DE202005006240U1

DE202005006240U1 - Metallschaum-Sandwichs

Info

Publication number: DE202005006240U1
Application number: DE202005006240U
Authority: DE
Original assignee: SEELIGER HANS WOLFGANG
Current assignee: ALULIGHT AFS GMBH, DE
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2015-04-19
Also published as: WO2006111349A1

Abstract

Metallschaum-Sandwichstruktur bestehend aus einem Metallschaumkern (1) und an diesen metallisch angebundenen Decklagen, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaumkern (1) Bereiche (1b) aufweist, in denen die Schaumzellen teilweise abgeflacht und die Zellwände lamellenartig eingefaltet sind.

Description

Seit geraumer Zeit sind so genannte Metallschäume als Leichtbaustrukturen Gegenstand der Forschung und teilweise bereits in der technischen Anwendung.
Als besonders interessant haben sich im Sinne des Leichtbaus Metallschaum-Sandwichs erwiesen, die meist 3-lagig aus einem Metallschaumkern und diesen nach außen abschließenden Decklagen aufgebaut sind. Ist es prinzipiell möglich, derartige Sandwich-Strukturen durch Verkleben der Decklagen mit der Schaumkernschicht herzustellen, so haben sich doch andere Herstellungsverfahren etabliert, in denen das unaufgeschäumte Kernmaterial mit den Decklagen etwa mittels Walzens metallisch, ähnlich dem Walzplatieren, verbunden wird. Derartige Herstellungsverfahren sind beispielsweise aus der EP 0 997 215 A2 oder EP 1 000 690 A2 bekannt.
Die Kernschicht des so entstandenen Halbzeugs wird erst anschließend in einem Aufheizprozess mittels eines in der Kernschicht enthaltenen und thermisch aktivierbaren Treibmittels aufgeschäumt, wobei die metallische Anbindung des Kerns an die Decklagen erhalten bleibt. Die so entstandene Metallschaum-Sandwichstruktur ist völlig frei von irgendwelchen Klebstoffen und somit unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls temperaturresistent, so dass im Gegensatz zu verklebten Sandwichstrukturen auch Wärme erzeugende Verbindungstechniken wie etwa Schweißen zum Einsatz kommen können.
Von hohem Interesse sind derartige Metallschaum-Sandwichstrukturen ferner, da aus der Blechumarbeitung bekannte Formgebungsverfahren eingesetzt werden können, um entweder das unaufgeschäumte Halbzeug, oder aber auch das aufgeschäumte Sandwichmaterial umzuformen. Auf diese Weise ist es im Gegensatz zu den meisten anderen Sandwichmaterialien möglich, komplexe, 3-dimensionale Geometrien zu erzeugen.
Des Weiteren ist es durch entsprechende Werkzeuge möglich, Bereiche der aufgeschäumten Sandwichstruktur derart zu verpressen, dass in diesem Bereich der Schaumkern teilweise oder komplett kompaktiert ist. Auf diese Weise können die Ränder von Metallschaum-Sandwichstrukturen, die ansonsten die offene Schaumstruktur zeigen, verschlossen werden, oder aber funktionsspezifische Dickenunterschiede in Bereichen der Sandwichplatte realisiert werden. Als Beispiel sei hier auf die EP 0 927 589 A2 verwiesen.
Sowohl bei Formgebungsverfahren am aufgeschäumten Sandwich, als auch beim Kompaktieren von Teilbereichen oder auch der gesamten Sandwichstruktur hat man bisher in Kauf genommen, dass in diesen Bereichen die Zellwände der Schaumstruktur erheblich geschädigt, wenn nicht vollends zerstört wurden. Es ist offensichtlich, dass derartige Schädigungen den Verbund des Sandwichs im geschädigten Bereich erheblich beeinträchtigen und damit die Festigkeit entsprechend herabsetzen.
