DE19753658A1 - Bauteil mit einer aus einem duktilen Material gebildeten Materiallage sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines derartigen Bauteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit einer aus einem duktilen Material gebildeten Ma­ teriallage, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, das eine aus einem duktilen Material gebildete, im Rahmen zumindest eines Umformschrittes umgeformte Mate­ riallage aufweist sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines derartigen Bauteils.

Zur Herstellung dünnwandiger Körper mit komplexer Außengeometrie ist es bekannt, entsprechende Ausgangs-Blechlagen durch ein ggf. mehrstufiges Tiefziehverfahren umzuformen. Bei einer derartigen Tiefzieh-Umformung wird wenigstens ein Umform­ stempel auf eine, auf ein Untergesenk aufgelegte und ggf. im Randbereich festge­ spannte Materiallage abgesenkt. Alternativ zu einem derartigen Umformen mittels Untergesenk und Umformstempel ist es insbesondere bei der Herstellung rohr-artiger Bauteile bekannt, diese im Inneren eines entsprechenden Formraumes durch Druck­ flüssigkeit umzuformen. Hierzu werden die vorzugsweise rohrförmigen, z. T. vorge­ formten Halbzeuge in ein Formwerkzeug mit abzubildender Innenkontur eingelegt, das rohrförmige Halbzeug wird verschlossen und über eine Druckquelle mit Druck­ flüssigkeit gefüllt, wobei sich das rohrförmige Ausgangshalbzeug allmählich aufweitet und an die Innenwandung des Formwerkzeuges anlegt. Gegebenenfalls kann wäh­ rend dieses Umformvorganges kontinuierlich Material in das Formwerkzeug nachge­ schoben werden, wodurch die während des Umformvorganges in dem Material auftre­ tenden Spannungen teilweise gezielt beeinflußt werden können.

Derartige, durch Innenhochdruckumformen (IHU-Umformen) hergestellte Bauteile werden beispielsweise als Abgasleitungen im Fahrzeugbau verwendet. Neben einem derartigen Innenhochdruckumformen rohrartiger Ausgangshalbzeuge ist es auch möglich, ein beispielsweise plattenförmiges Ausgangsmaterial auf ein Untergesenk aufzulegen und anstelle des beim Tiefziehumformen üblicherweise verwendeten Um­ formstempels das plattenförmige Ausgangsmaterial ebenfalls durch unter Druck ste­ hende Flüssigkeit gegen eine Formwand zu drängen. Durch ein derartiges Umform­ verfahren lassen sich vergleichsweise großflächige Bauteile wie beispielsweise Ka­ rosserieelemente herstellen. Derartige Karosserieelemente weisen üblicherweise eine vergleichsweise geringe Eigensteifigkeit auf und bilden erst in Verbindung mit mehre­ ren entsprechend ausgebildeten Karosserieelementen eine tragfähige Struktur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil, mit zumindest einer aus einem duktilen Material gebildeten Materiallage zu schaffen, das sich durch eine hohe Ei­ gensteifigkeit bei vergleichsweise geringem Eigengewicht auszeichnet und ggf. eine komplexe Außengeometrie aufweisen kann. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines derartigen Bau­ teils zu schaffen.

Hinsichtlich eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein hochfestes Werkstück zu schaf­ fen, das sich vorzugsweise durch eine glatte, dünnwandige Außenschale auszeichnet, und das aufgrund des tragenden, dämpfenden, durch den Metallschaum gebildeten Materialabschnitt besondere mechanische Eigenschaften aufweist. Da das zur Um­ formung verwendete Druckmedium Teil des Werkstückes wird, entfällt ein nachträgli­ ches Entfernen des flüssigen oder gasförmigen Druckmediums.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Materiallage durch den unter Druck stehenden Metallschaum sowie auch durch das Treibmittel selbst gegen eine Formwand gedrängt. Aufgrund des durch den Metallschaum aufge­ brachten Umformdruck können dabei filigrane Umformgeometrien erreicht werden. Die durch den Metallschaum gegen die Formwand gedrängte Materiallage legt sich dabei zumindest abschnittsweise unter bleibender plastischer Verformung an die Formwand an. Dabei kann es auch zu einer Haftverbindung zwischen dem Metall­ schaum und der Materiallage entlang einer Innenwandung derselben kommen.

