in DE-PS 40 18 360 and it has been shown that the use of that method, ie the circumvention of the method described in US Pat. No. 4,713,277, is acoustically more effective in producing the material Leads components.
  • This compacted workpiece is placed, for example, in a mold, the cavity walls of which determine the outer contours of the finished foam body.
  • the shape can be made from such that the top is open.
  • the aluminum powder is melted by heating and the blowing gas or blowing gas is released when the blowing agent or blowing agent decomposes, which transforms the aluminum melt into a foam structure with preferably essentially closed cells.
  • the open design With the open design, the possibility of free foaming is given.
  • foamed workpieces By subsequent upsetting free, without thickness limitation, foamed workpieces, the normally relatively round to polygonal foam pores are flattened with increasing degree of compression and molded in an ellipsoidal manner or the cell webs fold in perpendicular to the direction of upsetting. This leads to an anisotropic heat conduction behavior, which leads to a reduction in the heat conduction in the workpiece thickness direction and a slightly increased heat conduction in the workpiece plane direction, ie, a higher thermal insulation of the workpiece.
  • such a mat-shaped pressed workpiece made of the aluminum blowing agent powder mixture into cavities between components and to heat the workpiece so that it inflates between the opposite walls of the components and essentially completely fills the intermediate space.
  • such a component also acts as a vibration-damping unit that dampens the adjacent components and also stiffens the overall construction.
  • the invention therefore offers a simple possibility of forming composite bodies with both mechanical and acoustically damping or insulating functions.
  • the composite body according to the invention favors disposal, since it can be easily separated from other materials of the overall assembly and can be reused without the formation of harmful and polluting gases and vapors in the usual metal separation and processing process. It is therefore also possible to use recyclable aluminum materials for the production of the compacted workpiece and therefore of the sound wave damping or insulating and heat insulating component.
  • a blackening of the workpiece produced on one side leads to a significant increase in the emission coefficient and thus to an increase in thermal insulation.
  • powdered aluminum in large excess over the proportions of the blowing agent powder, in a ratio between 10: 1 and 1000: 1. It is advisable to add compounds containing aluminum oxide in proportions of 0-30% (based on the total amount of powder). In all cases, it should Blowing agents, as well as other constituents, are largely homogeneously distributed in the aluminum powder, unless certain areas of the workpiece from the powder mixture are to foam less when heat is applied.
  • the powder mixture is compacted to the workpiece under a pressure of advantageously between 10 and 500 MPa. Temperatures in the range between 400 and 900 ° C should be used for heating and foaming.
  • the component according to the invention can also be cold-formed even after foaming in order to adapt it even better to certain space requirements.
  • the component according to the invention is particularly preferably used in motor vehicles and machine systems, specifically as a sound-absorbing partition and / or sound-absorbing cover for vibrating wall parts and / or sound-absorbing thermal insulation of the entire exhaust line.
  • components with cell walls made of aluminum or aluminum alloys of the foamed cells forming the foam form a multifunctional structural component which not only corresponds to the wishes of an acoustically good effectiveness, but also solves the above-mentioned object and also has other advantages brings:
  • the aluminum structure is dimensionally stable and therefore self-supporting, but also much better thermally insulating compared to compact aluminum .
  • the total weight is relatively low in the extent of the void formation. Disposal can be done together with the other metal components aluminum in particular without separating. The very costly segregation of plastic parts is avoided, particularly when used in automobile construction. The result is a simple recycling process.
  • FIG. 1 schematically shows in cross section part of a type of “front shell” which, with its curved outer side 2, faces the passenger compartment within a motor vehicle.
  • the component consists of an abundance of hollow cells 3, the cell walls 3a of which, as shown in FIG. 3, consist of aluminum. While the surface 2 facing the passenger compartment has an essentially closed, non-porous, thin aluminum skin which extends to the edge part 5, the sound-generating engine compartment can face the open-cell inner side 1, so that the sound enters the cells 3 or in spaces 3c can penetrate between adjacent cells 3.
