WO1999052661A1 - Verfahren zur herstellung von formkörpern und schaummetall-formkörper - Google Patents

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WO1999052661A1
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foam
solid
foaming
mold
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PCT/AT1999/000091
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Frantisèk SIMANC^¿IK
Helmut WÖRZ
Eric Wolfsgruber
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Mepura Metallpulvergesellschaft Mbh Ranshofen
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    • Y10T428/12479—Porous [e.g., foamed, spongy, cracked, etc.]

Definitions

  • the present invention relates generally to novel foam metal moldings, and in particular to a new process for the targeted and reproducible production of these new moldings.
  • Openings or the like which e.g. are provided for receiving mounting, connection and / or connecting elements.
  • foam metal composite components e.g. sandwich components, e.g. with lower and upper, massive cover plate and metal foam structure located between them
  • a metal powder / powder powder mixture was introduced between the two plates and that e.g. by rolling, pressing or the like.
  • an essentially compact preform or semifinished product body with outer cover layers is produced, which is foamed at elevated temperature e.g. in a mold, e.g. then the bottom plate remains in position and the cover plate is "lifted" into a final position by the developing metal foam.
  • the disadvantage of this technology given here as an example, is that it is difficult to achieve an exact final positioning of the sheets.
  • the invention has for its object to provide a method in which, as described above, subsequent attachment of components, holding elements, cavities, recesses or the like. essentially unnecessary.
  • the new process should also use raw materials that are expensive to produce, e.g. of the semi-finished product as described above on the basis of a compact
  • the invention thus relates to a new process for the production of moldings, workpieces or components made of or with foam metal based on aluminum or aluminum alloys or other metals or alloys, semi-finished bodies, rods, profiles, Plates or the like, made from foamable semi-finished material obtained by compacting a mixture of at least one powder of the matrix metal with at least one foaming agent which releases a foaming gas at elevated temperature and based on at least one metal hydride or another foaming agent in a foam-metallurgical way. and mold or the like.
  • the composite molded body or component obtained with the structure firmly bonded in the metal foam or the firmly bonded (solid) body and / or functional component is removed from the mold.
  • the essence of the invention is, in particular, that the foaming process is not only serves to form the metal foam itself, but rather that the developing metal foam connects in situ and integrally with the solid parts, of what type they are in detail. Subsequent material weaknesses, for example through Drilling holes, threads or the like. for the attachment of functional parts, holding elements or the like. can be avoided and the in-situ foaming of the solid parts achieves their integration and anchoring in the finished metal foam body to an optimal extent.
  • the individual solid body or functional component to be absorbed by the developing metal foam can, as is expressed above, be completely surrounded by the foam, thus ensuring, for example, a modification of the foam structure by the (solid) insert (s) is.
  • reinforcement elements such as rods, wires, nets or the like come into question.
  • the metal foam or the like can also only the anchoring area.
  • a functional component for example a fastening element, enclose, the actual functional area projecting, for example, from the surface of the foam metal body, emerging from it or the like. If sheets, i.e. solid bodies with flat or spatial, but mostly flat, expansion are to be connected to the metal foam, then there is a flat, integrating concern of the metal foam and thus a flat integration into the sheet.
  • a particularly intimate bond between the one or more solid body (s) and metal foam can be achieved with a choice of material in accordance with the first embodiment of the adapter 2.
  • the individual (solid) body not be made entirely of a metal compatible with the matrix metal of the foam body being formed, rather a material-promoting coating of the same may be sufficient, whereby however, an integral bond of the same with the base body forming its base is important.
  • claim 2 contains, as a third variant, a selection of materials, material phases, layers or the like that are suitable for the effective integration of the (solid) parts in the foam metal body.
  • Variant according to claim 3 called some such coating technologies which are particularly preferred within the scope of the invention.
  • the solid bodies to be integrated into the foam can e.g. by casting, continuous casting, extrusion, extrusion, rolling or the like. be made.
  • the insert components are to meet particularly high technological requirements, for example if they are to have high hardness, abrasion resistance, chemical resistance or the like, the use of solid material is - as disclosed in claim 4 Cores or components made from compacted, for example sintered, material possible
  • Shaped bodies or components made of materials with melting temperatures which are above the melting temperature of the metal of the base body to be foamed are preferably used, as provided for in the second variant of this claim.
  • a significant advantage of the new method of in-situ foaming is the first embodiment variant specified in claim 5, which consists in that the structures, bodies or functional components to be integrated on or in the foam of the matrix metal together with foamable ones Semi-finished bodies are introduced into the mold, which essentially have a geometry which is similar to the geometry of the finished composite product which has been foamed after foaming.
  • a first preferred method variant can be found in claim 6, in which the holding elements serving for an exact positioning of the solid parts in the foam matrix so to speak “go up” or the like, that is to say they are integrated into the same material can.
  • the semi-finished body to be arranged in the mold during the foaming process it has also proven to be particularly favorable to use the semi-finished body in the form of metal wires or filaments in Matrix metal soluble or eg mats, bundles or the like which are held together essentially without burning material.
  • the foam metal formation see also the second variant of claim 6, it then only being necessary to cut the mats to the appropriate length and possibly also width, and to insert the contoured mat pieces directly into the mold can be, with which there is no longer a risk of mutual displacement of the semi-finished products.
  • a correspondingly shaped second mat can be arranged on the first mat, etc.
  • this upper cover sheet or the upper cover sheet is arranged in the vicinity of or against the mold ceiling, for example by means of appropriate film holders, so that the desired welding with the metal foam reaching it in the course of the foaming process takes place immediately in the desired, exact position.
  • a loading of the foaming and shaping mold that is geared to the final shape Chill mold according to the first embodiment of claim 8 is particularly favorable. In this way, largely pore-homogeneous integral foam components of the new type can be achieved.
  • the type of mold loading with the bodies of the foamable semifinished product which is provided in accordance with the second variant of this claim, brings advantages for the production of pore fractions, pore density or pore volumes which have local volume range changes.
  • Embodiment of claim 8 particularly proven.
  • the invention is in no way limited to “full” solid bodies; rather, as the first embodiment shows, the installation of hollow solid bodies, that is to say hollow bodies, but with a practically solid conversion, can also be provided.
  • a further advantageous possibility is to provide metal foam bodies with externally accessible or e.g. they also penetrating recesses, cavities or the like. to create, which on the one hand saves the subsequent introduction of such empty spaces, but on the other hand has the advantage that the hollow bodies forming the boundary of the empty spaces there, together with the metal foam surrounding and integrating them, bring about substantial mechanical reinforcement.
  • straight pipe bodies can be foamed around from one wall to the opposite wall of the mold, or there e.g. curved tubular body from one wall to an adjacent wall of the mold.
  • the invention relates to the composite foam body according to A n s r u c h 10 produced by the new method.
  • the starting product for the production of aluminum foam moldings is a powder mixture of aluminum or an aluminum alloy, homogeneously mixed with a blowing agent - preferably titanium hydride - and possibly other powdery additives, which are pressed on a compacting, for example, a conforming system, by pressing, extruding, rolling or in a comparable way to a piece goods, i.e. to rods, plates, profiles or the like.
  • a blowing agent preferably titanium hydride - and possibly other powdery additives
  • Sandwich panels with single or double-sided cover sheets, foils or the like have become known, which were roll-clad in a first step in order to finally connect these cover sheets to the matrix metal of the foamable semi-finished product, to contour this layer composite if necessary and then by heating to the melting temperature of the foamable semi-finished product to form the foam body, which then finally materially connects to the metal cover plates, see for example DE 196 12 781 C1.
  • the disadvantages of the previously known methods include the following: a) The roll cladding that has just been briefly described presupposes that the foamable semi-finished product is present in the form of a plate or sheet from the start. Such sheet metal production is difficult on the powder metallurgical route. On known ones
  • Profile width set relatively narrow limits, which is determined by the internal width of the recipient. If an extruded profile is rolled in the longitudinal direction, the resulting spreading is irrelevant. If larger sheet widths are required, the extruded profile must be cut to length and then inserted transversely into the rolled spar. However, the rolling mills mostly reject the production of larger quantities of composite panels by cross-rolling for safety reasons.
  • Components with cover plates attached on both sides can either be smooth on both sides or, for example, have contours of the same type on both sides.
  • the thickness of the foamed component changes the geometry of the lower and upper cover plate significantly.
  • the semi-finished product rolled between the cover sheets cannot adapt to these changes. ⁇
  • An upper and such a lower cover plate, which is to be integrally connected to the metal foam, can easily have different shapes, cross-sectional shapes or topographies from one another.
  • the cover sheets are e.g. made of aluminum or other metals, e.g. Steel, Ni base alloys and their alloys, the melting point of which is, for example, at least 50 ° C. above the melting point of the semi-finished or matrix metal to be foamed.
  • the foamable semifinished product is preferably formed by profiles, preferably with flat or round dimensions, produced in a "conform" or extrusion system, the cross-section of which can be adapted overall to the cavity of the mold, in such a way that several profiles side by side or one above the other be inserted, the amount, the degree of filling and also the level depending on the desired and desired density of the foam metal component to be produced.