Erst nach Abschluß des durch den unter Druck stehenden Metallschaum bewirkten Umformvorgang der Materiallage härtet der Metallschaum aus. Der Aushärtevorgang des Metallschaums kann insbesondere durch ein gesteuertes Abkühlen der Form­ wand beeinflußt werden.

Der in dem Metallschaum herrschende Druck wird vorzugsweise erst dann abgesenkt, wenn der Umformvorgang weitgehend abgeschlossen ist. Die Druckabsenkung wird durch das Abkühlen des Metallschaumes erreicht. Durch Senkung der Temperatur des Metallschaumes wird die Freisetzung des Treibmittels eingeschränkt. Zudem ist es möglich, den von dem Metallschaum erfüllten Raum beispielsweise durch Zurück­ ziehen eines Kolbenelementes zu vergrößern, oder auch umgekehrt durch Druckbe­ aufschlagung eines solchen Kolbenelementes zu verringern.

Eine zur Ausbildung der Materiallage aus einem blech- oder rohrförmigen Ausgangs­ material vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gegeben, daß zum Umformen der Materiallage diese in einen Formraum eingebracht wird, derart, daß die Materiallage in dem Formraum eine erste Formraumpartition zwischen einer Form­ wand und der Materiallage sowie eine von der ersten Formraumpartition durch die Materiallage getrennte zweite Formraumpartition definiert, wobei im Rahmen des Umformschrittes in die zweite Formraumpartition der Metallschaum als Um­ form-Druckmedium eingebracht wird und dabei die Materiallage gegen die Formwand drängt. Der Umformvorgang wird dabei infolge der Erwärmung der Materiallage durch den Metallschaum unterstützt. Der Formraum bleibt in vorteilhafter Weise geschlos­ sen, bis der Metallschaum vollständig ausgehärtet ist. Erst nach Aushärten des Me­ tallschaumes wird der Formraum geöffnet und nach dem Öffnen des Formraums die durch das Metallschaum-Druckmedium umgeformte Materiallage mit dem darin ange­ formten Metallschaumabschnitt entnommen.

Durch entsprechende Werkstoffkombinationen ist es möglich, zwischen dem Metall­ schaum-Druckmedium und der durch diese umgeformten Materiallage eine innige Verbindung, insbesondere ein Verschweißen zu erreichen. Es ist auch möglich, ins­ besondere durch eine entsprechende Beschichtung der zur Umformung vorgesehe­ nen Materiallage eine an sich feste Verbindung mit dem Metallschaum zu erreichen, ohne daß dabei jedoch die Gefügestruktur der umgeformten Materiallage verändert wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gegeben, daß das Metallschaumdruckmedium durch eine Metall-Legierung gebildet wird, die durch ein Treibmittel aufgeschäumt wird. Dieses Treibmittel wird in vorteilhafter Weise durch vor Aufschäumen der Metall-Legierung in der Metall-Legierungs-Matrix enthaltene chemi­ sche Substanzen gebildet. Das derartig in der Metall-Legierungsmatrix vorbereitete Treibmittel wird in herkömmlicher Weise durch Erhitzen der Metall-Matrix auf eine Temperatur oberhalb eines Schmelzpunktes der Metall-Legierung freigesetzt. Das zur Bildung des Metallschaumes vorgesehene Ausgangsmaterial kann dabei vorzugswei­ se durch einen Metallpulver-Preßling gebildet werden, der als solcher in den Form­ raum eingebracht wird und darin beispielsweise durch einen Lichtbogen aufgeheizt wird.