  • the inherently rigid foam body 8 from the hollow cells absorbs part of the sound waves that pass through the openings 3b in the cell walls 3a and / or into the spaces 3c penetrate neighboring cells 3, which do not, as at the connection point 3c of adjacent cells 3, frit and / or fuse together in the heat used in the foam formation.
  • the aluminum skin 4 and the edge part 5 of the component are formed, for example, by fusing or frying the cell walls 3a.
  • the component according to the exemplary embodiment of FIG. 1 is provided on the inside 1 with recesses 6;
  • the component has a zone B of less thickness at this point than in the other zones A.
  • the minimum thickness of the component should be 2 mm; the layer thickness of the edge part 5 of the component of FIGS. 1 and 2 is approximately 3 mm, while the layer thickness in the zones A is of the order of cm.
  • the distribution of layer thicknesses, cell and cavity sizes and cell wall thicknesses depends on the functions of sound absorption. In many cases, it is advisable to alternate zones of very good sound absorption with zones per se of less good sound absorption, as a result of which very specific overlay functions can be formed.
  • the mixture in a compacting stage under a pressure of, for example, 50 MPa becomes that in FIG. 4 schematically in cross section shown workpiece 7 pressed together.
  • this can have relatively large dimensions and can be designed like a mat or profile.
  • the workpiece 7 can be made like any other workpiece made of normal aluminum or aluminum alloy without additions using known machining methods, such as Bending, milling, cutting, drilling, punching, extrusion, can be brought into any two or three-dimensional shape 7a.
  • the workpiece 7 is foamed in a heating and deformation stage, for example within a hollow mold, to give the foam body 8 shown schematically in cross section in FIG. 4, which has an essentially open-cell foam structure of the cells 3, but can be covered on the outside with a thin skin 4, without significantly affecting the acoustic effectiveness.
  • a temperature of 750 ° C. is sufficient for heating in order to form a foam body 8 with an average porosity of approximately 80% and an average cell size of approximately 0.8 mm.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen thermisch und akustisch isolierenden Verbundkörper in Leichtbauweise unter Verwendung eines Schaumkörpers sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung.
  • Derartige Verbundkörper, deren Zellwände im wesentlichen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen, sind bereits aus der DE-A-2 735 153 bekannt, sind jedoch nur akustisch wirksam. Sie haben die Aufgabe, einen möglichst großen Widerstand gegen das Hindurchtreten von Schallwellen von der einen auf die andere Seite des Bauelements zu bilden, was als "schalldämmend" bezeichnet wird. Darüber hinaus haben solche Verbundkörper gelegentlich auch die Aufgabe, schon die Entstehung von Schallwellen an der einen Seite des Bauelements zu dämpfen, also eine "schalldämpfende" Funktion zu erfüllen, wozu der Verbundkörper unmittelbar mit dem schallabgebenden Element, beispielsweise einem Karosserieblech, durch Andrücken, Kleben und Klippsen verbunden wird.
  • Auf einem anderen Gebiet, nämlich dem Herstellen von Stoßenergie absorbierenden Bauteilen von Fahrzeugen und von leichten Auftriebskörpern in beispielsweise der Luft- und Raumfahrt, ist es ferner bekannt (DE-B-4 018 360), Metallpulver aus inbesondere einer Aluminiumlegierung mit einem gasabspaltenden Treibmittelpulver, z.B. Titanhydrid, zu mischen und diese Mischung bei einer hohen Temperatur heiß zu kompaktieren, um einen Schaumkörper mit zumindest überwiegend geschlossenen Zellen herzustellen. Dabei ist auch ein nachträgliches Verformen, beispielsweise durch Kaltwalzen, bekannt.
  • Bei einem anderen bekannten (WO 91/03579) Schaumstoffherstellungsverfahren wird Metall, beispielsweise eine Aluminiumlegierung, mit Stabilisierungsteilchen aus beispielsweise Aluminiumoxid auf eine Temperatur oberhalb der Liquidustemperatur der Metallmatrix verschmolzen. Der Schaumstoff wird durch Erzeugen von Gasblasen in der Schmelze und durch Abkühlen hergestellt. Die Herstellungskosten solcher als akustisch absorbierende Paneele und thermisch isolierende Tafeln verwendbarer Schaumkörper sind jedoch verhältnismäßig groß.
