DE19912618C2 - Part with partial reinforcement and process for its production - Google Patents
Part with partial reinforcement and process for its productionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit partieller Verstärkung und ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des 1. und 17. Patentanspruchs.The invention relates to a component with partial Reinforcement and a process for its production the preamble of the 1st and 17th claims.
Nach DE 40 18 360 C1 und DE 41 01 630 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung poröser Metallkörper bekannt, bei welchem ein Aufschäumen eines mit einem Treibmittel versehenen Metalles oder einer Legierung bei einer Temperatur erfolgt, bei welcher sich das Treibmittel zersetzt, vorteilhafter Weise bei einer Temperatur in der Nähe der Schmelztemperatur des aufzuschäumenden Metalles oder oberhalb bzw. im Bereich des Solidus-Liquidus-Intervalls der verwendeten Legierung. Das Aufschäumen kann frei oder in einer Form erfolgen. Es ist auch möglich, Hohlräume mit Metallschaum auszuschäumen. Die Herstellung eines Bauteils aus Metall oder Keramik mit dichter Außenschale und porösem Kern und ein entsprechendes Herstellungsverfahren werden in DE 43 38 457 A1 vorgeschlagen. Die Außenschale besteht aus gesintertem Pulvermaterial und der Kern weist gesinterte Hohlkugeln auf, die lageweise geschichtet sind und zum Kernzentrum hin größer werden. According to DE 40 18 360 C1 and DE 41 01 630 A1 is a method known for the production of porous metal bodies, in which a foaming of a blowing agent Metal or alloy at a temperature in which the propellant decomposes, more advantageous Way at a temperature near the Melting temperature of the metal to be foamed or above or in the area of the solidus-liquidus interval the alloy used. The foaming can be free or done in a form. It is also possible to use cavities Foam metal foam. The production of a component Made of metal or ceramic with a dense outer shell and porous Core and a corresponding manufacturing process are in DE 43 38 457 A1 proposed. The outer shell consists of sintered powder material and the core has sintered Hollow spheres, which are layered in layers and for Core center are getting bigger.
Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß ein z. B. sehr dünnwandiges ausgeschäumtes Bauteil oder ein geschäumtes Bauteil ohne zusätzliche Wandung nur eine geringe Steifigkeit und Belastbarkeit aufweist und daß es nicht möglich ist, in das Bauteil Befestigungselemente einzubringen, die einer erhöhten Belastung standhalten.The disadvantage of this method is that a z. B. very much thin-walled foamed component or a foamed Only a small part without additional wall Has rigidity and resilience and that it doesn't is possible in the component fasteners to bring in that withstand an increased load.
In der DE 199 11 213 C1 werden ein Verbundbauteil sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung offenbart, bei dem zwischen zwei sich gegenüberliegenden massivmetallischen Blechteilen, die jeweils mit einer Metallpulverschicht versehen sind, ein Verstärkungselement eingefügt wird.DE 199 11 213 C1 describes a composite component and a Process for its preparation disclosed, in which between two opposing solid metal ones Sheet metal parts, each with a metal powder layer are provided, a reinforcing element is inserted.
Danach erfolgt das Aufschäumen der Metallpulverschichten, die sich zwischen der Wandung des Verbundteiles und dem Verstärkungselement befinden.Then the metal powder layers are foamed, between the wall of the composite part and the Reinforcing element are located.
Diese Ausführung weist zwar auf Grund des angeordneten Verstärkungselementes gegenüber dem weiter oben beschriebenen Stand der Technik eine höhere Steifigkeit auf, ist aber insbesondere für das Einbringen von größeren Belastungen standhaltenden Befestigungselementen ebenfalls ungeeignet.This version points because of the arranged Reinforcing element compared to the above described prior art a higher rigidity on, but is especially for the introduction of larger Fasteners withstand loads as well not suitable.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil mit partieller Verstärkung und ein Verfahren zu dessen. Herstellung zu entwickeln, welches es ermöglicht, bei einem geringen Gewicht des Bauteiles dessen Belastbarkeit zu erhöhen und/oder das Einbringen von Befestigungselementen in und/oder an geschäumten Bauteilen zu ermöglichen.The object of the invention is to provide a component with partial Reinforcement and a process for it. Manufacture to develop, which makes it possible at a low Weight of the component to increase its resilience and / or the introduction of fasteners in and / or to enable foamed components.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des 1. und 17. Patentanspruchs gelöst.This object is achieved with the features of the 1st and 17th claim solved.