  • foamable semi-finished bodies with the same dimensions can be used. By arranging these semi-finished product inserts with different densities locally, different properties can be achieved in the finished component. At the boundaries between the semi-finished bodies or profiles originally inserted into the mold, patterns are created on the finished foam detail body or on its surface, which can be used for decorative purposes. 7.
  • profiles with at least one flat contact surface or else profiles or rods to be positioned next to one another with the aid of thin metal wires or different fibers Origin, which, for example during the foaming process - apart from gas formation - burns without residue, decomposes or dissolves in the molten metal foam, connected to mats with, for example, uniform distances between the rods, which - which considerably simplifies the loading of the mold - are prefabricated and precontoured in the mold can be inserted flat or locally in multiple layers.
  • the profile cross section of the foamable semifinished product and the position of the body forming it within the mold is advantageously to be chosen so that the oxide skin on the surface of the semifinished product body has sufficient space due to the foaming process, in which the semifinished product first puffs up to break open, so that the non-oxidized metal of the foam body which is liquid in this state can connect to the foam body as a whole without any disruptive oxide skins.
  • the original position of the semifinished product bodies used can be recognized on the surface of the finished panel and the interfaces or surfaces between the semifinished product bodies that differ in structure or appearance can be used as a design element.
  • the metal foam is diffusion-welded by the action of the molten foam front to a solid cover plate which has not previously been heated to the melting temperature.
  • the cover plate can either with a low-melting alloy, such as AISi 12 , or with a diffusion-promoting agent such.
  • the upper cover sheet or the like can be made using spacers. arranged adjacent to the upper mold half or top, or e.g. be pressed, or it is clipped there. This can ensure that the upper cover plate is already in its end position during the foaming process and is not lifted from the front of the developing foam and that e.g. incorrectly arranged, tilted or the like. and thus does not reach the desired end position in the finished foam body.
  • a wide variety of integral foam molded articles can be produced by the process described above: i. Panels and sandwich panels that have one-sided or two-sided cover plates or no cover plates, plane-parallel or contoured, and molded parts with different top surface topographies. ii. Molded parts, the hollow interior of which is "stiffened" with metal foam. iii.
  • the upper and lower cover sheet, which is ultimately bonded to the foam, can be contoured differently, for example the metal foam / solid part * composite body can have a corrugated sheet contour on the upper side and it can be smooth on the underside, for example, or provided with a different shape of corrugated sheet, iv.
  • Different densities of semi-finished products with the same or different dimensions mean that different foam thicknesses can be achieved with the same or constant density and (locally) different densities with (locally) different foam thicknesses, v.
  • local recesses can be formed in the foam sheet to be produced by inlays, for example with cavities, that is to say, for example pipe pieces, between the cover plates.
  • Foam body and end plate sheets, foils or the like. can either be firmly connected to one another in metal or optionally have no connection wholly or locally with the foam metal, vii.
  • a wide variety of solid metal parts, such as pipes and fastening elements, heat exchange or cooling elements or the like, can be foamed into the foam body, viii.
  • Foam sheets can be made, surrounded with edge strips or cover sheets integrated on one or both sides.
  • the circumferential side edges can e.g. be formed with a groove, which are produced with the aid of a two-part frame. After the foaming process, the surrounding frame is opened and removed. In the groove created is a
  • This full profile frame can also be designed as a connecting piece of two or more panels joined together at the joint, whereby large-area panel constructions can also be produced.
  • a groove on the outside of the legs of the full aluminum profile can accommodate the edge of a cover plate that is bent at right angles and pushed into the groove.
  • the connection of the cover plate edge / full aluminum profile can be made by gluing or soldering, welding, but also by other joining techniques.
  • FIG. 1 shows particularly preferred shapes of profiles of the foamable semi-finished product to be used, which is produced by compacting metal and blowing agent powder; 2 that Scheme of a mat formed with the aforesaid semi-finished bodies and FIG. 3 shows a schematic of a mold which is appropriately charged for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 1 shows three forms of foamable semi-finished bodies 60 which are particularly preferred in the context of the present invention to be used according to the invention, in oblique view, and one with a flat rectangular, one with a more than semicircular and one with a square cross section, at least one of the side surfaces in which Designated with 601, is essentially flat and flat, the other surfaces can have any shape, for example domed or otherwise shaped.
  • the advantage of the flat surfaces 601 is that the semi-finished body 60 with large surface contact with the bottom of a Chill mold or a sandwich sheet stored there, which significantly reduces the risk of relocation or slipping when the mold is moved or manipulated.Another significant advantage is that the heat transfer from the mold base into the semi-finished product 60 is also improved achieved by this flat surface 601 w earth
  • FIG. 3 shows an interior 1112 of a foam and shaping mold 100, which is advantageously charged in the context of the invention, in a sketchy, schematic form.
  • a foam metal-solid metal composite -Korpers On the - here flat - mold base 11 there is a lower solid base plate 670 for the formation of a foam metal-solid metal composite -Korpers, on which with their flat sides 601 semi-finished body 60 based on extruded compact parts made of a metal, for example Al powder, and a blowing agent, for example TiH powder, which are arranged when the foam temperature is reached then form the Mat ⁇ x metal foam.
  • a metal for example Al powder
  • a blowing agent for example TiH powder
  • a curved composite sheet 671 is advantageously in place on the concavely curved mold ceiling 12 by means of supporting bodies 620, for example hollow cylinders or the like, which are supported from below and which consist of a somewhat higher melting metal that can be dissolved or dissolved in the metal foam held, which ultimately welds material-tightly with the Mat ⁇ x metal foam 600 which swells when the mold 100 is heated eats
  • supporting bodies 620 for example hollow cylinders or the like
  • Holding wires 605 can be made of metal compatible with the matrix metal or else of a material that burns, decomposes or is otherwise destroyed at the temperature of the heating and foaming to be achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Formkörpern od.dgl. aus Schaummetall auf Basis von Aluminium oder anderen Metallen, wobei Halbzeug-Körper od.dgl. aus schäumfähigem, durch Kompaktieren eines Gemisches mindestens eines Matrix-Metall-Pulvers mit mindestens einem Schäumgas freisetzenden Treibmittel erhaltener Halbzeug-Material in eine Schäum-Kokille (100) od.dgl. eingebracht, dort in gewünschter geometrischer Anordnung angeordnet werden und unter Erhitzung auf eine Temperatur im Bereich der Schmelztemperatur des Matrix-Metalles gebracht werden, der Schäumvorgang nach Füllung der genannten Kokille beendet wird und die erhaltenen Schaummetall-Formkörper ausgeformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein schäumfähiger, kompaktierter Halbzeug-Körper zusammen mit mindestens einer bzw. einem - aus einem bei der Schmelztemperatur des Matrix-Metalls nicht schäumfähigen Material gebildeten Struktur- bzw. Funktions-Bauteil (671) od.dgl. in die Schäum-Kokille eingebracht und in gewünschter Position gehalten wird, wonach die Erhitzung unter Ausbildung des die Struktur bzw. Funktions-Bauteil berührungsbindenden oder umschließenden Metallschaums (600) in der dem Kokillen-Innenraum entsprechenden Form vorgenommen wird, wobei das Metall des gebildeten Metall-Schaumes mit der bzw. dem Struktur-bzw. Funktions-Bauteil oder insgesamt oder teilweise in Kontakt gebracht wird, und daß nach Abkühlung der erhaltene Verbund-Formkörper mit im Metallschaum fest gebundener Struktur bzw. Funktions-Bauteil entformt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Formkörpern und Schaummetall-Formkörper
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen neuartige Schaummetall- Formkörper, und im besonderen ein neues Verfahren zur gezielten und reproduzierbaren Herstellung dieser neuen Formkörper.
Es ist in den letzten Jahren eine große Zahl von Veröffentlichungen unxl Schutzrechtsschriften erschienen, welche die Herstellung von Schaummetallen, Vorrichtungen für die Verfahrensdurchführung sowie weiters auch die für die Schaummetall- Produktion erforderlichen Metall/Treibmittel-Mischungen bzw. die mit diesen Metall Treibmittel-Mischungen gebildeten Halbzeuge für den Einsatz in einem Metallschäum- Herstellungsprozeß und die Herstellung des genannten Halbzeugs selbst betreffen.
Es sei zu den bekannt gewordenen Vorschlägen und Aktivitäten auf diesem Gebiet nur beispielsweise und keineswegs vollständig auf die folgenden Druckschriften verwiesen. DE 1 164 102 A, DE 196 12 781 C1 , DE 43 40 791 A1 , DE 44 26 627 A1 , EP 460 392 A1 , EP 588 182 A2.
