EP0849018A1 - Workpiece of a lightweight material and method of production - Google Patents

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EP0849018A1
EP0849018A1 EP97120986A EP97120986A EP0849018A1 EP 0849018 A1 EP0849018 A1 EP 0849018A1 EP 97120986 A EP97120986 A EP 97120986A EP 97120986 A EP97120986 A EP 97120986A EP 0849018 A1 EP0849018 A1 EP 0849018A1
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EP
European Patent Office
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foam
light metal
workpiece
workpiece according
bodies
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EP97120986A
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Klaus Dr. Eigenfeld
Dietmar Hoffmann
Peter Dr. Niedner
Matthias Franke
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Technum Institut Dr Niedner fur Technologie und Umwelt GmbH
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Technum Institut Dr Niedner fur Technologie und Umwelt GmbH
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form

Definitions

  • the invention relates to Workpiece made of a lightweight material and on a manufacturing process.
  • a lightweight workpiece known for example from DE-C 195 01 508 is a component made of die-cast aluminum, which has a cavity profile, wherein a core made of aluminum foam is permanently arranged in the cavity.
  • This aluminum foam core stiffening the component is formed from a mixture of aluminum powder with a blowing agent that is at the appropriate temperature a gas releases to foam the aluminum powder.
  • This foam mass of closed Porosity has a density of about 0.6-0.7 grams per cc.
  • a light material is also known from the generic DE-A 38 16 517, the body of which is made up of any material of any material and forms a workpiece has hollow balls arranged relatively densely packed. This, for example, according to the hollow spheres described in column 1 of DE-A 43 40 347 are for the formation of a high pressure-resistant lightweight workpiece To absorb the pressure loads from expensive, high-quality material such as Nickel, molybdenum, tungsten or copper or from high-quality ceramic.
  • the invention has for its object for a lightweight workpiece of high Strength is a pourable filling material that is inexpensive to manufacture to show lightweight training.
  • the advantage of the invention lies in the use of pourable filling bodies from a mineral foam, which is high due to the structural structure pressure-resistant foam body depending on the material used on the one hand and their final Size with a small initial mass, on the other hand the possibility of a desired low density open up for a workpiece of light weight and high Strength at low manufacturing costs.
  • DE-P 195 45 187 described silicate mineral foam use that training foam bodies, their open to closed surface each belongs to a shell that has a larger-pore inner core according to Art of an integral foam.
  • each Foam body results on the one hand with the larger-pore inner core in a more advantageous manner Way a weight or density reduction, the shell with its particular closed surface in an advantageous manner of punctiform introduction great forces.
  • the compressive strength of the shells of the foam body can also be increased by a o.g. DE-P 195 45 187 process step further described by ceramicizing be increased.
  • the high-strength foam bodies are used to form a lightweight workpiece of low density by means of sintering and / or impregnation with a Light metal alloy connected to determine shape.
  • balls / grains designed foam body particularly advantageous, each with a diameter of 0.5 mm to 16 mm.
  • a foam body designed according to the invention from shape-defining connected foam bodies Workpiece opens in a further advantageous manner by one of foam bodies recessed area the arrangement of a functional device such as a Bolts, a threaded blind hole etc. in the recess after the impregnation remaining cast metal. This has the advantage of a simplified design of the workpiece.
  • a workpiece with foam body / balls connected by means of a light metal alloy are preferably made of a silicate mineral foam
  • the formulation limits for the inner core of a foam body 40 - 75% SiO2, 0 - 20% Al2O3, 1 - 25% CaO, 0 - 10% Fe2O3, 0 - 26% alkali and 0 - 5% rest with a heavy metal content up to 3% and the recipe limits for the shell integrally connected to the inner core as for the inner core with the exception of a heavy metal residue set below 0.1%.
  • a workpiece is made of light metal soaked Foam bodies with a density of about 0.3 grams per ccm achieved.
  • the invention is based on a preferred, in the drawing schematically in cross section described workpiece described.
  • a workpiece 1 cast from an aluminum alloy comprises a core space 2 with a core 3 remaining in the core space 2 after casting.
  • This compressive strength of the shells of the foam body 4 can according to one of the aforementioned
  • the method specified in the patent application is additionally increased as a result that the bowls are ceramized.
  • the foam bodies are used to design the casting core 3 or the workpiece 1 4 by means of sintering and / or impregnation with the aluminum alloy in a separate Core or model form tied to form or form determining, whereby for reasons of strength on the one hand and handling on the other Design of the foam body 4 as balls 4 has proven advantageous with each a diameter of 0.5 - 16 mm.
  • An advantageous embodiment, in particular of the casting core 3, also results through a recessed area 5 of foam bodies 4 for the arrangement of a Functional device 6, such as a screw bolt or a threaded blind hole 7 in the casting metal remaining in the recess 5 after the metal impregnation.
  • a Functional device 6 such as a screw bolt or a threaded blind hole 7 in the casting metal remaining in the recess 5 after the metal impregnation.
  • the foam bodies 4 or Balls 4 preferably with regard to the aluminum alloy used inexpensive silicate mineral foam according to the aforementioned DE-P 195 45 187, the recipe limits for the inner core of a foam body ball 4 40 - 65% SiO2, 1 - 20% Al2O3, 1 - 25% CaO, 1 - 10% Fe2O3, 5 - 14% alkali and 0 - 5% rest with a heavy metal content up to 3% and the formulation limits for the shell integrally connected to the inner core as for the inner core with the exception of a heavy metal residue set below 0.1% are determined.
  • a casting core 3 is of high quality Compressive strength and reduced weight with a density of 0.3 grams per ccm reached.
  • the Core 3 In order to keep the weight of the casting core 3 low despite the metal watering, the Core 3 according to an interpretation of claim 6 made of foam body / balls 4 be selected from different diameters, the balls not shown 4 smaller diameters in the spaces between those in diameter large balls are placed.
  • the casting core 3 for a workpiece 1 is produced from an aluminum alloy for example, in such a way that foam body 4 is placed on the aluminum alloy Mineral foam according to claim 9 as a fill in a predetermined shape entered with a material temperature of 1100-700 ° C after the foaming process stage and soaked with the aluminum alloy, the cooling in the mold Casting core 3 undergoes annealing.
  • the method described above is also suitable for other types of workpieces, whereby the workpieces made entirely of mineral foam bodies with one Light metal as a binder or a core made of mineral foam bodies and a light metal as a binder in combination with an outer enclosure made of light metal or a core of mineral foam bodies and light metal as a binder with specifically created voids in the core and an outer Enclosure are made of light metal.
  • the workpiece can be used as a heat insulating and / or sound-absorbing device, in particular as lining or cladding.
  • the invention can also be advantageous in the configuration of a workpiece as one serve energy-absorbing element.
  • This is preferably used in a safety device of a motor vehicle, esp. Cars.
  • a safety device of a motor vehicle esp. Cars.
  • a Element in a chassis structure or in a body-side bumper be arranged.
  • Another advantageous embodiment of the invention results from the training of the workpiece as a semi-finished product with the highest in the area of the neutral zone Concentration of foam bodies / balls.
  • the mineral foam bodies fall as a bed with a material temperature of 1100-700 ° C after the Foam process step continuously in molds or in a distribution device the molds, the foam body being fed continuously with a Light metal melt are soaked, which act as binders of the merger Foam body is used for individual or endless semi-finished products, the rest of the case the cooling are also annealed to relieve stress.
  • the mineral foam bodies fall as a bed with a material temperature from 1100-700 ° C after the foaming process stage continuously in molds or in a distribution device to the molds and are continuously filled with powder a light metal alloy in the temperature range of 1100-700 ° C with exclusion of air or protective gas (CO2, N2) breaded and then reheated Mineral foam body with coded light metal surface with no air or under protective gas at a temperature between 600 - 1000 ° C results in a fusion or sintering the foam body over the applied surface coatings designed as a single or endless molded body Workpieces are tempered with cooling Stress relief beneficial.
  • CO2, N2 air or protective gas
  • the foam body connecting the shape determining Light metal alloy of the composite material to increase strength be fiber and / or particle reinforced.
  • the fibers and the Foam bodies formed a preform, which then with the light metal alloy is treated or soaked.