Bei der Umformung vergleichsweise dicker Materiallagen wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens die zur Umformung vorgesehene Ma­ teriallage vorab erhitzt. Dadurch wird der Umformvorgang unterstützt und ein zu ra­ sches Abkühlen des mit der Materiallage in Berührungskontakt tretenden Metall­ schaum-Druckmediums vermieden.

Während des Umformvorganges wird vorzugsweise wenigstens die von dem Metall­ schaum-Druckmedium auszufüllende Formraumpartition gasdicht abgeschlossen. Um eine möglichst innige Anlage der umzuformenden Materiallage an die entsprechende Formraumwand zu ermöglichen, kann aus der, dem Metallschaumdruckmedium ab­ gewandten Formraumpartition vorzugsweise gesteuert Gas entnommen werden.

In vorteilhafter Weise wird wenigstens die von dem Metallschaum-Druckmedium aus­ zufüllende Formraumpartition im Rahmen eines vorbereitenden Verfahrensschrittes mit einem inerten Gas gespült. Dadurch wird es möglich, das zur Bildung des Metall­ schaum-Druckmediums vorgesehene Ausgangsmaterial erheblich über dessen ei­ gentlichen Schmelzpunkt zu erhitzen, ohne daß dabei Teile des Ausgangsmateriales mit ggf. in dem Formraum eingeschlossenem Luft-Sauerstoff reagieren.

Das Aufschäumen des Metallschaum-Druckmediums wird in vorteilhafter Weise derart zeitlich gesteuert, daß solange Metallschaum erzeugt wird, bis die durch den Metall­ schaum gegen die Formwand gedrängte Materiallage ein weiteres Anwachsen des Metallschaumvolumens behindert, so daß der Umformdruck zusätzlich weiter erhöht wird. Durch einen zeitlich kontrollierten Verlauf der Metallschaumbildung wird es dabei in vorteilhafter Weise möglich, den Druckaufbau in dem Metallschaum-Druckmedium zu steuern.

Insbesondere bei der Herstellung kleinerer Werkstücke ist es auch möglich, den Auf­ schäumvorgang und insbesondere den im Rahmen des Umformvorganges auftreten­ den Maximal-Druck durch die Menge des in den Formraum eingebrachten schaumbil­ denden Materiales zu steuern. Es ist auch möglich, das Mischungsverhältnis zwi­ schen Metall-Legierung und der zur Bildung des Treibmittels vorgesehenen chemi­ schen Substanz abzustimmen mit dem Ziel, den Grad des Ausformens der duktilen Materiallage sowie den gesamten Umformprozeß bedarfsgerecht zu steuern.

Zur Steuerung, insbesondere Steigerung des Umformdruckes ist es auch möglich, den über den Metallschaum auf die Materiallage aufgebrachten Umformdruck bei­ spielsweise durch Einpressen eines Hilfs-Druckstempels zum Ändern des Volumens des von dem Metallschaum erfaßten Raumes, zu erhöhen.

Die zur Umformung vorgesehene Materiallage besteht in vorteilhafter Weise aus ei­ nem Metallblech, insbesondere einem relativ dünnen Aluminiumblech oder aus einem AL-beschichteten Metall oder Nichtmetall. Das Metallschaum-Druckmedium wird ebenfalls in vorteilhafter Weise durch eine Aluminiumlegierung gebildet.

Hinsichtlich einer Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteiles mit einer Druck­ umgeformten Materiallage wird die eingangs angegebene Aufgabe durch eine Vor­ richtung mit den in Patentanspruch 25 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.

Hinsichtlich eines Bauteiles wird die eingangs angegebene, der Erfindung zugrunde­ liegende Aufgabe durch ein Bauteil mit den in Patentanspruch 31 angegebenen Merkmalen gelöst.