Zu verweisen ist hier weiters auf eine bekannte Technik des Schäumens von Metallen, bei welcher aus kompaktierten Metallpartikel-Treibmittelpartikel-Gemischen gebildetes Halbzeug in Schäumformen, z.B. aus Stahl, eingelegt und dort durch Erhitzen zum Aufschäumen gebracht wird. Gemäß der EP 804 982 A2 wird das pulvermetallurgische Ausgangsmaterial in einer beheizten Kammer außerhalb einer Schaum-Gußform erhitzt und zum Aufschäumen gebracht, wonach der in seiner Menge auf die Volumskapazität der Gußform abgestimmte Metallschaum in seiner Gesamtheit in die Gußform gedrückt wird, eine an sich relativ aufwendige Technik. In der US 3 087 807 A ist ein Verfahren beschrieben, gemäß weichem ein der gewünschten Endform des fertigen Schaummetallkörpers in seiner Gestalt etwa entsprechend geformtes Halbzeug in eine hohle Hülle eingebracht und dort unter Erhitzen aufgeschäumt wird.
Die DE 44 24 15 A1 beschreibt Schaummetalle mit anisotropen Eigenschaften, welche durch Erhitzen des schäumfähigen Halbzeuges in der Schäum- und Gußform und danachfolgende Deformation hergestellt werden. Es ist dort angeführt, daß zur Zerstörung der Stege zwischen den Poren zu dem Zweck, die Anzahl derselben, über welche die an sich durch die Poren reduzierte elektrische und thermische Leitung des Schaummetalles erfolgt, weiter zu reduzieren, die Integration von kleinen Keramik- oder Hartmetallpartikeln, Kurzfasern od.dgl., die als Rißstarter während der Deformation dienen, vorgesehen sein kann.
Die Zahl und Variabilität der Einsatzmöglichkeiten von Schaummetallen bzw. von daraus gefertigten Formkörpern, Werkstücken, Bauteilen od.dgl. ist hoch. Es sollen an dieser Stelle nur als Beispiele das Aussteifen von Hohlformen, alle für Schall- und Schwingungsdampfung verschiedenster Art eingesetzten Bauteile, weiters Energieflusse, wie z.B. Warmefluß hemmende Bauteile, und nicht zuletzt die Verwendung als wegen ihrer niedrigen Dichte im steigenden Maß geschätzte Dekorations- und Verkleidungs-Bauteile, wie z.B Wandplatten, Paneele od.dgl. genannt werden, wobei unter Umstanden die Schaumstruktur selbst oder auch Schaumstruktur-Grenzen innerhalb der Bauteile, ihrer- Oberflache reizvolle ästhetische Aspekte bieten, welche zu Dekorzwecken dienen können.
In vielen Fallen ist es jedoch so, daß der einzelne Metallschaum-Formkoprer für sich allein noch nicht funktionsfähig ist und er, wie z.B. im Falle von Schallschutz-Bauteilen, Wandpaneelen od.dgl , irgendwelcher Halterungen bedarf oder aber z B. Hohlräume,
Offnungen od.dgl aufweisen soll, welche z.B. für die Aufnahme von Halterungs-, Anschluß- und/oder Verbindungselementen vorgesehen sind.
Es ist also notwendig, nach Fertigstellung des Schaummetall-Korpers denselben so nachzubearbeiten, daß die benotigten Ausnehmungen in denselben eingearbeitet werden, daß z.B. Halteelemente in die vorher eingebrachten Bohrungen eingeschraubt werden müssen oder daß z B. die Bauteiirander umfangende Klemm- und Lagehaltungselemente anzubringen sind
Sollen z B. etwa Schaummetall-Verbund-Bauteile, also z B. Sandwich-Bauteile, z.B. mit unterem und oberem, massivem Deckblech und dazwischen befindlicher Metallschaum- Struktur, realisiert werden, so wurde bisher so vorgegangen, daß ein Metallpulver/T reibmittelpulver-Gemisch zwischen die beiden Bleche eingebracht wurde und daß dann z.B. durch Walzen, Pressen od.dgl. ein im wesentlichen kompakter Vorform- bzw. Halbzeugkorper mit Außen-Deckschichten hergestellt wird, welcher bei erhöhter Temperatur z B. in einer Form aufgeschäumt wird, wobei z.B. dann das Bodenblech in Lage bleibt und das Deckblech vom sich entwickelnden Metallschaum in eine endgültige Position "gehoben" wird. Nachteil dieser, hier als Beispiel angeführten, Technologie ist, daß sich damit eine exakte Endpositionierung der Bleche nur schwierig erreichen laßt.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, bei welchem sich ein, wie oben beschriebenes, nachträgliches Anbringen von Bauteilen, Halteelementen, Hohlräumen, Ausnehmungen od.dgl. im wesentlichen erübrigt. Das neue Verfahren sollte weiters den Einsatz von kostenaufwendig zu produzierendem Vormaterial, wie z.B. des wie oben beschriebenen Halbzeugs auf Basis eines kompaktierten
Metallpulver/Treibmittel/Deckblech-Verbunds ersparen und zu Schaummetall-Produkten mit ein- oder anintegrierten Massiv-Elementen mit exakt steuerbarer Endpositionierung fuhren Das neue Verfahren soll schließlich die Produktion von gleich für einen technischen
Einsatz und die Verwendung geeigneten fertigen Schaummetall-Formkorpem und -Bauteilen in im wesentlichen einem Verfahrensschritt ermöglichen. Gegenstand der Erfindung ist somit ein neues Verfahren zur Herstellung von Formkorpern, Werkstucken bzw. Bauteilen aus bzw. mit Schaummetall auf Basis von Aluminium bzw. Aluminium-Legierungen oder anderen Metallen bzw. Legierungen, wobei Halbzeug-Korper, -Stangen, -Profile, -Platten od.dgl., aus schaumfahigem, durch Kompaktieren eines Gemisches mindestens eines Pulvers des Matrix-Metalls mit mindestens einem bei erhöhter Temperatur ein Schaumgas freisetzenden Treibmittel auf Basis mindestens eines Metallhydrids oder eines anderen Treibmittels auf pulvermetallurgischem Wege erhaltenem Halbzeug-Material in eine Schaum- und Formgebungs-Kokille od.dgl. eingebracht, dort in jeweils gewünschter geometrischer Anordnung, Flachen- und/oder Raumverteilung angeordnet werden und in der genannten Kokille unter Erhitzung auf eine Temperatur im Bereich der Schmelztemperatur des Matrix- Metalles gebracht werden, der Schaumvorgang nach Füllung des Innenraums der genannten Kokille mit dem gebildeten Schaummetall mit einem gewünschten Fullgrad beendet wird und schließlich die so erhaltenen Schaummetall-Formkorper, -Werkstucke bzw. -Bauteile ausgeformt bzw. ausgebracht werden, welches d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ist,
- daß zumindest ein schaumfahiger, kompaktierter Halbzeug-Korper oder eine Mehrzahl derartiger Halbzeug-Korper zusammen mit mindestens einer bzw. einem - aus einem bei der Schmelztemperatur des Matrix-Metalls bzw Schaumtemperatur nicht schaumfahigen, Material bzw Massiv-Material bzw. -Metall gebildeten Struktur bzw. Korper und/oder (technischen) Funktions-Bauteil aus der Gruppe Drähte, Seile, Stangen, Netze, Gitter, Folien, Platten, Bleche, Wabenkorper, Profile, Rohre, Buchsen, Verankerungselemente, Schraubschafte od.dgl , in die Schaum- und Formgebungs-Kokille eingebracht und in gewünschter Position gehalten wird, wonach die Erhitzung unter Ausbildung des die Struktur bzw den (Massιv-)Korper und/oder Funktions-Bauteil integral und satt umschließenden Metallschaums in der dem Kokillen-Innenraum entsprechenden Form bzw. Gestalt vorgenommen wird,
- wobei das Material bzw. Matrix-Metall des bei der jeweiligen Schaum-Temperatur gebildeten Metall-Schaumes mit der bzw. dem gesamten Struktur bzw. (Massιv-)Korper und/oder Funktions-Bauteil oder mit einem Teil derselben bzw. desselben in Kontakt gebracht wird, und
- daß nach entsprechender Abkühlung der erhaltene Verbund-Formkorper bzw. -Bauteil mit im Metallschaum fest gebundener Struktur bzw. fest gebundenem (Massιv-)Korper und/oder Funktions-Bauteil entformt wird Das Wesen der Erfindung besteht also insbesondere darin, daß der Schaumvorgang nicht nur der Bildung des Metallschaumes selbst dient, sondern daß der sich enwickelnde Metallschaum sich in situ und integral mit den Massiv-Teilen, welcher Art sie nun im einzelnen sind, verbindet. Damit können nachträgliche Mateπalschwachungen, z.B. durch Einbringen von Bohrungen, Gewinden od.dgl. für die Befestigung von Funktionsteilen, Halteelementen od.dgl. vermieden werden und es wird durch die in-situ-Umschäumung der Massiv-Teile deren Einbindung und Verankerung im fertigen Metallschaum-Körper in optimalem Ausmaß erreicht. Der einzelne, vom sich entwickelnden Metallschaum aufzunehmende Massiv-Körper bzw. Funktions-Bauteil kann, wie dies oben zum Ausdruck kommt, vom Schaum gänzlich- umgeben werden, womit z.B. für eine Modifikation der Schaumstruktur durch die (Massiv-)Einlage(n) gesorgt ist. In Frage kommen dafür z.B. Armierungselemente, wie z.B. Stäbe, Drähte, Netze od.dgl. Der Metallschaum kann aber auch nur den Verankerungsbereich od.dgl. eines Funktions-Bauteiies, z.B. eines Befestigungselementes, umschließen, wobei der eigentliche Funktional-Bereich beispielsweise die Oberfläche des Schaummetall-Körpers überragt, aus ihr hervortritt od.dgl. Sind Bleche, also Massiv-Körper mit ebener oder räumlicher, jedoch überwiegend flächiger, Ausdehnung mit dem Metallschaum zu verbinden, so kommt es zu einem flächigen, integrierenden Anliegen des Metallschaumes und somit zur flächigen Anintegration an das Blech.