Abstract

A workpiece (1) of light constructional material is formed of bonded compression resistant filler bodies (4) which comprise amorphous and/or crystalline lightweight mineral foam and which have a fine to coarse porous internal structure and an open to closed outer surface. Preferably, the workpiece (1) comprises light metal, preferably aluminium, alloy-bonded silicate mineral foam spheres (4), each of which has an inner core of composition 40-75% silica (SiO2), 0-20% alumina (Al2O3), 1-25% calcium oxide (CaO), 0-10% iron oxide (Fe2O3), 0-26% alkali and 0-5% others with a heavy metal content of up to 3% and an integral shell having the same composition except for a heavy metal content of less than 0.1%. Also claimed is the production of the above workpiece (1) comprising: (i) light metal alloy infiltration of a heap of predetermined shape of the mineral foam bodies at 1100-700 degrees C after foaming; (ii) continuously introducing the mineral foam bodies, at 1100-700 degrees C after foaming, into moulds and continuously infiltrating with a light metal alloy to cause fusion of the foam bodies for forming individual or endless shaped parts (plates, semi-finished products); or (iii) continuously filling moulds with the mineral foam bodies at 1100-700 degrees C after foaming, continuously coating with light metal alloy powder at 1100-700 degrees C in the absence of air or under protective gas (carbon dioxide, nitrogen) and reheating the coated foam bodies to 600-1000 degrees C in the absence of air or under protective gas to cause fusion or sintering of the foam bodies by means of the applied coatings.

Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf ein Werkstück aus einem Leichtbau-Werkstoff sowie auf ein Herstellverfahren.According to the preamble of claim 1, the invention relates to Workpiece made of a lightweight material and on a manufacturing process.

Ein beispielsweise aus der DE-C 195 01 508 bekanntes Leichtbau-Werkstück ist ein aus einem Aluminiumdruckguß gefertigtes Bauteil, das ein Hohlraumprofil aufweist, wobei in dessen Hohlraum ein Kern aus Aluminiumschaum bleibend angeordnet ist. Dieser das Bauteil aussteifende Aluminiumschaum-Kern ist gebildet aus einer Mischung von Aluminiumpulver mit einem Treibmittel, das bei entsprechender Temperatur ein Gas freigibt zur Aufschäumung des Aluminiumpulvers. Gleichzeitig werden Aluminiumkörner zusammengebacken, so daß eine schaumige Masse zunächst die Kontur der jeweiligen Kernform ausfüllt. Diese Schaummasse von geschlossener Porosität weist eine Dichte von etwa 0,6 - 0,7 Gramm pro ccm auf.A lightweight workpiece known for example from DE-C 195 01 508 is a component made of die-cast aluminum, which has a cavity profile, wherein a core made of aluminum foam is permanently arranged in the cavity. This aluminum foam core stiffening the component is formed from a mixture of aluminum powder with a blowing agent that is at the appropriate temperature a gas releases to foam the aluminum powder. Be at the same time Aluminum grains baked together, so that a foamy mass first the Fills the contour of the respective core shape. This foam mass of closed Porosity has a density of about 0.6-0.7 grams per cc.