Ein derartiges Bauteil zeichnet sich neben einer vergleichsweise hohen Oberflächen­ güte und einen dämpfenden Kern auch durch ein hohes Widerstandsmoment, ein ho­ hes Energieabsorptionsvermögen sowie eine hohe spezifische Steifigkeit aus.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Bauteils besteht die druckumge­ formte Materiallage aus einem Aluminium-Werkstoff. Insbesondere bei Verwendung eines Aluminium-Werkstoffes zur Bildung der Materiallage ist auch der Metallschaum aus einem Aluminium-Werkstoff gebildet. Eine besonders tragfähige Ausführungsform des Bauteiles wird dadurch erreicht, daß die Materiallage und der aus dem Metall­ schaum gebildete Materialabschnitt haftend miteinander verbunden sind. Eine derarti­ ge Verbindung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß auf der dem Metall­ schaum zugewandten Seite der Materiallage eine Haftschicht ausgebildet ist, die wäh­ rend des Umformvorganges durch den Metallschaum lokal aufgeschmolzen wird und dadurch eine metallische Verbindung zwischen der Materiallage und dem Metall­ schaumabschnitt schafft.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Bauteiles ist die Mate­ riallage aus einem zunächst rohrförmigen Ausgangsmaterial bzw. Halbzeug gebildet. Dadurch wird es möglich, jeglichen Kontakt des Metallschaum-Druckmediums mit der Formraumwand eines entsprechenden Formwerkzeuges zu verhindern.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei­ bung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt:
eine vereinfachte Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer darin aufgenommenen, durch ein Metallschaum-Druckmedium umgeformten Materiallage.

Das gezeigte Formwerkzeug umfaßt zumindest ein Formoberteil 1 und zumindest ein Formunterteil 2 zur Bildung eines entlang einer Werkzeug-Teilungsebene teilbaren Formraumes 3. Sowohl das Formoberteil 1 als auch das Formunterteil 2 sind mit einer Heizeinrichtung 4 versehen zum Aufheizen der den Formraum 3 begrenzenden Form­ raumwandungen. Bei komplexen Werkstückgeometrien ist es möglich, den Formraum 3 durch ein mehrfach geteiltes Formwerkzeug zu bilden.

In dem Formraumoberteil 1 ist wenigstens ein Entgasungskanal 5 ausgebildet, über welchen eine gesteuerte Entgasung des Formraumes 3 erfolgen kann. Auch in dem Formunterteil 2 ist ein Entgasungskanal 6 ausgebildet, ebenfalls zur gesteuerten Ent­ gasung des Formraumes 3. An den Entgasungskanal kann in vorteilhafter Weise eine Vakuum-Pumpeneinrichtung angeschlossen sein.

Im Bereich der Werkzeugteilungsebene bzw. Werkzeugschließflächen ist bei der hier dargestellten Ausführungsform eine Nachschiebeeinrichtung 7 vorgesehen, über wel­ che ein Endabschnitt eines in den Formraum 3 eingelegten Ausgangshalbzeuges 8 gesteuert zum Zentrum des Formraumes 3 hin nachgeschoben werden kann. Die Nachschiebeeinrichtung 7 umfaßt ein Kolbenelement 9, das unter weitgehender Ab­ dichtung des Formraumes 3 im Bereich der Werkzeugteilungsebene des Formwerk­ zeuges verschiebbar ist. Es ist auch möglich, einen zusätzlichen Druckaufbau in der Form durch den Einsatz flüssiger oder gasförmiger Fluide zu erreichen.

Die Nachschiebeeinrichtung 7 bzw. das Kolbenelement 9 sind ebenfalls mit einem Entgasungskanal 10 versehen, durch welchen eine im Rahmen des Metallschaum-Bil­ dungsvorganges von dem Metallschaum ausgefüllte Formraumpartition gesteuert entgast werden kann.

Bei der hier schematisch dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das zur Umformung des Ausgangshalbzeuges 8 vorgesehene Me­ tallschaumdruckmedium durch ein vorgeformtes, kompaktiertes Ausgangsmaterial 11 gebildet, das zunächst über das Kolbenelement 9, vorzugsweise etwa mittig zentriert, in den Formraum 3 einbringbar ist.