Dabei weist das Bauteil wenigstens ein Verstärkungselement auf, welches durch Ausschäumen am und/oder im Bauteil befestigt ist.The component has at least one reinforcing element on, which by foaming on and / or in the component is attached.
Erfindungsgemäß steht das Verstärkungselement zumindest teilweise in direktem Kontakt mit der Außenwandung des Bauteils, und/oder dessen Außenkontur wird zumindest teilweise durch die Außenkontur des aufschäumenden Materials gebildet, und/oder das Verstärkungselement tritt partiell oder umlaufend aus dem Bauteil heraus.According to the invention, the reinforcing element is at least partly in direct contact with the outer wall of the Component, and / or its outer contour is at least partly through the outer contour of the foaming Material formed, and / or the reinforcing element occurs partially or all the way out of the component.
Das Verstärkungselement kann entweder zur Verbesserung der Steifigkeit und der Verdrehsicherheit des Bauteils dienen, es ist jedoch auch möglich, in das Verstärkungselement Befestigungselemente einzubringen, die einer größeren Belastung standhalten, als wenn diese z. B. in den Metallschaum eingebracht werden. In vorteilhafter Ausbildung ist es auch möglich, das Verstärkungselement als Befestigungselement auszubilden. So kann z. B. das Ende eines partiell heraustretenden Verstärkungselementes mit einem Außen- oder Innengewinde versehen sein. Das in den Schaum eingebettete Verstärkungselement kann auch in der Art einer Buchse mit oder ohne Gewinde zur Aufnahme weiterer Anschlußteile ausgestaltet sein.The reinforcing element can either improve the Stiffness and the security against rotation of the component serve however, it is also possible in the reinforcing element Introduce fasteners that a larger Withstand load as if this z. Tie Metal foam can be introduced. In advantageous Training, it is also possible to use the reinforcing element Form fastener. So z. B. the end a partially emerging reinforcing element be provided with an external or internal thread. That in the Foam embedded reinforcement element can also be used in the Kind of a socket with or without thread for receiving further connecting parts can be designed.
Das Bauteil kann weiterhin partiell oder umlaufend an seiner Oberfläche eine Schicht aufweisen, deren Festigkeit höher ist, als die Festigkeit des geschäumten Materials.The component can continue to partially or circumferentially have a layer on its surface, the strength of which is higher than the strength of the foamed material.
Die Porosität des Randbereiches kann geringer sein, als die des Kernbereiches des Bauteils.The porosity of the edge area can be less than that the core area of the component.
Die zum Ausschäumen notwendige Temperatur liegt vorteilhafter Weise unterhalb der Schmelztemperatur des Verstärkungselementes. Um dies zu gewährleisten werden zur Herstellung des Metallschaumes vorzugsweise bei niedrigen Temperaturen schmelzende Metalle oder Legierungen eingesetzt.The temperature required for foaming is advantageously below the melting temperature of the Reinforcing element. To ensure this will be used Production of the metal foam preferably at low Temperatures melting metals or alloys used.
Wird die Wandung des Bauteiles durch einen blechförmigen Körper, einen Hohlkörper oder eine Folie gebildet, so ist deren Schmelztemperatur ebenfalls höher als die beim Ausschäumen auftretende Temperatur.If the wall of the component is covered by a sheet metal Body, a hollow body or a film is formed whose melting temperature is also higher than that of Foaming temperature.
Die äußere Schicht des Bauteils kann aus einem metallischen Werkstoff oder aus Keramik bestehen.The outer layer of the component can be made of a metallic Material or ceramic.