Ein besonders inniger Verbund zwischen dem bzw. mehreren Massiv-Körper(n) und Metallschaum läßt sich bei einer Material-Wahl gemäß der ersten Ausführungsform des A n s p r u c h e s 2 erzielen.
Es muß, wie bei einer zweiten Ausführungsvariante dieses Anspruches 2 vorgesehen, der einzelne (Massiv-)Körper nicht vollständig aus einem mit dem Matrix-Metall des sich bildenden Schaumkörpers kompatiblen Metall gefertigt sein, vielmehr kann eine materialschluß-fördernde Beschichtung desselben durchaus genügen, wobei allerdings ein integraler Verbund derselben mit dem seine Unterlage bildenden Grundkörper wichtig ist.
Weiters beinhaltet der Anspruch 2 als dritte Variante eine Auswahl von für die effektive Einbindung der (Massiv-)Teile in den Schaummetall-Körper in Frage kommenden Materialien, Materialphasen, Schichten od.dgl.
Ebenfalls bevorzugte Spezialfälle für die gewünschte hochgradige Integration der Massiv-Körper bzw. massiven Funktions-Bauteile in das geschäumte Metall zeigen jeweils die vierte und die fünfte Variante gemäß diesem Anspruch auf. In diesem Sinne sind dort als letzte Variante einige, speziell auf die - im hohen
Ausmaß und bevorzugt zum Einsatz kommenden Schaum-Matrix-Metalle auf Aluminiumbasis - ausgerichtete, den angesprochenen Material-Verbund fördernde Metalle bzw. Metall-Kombinationen genannt.
Für Fälle, wo ein wie bisher ausführlich behandelter, inniger Verbund zwischen Schaum und in denselben eingebettetem Körper nicht erwünscht ist, oder gar ein nachträgliches Entfernen des Körpers erfolgen soll, können die in der ersten
Ausführungsvariante des A n s p r u c h e s 3 zusammengefaßten Maßnahmen Vorteile bringen. Den Techniken zum Aufbringen der den Material-Verbund zwischen Matrix-Metall und von demselben umschaumten Massiv-Teil fordernden oder aber hemmenden
Beschichtungen sind an sich keine Grenzen gesetzt. Dementsprechend sind in der zweiten
Variante gemäß diesem Anspruch 3 einige solche, im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugte Beschichtungs-Technologien genannt.
Unterstützt werden kann in vorteilhafter Weise der an sich für die meisten Fälle wesentliche und erwünschte Materialschluß durch Maßnahmen zur Steigerung des mechanischen Verbunds zwischen Schaummetall und einzelnen Massiv-Korpern, wie z.B. durch Vergrößerung bzw durch besondere Gestaltung von dessen Oberflache, wie dies gemäß der dritten bevorzugten Ausfuhrungsform des Anspruches 3 vorgesehen ist
Die in den Schaum zu integrierenden Massiv-Korper können z.B. durch Gießen, Stranggießen, Strangpressen, Extrudieren, Walzen od.dgl. hergestellt sein. Für bestimmte Falle, z B. wenn die Einlage-Bauteile besonders hohen technologischen Anforderungen genügen sollen, also z B. hohe Harte, Abrasionsfestigkeit, chem Beständigkeit od.dgl aufweisen sollen, ist - wie im A n s p r u c h 4 geoffenbart - auch der Einsatz von Massiv-Korpern oder -Bauteilen aus auf pulvertechnologischem Wege hergestelltem, kompaktiertem, z.B. gesintertem, Material möglich
Bevorzugt werden zu umschaumende Formkorper bzw Bauteile aus Materialien mit Schmelztemperaturen, die über der Schmelztemperatur des aufzuschäumenden Metalls des Grundkorpers liegen, eingesetzt, wie gemäß der zweiten Variante dieses Anspruches vorgesehen.
Einen wesentlichen Vorteil des neuen Verfahrens der in-situ-Schaumung bringt die im A n s p r u c h 5 angegebene erste Ausfuhrungsvariante, die darin besteht, daß die an oder in den Schaum des Matrix-Metalls zu integrierenden Strukturen, Korper bzw. Funktions-Bauteile zusammen mit schaumfahigen Halbzeug-Korpern in die Formgebungskokille eingebracht werden, welche im wesentlichen eine Geometrie aufweisen, welche der Geometrie des nach dem Aufschäumen erhattenen, fertigen Verbund- Produkts ähnlich ist.
Die bei einem wie oben beschriebenen, bisher bekannten Einsatz von schon als Material-Verbund einzubringendem und dann mit den im Verbund vorliegenden Massiv- Elementen, z.B. Blechen, zusammen aufzuschäumendem Halbzeug auftretenden Nachteile und Probleme mit einer gezielten, der gewünschten endgültigen Positionierung im fertigen Verbund-Schaumkorper entsprechenden, Positionierung sind schon oben kurz erörtert worden. Das erfindungsgemaße Verfahren bringt hier den wesentlichen Vorteil, daß es zum ersten Mal eine tatsächlich exakte Endpositionierung der Massiv-Teile an den gewünschten Stellen des Schaumkorpers in auch Winkel- bzw. raumiagegenauer Stellung ermöglicht, wobei eine Vorgehensweise, wie sie gemäß der zweiten Ausfuhrungsform des Anspruches 5 vorgesehen ist, von besonderem Vorteil ist. WO 99/52661 . g . PCT/AT99/00091
Dem A n s p r u c h 6 ist eine erste bevorzugte Verfahrens-Variante zu entnehmen, bei welcher die für eine exakte Positionierung der Massiv-Teile dienenden Halteelemente in der Schaum-Matrix sozusagen "aufgehen" od.dgl., sie also in dieselbe echt material-integriert werden können. Um ein unerwünschtes gegenseitiges Verlagern bzw. Verrutschen der vor dem
Schäumprozeß ja an sich ganz gezielt und bevorzugt auf die Endform abgestimmt in def Kokille anzuordnenden Halbzeug-Körper im Zuge des Schäumvorganges zu vermeiden, hat es sich weiters als besonders günstig erwiesen, die Halbzeug-Körper etwa in Form von mit Metalldrähten oder mit Filamenten aus im Matrix-Metall löslichem oder z.B. im wesentlichen rückstandslos verbrennendem Material zusammengehaltenen Matten, Bündeln od.dgl. für die Schaummetall-Bildung zur Verfügung zu stellen, siehe dazu die zweite Variante des Anspruches 6, wobei dann bloß so vorgegangen werden muß, daß die Matten in entsprechender Länge und eventuell auch Breite zuzuschneiden sind, und die derart konturierten Mattenstücke direkt in die Kokille eingebracht werden können, womit die Gefahr eines gegenseitigen Verlagerns der Halbzeug-Körper nicht mehr gegeben ist. An Stellen größerer Schäumhöhe kann eine entsprechend geformte zweite Matte auf der ersten Matte angeordnet werden usw.
Bevorzugt werden Haltelemente, in welcher Form auch immer sie vorliegen, mit einer höheren Schmelztemperatur als jener des den Schaum bildenden Matrix-Metalls, siehe dazu die dritte Ausführungsform gemäß Anspruch 6.
Besteht die Absicht, besonders robuste Sandwich-Metallschaum-Körper mit den Schaummetall-Körper jeweils oben und unten bzw. beidseitig begrenzenden Blechen oder Folien herzustellen, was dem Formkörper besonders hohe mechanische Stabilität verleiht, so ist es günstig, in die Schäum- und Formgebungs-Kokille in der Art, wie im A n s p r u c h 7 beschrieben, derartige Folien und/oder Bleche an den entsprechenden Stellen der Kokille in gewünschter Lage anzuordnen. Dabei ist der Vorteil gegeben, daß nicht, wie bisher, z.B. eine "oberseitige" Deckfolie oder ein derartiges Deckblech direkt auf die auf dem ersten Blech angeordneten Körper des kompaktierten Metallmatrix/Treibmittel- Halbzeugs aufliegend angeordnet wird, wobei dann dieses Blech bzw. diese Folie mit steigender Porenbildung und Poren-Volumsvergrößerung während der Schaumentwicklung durch das Schäummetall selbst gehoben und schließlich gegen die Decke der Kokille gedrückt wird. Vielmehr wird gleich diese obere Deckfolie bzw. das obere Deckblech in Nähe der bzw. an der Kokillendecke anliegend angeordnet, z.B. mittels entsprechenden Folienhaltern, sodaß die angestrebte Verschweißung mit dem es im Zuge des Schäumprozesses erreichenden Metallschaum gleich in gewünschter, exakter Lage erfolgt. Um ein Minimum an Nachbearbeitungs-Aufwand erfordernde, in der Final-Form und -Dimension praktisch optimale Massiv-Körper/Schaummetall-Verbund-Formkörper zu erhalten, ist eine auf die Endform abgestellte Beschickung der Schäum- und Formgebungs- Kokille gemäß der ersten Ausführungsvariante des A n s p r u c h e s 8 besonders günstig. Auf die dort angegebene Weise lassen sich weitgehend poren-homogene Integralschaum-Bauteile der neuen Art erzielen.