Aus der gattungsbildenden DE-A 38 16 517 ist ferner ein Leichtmaterial bekannt, dessen ein Werkstuck bildender Körper von beliebigem Werkstoff in seinem Inneren relativ dicht gepackt angeordnete Hohlkugeln aufweist. Diese beispielsweise gemäß dem in Spalte 1 der DE-A 43 40 347 beschriebenen Verfahren hergestellten Hohlkugeln sind für die Ausbildung eines hoch druckfesten Leichtbau-Werkstückes zur Aufnahme der Druckbelastungen aus teurem, hochwertigem Material zu fertigen wie Nickel, Molybdän, Wolfram oder Kupfer oder aus hochwertiger Kermaik.A light material is also known from the generic DE-A 38 16 517, the body of which is made up of any material of any material and forms a workpiece has hollow balls arranged relatively densely packed. This, for example, according to the hollow spheres described in column 1 of DE-A 43 40 347 are for the formation of a high pressure-resistant lightweight workpiece To absorb the pressure loads from expensive, high-quality material such as Nickel, molybdenum, tungsten or copper or from high-quality ceramic.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Leichtbau-Werkstück von hoher Festigkeit ein in der Herstellung kostengünstiges schüttfähige Füll-Material für eine leichtgewichtige Ausbildung aufzuzeigen.The invention has for its object for a lightweight workpiece of high Strength is a pourable filling material that is inexpensive to manufacture to show lightweight training.

Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß die Füll-Körper aus einem amorphen und/oder kristallinen Mineralschaum von geringer Masse als Schaumkörper mit feinporiger bis grobporiger Struktur im Inneren und mit einer offenen bis geschlossene äußeren Oberfläche gebildet sind.This object is achieved with claim 1 in that the filling body from an amorphous and / or crystalline mineral foam of low mass than Foam body with fine-pored to coarse-pored structure inside and with an open one until a closed outer surface is formed.

Der Vorteil der Erfindung liegt in der Verwendung von schüttfähigen Füll-Körpern aus einem Mineralschaum, wobei diese durch den strukturellen Aufbau bedingt hoch druckfesten Schaumkörper je nach verwendetem Material einerseits und ihrer endgültigen Größe bei geringer Ausgangsmasse andererseits die Möglichkeit einer gewünscht geringen Dichte eröffnen für ein Werkstück von geringem Gewicht und hoher Festigkeit bei günstigen Herstellkosten.The advantage of the invention lies in the use of pourable filling bodies from a mineral foam, which is high due to the structural structure pressure-resistant foam body depending on the material used on the one hand and their final Size with a small initial mass, on the other hand the possibility of a desired low density open up for a workpiece of light weight and high Strength at low manufacturing costs.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung findet in bevorzugter Weise ein in der DE-P 195 45 187 beschriebener silikatischer Mineralschaum Verwendung, der die Ausbildung von Schaumkörpern ermöglicht, deren offene bis geschlossene Oberfläche jeweils einer Schale zugehörig ist, die mit einem größerporigen Innen-Kern nach Art eines Integralschaumes in Verbindung steht. Mit dem zweiteiligen Aufbau jedes Schaumkörpers ergibt sich einerseits mit dem größerporigen Innen-Kern in vorteilharter Weise eine Gewichts- bzw. Dichtereduzierung, wobei die Schale mit ihrer insbesondere geschlossenen Oberfläche in vorteilhafter Weise der punktförmigen Einleitung großer Kräfte dient. In a further embodiment of the invention, DE-P 195 45 187 described silicate mineral foam use that training foam bodies, their open to closed surface each belongs to a shell that has a larger-pore inner core according to Art of an integral foam. With the two-part structure of each Foam body results on the one hand with the larger-pore inner core in a more advantageous manner Way a weight or density reduction, the shell with its particular closed surface in an advantageous manner of punctiform introduction great forces.

Die Druckfestigkeit der Schalen der Schaumkörper kann ferner durch einen in der o.g. DE-P 195 45 187 beschriebenen Verfahrensschritt durch Keramisieren weiter gesteigert werden.The compressive strength of the shells of the foam body can also be increased by a o.g. DE-P 195 45 187 process step further described by ceramicizing be increased.

Zur Ausbildung eines leichtgewichtigen Werkstückes sind die hochfesten Schaumkörper von geringer Dichte mittels Sintern und/oder einer Trankung mit einer Leichtmetall-Legierung formbestimmend verbunden.The high-strength foam bodies are used to form a lightweight workpiece of low density by means of sintering and / or impregnation with a Light metal alloy connected to determine shape.

Für das Sintern sowie für das Metall-Tränken sind insbesondere als Kugeln/Körner gestaltete Schaumkörper besonders vorteilhaft mit jeweils einem Durchmesser von 0,5 mm bis 16 mm.For sintering as well as for the metal impregnation are especially as balls / grains designed foam body particularly advantageous, each with a diameter of 0.5 mm to 16 mm.