Die Außenkontur des Bauteiles wird vorzugsweise durch eine wiederverwendbare Form bestimmt. Es ist jedoch auch möglich, daß die Außenkontur vollständig oder teilweise durch die Kontur des blechförmigen Körpers und/oder durch die Kontur des Hohlkörpers vorgegeben wird. The outer contour of the component is preferably by a reusable form. However, it is also possible that the outer contour completely or partially by the contour of the sheet-metal body and / or by the contour of the hollow body is specified.
Der Hohlkörper kann dabei beispielsweise als ein innenhochdruckumgeformtes Werkstück ausgebildet sein. Die Wandstärke des Bleches bzw. des Hohlkörpers kann sehr gering sein. Die notwendige funktionsbedingte Steifigkeit und Verdrehsicherheit erhält das Bauteil durch das Ausschäumen und bedarfsweise durch das Einbringen von Verstärkungselementen. Die Verstärkungselemente können dabei gleichzeitig die Funktion von Befestigungselementen übernehmen. Desweiteren ist es möglich, die Verstärkungselemente auch nur zur partiellen Verstärkung für das Einbringen von Befestigungselementen zu verwenden.The hollow body can, for example, as a high pressure formed workpiece. The Wall thickness of the sheet or the hollow body can be very be small. The necessary functional stiffness and the component is secured against twisting by the Foaming and if necessary by introducing Reinforcing elements. The reinforcing elements can the function of fasteners at the same time take. Furthermore, it is possible to Reinforcing elements only for partial reinforcement to use for the introduction of fasteners.
Das Verstärkungselement kann rohrförmig, buchsenförmig, stabförmig oder plattenförmig ausgebildet sein, oder eine andere Form entsprechend der zu erfüllenden Funktion des Bauteils aufweisen.The reinforcing element can be tubular, bush-shaped, be rod-shaped or plate-shaped, or a other shape according to the function of the Have component.
Es können auch mehrere Verstärkungselemente in der Art einer Bewehrung miteinander gekoppelt sein.Several reinforcing elements of the type can also be used a reinforcement.
Um eine innige Verbindung zum Schaum zu gewährleisten, kann das Verstärkungselement an seiner Oberfläche angerauht sein und/oder Aussparungen und/oder Durchbrüche aufweisen.To ensure an intimate connection to the foam, the reinforcing element must be roughened on its surface and / or have cutouts and / or openings.
Zur Herstellung des Bauteiles mit einer partiellen Verstärkung wird wenigstens ein Verstärkungselement in eine im wesentlichen die Endkontur des zu erzeugenden Bauteiles festlegende Form eingelegt und in dieser Form positioniert und anschließend umschäumt, so daß das Verstärkungselement im und/oder am Bauteil so befestigt wird, daß zwischen den einzelnen Komponenten eine funktionelle Einheit gebildet wird.To manufacture the component with a partial Reinforcement becomes at least one reinforcing element in one essentially the final contour of the component to be produced defining form inserted and positioned in this form and then foamed so that the reinforcing element is attached in and / or on the component so that between the individual components form a functional unit becomes.
Das Bauteil ist entweder aus der Form entnehmbar, wobei diese dazu mit einer Trennschicht in der Art einer Metallfolie ausgekleidet wird. Die Metallfolie bildet die Außenschicht des erzeugten Bauteils.The component can either be removed from the mold, whereby this with a separating layer in the manner of a Metal foil is lined. The metal foil forms the Outer layer of the component created.
Es ist daneben auch möglich, die Außenkontur des durch Ausschäumen zu erzeugenden Bauteils vollständig oder teilweise durch die Wandung eines blechförmigen Körpers oder durch die Wandung eines Hohlkörpers zu bilden, die am Bauteil verbleiben, bzw. die Außenwandung des Bauteils bilden.It is also possible to use the outer contour of the Foam component to be produced completely or partly through the wall of a sheet metal body or to form by the wall of a hollow body, which on Component remain, or the outer wall of the component form.
Verfahrensspezifisch liegt die zum Ausschäumen erforderliche Temperatur unterhalb der Temperatur des Verstärkungselementes und bei Verwendung einer Folie, eines blechförmigen Körpers oder eines Hohlkörpers zur Bildung der Außenkontur auch unterhalb der Schmelztemperatur dieser Elemente.The process for foaming is process-specific required temperature below the temperature of the Reinforcing element and when using a film, one sheet-shaped body or a hollow body for formation the outer contour also below the melting temperature of this Elements.