Für die Fertigung von lokal volumsbereich-veränderliche Porenanteile, Porendichte bzw. Porenvolumina aufweisenden Schaummetall-Formkörpern bringt die gemäß der zweiten Variante dieses Anspruches vorgesehene Art der Kokillen-Beschickung mit den Körpern des schäumfähigen Halbzeuges Vorteile.
Für die Erzielung von Formkörpern mit optimaler Einbindung der Massiv-Körper als besonders vorteilhaft hat sich die Einhaltung von Verhältnissen zwischen den Volumina bzw. dem Gesamtvolumen der in die Kokille eingebrachten kompaktierten, schäumfähigen
Halbzeug-Körper und des Innenraums der Formgebungs-Kokille gemäß der dritten
Ausführungsform des Anspruches 8 besonders bewährt.
Die Erfindung ist keineswegs auf "volle" Massiv-Körper beschränkt, vielmehr kann auch, wie der A n s p r u c h 9 in dessen erster Ausführungsform zeigt, der Einbau von hohlen Massiv-Körpern, also von Hohlkörpern, allerdings mit praktisch massiver Umwandung, vorgesehen sein.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht gemäß der zweiten Variante des Anspruches 9 darin, Metallschaum-Körper mit von außen zugänglichen oder z.B. sie auch durchsetzenden Ausnehmungen, Hohlräumen od.dgl. zu schaffen, was einerseits ein nachträgliches Einbringen solcher Leerräume erspart, anderseits aber den Vorteil hat, daß die dort die Begrenzung der Leerräume bildenden Hohlkörper zusammen mit dem sie umgebenden und integrierenden Metallschaum eine wesentliche mechanische Verstärkung bringen. Z.B. können gerade Rohrkörper von einer Wand zur gegenüberliegenden Wand der Kokille, dort dicht anschließend umschäumt werden oder z.B. gebogene Rohrkörper von einer Wand zu einer benachbarten Wand der Kokille.
Um einerseits eine möglichst hohe Fläche für den Kontakt des schäumfähigen kompaktierten Halbzeug-Gutes mit der bzw. dem für dessen Aufheizung, Formgebung und Dimensionierung vorgesehenen Kokille bzw. Kokillenboden Sorge zu tragen und anderseits, um bei Manipulation der Kokille ein unerwünschtes Verrutschen oder unkontrolliertes Wegrollen der Halbzeug-Körper und damit eine unregelmäßige oder unerwünschte Materialdichte-Verteilung in der Kokille vor dem Schäumen zu vermeiden, ist es gemäß einer dritten Variante des Anspruches 9 günstig, ein Halbzeug-Gut mit Körpern mit zumindest einer flachen bzw. ebenen Aufliege-, also Unterseite, vorzusehen, mit welcher diese Halbzeug-Körper auf dem Kokillenboden oder einem dort eingelegten Verbundblech aufliegen.
Schließlich betrifft die Erfindung die nach dem neuen Verfahren hergestellten Verbund-Schaumkörper gemäß A n s p r u c h 10.
Zusammenfassend soll also folgendes festgehalten werden: Wie schon erwähnt, wird erfindungsgemäß ein schäumfähiges, auf pulvermetallurgischem Fertigungsweg erhaltenes Halbzeug eingesetzt. Beispielsweise ist Ausgangsprodukt für die Herstellung von Aluminiumschaum-Formkörpern eine Pulvermischung aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, homogen vermischt mit einem Treibmittel - bevorzugt Titanhydrid - und gegebenenfalls weiteren pulverförmigen Zusatzstoffen, die auf einer Kompaktier-, z.B. einer Conformanlage, durch Pressen, Extrudieren, Walzen oder auf eine vergleichbare Weise zu einem Stückgut, also zu Stäben, Platten, Profilen od.dgl. Haibzeugformen kompaktiert wird, wobei meist eine Dichte des so erhältlichen Halbzeug-Gutes erreicht wird, die vorzugsweise über ca. 95 % der theoretischen Dichte der Metallmatrix liegt.
Bekannt geworden sind Sandwich-Platten mit ein- oder doppelseitig angebrachten Deckblechen, -folien od.dgl., die in einem ersten Schritt walzplattiert wurden, um letztlich diese Deckbleche mit dem Matrix-Metall des aufschäumbaren Halbzeuges metallisch zu verbinden, diesen Schichtverbund gegebenenfalls zu konturieren und danach durch Erwärmung auf die Schmelztemperatur des aufschäumbaren Halbzeuges, den Schaumkörper zu bilden, der sich dann schließlich mit den metallischen Deckblechen materialschlüssig verbindet, siehe dazu z.B. die DE 196 12 781 C1.
Die Nachteile der bisher bekannt gewordenen Verfahren sind unter anderem folgende: a) Das soeben kurz beschriebene Walzplattieren setzt voraus, daß auch das aufschäumbare Halbzeug von vornherein in Platten- oder Blechform vorliegt. Auf pulvermetallurgischem Weg ist eine solche Blechherstellung schwierig. An bekannten
Technologien stehen zur Verfügung das Pulverwaizen, das im Zusammenhang mit aufschäumbarem Halbzeug jedoch bis heute noch nicht bis zur Serienreife entwickelt werden konnte, sowie das Strangpressen. Beim Strangpressen sind jedoch der
Profilbreite relativ enge Grenzen gesetzt, die von der Innenweite des Rezipienten her bestimmt wird. Wird ein Strangpreßprofil in Längsrichtung gewalzt, ist die dabei entstehende Breitung desselben unerheblich. Sind höhere Blechbreiten erforderlich, muß das stranggepreßte Profil abgelängt und dann quer in den Walzspatt eingebracht werden. Die Herstellung größerer Mengen an Verbundplatten durch Querwalzen wird jedoch von den Walzwerken meist aus Sicherheitsgründen abgelehnt. b) Bauteile mit beidseitig angebrachten Deckblechen können entweder beidseitig glatt sein oder sie weisen beispielsweise beidseitig untereinander gleichartige Konturen auf. c) An Sandwich-Bauteile mit beidseitig angeordneten Deckblechen, die nach dem Walzplattieren und vor dem Aufschäumen "winkelige" Konturen bzw. Querschnitte, z.B. ähnlich einem flachen U mit beidseitig im Winkel wegstehenden Fahnen, etwa so: 1J~, aufweisen, kann sich der Teil des in vertikaler Lage befindlichen aufschäumbaren Halbzeugs horizontal nicht ausweiten. Die Wandstärke des Schaumkernes ist daher nach einem Aufschäumen in den horizontalen Lagen größer und in den vertikalen Lagen geringer. Derartiges, walzplattiertes Halbzeug, also Sandwich-Verbund, mit Konturen kann nur für begrenzte Geometrien und Größen verwendet werden. Mit zunehmender
Dicke des aufgeschäumten Bauteiles verändert sich die Geometrie des unteren und oberen Deckbleches wesentlich. Das zwischen den Deckblechen eingewalzte Halbzeug kann sich diesen Änderungen nicht anpassen. ~~
Einige wesentliche Punkte und bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind nun global zusammengefaßt folgende:
1. Deckbleche und aufschäumbare Halbzeug-Körper in Stab-, Profil- od.dgl. -Form werden neben- und übereinander in eine Schäum- und Formgebungs-Kokille eingelegt.
2. Ein als mit dem Metallschaum integral zu verbindendes oberes und ein derartiges unteres Deckblech können problemlos voneinander verschiedene Formen, Querschnittsgestalten bzw. Topografien aufweisen.
3. Geschäumte Sandwich-Platten sind durch Einlegen von Unterlags- und Deck-Blechen, -Folien od.dgl. in die Kokille ohne den vorbereitenden bzw. Zwischenschritt eines
Walzplattierens bzw. Kompaktierens zu einem Verbund-Halbzeug, also praktisch in einem Arbeitsgang, herstellbar.
4. Bei Sandwich-Schaum-Blechen bestehen die Deckbleche z.B. aus Aluminium oder anderen Metallen, wie z.B. Stahl, Ni-Basisiegierungen und deren Legierungen, deren Schmelzpunkt beispielsweise um mindestens 50°C über dem Schmelzpunkt des aufzuschäumenden Halbzeug- bzw. Matrix-Metalles liegt.