  • Darüber hinaus ist es aus der DE-B-3 224 224 bekannt für beispielsweise Auspufftöpfe schalldämpfende Scheiben aus geschäumter Keramik zu verwenden, deren untereinander in Verbindung stehende Poren zur Aufnahme von Abgaskondensaten dienen. Keramisches Material ist jedoch verhältnismäßig starr und kann nach der Formgebung und Sinterung in seiner Form nicht mehr ohne weiteres geändert werden.
  • Ferner ist es bekannt (US-PS 4 713 277), in eine Aluminiumschmelze ein Verdickungsmittel unter Umrühren einzubringen. Dieses Verdickungsmittel (metallisches Calcium) dient zur Stabilisierung der Schmelzenviskosität. Nach Zugabe von Titanhydridpulver in die verhältnismäßig niedrigviskose Aluminiumschmelze wird unter weiterem Rühren eine innige Mischung erzielt. Nun wird das Rührgerät aus der Form genommen und diese wird mit einem Deckel fest verschlossen. Dann wird durch den Aufschäumprozeß ein Schaumstoffkörper gebildet, welcher im wesentlichen geschlossene Zellen aufweist. Die Hohlraumwände der geschlossenen Form definieren die Außenkonfiguration des Schaumstoffkörpers. Zylinderförmige Schaumstoffkörper dieser Art, die mit Durchgangslöchern versehen sind, werden als schalldämpfende Einsätze in Auspufftöpfen verwendet.
  • Die bisher für Schalldämmungszwecke primär verwendeten Bauelemente aus Schaumstoff weisen jedoch meistens Kunststoffe, wie Polyurethan, auf (DE-OS 27 35 153). Dabei stellen die Zellwände mehr oder weniger biegeweiche Häutchen dar. Für Spezialaufgaben ist es auch bekannt, offenzellige Schaumstrukturen mit solchen Schaumstrukturen zu verbinden, welche geschlossenzellig sind oder mit Füllstoffen gefüllt bzw. imprägniert werden. Die Herstellungskosten solcher Doppel-Strukturen sind verhältnismäßig hoch. Dies gilt auch für offenporigen Schaumstoffvlies (DE-PS 36 24 427). Darüber hinaus ergeben sich auch Probleme bei der Entsorgung nicht mehr benutzbarer Konstruktionen, welche mit solchen akustisch wirksamen Bauelementen ausgerüstet sind.
  • Ebenfalls bekannt sind thermisch isolierende Schichtstoffelemente (DE-A-38 21 468 und DE-U-92 03 734). Diese Schichtstoffelemente sind z.T. auch akustisch wirksam. Diese Bauelemente sind jeweils aus mehreren verschiedenen Schichten eines oder mehrerer Werkstoffe, also kompliziert, aufgebaut. Sie benötigen, da die nicht selbsttragend sind, zusätzlich eine Versteifung, meist in Form eines Aluminiumträgerblechs. Bei den Varianten, die aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind, stellt sich zudem das Problem des Recyclings.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verbundkörper der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß er bei guter akustischer Wirksamkeit gleichzeitig gute Wärmeisolationseigenschaften aufweist, einfach herstellbar ist, Leichtbaumerkmale besitzt und gegenüber anderen Materialien Vorteile bei der Entsorgung bietet.
  • Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet, und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen derselben beansprucht. Im Anspruch 7 ist ein bevorzugtes Herstellungsverfahren beansprucht.
  • Auch anhand der Figurenbeschreibung werden bevorzugte Ausbildungsformen noch näher erläutert.