Mit der Erfindung wird ein leichtes, verwindungssteifes und multifunktionales Bauteil geschaffen. Durch die mögliche Entkopplung zwischen Verstärkungselement und Außenschale wird gleichzeitig eine gute Dämpfung erzielt. With the invention is a lightweight, torsionally rigid multifunctional component created. By the possible Decoupling between the reinforcement element and the outer shell good damping is achieved at the same time.
Die Grundstabilität des Bauteils kann durch das Einbringen der Verstärkungselemente wesentlich erhöht werden.The basic stability of the component can be brought by the introduction the reinforcing elements can be increased significantly.
Es ist möglich, daß der Grundkörper als Bauteil entfallen kann. Es kann beispielsweise lediglich eine sehr dünne Hülle vollständig oder partiell mit Metallschaum gefüllt werden, wobei die Hülle dekorative Zwecke erfüllt oder ggf. zum Korrosionsschutz dient. In jedem partiellen Metallschaumbereich kann ein separates Verstärkungselement angeordnet sein, es ist jedoch auch möglich, daß ein einziges Verstärkungselement durch alle partiell ausgeschäumten Bereiche ragt und diesen untereinander eine Stabilität verleiht, die allein durch die dünne Hülle nicht gegeben wäre.It is possible for the base body to be omitted as a component can. For example, it can only be a very thin one Shell completely or partially filled with metal foam the case serves decorative purposes or, if necessary, serves to protect against corrosion. In every partial Metal foam area can be a separate reinforcing element be arranged, but it is also possible that a only reinforcement element by all partially foamed areas protrudes and these one below the other Gives stability, which is not due to the thin shell alone would be given.
Der Metallschaum oder der PE-Schaum kann jede beliebige Form des Versteifungselementes umschließen und dieses nach dem Aushärten fixieren. Damit ist es möglich, die Steifigkeitseigenschaften eines Bauteils den jeweiligen Erfordernissen einfach anzupassen.The metal foam or the PE foam can be any Enclose the shape of the stiffening element and this after fix the hardening. This makes it possible to Stiffness properties of a component the respective Easily adapt to requirements.
Die erfindungsgemäßen Bauteile weisen weiterhin ein gutes Crashverhalten auf. Der konstruktive Aufwand zur Herstellung eines Bauteils sowie eventuell notwendige Montagearbeiten können durch die vielfältige Funktionalität ebenfalls auf ein Minimum reduziert werden.The components according to the invention also have a good one Crash behavior. The design effort for Production of a component and any necessary Assembly work can be done through the diverse functionality can also be reduced to a minimum.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on Exemplary embodiments and associated drawings explained. Show it:
Fig. 1: Mit Folie ausgekleidete Form mit eingelegtem Verstärkungselement und schäumbarem Halbzeug vor dem Ausschäumen; Fig. 1: Mold lined form with inserted reinforcing element and foamable semi-finished product before foaming;
Fig. 2: Form gem. Fig. 1 nach dem Ausschäumen; Fig. 2: shape acc. Fig. 1 after foaming;
Fig. 3: Bauteil mit einer Hülle in Form der Folie; Fig. 3: component with a shell in the form of the film;
Fig. 4: Beidseitig offener rohrförmiger Hohlkörper mit der Kontur einer Nockenwelle, sowie eingelegtem Verstärkungselement und schäumbaren Halbzeugen vor dem Ausschäumen; Fig. 4: Tubular hollow body open on both sides with the contour of a camshaft, and an inserted reinforcing element and foamable semi-finished products before foaming;
Fig. 5: Bauteil in Form einer Nockenwelle nach dem Ausschäumen; FIG. 5 component in the form of a camshaft after foaming;
Fig. 6: Bauteil in Form eines ausgeschäumten Hohlkörpers mit an der Wandung partiell anliegendem Verstärkungselement; Fig. 6: component in the form of a foam-filled hollow body with partially abutting on the wall reinforcing element;