5. Das aufschäumbare Halbzeug ist bevorzugt durch in einer "Conform-" oder Strangpreßanlage hergestellte Profile, bevorzugt mit Flach- oder Rundabmessungen, gebildet, deren Querschnitt insgesamt dem Hohlraum der Kokille angepaßt werden kann, in der Weise, daß mehrere Profile neben- oder übereinander eingelegt werden, wobei sich die Menge, der Füllgrad und auch die Füllhöhe nach der gewünschten und angestrebten Dichte des jeweils herzustellenden Schaummetall-Bauteiles richtet.
6. Für verschiedene Bauteile und unterschiedliche Dichten und Dicken können schäumbare Halbzeugkörper mit untereinander gleichen Abmessungen verwendet werden. Durch lokal unterschiedlich dichte Anordnung dieser Halbzeug-Einlagen können lokal unterschiedliche Eigenschaften im fertigen Bauteil erzielt werden. An den Grenzen zwischen den ursprünglich in die Kokille eingelegten Halbzeugkörpern bzw. -proflien entstehen am fertigen Schaummetail-Körper bzw. an dessen Oberfläche Muster, die zu dekorativen Zwecken genutzt werden können. 7. Um die in der Kokille nebeneinanderliegenden Halbzeugprofile gegen Verlagern bzw. Verrutschen zu sichern, ist es günstig, entweder Profile mit zumindest einer flachen Auflageflächen zu verwenden, oder aber es werden nebeneinander zu positionierende Profile oder Stäbe mit Hilfe von dünnen Metalldrähten oder Fasern verschiedener Herkunft, die z.B. beim Aufschäumvorgang - von Gasbildung abgesehen - rückstandlos verbrennen, sich zersetzen oder in dem schmelzflüssigen Metallschaum gelöst werden, zu Matten mit beispielsweise gleichmäßigen Abständen der Stäbe voneinander verbunden, welche, - was die Beschickung der Kokille wesentlich vereinfacht - vorgefertigt und vorkonturiert in die Kokille flächig oder lokal mehrlagig eingelegt werden können. —
8. Der Profilquerschnitt des schäumfähigen Halbzeuges und die Lage der es bildenden Körper innerhalb der Kokille ist vorteilhaft so zu wählen, daß die an der Oberfläche der Halbzeug-Körper befindliche Oxidhaut durch den Aufschäumvorgang, bei dem sich das Halbzeug ja zuerst aufbläht, ausreichend Platz hat, aufzubrechen, sodaß sich das nicht oxidierte Metall des in diesem Zustand flüssigen Schaumkörpers ohne störende Oxidhäute insgesamt zum Schaumkörper metallisch verbinden kann.
9. Die ursprüngliche Lage der eingesetzten Halbzeug-Körper ist bei der fertigen Platte an deren Oberfläche erkennbar und die in ihrer Struktur bzw. Optik sich abhebenden Grenzflächen zwischen den Halbzeugkörpem können als Designelement genutzt werden.
10. Bei der Herstellung von Sandwich-Schaummetall-Platten od.dgl. wird durch die Einwirkung der schmelzflüssigen Schaumfront der Metallschaum mit einem vorher noch nicht bis zur Schmelztemperatur erwärmten massiven Deckblech diffusionsverschweißt. Um die metallische Verbindung zwischen Schaumkörper und Deckblech od.dgl. zu verbessern, kann das Deckblech entweder mit einer niedrigschmelzenden Legierung, z.B. AISi12, oder mit einem diffusionsfördernden Mittel, z. B. Zink, walzplattiert oder beschichtet sein. Ist zwischen dem Schaummetall und dem Deckblech keine innige Verbindung gewünscht, so werden dort günstigerweise Trennmittel aufgebracht, wie z.B. Graphit, eine Eloxalschicht od.dgl.
11. Gemäß einer wichtigen Herstellungsvariante kann das obere Deckbiech mit Hilfe von Distanzstücken od.dgl. an die obere Kokillenhälfte bzw. -decke anliegend angeordnet oder z.B. gedrückt werden, oder es wird dort angeklammert. Damit kann sichergestellt werden, daß sich während des Aufschäumvorganges das obere Deckblech bereits in seiner Endposition befindet und erst nicht von der Front des sich entwickelnden Schaumes angehoben wird und sich dabei z.B. falsch anordnet, verkantet od.dgl. und damit nicht in die gewünschte Endposition im fertigen Schaumkörper gelangt.
Alles bisher zu Blechen Ausgeführte gilt analog für alle anderen Formen von in bzw. an den Metallschaum zu integrierenden Bauteile, Strukturen, Massiv-Körper u.dgl.
Nach dem oben beschriebenen Verfahren können die verschiedensten Integral- Schaum-Formkörper hergestellt werden: i. Platten und Sandwich-Platten, die einseitige bzw. zweiseitige Deckbleche oder keine Deckbleche aufweisen, planpärallel oder konturiert und Formteile mit untereinander verschiedenen Deckflächen-Topografien. ii. Formteile, deren hohles Inneres mit Metallschaum "ausgesteift" ist. iii. Oberes und unteres mit dem Schaum letztlich Verbundes Deckblech können unterschiedlich konturiert sein, also z.B. oberseitig kann der Metallschaum/Massivteü* Verbund-Körper eine Wellblechkontur aufweisen und unterseitig kann er z.B. glatt oder mit einem Wellblech mit einer anderen Kontur versehen sein, iv. Durch unterschiedlich dichte Halbzeug-Einlagen untereinander gleicher oder verschiedener Abmessungen können unterschiedliche Schaumdicken bei gleicher bzw. konstanter Dichte und (lokal) verschiedene Dichten bei (lokal) unterschiedlichen Schaumdicken erzielt werden, v. Für weitere Gewichtseinsparungen können in einer herzustellenden Schaumplatte durch Einlagen, z.B. mit Hohlräumen, also z.B. Rohrstücken, zwischen den Deckblechen lokale Ausparungen ausgebildet werden. vi. Schaumkörper und Endplattenbleche, -folien od.dgl. können wahlweise metallisch fest miteinander verbunden sein oder wahlweise ganz oder lokal keine Verbindung mit dem Schaummetall aufweisen, vii. In den Schaumkörper eingeschäumt können die verschiedensten massiven Metallteile, wie Rohre und Befestigungselemente, Wärmetausch- bzw. Kühlelemente od.dgl., sein, viii. Es können Schaumplatten, umgeben mit Randleisten oder ein- oder beidseitig anintegrierten Deckblechen gefertigt werden.
Dabei können die umlaufenden Seitenkanten z.B. mit einer Rille ausgebildet sein, die mit Hilfe eines zweiteiligen Rahmens hergestellt werden. Nach dem Aufschäumvorgang wird der umgebende Rahmen aufgeklappt und entfernt. In die entstandene Rille wird ein
Aluminium-Vollprofil verklemmt oder geklebt oder verschraubt. Das Vollprofil überlappt mit seinen Schenkeln den Rand der Schaumplatte und erlaubt damit eine saubere Ausbildung des Plattenrandes. Dieser Vollprofilrahmen kann auch als Verbindungsstück von zwei oder mehreren, am Stoß zusammengefügten Platten ausgebildet sein, wodurch sich auch großflächige Plattenkonstruktionen herstellen lassen.