Bei der hier dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung zur Umformung eines ur­ sprünglich rohrförmigen Ausgangshalbzeuges ist auf beiden Seiten des Formwerk­ zeuges eine entsprechende Nachschiebeeinrichtung 7 vorgesehen, wobei jede dieser Nachschiebeeinrichtungen 7 einen vorgeformten, aus einem Metallpulver und einem Treibmittel gebildeten Preßling trägt.

Die Herstellung eines Metallschaum-Verbundwerkstückes mit der vorangehend be­ schriebenen Vorrichtung gestaltet sich wie folgt:

Zunächst wird das Formoberteil 1 von dem Formunterteil 2 abgenommen und das zur Bildung eines Metallschaum-Druckmediums vorgesehene, vorgeformte, kompaktierte Ausgangsmaterial 11 in Form eines (in der Figur unterbrochen dargestellten) zylindri­ schen Stabes (oder auch in Form mehrerer, z. B. zweier zylindrischer Stäbe) in ent­ sprechende, in den beiden Kolbenelementen 9 zentral ausgebildete Ausnehmungen eingesetzt. Die Kolbenelemente 9 sind dabei derart weit zurückgezogen, daß diese das nunmehr folgende Einlegen eines beispielsweise aus einem Aluminium-Strang­ preßprofil gebildeten Ausgangshalbzeuges 8 in das Formunterteil 2 nicht be­ hindern.

Nunmehr werden die Kolbenelemente 9 axial derart verschoben, bis diese das Aus­ gangshalbzeug 8 in dem Formunterteil 2 in seiner Ausgangsposition positionieren. Anschließend wird das Formoberteil 1 auf das Formunterteil 2 unter Aufbringung einer vorgegebenen Schließkraft Fs abgesenkt. Der zur Formgebung des zu bildenden Bauteils vorgesehen Formraum 3 ist nunmehr geschlossen.

Das in dem Formraum 3 angeordnete Ausgangshalbzeug bildet nunmehr eine bei der hier dargestellten Ausführungsform ringraumförmige, von dem Ausgangsmaterial 11 durch das Ausgangshalbzeug 8 getrennte Formraumpartition und eine, zur Ausfüllung durch das Metallschaum-Druckmedium vorgesehene zweite Formraumpartition.

Durch entsprechendes Aufheizen des Ausgangsmateriales 11, beispielsweise durch Erhitzen des Formwerkzeuges mittels der Heizeinrichtung 4 wird der Metallschaumbil­ dungsprozeß in Gang gesetzt. Hierbei wird das in dem Ausgangsmaterial 11 enthal­ tene Metall geschmolzen und das in der metallischen Matrix enthaltene Treibmittel freigesetzt. Der nunmehr kontinuierlich entstehende Metallschaum füllt zunächst den gesamten, in dem Ausgangshalbzeug 8 gebildeten Innenraum aus. Das Aufschäu­ men des Metallschaumes schreitet so weit fort, bis das Ausgangshalbzeug 8 eine weitere Metallschaum-Volumenvergrößerung zunächst behindert. Da sich im folgen­ den weiterhin Treibmittel zersetzt, entsteht ein allseitiger Schäumdruck auf die Wan­ dung des Ausgangshalbzeuges 8, das sich unter diesem Schäumdruck verformt und an die, den Formraum 3 bildenden Formraumwandungen anlegt. Dieser Vorgang wird durch die beim Schäumprozeß auftretende Wärmeeinwirkung das entstehende Gas, insbesondere Treibgas, sowie ggf. auch durch Entlüften oder Anlegen von Unterdruck durch Absaugen noch begünstigt.

Der in dem Metallschaum-Druckmedium aufgebaute Druck und der durch diesen be­ wirkte Umformvorgang kann über die Menge des zur Schaumbildung vorgesehenen Ausgangsmateriales 11, den Treibmittelanteil, die Höhe der Temperatur, die Tempera­ turführung und die Abkühlbedingungen gesteuert werden. Während des Aufblähens bzw. Umformens des Ausgangshalbzeuges 8 erfolgt über die Entgasungskanäle 5 und 6 eine gesteuerte Entgasung, ggf. durch Erzeugung eines Unterdruckes, in der nicht von dem Metallschaumdruckmedium erfaßten und sich in ihrem Volumen konti­ nuierlich verringernden Formraumpartition.