Ein erfindungsgemäß aus formbestimmend verbundenen Schaumkörpern gestaltetes Werkstück eröffnet in weiterer vorteilhafter Weise durch einen von Schaumkörpern ausgesparten Bereich die Anordnung einer Funktionseinrichtung wie einen Schraubbolzen, ein Gewindesackloch etc. in dem in der Aussparung nach der Tränkung verbliebenen Gießmetall. Dies hat den Vorteil einer vereinfachten Gestaltung des Werkstückes.A foam body designed according to the invention from shape-defining connected foam bodies Workpiece opens in a further advantageous manner by one of foam bodies recessed area the arrangement of a functional device such as a Bolts, a threaded blind hole etc. in the recess after the impregnation remaining cast metal. This has the advantage of a simplified design of the workpiece.

Für ein Werkstück mit mittels einer Leichtmetall-Legierung verbundenen Schaumkörper/Kugeln sind diese vorzugsweise aus einem silikatischen Mineralschaum gebildet, wobei die Rezepturgrenzen für den Innen-Kern eines Schaumkörpers 40 - 75% SiO2, 0 - 20 % Al2O3, 1 - 25 % CaO, 0 - 10 % Fe2O3, 0 - 26 % Alkali und 0 - 5 % Rest mit einem Schwermetall-Anteil bis zu 3 % betragen und die Rezepturgrenzen für die mit dem Innen-Kern integral verbundene Schale wie für den Innen-Kern mit Ausnahme eines unter 0,1 % eingestellten Schwermetall-Restes bestimmt sind. Mit diesem bevorzugten Mineralschaum ist ein Werkstück aus leichtmetallgetränkten Schaumkörpern mit einer Dichte von ca. 0,3 Gramm pro ccm erzielt.For a workpiece with foam body / balls connected by means of a light metal alloy are preferably made of a silicate mineral foam, the formulation limits for the inner core of a foam body 40 - 75% SiO2, 0 - 20% Al2O3, 1 - 25% CaO, 0 - 10% Fe2O3, 0 - 26% alkali and 0 - 5% rest with a heavy metal content up to 3% and the recipe limits for the shell integrally connected to the inner core as for the inner core with the exception of a heavy metal residue set below 0.1%. With this preferred mineral foam, a workpiece is made of light metal soaked Foam bodies with a density of about 0.3 grams per ccm achieved.

Aufgrund eines preisgünstigen Ausgangsmaterials für den bevorzugten Mineralschaum ergibt sich eine kostengünstige Werkstückfertigung, die durch Sintern und/oder Metall-Tränken gemäß weiteren Verfahrensansprüchen auch komplexe Gestaltungen zuläßt und sich für Druckguß, Kokillenguß, Sandguß und sonstige Sonderverfahren, zB Pulvermetallurgie eignet. Mit einem in einem Gußteil beispielsweise verbleibenden,als erfindungsgemäßes Werkstück gestalteten Gießkern ergibt sich eine verbesserte Steifigkeit des Guß-Werkstückes bei geringem Gewicht, wobei der Gießkern in vorteilhafter Weise eine Schalldämpfung bewirkt. Schließlich wirkt der erfindungsgemäße Gießkern insbesondere in einem Leichtbau-Werkstück auch als energie- und schallabsorbierendes Element.Because of an inexpensive starting material for the preferred mineral foam this results in cost-effective workpiece production, which is achieved by sintering and / or metal potions according to further process claims also complex Allows designs and for die casting, permanent mold casting, sand casting and others Special processes, such as powder metallurgy. With one in a casting, for example remaining casting core designed as a workpiece according to the invention there is an improved rigidity of the cast workpiece with low weight, the casting core advantageously effecting sound absorption. Finally the casting core according to the invention acts in particular in a lightweight workpiece also as an energy and sound absorbing element.

Die Erfindung ist anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung schematisch im Querschnitt dargestellten Werkstückes beschrieben.The invention is based on a preferred, in the drawing schematically in cross section described workpiece described.

Ein aus einer Aluminium-Legierung gegossenes Werkstück 1 umfaßt einen Kernraum 2 mit einem nach dem Gießen im Kernraum 2 verbleibenden Kern 3.A workpiece 1 cast from an aluminum alloy comprises a core space 2 with a core 3 remaining in the core space 2 after casting.

Zur Erzielung eines Gießkernes 3 von geringer Dichte und damit eines Werkstückes 1 von geringem Gewicht wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß aus einem Mineralschaum geringerer Masse gebildete Füll-Körper 4 von relativ großer Druckfestigkeit und von feinporiger bis grobporiger Struktur im Innern und mit offener oder geschlossener äußerer Oberfläche mittels einer formbestimmenden Bindung den Kern 3 bilden.To achieve a casting core 3 of low density and thus a workpiece 1 of light weight is proposed according to the invention that from a mineral foam lower mass formed filler 4 of relatively high compressive strength and of fine-pored to coarse-pored structure inside and with open or closed outer surface by means of a shape-determining bond Form core 3.

Vorzugsweise sind die durch einen Schäumvorgang mit jeweils einem vorbestimmt großen Volumen hergestellten, als Füll-Körper dienenden Schaumkörper 4 aus einem amorphen und/oder kristallinen Mineralschaum gebildet. Vorzugsweise findet ein silikatischer Mineralschaum gemäß der DE-P 195 45 187 Verwendung zur Ausbildung von Schaumkörpern 4, deren offene oder geschlossene Oberfläche jeweils einer Schale zugehörig ist, die mit einem größerporigen Innen-Kern nach Art eines Integralschaumes in Verbindung steht. Durch diese Kombination wird bei geringer Dichte eine hohe Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit erzielt. These are preferably predetermined by one foaming process Large volume produced, serving as a filling body foam body 4 an amorphous and / or crystalline mineral foam. Preferably takes place a silicate mineral foam according to DE-P 195 45 187 use for training of foam bodies 4, the open or closed surface of each a shell is associated with a larger-pored inner core like a Integral foam is connected. This combination will result in less Density high strength, especially compressive strength achieved.