Eine an den Außenseiten der Schenkeln des Aluminium-Vollprofils angebrachte Rille kann den Rand eines Deckbleches aufnehmen, das rechtwinkelig gekantet, in die Rille geschoben wird. Die Verbindung Deckblechkante/Aluminium-Vollprofil kann durch Kleben oder Löten, Schweißen, aber auch durch andere Fügetechniken hergestellt werden.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 besonders bevorzugte Formen von Profilen des einzusetzenden, durch Kompaktieren von Metall- und Treibmittelpulver hergestellten schäumfähigen Halbzeugs; die Fig. 2 das Schema einer mit den genannten Halbzeug-Korpern gebildete Matte und die Fig 3 ein Schema einer für die Durchfuhrung des erfmdungsgemaßen Verfahrens in geeigneter Weise beschickten Kokille
Die Fig 1 zeigt drei im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugte Formen von erfindungsgemaß einzusetzenden, schaumfahigen Halbzeug-Korpern 60 in Schragansicht, u zw einen solchen mit flach rechteckigem, einen mit mehr als halbkreisförmigem und einen mit quadratischem Querschnitt Mindestens eine der Seitenflächen, in der Zeichnung mit 601 bezeichnet, ist im wesentlichen eben und flach, die sonstigen Flachen können jede Gestalt aufweisen, also z B bombiert oder sonstig geformt sein Vorteil der ebenen Flachen 601 ist, daß die Halbzeug-Korper 60 mit großem Flächen- Kontakt an den Boden einer Kokille oder an ein dort eingelagertes Sandwich-Blech anliegen können, wodurch die Gefahr einer Orts-Verlagerung oder eines Verrutschens bei Bewegung oder Manipulation der Kokille wesentlich herabgesetzt ist Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß auch eine Verbesserung des Wärmeüberganges vom Kokillenboden in das Halbzeug 60 durch diese ebene Flache 601 erreicht wird
Die Fig 2 zeigt eine weitere, besonders bevorzugte Möglichkeit, eine unerwünschte Verlagerung der Halbzeug-Korper 60 sowohl in der Kokille als auch gegenseitig zu verhindern In Schnittansicht ist gezeigt, wie die Halbzeug-Korper 60 mit auch hier flacher Unterseite 601 mittels Faden, Drahten 605 od dgt , z B aus dem gleichen Material wie das aufzuschäumende Matrix-Metall, zu einer Art Matte 600 verwoben sind, was wesentlich zur Stabilisierung der Anordnung in der Kokille beitragt
Die Fig 3 zeigt einen im Rahmen der Erfindung vorteilhaft beschickten Innraum 1112 einer Schaum- und Formgebungs-Kokille 100 in skizzenhaft schematischer Form Auf dem - hier flachen - Kokillenboden 11 liegt ein unteres massives Boden-Blech 670 für die Bildung eines Schaummetall-Massivmetall-Verbund-Korpers, auf welchem mit ihren flachen Seiten 601 Halbzeug-Korper 60 auf Basis von stranggepreßten Kompaktlingen aus einem Metall-, z B. AI-Pulver, und einem Treibmittel-, z B TiH-Pulver, angeordnet sind, welche bei Erreichen der Schaumtemperatur dann den Matπx-Metallschaum bilden An die konkav gekrümmte Kokillen-Decke 12 ist mittels von sich unten abstutzenden Stutzkorpern 620, z B Hohizylinder od.dgl , vorteiihafterweise aus einem vom Metallschaum auflösbaren oder darin aufgehenden, etwas hoher schmelzenden Metalls ein gekrümmtes Verbundblech 671 in Lage gehalten, welches letztlich mit dem beim Erhitzen der Kokille 100 aufquellenden Matπx-Metallschaum 600 mateπalschlussig verschweißt
Um z B., wie in Fig 3 gezeigt, ein am Boden einer Kokille 100 angeordnetes unteres Sandwich-Blech 670 mit den Halbzeug-Korpern 60 zu belegen, ist es z B nur notwendig, jeweils flächige Stucke der oben erläuterten, in Fig 2 gezeigten Halbzeug-Matte 600 abzulangen bzw. zu kontuπeren und mit ihnen z B aneinander oder auch teilweise übereinander angeordnet, die Grundflache des künftigen Schaumkorpers zu definieren Die Haltedrähte 605 können aus mit dem Matrix-Metall verträglichen Metall oder aber aus einem bei der zu erreichenden Temperatur der Erhitzung und Schäumung verbrennenden, sich zersetzenden oder sonstwie zerstörbaren Material gefertigt sein.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, Werkstücken bzw. Bauteilen aus bzw. mit Schaummetall auf Basis von Aluminium bzw. Aluminium-Legierungen oder anderen
Metallen bzw. Legierungen, wobei Halbzeug-Körper, -Stangen, -Profile, -Platten od.dgl— aus schäumfähigem, durch Kompaktieren eines Gemisches mindestens eines Pulvers des Matrix-Metalls mit mindestens einem bei erhöhter Temperatur ein Schäumgas freisetzenden Treibmittel auf Basis mindestens eines Metallhydrids oder eines anderen Treibmittels auf pulvermetallurgischem Wege erhaltenem Halbzeug-Material in eine
Schäum- und Formgebungs-Kokille od.dgl. eingebracht, dort in jeweils gewünschter geometrischer Anordnung, Flächen- und/oder Raumverteilung angeordnet werden und in der genannten Kokille unter Erhitzung auf eine Temperatur im Bereich der
Schmelztemperatur des Matrix-Metalles gebracht werden, der Schäumvorgang nach Füllung des Innenraums der genannten Kokille mit dem gebildeten Schaummetall mit einem gewünschten Füllgrad beendet wird und schließlich die so erhaltenen
Schaummetall-Formkörper, -Werkstücke bzw. -Bauteile ausgeformt bzw. ausgebracht werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- daß zumindest ein schäumfähiger, kompaktierter Halbzeug-Körper oder eine Mehrzahl derartiger Halbzeug-Körper zusammen mit mindestens einer bzw. einem - aus einem bei der Schmelztemperatur des Matrix-Metalls bzw. Schäumtemperatur nicht schäumfähigen, Material bzw. Massiv-Material bzw. -Metall gebildeten Struktur bzw.
Körper und/oder (technischen) Funktions-Bauteil aus der Gruppe Drähte, Seile,
Stangen, Netze, Gitter, Folien, Platten, Bleche, Wabenkörper, Profile, Rohre, Buchsen, Verankerungselemente, Schraubschäfte od.dgl., in die Schäum- und
Formgebungs-Kokille eingebracht und in gewünschter Position gehalten wird, wonach die Erhitzung unter Ausbildung des die Struktur bzw. den (Massiv-)Körper und/oder
Funktions-Bauteil integral und satt berührungsbindenden oder umschließenden
Metallschaums in der dem Kokillen-Innenraum entsprechenden Form bzw. Gestalt vorgenommen wird,
- wobei das Material bzw. Matrix-Metall des bei der jeweiligen Schäum-Temperatur gebildeten Metall-Schaumes mit der bzw. dem gesamten Struktur bzw. (Massiv-)Körper und/oder Funktions-Bauteil oder mit einem Teil derselben bzw. desselben in Kontakt gebracht wird, und - daß nach entsprechender Abkühlung der erhaltene Verbund-Formkörper bzw. -Bauteil mit im Metallschaum fest gebundener Struktur bzw. fest gebundenem (Massiv-)Körper und/oder Funktions-Bauteil entformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- daß beim Aufschäumen eine Metall-Matrix gebildet wird, welche sich beim Kontakt mit der bzw. den Struktur(en) bzw. mit dem bzw. den (Massiv-)Körper(n) und/oder Funktions-Bauteil(en) mit der-, dem- bzw. denselben bzw. mit dem Material, aus welchem er bzw. sie gefertigt ist bzw. sind, zumindest im wesentlichen materialschlüssig verbindet, und/oder —
- daß Strukturen bzw. (Massiv-)Körper bzw. Funktions-Bauteile eingesetzt werden, welche bzw. deren Oberflächen mit einer den Materialschluß mit dem Matrix-Metall des Schaumes fördernden Beschichtung, Haftschicht, Diffusionsschicht od.dgl. versehen sind, und/oder
- daß Strukturen bzw. (Massiv-)Körper und/oder Funktions-Bauteile eingesetzt werden, deren sie bildendes Material bzw. deren Oberflächen-Beschichtungs-Material bei der Schäumtemperatur unter Bildung von chemischen und/oder intermetallischen Verbindungen, Mischkristallen, festen Lösungen od.dgl. mit dem Matrix-Metall des Metall-Schaums reagiert, und/oder
- daß Strukturen bzw. (Massiv-)Körper und/oder Funktions-Bauteile eingesetzt werden, deren Grund-Material selbst oder deren zumindest eine Beschichtung eine Diffusion zwischen dem Grund-Material und/oder Beschichtungs-Material und dem Schaum- Matrix-Metall fördert, und/oder - daß die Strukturen bzw. (Massiv-)Körper und/oder Funktions-Bauteile aus einem
Grund-Material gefertigt sind, dessen Oberfläche im wesentlichen zumindest im Bereich der Schäum-Temperatur des Matrix-Metalls der Halbzeug-Körper schmilzt, oder eine Beschichtung mit einer im wesentlichen zumindest im Bereich der Schäum- Temperatur des Matrix-Metalls der Halbzeug-Körper schmelzenden Legierung, Phase od.dgl. aufweisen, und/oder
- daß die Strukturen bzw. (Massiv-)Körper und/oder Funktions-Bauteile für den Fall des Einsatzes von Schaum-Matrix-Metallen auf Basis von Aluminium oder AI-Legierungen als diffusionsfördernde Beschichtung eine solche mit Zink, Kupfer, Magnesium u.dgl., oder deren Legierungen bzw. Intermetall-Verbindungen untereinander aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