Während sich das Ausgangshalbzeug 8 in dem Formraum 3 infolge des über den Metallschaum aufgebrachten Umformdruckes aufweitet, kann ggf. über paarweise vorgesehene Kolbenelemente das Ausgangshalbzeug 8 hinsichtlich seiner axialen Länge gestaucht bzw. nachgeschoben werden, wodurch die Aufweitung des Aus­ gangshalbzeuges 8 bzw. die plastische Verformung des Ausgangshalbzeuges 8 ins­ gesamt unterstützt wird. Spätestens bei Erreichen eines durch den Metallschaum auf­ gebauten maximalen Umformdruckes liegt die durch das Ausgangshalbzeug 8 ur­ sprünglich gebildete Materiallage im wesentlichen ganzflächig an der Innenwandung des Formraumes 3 an. Nunmehr wird das Formwerkzeug bzw. das Formoberteil und das Formunterteil gekühlt, wobei der Metallschaum erhärtet. Nach Aushärten des Metallschaumes kann vor Öffnen des Formwerkzeuges über beispielsweise durch die Kolbenelemente 9 hindurchgeführte Entgasungskanäle das erhärtete Metallschaum­ druckmedium entgast und sofern dies nicht bereits durch die Abkühlung des Metall­ schaumes erfolgt ist, auf Umgebungsdruck entspannt werden.

Nach Beendigung einer entsprechenden Metallschaum-Entgasungsphase wird das Formwerkzeug geöffnet, indem das Formoberteil 1 wieder von dem Formunterteil 2 abgenommen wird. Das entsprechend der Innenkontur des Formraumes 3 geformte, und innenseitig durch den Metallschaum versteifte Werkstück kann nunmehr dem Formraum 3 entnommen werden. Anschließend wird das Formwerkzeug erneut mit einem zur Metailschaumbildung vorgesehenen kompaktierten Ausgangsmaterial 11 sowie mit dem zur Bildung der eine Werkstückaußenfläche bildenden Materiallage vorgesehenen Ausgangshalbzeug 8 bestückt und ein weiterer Druckumformvorgang kann beginnen.

Das wie vorangehend beschrieben hergestellte Werkstück kann sofern erforderlich, nachbearbeitet werden.

Obgleich die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrie­ ben wurde, bei welchem ein rohrförmiges Ausgangshalbzeug durch ein Metall­ schaum-Druckmedium umgeformt wurde, ist es auch möglich, beispielsweise platten­ förmige oder ggf. bereits durch ein Tiefziehverfahren bzw. Biegen grob vorgeformte Ausgangsmateriallagen durch das Metallschaum-Druckmedium gegen eine entspre­ chende Formwandung zu pressen und entsprechend umzuformen. Das Metall­ schaum-Druckmedium kann auch zwischen wenigstens zwei aufeinandergeschichtete Materiallagen eingebracht werden zur Erzeugung eines Sandwich-Bauteiles mit durch Umformung entstehenden Formkonturen.

Alternativ zu dem vorangehend beschriebenen diskontinuierlichen Umformverfahren ist es auch möglich, das Metallschaum-Druckmedium zur kontinuierlichen Umformung insbesondere rohrförmiger Ausgangshalbzeuge zu verwenden. Es ist auch möglich, das zur Bildung des Metallschaum-Druckmediums vorgesehene Ausgangsmaterial unmittelbar an dem zur Umformung vorgesehenen Ausgangshalbzeug in Form einer entsprechenden Beschichtung mit ggf. mehreren Lagen vorzusehen, so daß unmittel­ bar durch das entsprechend vorbereitete Ausgangshalbzeug auch das zur Bildung des Metallschaumdruckmediums vorgesehene Ausgangsmaterial in ein entsprechen­ des Formwerkzeug eingebracht ist.