  • Bei dem erfindungsgemäßen akustisch wirksamen und thermisch isolierenden Verbundkörper ist der Schaumstoffkörper in besonderer Weise ausgebildet. Aus einem Werkstück, das eine kompaktierte Mischung aus pulverförmigem Aluminium bzw. einer pulverförmigen Aluminiumlegierung einerseits und pulverförmigem Bläh- bzw. Treibmittel andererseits sowie bedarfsweise pulverförmigen Aluminiumoxidverbindungen aufweist, wird durch Verformen und Erwärmen der Schaumstoffkörper gebildet. Das Werkstück kann beispielsweise nach dem in der DE-PS 40 18 360 beschriebenen Verfahren hergestellt werden und es hat sich gezeigt, daß die Anwendung jenes Verfahrens, d.h. die Umgehung des in der US-PS 4 713 277 beschriebenen Verfahrens, zu wesentlichen Vorteilen bei der Herstellung akustisch wirksamer Bauelemente führt. Abgesehen davon, daß das separate Herstellen einer Aluminiumschmelze, welche nur schwierig zu stabilisieren ist, vor dem Zugeben von Blähmittel vermieden wird, wird die einfache Herstellung beliebiger Formteile beim Anwender selbst möglich, sofern ein derartiges aus Aluminiumpulver und Blähmittelpulver und u.U. aluminiumoxidhaltigem Füllstoff gepreßtes Werkstück als Ausgangsmaterial verwendet wird.
  • Dieses kompaktierte Werkstück wird beispielsweise in eine Form eingelegt, deren Hohlraumwände die Außenkonturen des fertigen Schaumstoffkörpers bestimmt. Die Form kann jedoch aus so ausgebildet sein, daß die Oberseite offen ist. Durch Erhitzen wird das Aluminiumpulver aufgeschmolzen und wird für die Abgabe von Bläh- bzw. Treibgas beim Zersetzen des Bläh- bzw. Treibmittels gesorgt, das die Aluminiumschmelze in eine Schaumstoffstruktur mit bevorzugt im wesentlichen geschlossenen Zellen umformt. Bei der offen gestalteten Formvariante wird damit die Möglichkeit zum freien Aufschäumen gegeben. Durch nachträgliches Stauchen frei, ohne Dickenbegrenzung, aufgeschäumter Werkstücke werden die normal relativ runden bis polygonalen Schaumporen mit zunehmendem Stauchungsgrad abgeflacht und ellipsoidartig eingeformt bzw. falten sich die Zellstege senkrecht zur Stauchrichtung ein. Dies führt zu einem anisotropen Wärmeleitungsverhalten, das zu einer Verringerung der Wärmeleitung in Werkstückdickenrichtung und einer leicht erhöhten Wärmeleitung in Werkstückebenenrichtung führt, d.h. eine höhere Wärmedämmung des Werkstücks bewirkt.
  • Darüber hinaus ist es auch möglich, ein solches beispielsweise mattenförmiges gepreßtes Werkstück aus der Aluminium-Blähmittelpulver-Mischung in Hohlräume zwischen Bauteilen einzulegen und das Werkstück zu erwärmen, so daß es sich zwischen den gegenüberliegenden Wänden der Bauteile aufbläht und den Zwischenraum im wesentlichen vollständig ausfüllt. Außer der akustisch wirksamen schalldämpfenden Aufgabe wirkt ein solches Bauelement gleichzeitig als Vibrationen der anliegenden Bauteile dämmendes und die Gesamtkonstruktion auch versteifendes Aggregat.
  • Die Erfindung bietet daher eine einfache Möglichkeit, Verbundkörper mit sowohl mechanischen als auch akustisch dämpfenden bzw. dämmenden Funktionen zu bilden. Gleichzeitig begünstigt der erfindungsgemäße Verbundkörper die Entsorgung, da es leicht ohne Bildung schädlicher und die Umwelt verseuchender Gase und Dämpfe im üblichen Metalltrenn- und Aufbereitungsverfahren von anderen Werkstoffen des Gesamtaggregats trennbar und der Wiederverwendung zuführbar ist. Es können daher auch recycelbare Aluminiumwerkstoffe zur Herstellung des kompaktierten Werkstücks und daher des Schallwellen dämpfenden bzw. dämmenden und wärmedämmenden Bauelements verwendet werden.