- daß - für den Fall, daß zwischen Strukturen bzw. (Massiv-)Körpern und/oder Funktions-Bauteilen und Schaum-Metall-Matrix ein nur teilweise bzw. lose materialschlüssiger Verbund oder ein im wesentlichen nur mechanischer, insbesondere ein formschlüssiger, Verbund erwünscht ist - dieselben mit einem mit dem Matrix-Metall des Schaumes wenig oder nicht reaktiven bzw. nicht- legierungsbildenden bzw. mit einem inerten bzw. diffusions-steuernden, -bremsenden, -hemmenden, -inhibierenden oder das Matrix-Metall gegebenenfalls sogar abstoßenden Material gefertigt sind oder aber mit einem derartigen Material, beispielsweise einem metallurgischen Trennmittel, Diffusions-Hemmittel od.dgl., wie z.B. Grafit, beschichtet bzw. oberflächenbehandelt sind, und/oder
- daß die einen materialschlüssigen Verbund zwischen Strukturen bzw. (Massiv-)Körpern und/oder Funktions-Bauteilen und dem geschäumten Matrix-Metall bewerkstelligende oder aber eine diese Art des Verbundes bremsende oder gegebenenfalls weitgehend verhindernde Beschichtung auf die Struktur bzw. (Massiv-)Körper und/oder Funktions-Bauteile durch Aufsprühen, Tauchen, Aufdampfen, Aufstreichen. Aufpressen, Aufwalzen, Plattieren, Zementation, Elektrolyse, chemische Reaktion in Lösung oder Gasphase od.dgl. aufgebracht ist, und/oder
- daß - zur Förderung des zumindest mechanischen bzw. formschlüssigen Verbundes zwischen den Strukturen bzw. (Massiv-)Körpem und/oder Funktions-Bauteilen und dem Matrix-Metall-Schaum - deren Oberflächen mit Schaum-Verankerungseiementen, wie Erhebungen, Noppen, Krallen, Widerhaken od.dgl. bzw. mit Vertiefungen, Ritzen,
Gewinden, Waffelungen od.dgl. versehen sind oder zumindest eine gezielt herbeigeführte Oberflächen-Rauheit aufweisen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, - daß Strukturen bzw. (Massiv-)Körper und/oder Funktions-Bauteile aus metallischem oder nichtmetallischem Massiv-Material, gegebenenfalls aber auch aus auf pulvermetallurgischem, pulver-keramischem bzw. pulver-technologischem Wege erhaltenem, beispielsweise gesintertem, (Kompakt-)Material, eingesetzt werden, und/oder
- daß Strukturen bzw. (Massiv-)Körper und/oder Funktions-Bauteile eingesetzt werden, deren Schmelztemperatur bzw. Schmelzbeginn mindestens 10 K, bevorzugt zumindest
50 K, über der Schmelztemperatur des aufzuschäumenden Matrix-Metalls liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Strukturen bzw. (Massiv-)Körper und/oder Funktions-Bauteile zusammen mit schäumfähigen Halbzeug-Körpern in die Formgebungskokille eingebracht werden, welche im wesentlichen eine Form bzw. Gestalt aufweisen, die der Form, Gestalt und Geometrie der zu füllenden Formgebungskokille bzw. des endgültigen Verbundkörpers entspricht oder derselben ähnlich ist, und/oder
- daß die Strukturen bzw. (Massiv-)Körper und/oder Funktions-Bauteile im Verein mit den aufzuschäumenden Halbzeug-Körpern in einer Position bzw. in Positionen in der
Schäum- bzw. Formgebungs-Kokille, bzw. in deren Innenraum angeordnet und in Lage gehalten werden, welche ihrer bzw. ihren gewünschten endgültigen Position(en) im fertigen Integral-Schaum-Metall-Körper bzw. -Bauteil entspricht bzw. entsprechen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Strukturen bzw. (Massiv-)Körper und/oder Funktions-Bauteile mittels Halteelementen od.dgl. aus durch das aufschäumende Matrix-Metall "verzehrbaren", z.B. in demselben löslichen bzw. zumindest mit demselben legierungs- und/oder strukturkompatiblen oder aber im wesentlichen rückstandslos verdampfenden bzw.— verbrennenden Materialien, z.B. mittels Filamenten, Drähten, Netzen, Stäben, Streben, Klammern, Krallen, od.dgl., in der bzw. den - den endgültigen Position(en) im fertigen Schaum-Metall-Formkörper bzw. -Bauteil entsprechenden - Position(en), Lage(n), Stellung(en) od.dgl. im Innenraum der Schäum- und Formgebungs-Kokille gehalten werden, und/oder
- daß die schäumfähigen Halbzeug-Körper in Form von mit flexiblen Elementen, wie insbesondere Metalldrähten, -seilen, -ketten od.dgl., bevorzugt mit einer dem Matrix- Metall entsprechenden bzw. mit demselben kompatiblen Zusammensetzung, oder mit hitze-instabilen Drähten, Fäden, Garnen od.dgl. aus bei Schäumtemperatur z.B. verbrennendem Material zu flächigen Gebilden, insbesondere zu Halbzeug-Matten od.dgl., aneinandergebundenen Halbzeug-Körpern in die Schäum- und Formgebungs- Kokille eingebracht bzw. eingelegt werden, und/oder
- daß die Halteelemente für das Halten der (Massiv-)Körper und/oder Funktions-Bauteile in ihrer bzw. ihren endgültigen Position(en) aus einem mit den Komponenten bzw.
Material der schäumfähigen Halbzeug-Körper identischen Material oder mit einem erst bei zumindest 10 K oberhalb der Schmelztemperatur des Materials der schäumfähigen Matrix-Metall-Hatbzeug-Körper zu schmelzen und/oder aufzuschäumen beginnenden, dem Material der Halbzeug-Körper ähnlichen bzw. mit demselben kompatiblen, kompaktierten, bevorzugt pulver-metallurgisch erhaltenen, Material gefertigt sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt eines Sandwich-Metallschaum-Verbund-Formkörpers bzw. -Bauteiles zumindest am Boden des Hohlraumes einer Schäum- und Formgebungs-Kokille, also unterhalb der in dieselbe eingebrachten, kompaktierten schäumfähigen Halbzeug-Körper, ein ebenflächiges oder eine gewünschte Topografie aufweisendes (Form-)Blech, eine Platte, eine Folie od.dgl. aus einem für einen materialschiüssigen oder zumindest formschlüssigen Verbund mit dem Matrix-Metall befähigten oder zumindest mit demselben, insbesondere legierungs-strukturell verträglichen Metall, z.B. auf Basis von Aluminium, Nickel, Titan, Stahl od.dgl. oder deren Legierungen, angeordnet wird und daß bevorzugterweise ein ebensolches, gegebenenfalls anders geformtes, (Form-)Blech, eine derartige Platte, Folie od.dgl. im wesentlichen im Bereich des Kokillendeckels, in beliebiger Relativlage zum erstgenannten (Form-)Blech oder in paralleler Lage zu demselben, angeordnet und in einer - der gewünschten Endposition im fertigen Metallschaum-Körper entsprechenden - Position gehalten wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, - daß dem in den innenraum der Schäum- und Formgebungs-Kokille eingebrachten, schäumfähigen Halbzeug-Körper oder - im Fall des Einsatzes einer Mehrzahl von fn ihrer Form und/oder Dimension normierten oder standardisierten Halbzeug-Körpern geringerer Dimension - einem mit den genannten Halbzeug-Körpern im Kokillen- Innenraum gebildeten Stapel od.dgl. eine der Gestalt, Topografie bzw. Geometrie des auszuschäumenden Kokillen-Innenraums entsprechend ausgebildete, gegebenenfalls zu derselben im wesentlichen geometrisch-ähnliche Gestalt, Form od.dgl. verliehen wird, und/oder
- daß der Innenraum der Schäum- und Formgebungs-Kokille an jenen Stellen, wo im endgültig erhaltenen Schaummetall-Formkörper eine erhöhte Schaumdichte vorgesehen ist, mit einer höheren Zahl von schäumfähigen Halbzeug-Körpern beschickt, bestückt bzw. belegt wird, als an jenen Stellen, wo eine geringere Schaumdichte oder gar schaumfreie Volumsbereiche erwünscht ist bzw. sind, und/oder
- daß das Gesamtvolumen der (des) in die Schäum- und Formgebungs-Kokille eingebrachten, schäumfähigen Halbzeug-Körper(s) maximal 50 % und minimal 10 % des Volumens der Kokille (minus dem Volumen eines eventuell größer dimensionierten Massiv-Körpers und/oder Funktions-Bauteiles) beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, - daß durch Einbringen von geschlossene Hohlform(en) aufweisenden (Massiv-)Körpem und/oder Bauteilen in die Schäum- und Formgebungs-Kokille bzw. in deren Innenraum metallschaumfreie Zonen bzw. Votumsbereiche im fertigen Metallschaum-Formkörper geschaffen werden, und/oder
- daß metallschaumfreie Zonen bzw. Volumsbereiche im fertigen Metallschaum- Formkörper geschaffen werden, indem (Massiv-)Körper bzw. Funktions-Bauteile mit offenem Hohlraum, also in Hohlprofii- oder Rohrform, mit ihren Öffnungen gegen Metalischaum dicht an Kokillen-Boden und -Decke oder -Wänden anliegend, in der Schäum- und Formgebungs-Kokille angeordnet werden, und/oder
- daß die Körper des in die Kokille eingebrachten schäumfähigen, kompaktierten Halbzeugs mit jeweils zumindest an einer Seite ebener Außenfläche ausgebildet sind, mit welcher sie auf dem Boden der Kokille oder auf einem bzw. einer in dieselbe eingebrachten, die mit dem Metallschaum zu verbindende Struktur bzw. den (Massiv-)Körper bildenden, auf dem Kokillenboden aufliegenden Netz, Gitter, Blech, Platte, Folie od.dgl. flächig anliegen.
10. Formkörper, Werkstücke, Bauteile od.dgl. aus bzw. mit einem Schaummetall- Verbundmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 gefertigt sind. ~
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