Das gebildete Bauteil ist dann beispielsweise ein Rohr-Körper mit hoher Steifigkeit. Durch Ausbildung von Zonen unterschiedlicher Schaum-Dichte ist es möglich, ein Bauteil mit Knochenstruktur zu schaffen. Die Schaum-Dichte ist vorzugsweise im Randbereich des Bauteils höher als in den weiter innen liegenden Bereichen. Die Schaumdichte ändert sich vorzugsweise stetig. Die Dichteverteilung des Schaumes kann insbesondere durch den Abkühlvorgang gesteuert werden.

Für den Fall, daß das schaumbildende Material in Form einer Beschichtung auf der zur Umformung vorgesehenen Materiallage vorbereitet ist, ist es möglich, diese Be­ schichtung ggf. aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Schäumeigenschaften zu bilden. Dadurch wird es möglich, insbesondere im Randbereich eine extrem trag­ fähige Zone hoher Schaumdichte auszubilden.

In Verbindung mit einem beispielsweise extern zugeführten vorzugsweise gasförmi­ gen Umform-Druckmedium können auch schalenartige Bauteile oder Hohlkörper ge­ bildet werden, die eine druck-umgeformte Materiallage und eine daran angrenzende Zone aus Metallschaum aufweisen.

Die im Rahmen des Metallschaum-Druckumformvorganges umgeformte Materiallage muß nicht notwendigerweise die Außenschicht eines entsprechenden Werkstücks bil­ den.

Die Haftung des Metallschaumabschnittes an der durch den Metallschaum umgeform­ ten Materiallage kann durch entsprechende Beschichtungen der dem Metallschaum zugewandten Seitenfläche der Materiallage beeinflußt werden. Das Metall­ schaum-Druckmedium muß nicht unbedingt in dem Formraum gebildet werden.

Claims (35)

1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils das eine aus einem duktilen Material gebildete, im Rahmen zumindest eines Umformschrittes umgeformte Materiallage und einen aus einem Metallschaum gebildeten Abschnitt aufweist, wobei im Rahmen des Umformschrittes die Materiallage durch einen über den Metallschaum als Um­ form-Druckmedium aufgebrachten Umformdruck umgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materiallage durch den im und durch den Metallschaum entstehenden Umformdruck gegen eine Formwand gedrängt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materiallage sich zumindest abschnittsweise unter bleibender plastischer Verformung an die Formwand anlegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschaum im Anschluß an den Umformvorgang der Materiallage aushärtet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschaum und die Materiallage im Rahmen des Umformvorganges oder des nachfolgenden Aushärtevorganges eine Verbindung eingehen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Metallschaum herrschende Druck im Anschluß an den Umformvorgang abge­ senkt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umformen der Materiallage diese in einen Formraum eingebracht wird, derart, daß die Materiallage in dem Formraum eine erste Formraumpartition zwischen einer Form­ wand und der Materiallage sowie eine zweite, von der ersten Formraumpartition ge­ trennte Formraumpartition definiert, wobei im Rahmen des Umformschrittes in die zweite Formraumpartition der Metallschaum als Umform-Druckmedium eingebracht wird und dieses die Materiallage gegen die Formwand drängt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschaum in dem Formraum aushärtet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Formraum nach Aushärten des Metallschaumes geöffnet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Öffnen des Formraums die durch das Metallschaum-Druckmedium umgeformte Materiallage mit einem daran angeformten Metallschaumabschnitt entnommen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallschaumdruckmedium durch eine Metall-Legierung gebildet wird, die durch ein Treibmittel aufgeschäumt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel aus Mitteln gebildet wird, die vor Aufschäumen der Metall-Legierung in der Metall-Legierungsmatrix enthalten sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch in der Metall-Legierungsmatrix vorbereitete Mittel durch Erhitzen der Metall-Ma­ trix auf eine Temperatur oberhalb eines Schmelzpunktes der Metall-Legierung das Treibmittel entsteht bzw. wirksam wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Umformung vorgesehene Materiallage vorab erhitzt wird.