Fig. 7: Bauteil gem. Fig. 6 mit an dem Verstärkungselement angeschraubter Platte; Fig. 7: Component acc. Fig. 6 is screwed to the reinforcing member with plate;
Fig. 8: Bauteil mit einer eingeschäumten Buchse; Fig. 8: component with a foamed socket;
Fig. 9: Bauteil in Form eines ausgeschäumten Hohlkörpers mit von einem bis zum anderen Ende im wesentlichen mittig hindurchreichendem Verstärkungselement in der Art einer Bewehrung; Fig. 9: component in the form of a foam-filled hollow body having from one to the other end substantially centrally hindurchreichendem reinforcing member in the manner of a reinforcement;
Fig. 10: Bauteil mit einem Verstärkungselement in Form eines Rohres und eines Stabes Fig. 10: component with a reinforcing element in the form of a tube and a rod
In Fig. 1 ist eine mit Folie 2 ausgekleidete Form 1 dargestellt, deren Innenkontur der Form des zu erzeugenden Bauteils entspricht. Durch eine Öffnung unter dem Deckel 1.1 wurden ein Verstärkungselement 3 und ein schäumbares Halbzeug 4 in die Form 1 eingelegt. Die Form wird nun bis nahe an die Schmelztemperatur des schäumbaren Halbzeuges erwärmt, wodurch der Schäumungsprozeß ausgelöst wird und der Metallschaum 4.1 die Form 1 ausfüllt und das Verstärkungselement 3 umschließt (Fig. 2). Nach dem Abkühlen kann der Deckel geöffnet und das Bauteil 5 entnommen werden.In Fig. 1, a foil lined 2 Form 1 is shown, corresponding to the inner contour of the shape of the component to be produced. A reinforcing element 3 and a foamable semi-finished product 4 were inserted into the mold 1 through an opening under the cover 1.1 . The mold is now heated up to close to the melting temperature of the foamable semi-finished product, which triggers the foaming process and the metal foam 4.1 fills the mold 1 and encloses the reinforcing element 3 ( FIG. 2). After cooling, the lid can be opened and the component 5 can be removed.
Das Bauteil 5 ist von der Folie 2 ummantelt (s. Fig. 3) und weist im Metallschaum 4.1 das Verstärkungselement 3 auf.The component 5 is encased by the film 2 (see FIG. 3) and has the reinforcing element 3 in the metal foam 4.1 .
Einen z. B. durch Innenhochdruckumformen hergestellten dünnwandigen beidseitig offenen rohrförmigen Hohlkörper 6 mit der Außenkontur einer Nockenwelle zeigt Fig. 4. Im Mittelbereich wurde ein Verstärkungselement 3 eingebracht, das stopfenförmig ausgebildet ist und in seinem Außendurchmesser in etwa dem Innendurchmesser des Hohlkörpers angepaßt. Beidseitig zum Verstärkungselement wurden schäumbare Halbzeuge eingelegt. Das Bauteil nach den Ausschäumen ist in Fig. 5 dargestellt. Der Metallschaum 4.1 hat den Hohlkörper 6 ausgefüllt und dessen Konturen angenommen. Am links dargestellten Ende des Bauteils 5 wurde zusätzlich ein Endstück 7 eingebracht, welches ebenfalls eine Verbindung mit dem Metallschaum 4.1 eingegangen ist. Das Endstück 7 weist dazu zusätzlich eine Aussparung 7.1 auf, in welche der Metallschaum eindringen kann. Der dünnwandige Hohlkörper bildet die Außenhülle des Bauteils. Die so hergestellte Nockenwelle zeichnet sich durch ein geringes Gewicht bei genügender Steifigkeit aus.A z. For example, by hydroforming produced thin-walled open ended tubular hollow body 6 with the outer contour of a camshaft shown in FIG. 4. In the central region, a reinforcement element 3 has been introduced, which is designed plug-shaped and adapted in its outer diameter approximately to the inner diameter of the hollow body. Foamable semi-finished products were inserted on both sides of the reinforcement element. The component after the foaming is shown in Fig. 5. The metal foam 4.1 has filled the hollow body 6 and assumed its contours. At the end of the component 5 shown on the left, an end piece 7 was additionally introduced, which is also connected to the metal foam 4.1 . The end piece 7 additionally has a recess 7.1 into which the metal foam can penetrate. The thin-walled hollow body forms the outer shell of the component. The camshaft manufactured in this way is characterized by its low weight and sufficient rigidity.