Diese Druckfestigkeit der Schalen der Schaumkörper 4 kann nach einem in der vorgenannten Patentanmeldung angegebenen Verfahren zusätzlich dadurch gesteigert werden, daß die Schalen keramisiert sind.This compressive strength of the shells of the foam body 4 can according to one of the aforementioned The method specified in the patent application is additionally increased as a result that the bowls are ceramized.

Zur Ausgestaltung des Gießkernes 3 oder des Werkstückes 1 sind die Schaumkörper 4 mittels Sintern und/oder einer Tränkung mit der Alu-Legierung in einer gesonderten Kern- oder Modellform formgebend bzw formbestimmend gebunden, wobei sich aus Gründen der Festigkeit einerseits und der Handhabung andererseits die Gestaltung der Schaumkörper 4 als Kugeln 4 vorteilhaft erwiesen hat mit jeweils einem Durchmesser von 0,5 - 16 mm.The foam bodies are used to design the casting core 3 or the workpiece 1 4 by means of sintering and / or impregnation with the aluminum alloy in a separate Core or model form tied to form or form determining, whereby for reasons of strength on the one hand and handling on the other Design of the foam body 4 as balls 4 has proven advantageous with each a diameter of 0.5 - 16 mm.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung insbesondere des Gießkernes 3 ergibt sich ferner durch einen von Schaumkörpern 4 ausgesparten Bereich 5 zur Anordnung einer Funktionseinrichtung 6, wie einen Schraubbolzen oder ein Gewindesackloch 7 in dem in der Aussparung 5 nach der Metall-Tränkung verbliebenen Gießmetall. Weiter kann mit der Tränkung der Schaumkörper 4 durch die Alu-Legierung auch ein Kernlager 8 ausgebildet sein.An advantageous embodiment, in particular of the casting core 3, also results through a recessed area 5 of foam bodies 4 for the arrangement of a Functional device 6, such as a screw bolt or a threaded blind hole 7 in the casting metal remaining in the recess 5 after the metal impregnation. Continue can also with the impregnation of the foam body 4 by the aluminum alloy Core bearing 8 may be formed.

Für einen im Werkstück 1 verbleibenden Gießkern 3 sind die Schaumkörper 4 bzw. Kugeln 4 hinsichtlich der verwendeten Alu-Legierung vorzugsweise aus einem preisgünstigen silikatischen Mineralschaum gemäß der vorgenannten DE-P 195 45 187 gebildet, wobei die Rezepturgrenzen für den Innen-Kern einer Schaumkörper-Kugel 4 40 - 65% SiO2, 1 - 20% Al2O3, 1 - 25% CaO, 1 - 10% Fe2O3, 5 - 14 % Alkali und 0 - 5 % Rest mit einem Schwermetall-Anteil bis 3 % betragen und die Rezepturgrenzen für die mit dem Innen-Kern integral verbundene Schale wie für den Innen-Kern mit Ausnahme eines unter 0,1 % eingestellten Schwermetall-Restes bestimmt sind. Mit der Wahl dieses Mineralschaumes ist ein Gießkern 3 von hoher Druckfestigkeit und reduziertem Gewicht mit einer Dichte von 0,3 Gramm pro ccm erreicht.For a casting core 3 remaining in the workpiece 1, the foam bodies 4 or Balls 4 preferably with regard to the aluminum alloy used inexpensive silicate mineral foam according to the aforementioned DE-P 195 45 187, the recipe limits for the inner core of a foam body ball 4 40 - 65% SiO2, 1 - 20% Al2O3, 1 - 25% CaO, 1 - 10% Fe2O3, 5 - 14% alkali and 0 - 5% rest with a heavy metal content up to 3% and the formulation limits for the shell integrally connected to the inner core as for the inner core with the exception of a heavy metal residue set below 0.1% are determined. With the choice of this mineral foam, a casting core 3 is of high quality Compressive strength and reduced weight with a density of 0.3 grams per ccm reached.

Für ein Werkstück 1 aus einer Magnesium-Legierung mit integrierten Schaumkörpern 4 aus einem silikatischen Mineralschaum sind bezüglich der Rezepturgrenzen andere Werte zu beachten, die in den im Anspruch 8 angegebenen Wertebereichen enthalten sind.For a workpiece 1 made of a magnesium alloy with integrated foam bodies 4 of a silicate mineral foam are with regard to the recipe limits other values to be noted in the value ranges specified in claim 8 are included.

Um das Gewicht des Gießkernes 3 trotz Metall-Tränken gering zu halten, kann der Kern 3 gemäß einer Interpretation des Anspruches 6 aus Schaumkörper/Kugeln 4 von unterschiedlichen Durchmessern gewählt sein, wobei die nicht gezeigten Kugeln 4 kleineren Durchmessers in den Raumlücken zwischen den im Durchmesser großen Kugeln plaziert sind.In order to keep the weight of the casting core 3 low despite the metal watering, the Core 3 according to an interpretation of claim 6 made of foam body / balls 4 be selected from different diameters, the balls not shown 4 smaller diameters in the spaces between those in diameter large balls are placed.