  • Eine Schwärzung des erzeugten Werkstücks auf einer Seite führt zu einer deutlichen Erhöhung des Emissionskoeffizienten und somit zu einer Erhöhung der Wärmedämmung.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 7 empfiehlt es sich, pulverförmiges Aluminium in großem Überschuß über die Anteile des Blähmittelpulvers anzuwenden und zwar in einem verhältnis zwischen 10:1 und 1000:1. Dabei ist es zweckmäßig, zusätzlich aluminiumoxydhaltige Verbindungen in Anteilen von 0-30% (bezogen auf die Gesamtpulvermenge) zuzugeben. In allen Fällen sollte das Treibmittel, als auch andere Bestandteile weitgehend homogen im Aluminiumpulver verteilt sein, sofern nicht bestimmte Bereiche des Werkstücks aus der Pulvermischung bei Anwendung von Wärme weniger stark aufschäumen sollen. Die Pulvermischung wird unter einem Druck von zweckmäßigerweise zwischen 10 und 500 MPa zu dem Werkstück kompaktiert. Zum Erwärmen und Aufschäumen sollten Temperaturen im Bereich zwischen 400 und 900 °C angewendet werden.
  • Das erfindungsgemäße Bauelement kann auch nach dem Aufschäumen noch zusätzlich kaltverformt werden, um es an bestimmte Raumerfordernisse noch besser anzupassen.
  • Besonders bevorzugt verwendet wird das erfindungsgemäße Bauelement bei Kraftfahrzeugen und Maschinenanlagen und zwar als schalldämmende Trennwand und/oder schalldämpfende Abdeckung von vibrierenden Wandteilen und/oder schalldämmende Wärmeisolation des gesamten Abgasstranges.
  • Es hat sich gezeigt, daß Bauelemente mit aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehenden Zellwänden der den Schaumstoff bildenden aufgeschäumten Zellen ein Multifunktions-Strukturbauteil bilden, das nicht nur den Wünschen einer akustisch guten Wirksamkeit entspricht, sondern auch die oben genannte Aufgabe löst und darüber hinaus weitere Vorteile mit sich bringt: Abgesehen von der einfachen Herstellbarkeit durch Aufschäumen von insbesondere Aluminiumpulver und einem gasabspaltenden Treibmittelpulver unter ausreichender Erwärmung insbesondere unmittelbar in der Hohlform, welche den äußeren Konturen des Bauelements entspricht, ist die Aluminiumstruktur formstabil und daher selbsttragend, gegenüber Kompaktaluminium aber auch wesentlich besser thermisch isolierend. Das Gesamtgewicht ist im Ausmaß der Hohlraumbildung verhältnismäig niedrig. Die Entsorgung kann zusammen mit den anderen Metallbauteilen aus insbesondere Aluminium ohne Trennen erfolgen. Insbesondere bei der Anwendung im Automobilbau wird das sehr kostspielige Absondern von Kunststoffteilen vermieden. Ein einfaches Recyclingverfahren ist die Folge.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauteil;
    Figur 2
    einen vergrößerten Ausschnitt aus dem rechten oberen Bereich von Figur 1;
    Figur 3
    einen noch weiter vergrößerten schematischen Aufriß aus einem Teil des Bauelements und
    Figur 4
    schematisch die Stufen des Herstellungsverfahrens.