Ein Bauteil 5 in Form eines ausgeschäumten Hohlkörpers 6 mit an der Wandung partiell anliegendem Verstärkungselement zeigt Fig. 7. Dieses Bauteil 5 mit an das Verstärkungselement 3 angeschraubter Platte 8 zeigt Fig. 7. Ein Bauteil 5 mit einem eingeschäumten Verstärkungselement 3 in Form einer Buchse zeigt Fig. 8, wobei die Buchse in Richtung zum Kern des Bauteils 5 einen Bund 3.1 aufweist. Dieser Bund 3.1 wirkt axialen Auszugkräften FA der Buchse (Verstärkungselement 3) entgegen. Eine Außenseite des Bauteils 5 wird dabei durch hin geformtes Blech 9 abgeschlossen. Die anderen Außenseiten werden durch die Außenflächen des Metallschaums gebildet. Diese wurden in einer gestrichelt angedeuteten Form 1 ausgeschäumt. Die Buchse 3 lag dabei mit ihrer Öffnung 3.2 nach unten auf dem Boden der Form 1 auf.A component 5 in the form of a foamed parison 6 with partially abutting on the wall reinforcement member shown in FIG. 7. This with bolted to the reinforcement element 3 plate 8 is shown in FIG. 7. A component 5 with a foamed reinforcement element 3 in the form of a socket showing component 5 Fig. 8, the bushing has a collar in the direction 3.1 to the core of the component 5. This collar 3.1 counteracts axial pull-out forces FA of the socket (reinforcing element 3 ). An outside of the component 5 is closed off by sheet metal 9 which is formed towards the outside. The other outer sides are formed by the outer surfaces of the metal foam. These were foamed in a form 1 indicated by dashed lines. The socket 3 was with its opening 3.2 down on the bottom of the mold 1 .
Ein Bauteil 5 in Form eines ausgeschäumten Hohlkörpers 6 mit von einem bis zum anderen Ende im wesentlichen mittig hindurchreichendem Verstärkungselement 3 in der Art einer Bewehrung zeigt Fig. 9.A component 5 in the form of a foamed hollow body 6 with a reinforcing element 3 extending in the middle from one end to the other in the manner of a reinforcement is shown in FIG. 9.
Ein rohrförmiges dünnwandiges Bauteil 5 zeigt Fig. 10. Auf der linken Seite ist ein Verstärkungselement 3 in Form eines eingeschäumten Rohres und auf der rechten Seite ein eingeschäumter Stab dargestellt. Die Verstärkungselemente 3 ragen aus dem Bauteil 5 beidseitig heraus. Am freien Ende des Stabes ist ein Gewinde 3.3 vorgesehen.A tubular thin-walled component 5 is shown in FIG. 10. A reinforcing element 3 in the form of a foamed-in tube is shown on the left-hand side and a foamed-in rod is shown on the right-hand side. The reinforcing elements 3 protrude from the component 5 on both sides. A thread 3.3 is provided at the free end of the rod.
Claims (23)
daß das Verstärkungselement (3) zumindest teilweise in direktem Kontakt mit der Außenwandung des Bauteils steht
und/oder
daß dessen Außenkontur zumindest teilweise durch die Außenkontur des aufschäumenden Materials gebildet wird
und/oder
daß das Verstärkungselement (3) partiell oder umlaufend aus dem Bauteil (5) heraustritt.1. component with partial reinforcement, at least one reinforcing element ( 3 ) being attached to and / or in the component ( 5 ) by foaming, characterized in that
that the reinforcing element ( 3 ) is at least partially in direct contact with the outer wall of the component
and or
that its outer contour is at least partially formed by the outer contour of the foaming material
and or
that the reinforcing element ( 3 ) partially or circumferentially emerges from the component ( 5 ).
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