Die Herstellung des Gießkernes 3 für ein Werkstück 1 aus einer Alu-Legierung erfolgt zB in der Weise,daß Schaumkörper 4 aus einem auf die Alu-Legierung abgestellten Mineralschaum gemäß Anspruch 9 als Schüttung in eine vorbestimmte Form mit einer Materialtemperatur von 1100-700°C nach der Schäum-Prozeßstufe eingetragen und mit der Alu-Legierung getränkt werden, wobei der in der Form abkühlende Gießkern 3 eine Temperung erfährt.The casting core 3 for a workpiece 1 is produced from an aluminum alloy for example, in such a way that foam body 4 is placed on the aluminum alloy Mineral foam according to claim 9 as a fill in a predetermined shape entered with a material temperature of 1100-700 ° C after the foaming process stage and soaked with the aluminum alloy, the cooling in the mold Casting core 3 undergoes annealing.

Das vorbeschriebene Verfahren ist auch für andersartige Werkstücke geeignet,wobei die Werkstücke vollständig aus Mineralschaum-Körpern mit einem Leichtmetall als Bindemittel oder einem Kern aus Mineralschaum-Körpern und einem Leichtmetall als Bindemittel in Kombination mit einer äußeren Umschließung aus Leichtmetall oder ferner einem Kern aus Mineralschaum-Körpern und Leichtmetall als Bindemittel mit gezielt erzeugten Hohlräumen im Kern und einer äußeren Umschließung aus Leichtmetall hergestellt sind.The method described above is also suitable for other types of workpieces, whereby the workpieces made entirely of mineral foam bodies with one Light metal as a binder or a core made of mineral foam bodies and a light metal as a binder in combination with an outer enclosure made of light metal or a core of mineral foam bodies and light metal as a binder with specifically created voids in the core and an outer Enclosure are made of light metal.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Werkstück als eine wärmeisolierende und/oder schallabsorbierende Einrichtung ausgebildet sein, insbesondere als Aus- oder Verkleidung.In a further embodiment of the invention, the workpiece can be used as a heat insulating and / or sound-absorbing device, in particular as lining or cladding.

Vorteilhaft kann die Erfindung auch der Ausgestaltung eines Werkstückes als eines energieabsorbierenden Elementes dienen. Dieses findet bevorzugt Verwendung in einer Sicherheitseinrichtung eines Kraftfahrzeuges,insb. Pkw. Konkret kann ein derartiges Element in einer Chassis-Struktur oder in einem karosserieseitigen Stoßfänger angeordnet sein.The invention can also be advantageous in the configuration of a workpiece as one serve energy-absorbing element. This is preferably used in a safety device of a motor vehicle, esp. Cars. Specifically, such a Element in a chassis structure or in a body-side bumper be arranged.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich mit der Ausbildung des Werkstückes als ein Halbzeug mit im Bereich der neutralen Zone höchsten Konzentration an Schaumkörpern/Kugeln.Another advantageous embodiment of the invention results from the training of the workpiece as a semi-finished product with the highest in the area of the neutral zone Concentration of foam bodies / balls.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Halbzeuges fallen die Mineralschaum-Körper als Schüttung mit einer Materialtemperatur von 1100-700°C nach der Schäum-Prozeßstufe kontinuierlich in Formen oder in eine Verteilungsvorrichtung zu den Formen an, wobei die Schaumkörper kontinuierlich mit einer zugeführten Leichtmetall-Schmelze getränkt werden, die als Bindemittel der Verschmelzung der Schaumkörper zu einzelnen oder endlosen Halbzeugen dient, die im übrigen bei der Abkühlung ebenfalls getempert werden zum Abbau von Spannungen.In the process for producing a semi-finished product, the mineral foam bodies fall as a bed with a material temperature of 1100-700 ° C after the Foam process step continuously in molds or in a distribution device the molds, the foam body being fed continuously with a Light metal melt are soaked, which act as binders of the merger Foam body is used for individual or endless semi-finished products, the rest of the case the cooling are also annealed to relieve stress.

Bei einer weiteren Verfahrens-Variante zur Herstellung eines leichtgewichtigen Werkstückes als Gußteil oder als Halbzeug oder z.B als energieabsorbierendes Element fallen die Mineralschaum-Körper als Schüttung mit einer Materialtemperatur von 1100-700°C nach der Schäum-Prozeßstufe kontinuierlich in Formen oder in einer Verteilungsvorrichtung zu den Formen an und werden kontinuierlich mit Pulver einer Leichtmetall-Legierung im Temperaturbereich von 1100-700°C unter Luftausschluß oder Schutzgas ( CO2, N2 ) paniert.Ein anschließendes Wiedererhitzen der Mineralschaum-Körper mit codierter Leichtmetall-Oberfläche unter Luftausschluß oder unter Schutzgas auf eine Temperatur zwischen 600 - 1000°C ergibt ein Verschmelzen oder ein Versintern der Schaumkörper über die aufgebrachten Oberflächenbeschichtungen.Auch bei diesen als einzelne oder endlose Formkörper gestalteten Werkstücken ist eine mit der Abkühlung verbundene Temperung zum Spannungsabbau vorteilhaft.In another process variant for the production of a lightweight Workpiece as a cast part or as a semi-finished product or e.g. as an energy absorbing Element, the mineral foam bodies fall as a bed with a material temperature from 1100-700 ° C after the foaming process stage continuously in molds or in a distribution device to the molds and are continuously filled with powder a light metal alloy in the temperature range of 1100-700 ° C with exclusion of air or protective gas (CO2, N2) breaded and then reheated Mineral foam body with coded light metal surface with no air or under protective gas at a temperature between 600 - 1000 ° C results in a fusion or sintering the foam body over the applied surface coatings designed as a single or endless molded body Workpieces are tempered with cooling Stress relief beneficial.