  • In Figur 1 ist schematisch im Querschnitt ein Teil einer Art "Vorsatzschale" dargestellt, welche mit ihrer gewölbten Außenseite 2 innerhalb eines Kraftfahrzeugs dem Fahrgastraum zugewandt ist. Das Bauelement besteht aus einer Fülle von hohlen Zellen 3, deren Zellwände 3a etwa gemäß Figur 3 aus Aluminium bestehen. Während die dem Fahrgastraum zugewandte Oberfläche 2 eine im wesentlichen geschlossene, nicht poröse dünne Aluminiumhaut aufweist, die sich bis zu dem Randteil 5 hinzieht, kann dem schallerzeugenden Motorraum die offenzellige Innenseite 1 zugewandt sein, so daß der Schall in die Zellen 3 bzw. in Zwischenräume 3c zwischen benachbarten Zellen 3 eindringen kann. Der eigensteife Schaumstoffkörper 8 aus den hohlen Zellen absorbiert einen Teil der Schallwellen, die durch die Durchbrechungen 3b in den Zellwänden 3a und/oder in die Zwischenräume 3c zwischen benachbarten Zellen 3 eindringen, welche nicht wie an der Verbindungsstelle 3c von aneinanderliegenden Zellen 3 bei der bei der Schaumbildung angewendeten Hitze zusammenfritten und/oder verschmelzen. Die Aluminiumhaut 4 und der Randteil 5 des Bauelements sind beispielsweise durch Verschmelzen oder Verfritten der Zellwände 3a gebildet.
  • Um ausladenden Konturen auszuweichen bzw. Abstützelemente aufzunehmen, ist das Bauelement nach dem Ausführungsbeipiel von Figur 1 an der Innenseite 1 mit Aussparungen 6 versehen; zu diesem Zweck weist das Bauelement an dieser Stelle eine Zone B geringerer Dicke als in den anderen Zonen A auf.
  • Die Mindestdicke des Bauelements sollte 2 mm betragen; so beträgt die Schichtdicke des Randteils 5 des Bauelements von Figuren 1 und 2 etwa 3 mm, während die Schichtdicke in den Zonen A in der Größenordnung von cm liegt. Die Verteilung der Schichtdicken, Zellen- und Hohlraumgrößen und Zellwanddicken hängt von den Funktionen der Schallabsorption ab. Vielfach empfiehlt es sich, Zonen sehr guter Schallabsorption mit Zonen per se weniger guter Schallabsorption abwechseln zu lassen, wodurch ganz bestimmte Überlagungsfunktionen gebildet werden können.
  • Gemäß Figur 4 wird ausgehend von Aluminiumpulver 9 einerseits und Titanhydridpulver 10 andererseits und gegebenenfalls pulverförmigem Aluminiumoxid 11 in einem Mischverfahren eine homogene Mischung dieser beiden bzw. drei Pulver hergestellt. Dabei werden etwa 100 gr Aluiminiumpulver 0,5 gr Titanhydridpulver und 25 gr Aluminiumoxid zugesetzt.
  • Nach dem guten Vermischen der Pulver 9, 10 und eventuell 11 wird das Gemisch in einer Kompaktierungsstufe unter einem Druck von beispielsweise 50 MPa zu dem in Figur 4 schematisch im Querschnitt dargestellten Werkstück 7 zusammengepreßt. Dieses kann im Vergleich zur Schichtdicke verhältnismäßig große Abmessungen aufweisen und mattenartig oder profilförmig ausgebildet sein.
  • Nun kann das Werkstück 7 wie jedes andere Werkstück aus normalem Aluminium bzw. Aluminiumlegierung ohne Zusätze mit bekannten Bearbeitungsmethoden, wie z.B. Biegen, Fräsen, Schneiden, Bohren, Stanzen, Strangpressen, in jede beliebige zwei- bzw. dreidimensionale Form 7a gebracht werden.
  • Schließlich wird das Werkstück 7 in einer Erwärmungs- und Verformungsstufe beispielsweise innerhalb einer Hohlform zu dem in Figur 4 schematisch im Querschnitt dargestellten Schaumstoffkörper 8 aufgeschäumt, der eine im wesentlichen offenzellige Schaumstoffstruktur der Zellen 3 aufweist, außen aber mit einer dünnen Haut 4 überzogen sein kann, ohne daß hierdurch die akustische Wirksamkeit wesentlich beeinträchtigt wird. Diese Eigenschaft ist sehr überraschend, da anzunehmen war, daß der Schaumstoffkörper 8 Durchbrechungen aufweisen müßte. Bei diesem Beispiel reicht zum Erwärmen eine Temperatur von 750 C aus, um einen Schaumstoffkörper 8 mit einer durchschnittlichen Porosität von etwa 80% und einer durchschnittlichen Zellengröße von etwa 0,8 mm zu bilden.