15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eine der Formraumpartitionen gasdicht abgeschlossen wird.

16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eine der Formraumpartitionen im Rahmen eines vorberei­ tenden Verfahrensschrittes mit einem inerten Gas gespült wird.

17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Aufschäumen des Metallschaumdruckmediums solange erfolgt, bis die Materiallage ein weiteres Anwachsen des Metallschaumvolumens behindert.

18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druckaufbau in dem Metallschaum-Druckmedium über den zeitli­ chen Verlauf der Metallschaumbildung gesteuert wird.

19. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Aufschäumvorgang über die Menge des schaumbildenden Materi- als gesteuert wird.

20. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Aufschäumvorgang über eine zur Schaumbildung vorgesehene Treibmittelmenge bzw. über den Treibmittelanteil gesteuert wird.

21. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Aufschäumvorgang durch die Temperaturführung, insbesondere durch die Abkühlbedingungen, gesteuert wird.

22. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druck in dem Metallschaummedium durch ein zusätzliches Druck­ medium erhöht wird.

23. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Materiallage aus einem vorzugsweise dünnen Metallblech gebildet wird, wobei das schaumbildende Material in Form einer Beschichtung der Materiallage vorbereitet ist.

24. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Metallschaum-Druckmedium durch eine Aluminiumlegierung gebil­ det wird.

25. Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils, das Metallschaum und eine durch den Metallschaum Druck-umgeformte Materiallage (12) umfaßt mit:
einem Formwerkzeug zur Bildung eines Formraumes (3), wobei das Formwerkzeug in eine Beschickungsstellung bringbar ist, zum Einbringen eines zur Bildung der Mate­ riallage vorgesehenen Ausgangsmateriales (8), und einer Metallschaum-Freiset­ zungseinrichtung zum Erzeugen oder Freisetzen eines Metallschaum-Druckmediums zum Umformen des Ausgangsmateriales (8) in dem Formraum (3).

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerk­ zeug zumindest ein erstes Formteil und ein zumindest zweites Formteil aufweist, wo­ bei zwischen diesen beiden Formteilen ein Werkzeug-Teilungsfläche definiert ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Formteil ein Formoberteil (1) bildet, und daß das zweite Formteil ein Formunterteil (2) bildet, und daß beide Formteile (1, 2) mit einer Heizeinrichtung (4) versehen sind, zum Auf­ heizen der Formteile (1, 2).

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachschiebe- oder Komprimierungseinrichtung (7) vorgesehen ist zum Kompri­ mieren bzw. Nachfördern des Metallschaum-Druckmediums und/oder der Ausgangs­ materiallage (8).

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachschiebe- oder Komprimierungseinrichtung (7) im Bereich der Werkzeugteilungsfläche vorgese­ hen ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entgasungseinrichtung (10) vorgesehen ist zur Entgasung der mit dem Metall­ schaum-Druckmedium erfüllten Formraumpartition.

31. Bauteil, bestehend aus einer aus einem duktilen Material gebildeten Materiallage und einem aus Metallschaum gebildeten Materialabschnitt, wobei die Materiallage durch einen über den Metallschaum als Umform-Druckmedium aufgebrachten Um­ formdruck aus einer Ausgangsmateriallage druckgeformt ist.

32. Bauteil nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Materiallage aus einem Aluminium-Werkstoff besteht.

33. Bauteil nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall­ schaum aus einer Aluminiumlegierung besteht.

34. Bauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeich­ net, daß die Materiallage und der aus dem Metallschaum gebildete Materialabschnitt haftend miteinander verbunden sind.

35. Bauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeich­ net, daß die Materiallage aus einem rohrförmigen oder plattenförmigen Halbzeug- bzw. Ausgangsmaterial gebildet ist.