In Weiterbildung der Erfindung kann die die Schaumkörper formbestimmend verbindende Leichtmetall-Legierung des Verbund-Werkstoffes zur Steigerung der Festigkeit faser- und/oder partikelverstärkt sein.Vorzugsweise ist aus den Fasern und den Schaumkörpern eine Preform gebildet,die anschließend mit der Leichtmetall-Legierung behandelt bzw getränkt ist.In a development of the invention, the foam body connecting the shape determining Light metal alloy of the composite material to increase strength be fiber and / or particle reinforced. Preferably, the fibers and the Foam bodies formed a preform, which then with the light metal alloy is treated or soaked.

Claims (19)

Werkstück aus einem Leichtbau-Werkstoff, wobei schüttfähige, druckfeste Füll-Körper von relativ geringem Gewicht mittels einer formbestimmenden Bindung das Werkstück bilden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Füll-Körper aus einem amorphen und/oder kristallinen Mineralschaum von geringer Masse als Schaumkörper (4) mit feinporiger bis grobporiger Struktur im Inneren und mit einer offenen bis geschlossenen äußeren Oberfläche gebildet sind. Workpiece made of a lightweight material, where pourable, pressure-resistant filling bodies of relatively low weight form the workpiece by means of a shape-determining bond,
characterized, that the filling bodies are formed from an amorphous and / or crystalline mineral foam of low mass as a foam body (4) with a fine-pored to coarse-pored structure inside and with an open to closed outer surface. Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem silikatischen Mineralschaum gebildeten Schaumkörper (4) ihre offene oder geschlossene Oberfläche jeweils einer Schale zugehörig aufweisen, die mit einem größerporigen Innen-Kern nach Art eines Integralschaumes in Verbindung steht. Workpiece according to claim 1, characterized in that the foam body (4) formed from a silicate mineral foam has its open or closed surface each belonging to a shell which is connected to a larger-pore inner core in the manner of an integral foam. Werkstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen der Schaumkörper (4) keramisiert sind. Workpiece according to claim 2, characterized in that the shells of the foam body (4) are ceramicized. Werkstück nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumkörper (4) mittels Sintern und/oder Trankung mit einer Leichtmetall-Schmelze formbestimmend verbunden sind. Workpiece according to claims 1 to 3, characterized in that that the foam bodies (4) are connected by means of sintering and / or soaking with a light metal melt to determine the shape. Werkstück nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumkörper (4) als Kugeln gestaltet sind mit jeweils einem Durchmesser von 0,5 bis 16 mm. Workpiece according to claims 1 to 4, characterized in that that the foam body (4) are designed as balls, each with a diameter of 0.5 to 16 mm. Werkstück nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen von Schaumkörpern (4) ausgesparten Bereich (5) zur Anordnung einer Funktionseinrichtung (6) wie einen Schraubbolzen, ein Gewindesackloch (7) etc. in dem in der Aussparung (5) nach der Tränkung verbliebenen Leichtmetall. Workpiece according to claims 1 to 5, characterized by an area (5) recessed from foam bodies (4) for arranging a functional device (6) such as a screw bolt, a threaded blind hole (7) etc. in the light metal remaining in the recess (5) after the impregnation. Werkstück nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels einer Leichtmetall-Legierung verbundenen Schaumkörper/Kugeln (4) aus einem silikatischen Mineralschaum gebildet sind, wobei die Rezepturgrenzen für den Innen-Kern eines Schaumkörpers (Kugel 4) 40 - 75% SiO2, 0 - 20% Al2O3, 1 - 25% CaO, 0 - 10% Fe2O3, 0 - 26 % Alkali und 0 - 5 % Rest mit einem Schwermetall-Anteil bis 3 % betragen und die Rezepturgrenzen für die mit dem Innen-Kern integral verbundene Schale wie für den Innen-Kern mit Ausnahme eines unter 0,1 % eingestellten Schwermetall-Restes bestimmt sind. Workpiece according to claims 1 to 6, characterized in that that the foam body / balls (4) connected by means of a light metal alloy are formed from a silicate mineral foam, wherein the formulation limits for the inner core of a foam body (ball 4) 40 - 75% SiO2, 0 - 20% Al2O3, 1 - 25% CaO, 0 - 10% Fe2O3, 0 - 26% alkali and 0 - 5% rest with one Heavy metal content up to 3% and the formulation limits for the shell integrally connected to the inner core are determined as for the inner core, with the exception of a heavy metal residue set below 0.1%. Werkstück nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeicnet, daß die mittels einer Alu-Legierung verbundenen Schaumkörper/Kugeln (4) aus einem silikatischen Mineralschaum gebildet sind, wobei die Rezepturgrenzen für den Innen-Kern eines Schaumkörpers (Kugel 4) 40 - 65% SiO2, 1 - 20 % Al2O3, 1 - 25 % Ca, 1 - 10 % Fe2O3, 5 - 14 % Alkali und 0 - 5 % Rest mit einem Schwermetall-Anteil bis 3 % betragen und die Rezepturgrenzen für die mit dem Innen-Kern integral verbundene Schale wie für den Innen-Kern mit Ausnahme eines unter 0,1 % eingestellten Schwermetall-Restes bestimmt sind (KeraGlas). Workpiece according to claims 1 to 7, characterized gekennzeicnet, that the foam body / balls (4) connected by an aluminum alloy are formed from a silicate mineral foam, wherein the formulation limits for the inner core of a foam body (sphere 4) 40 - 65% SiO2, 1 - 20% Al2O3, 1 - 25% Ca, 1 - 10% Fe2O3, 5 - 14% alkali and 0 - 5% rest with one Heavy metal content up to 3% and the formulation limits for the shell integrally connected to the inner core are determined as for the inner core with the exception of a heavy metal residue set below 0.1% (KeraGlas). Werkstück nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung als einen nach dem Gießen in einem Kernraum (2) eines Leichtmetall-Werkstückes (1) verbleibenden Kern (3).Workpiece according to claims 1 to 8, characterized by the use as one after casting in a core space (2) of a light metal workpiece (1) remaining core (3). Werkstück nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Ausbildung als wärmeisolierende und/oder schallabsorbierende Einrichtung, insb. als Aus- oder Verkleidung.Workpiece according to claims 1 to 8, characterized by the training as a heat-insulating and / or sound-absorbing device, especially as lining or cladding. Werkstück nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Ausbildung als ein energieabsorbierendes Element.Workpiece according to claims 1 to 8, characterized by the training as an energy absorbing element. Werkstück nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Verwendung des energieabsorbierenden Elementes in einer Sicherheitseinrichtung eines Kraftfahrzeuges, insb. Pkw.Workpiece according to claim 11, characterized by the use of the energy absorbing element in a safety device Motor vehicle, esp. Car. Werkstück nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Ausbildung als ein Halbzeug mit im Bereich der neutralen Zone höchsten Konzentration an Schaumkörpern/Kugeln (4).Workpiece according to claims 1 to 8, characterized by the training as a semi-finished product with the highest concentration in the area of the neutral zone on foam bodies / balls (4). Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtmetall-Legierung des Verbund-Werkstoffes faser- oder partikelverstärkt ist.Workpiece according to one of claims 1 to 13, characterized in that that the light metal alloy of the composite material is fiber or particle reinforced is. Werkstück nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern und Schaumkörper/Kugeln zu einer Preform vereint sind. Workpiece according to claim 14, characterized in that fibers and Foam body / balls are combined into a preform. Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Mineralschaum gebildeten Schaumkörper als Schüttung in eine vorbestimmte Form mit einer Materialtemperatur von 1100 - 700°C nach der Schäum-Prozeßstufe eingetragen und mit einer Leichtmetall-Legierung zur formbestimmenden Verbindung getränkt werden. Method for producing a workpiece according to claims 1 to 15, characterized in that that the foam body formed from mineral foam is entered as a bed in a predetermined shape with a material temperature of 1100 - 700 ° C after the foaming process step and be impregnated with a light metal alloy for the shape-determining connection. Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Mineralschaum gebildeten Schaumkörper als Schüttung mit einer Materialtemperatur von 1100 - 700°C nach der Schäum-Prozeßstufe kontinuierlich in Formen oder in eine Verteilungsvorrichtung zu den Formen eingetragen werden, wobei die Schaumkörper kontinuierlich mit einer zugeführten Leichtmetall-Schmelze getränkt werden zur Verschmelzung der Schaumkörper zu einzelnen oder endlosen Formteilen (Platten, Halbzeuge). Method for producing a workpiece according to claims 1 to 15, characterized in that that the foam body formed from mineral foam as a bed with a material temperature of 1100 - 700 ° C after the foaming process step are continuously introduced into molds or in a distribution device for the molds, wherein the foam bodies are continuously impregnated with a supplied light metal melt in order to fuse the foam bodies into individual or endless molded parts (plates, semi-finished products). Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Mineralschaum gebildeten Schaumkörper als Schüttung mit einer Materialtemperatur von 1100 - 700°C nach der Schäum-Prozeßstufe kontinuierlich in Formen oder in einer Verteilungsvorrichtung zu den Formen eingetragen und kontinuierlich mit Pulver einer Leichtmetall-Legierung im Temperaturbereich von 1100 - 700°C unter Luftausschluß oder unter Schutzgas (CO2, N2) paniert werden, wobei ein anschließendes Wiedererhitzen der Schaumkörper mit codierter Leichtmetall-Oberfläche unter Luftausschluß oder unter einem Schutzgas auf eine Temperatur zwischen 600 - 1000°C ein Verschmelzen oder ein Versintern der Schaumkörper über die aufgebrachten Oberflächenbeschichtungen bewirkt. Method for producing a workpiece according to claims 1 to 15, characterized in that that the foam body formed from mineral foam as a bed with a material temperature of 1100 - 700 ° C after the foaming process step continuously in molds or in a distribution device to the molds and continuously breaded with powder of a light metal alloy in the temperature range of 1100 - 700 ° C with exclusion of air or under protective gas (CO2, N2), whereby Subsequent reheating of the foam body with coded light metal surface in the absence of air or under a protective gas to a temperature between 600-1000 ° C. causes the foam body to fuse or sinter over the applied surface coatings. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeweiliges Werkstück vollständig aus Schaumkorpern mit einem Leichtmetall als Bindemittel oder einem Kern aus Schaumkörpern und einem Leichtmetall als Bindemittel in Kombination mit einer äußeren Umhüllung aus Leichtmetall (Werkstück 1) oder ferner einem Kern aus Schaumkörpern und einem Leichtmetall als Bindemittel mit gezielt erzeugten Hohlräumen im Kern (z.B. Gußkern) und einer äußeren Umhüllung aus Leichtmetall hergestellt wird. Method according to one of claims 16 to 18, characterized in that that a respective workpiece made entirely of foam bodies with a light metal as a binder or a core of foam bodies and a light metal as a binder in combination with an outer covering made of light metal (workpiece 1) or further a core of foam bodies and a light metal as a binder with specifically created voids in the core (eg cast core) and an outer covering made of light metal.
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