Claims (16)

  1. Thermisch und akustisch isolierender Verbundkörper in Leichtbauweise unter Verwendung eines Schaumstoffkörpers (8), gebildet aus einem durch Erwärmen verformten Werkstück (7), das eine kompaktierte Mischung aus pulverförmigem Aluminium bzw. Aluminiumlegierung (9) und pulverförmigem Bläh- und Treibmittel (10) und bedarfsweise pulverförmige Aluminiumoxidverbindung (11) aufweist, und mit einer durchschnittlichen Porosität zwischen 60 und 90%.
  2. Verbundkörper nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Vielzahl der Zellen (3) des Schaumstoffkörpers (8) offenzellig ist.
  3. Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Teil der Oberfläche (2) des Schaumstoffkörpers (8) mit einer im wesentlichen geschlossenen, nicht porösen dünnen Aluminiumhaut (4) überzogen ist.
  4. Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schaumstoffkörper (8) Zonen (A) größerer Dicke und andere Zonen (B) geringerer Dicke aufweist.
  5. Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schaumstoffkörper (8) eine durchschnittliche Poren-bzw. Zellengröße zwischen 0,1 und 1,5 mm und/oder eine Dichte zwischen 0,3 und 2,0 g/cm3 aufweist.
  6. Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schaumstoffkörper (8) auf einer Seite geschwärzt ist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Schaumstoffkörpers (8), bei dem das Pulver (9), das Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist, mit einem Pulver (10) eines Treibmittels im Verhältnis zwischen 10:1 und 1000:1 (Al-Pulver zu Treibmittelpulver) zu einer im wesentlichen homogen verteilten Mischung gemischt und durch Pressen unter einem Druck zwischen 10 und 500 MPa zu dem Werkstück (7) kompaktiert und danach zu einem Schaumkörper (8) mit offenen Zellen mindestens an einer Seite durch Erwärmen zwischen 400 und 900° C aufgeschäumt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisende Pulver (9) und das Treibmittelpulver (10) mit einem Aluminiumoxid aufweisenden Pulver (11), dieses in einem Anteil von bis zu 30% an der Gesamtpulvermischung, gemischt und das Erwärmen derart gesteuert werden, daß sich eine durchschnittliche Porosität zwischen 60 und 90% des thermisch und akustisch isolierenden Schaumstoffkörpers (8) ergibt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Werkstück (7 oder 7a) in einer im wesentlichen geschlossenen Form so erwärmt wird, daß es diese beim Aufschäumen vollständig ausfüllt und sich in die Form eines Schaumstoffkörpers (8) verformt, wobei es nicht zwingend notwendig ist, daß das Werkstück (7a) in seiner Form der Form des endgültigen Schaumstoffkörpers (8) vor dem Aufschäumen angepaßt werden muß.
  9. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Werkstück (7 oder 7a) frei aufgeschäumt und anschließend mehr oder weniger stark gestaucht und somit auf Endstärke gebracht wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schaumstoffkörper (8) zusätzlich kaltverformt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Werkstück durch Graphitierung einseitig geschwärzt wird.
  12. Verwendung eines Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als schalldämmendes Bauteil, beispielsweise Trennwand, in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder Maschinenanlagen.
  13. Verwendung eines Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als schalldämpfende Abdeckung von vibrierenden Wandteilen in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder Maschinenanlagen.
  14. Verwendung eines Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als wärmeisolierendes Bauteil in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder Maschinenanlagen.
  15. Verwendung eines Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als schalldämmendes bzw. schalldämpfendes u n d wärmeisolierendes Bauteil in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder Maschinenanlagen.
  16. Verwendung eines Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als ein selbsttragendes Strukturbauteil in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder Maschinenanlagen.
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