Die vorliegende Erfindung zielt auf mittels Formgebungsverfahren umgeformte Metallschaum-Sandwichstrukturen, bzw. teilweise oder ganz kompaktierte Metallschaum-Sandwichstrukturen mit metallisch verbundenen Kern- und Decklagen, die derart geschädigte Bereiche der Schaumstruktur nicht aufweisen. Durch das Nichtvorhandensein von Bereichen im Schaum, in denen die Zellwände der Schaumstruktur teilweise oder vollends zerstört sind, behält die Sandwichstruktur auch nach dem Umformen bzw. Kompaktieren im Wesentlichen ihre Festigkeit.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass das Sandwichmaterial vor dem Umformen bzw. Kompaktieren auf eine Temperatur über der Umgebungstemperatur erhitzt wird. In besonders bevorzugter Weise wird das Sandwichmaterial auf eine Temperatur unmittelbar unterhalb des Schmelzpunkts des Schaummaterials erhitzt.
Als Folge dieser Erwärmung, sinken einerseits die Festigkeit, und damit der Widerstand des Materials gegen die Umformung sodass geringere Umformkräfte vonnöten sind, andererseits verhält sich das Material während des Umformungs- oder Kompaktierungsprozesses erheblich plastischer, also weniger spröde.
Im Gegensatz zum Umformen oder Kompaktieren des kalten Materials verformen sich die Zellwände während des Prozesses ohne größere Schädigungen davonzutragen. Die Schaumstruktur bleibt also ebenso wie der Verbund intakt.
Die vorliegende Erfindung soll anhand der folgenden Abbildungen weiter erläutert werden.
Es zeigen
1 eine teilkompaktierte Metallschaum-Sandwichstruktur, die nach dem Stand der Technik, also kalt, kompaktiert wurde;
2 einen vergrößerten Teilbereich aus 1
3 eine teilkompaktierte Metallschaum-Sandwichstruktur, die entsprechend der vorliegenden Erfindung, also heiß, kompaktiert wurde.
4 einen vergrößerten Teilbereich aus 3
1 und die Detailansicht in 2 zeigen eine Metallschaum-Sandwichstruktur bestehend aus einem Metallschaumkern (1) und an diesen metallisch angebundenen Decklagen 2, die nach dem Aufschäumprozess mittels Kaltverformen umgeformt, im dargestellten Fall kompaktiert wurde. Als Folge dieses Kaltverformungsprozesses haben sich im Innern des Schaumkerns (1) Risse (1a) gebildet, in deren Bereich die Zellwände ganz oder teilweise kollabiert sind. Als Ursache hierfür ist die Sprödigkeit des Metallschaumkerns, bzw. der Zellwände zu nennen, die beim Umformprozess nur eine ungenügend plastische Verformbarkeit aufgewiesen haben. Im Extremfall können derartige Risse (1a) bereits während des Umformprozesses zum Versagen der gesamten Sandwichstruktur führen. Ist dies nicht der Fall, so führen sie zumindest im Einsatz zu einer erheblichen Festigkeitsreduzierung der Sandwichstruktur.
Im Gegensatz hierzu wurden die Metallschaum-Sandwichstrukturen in 3 und der Detailansicht in 4 vor dem Kompaktieren auf eine Temperatur nur wenig unterhalb des Schmelzpunktes des Schaummaterials aufgeheizt und anschließend umgeformt. Wie insbesondere aus der Detailansicht deutlich wird, ist es hier nicht zu der aus 1 und 2 bekannten Rissbildung gekommen.
Stattdessen haben sich hier Bereiche (2b) ausgebildet, in denen die vor der Umformung nahezu sphärischen Schaumzellen stark abgeflacht und die Zellwände lamellenartig eingefaltet wurden, so dass die Zellen in diese Bereichen teilweise fast komplett verschwunden sind.
Als Ursache für das veränderte Umformverhalten des Schaumkerns im Warmverformungsprozess gegenüber dem Kaltverformungsprozess ist primär die Tatsache zu benennen, dass durch das Aufheizen des Schaumkerns sich dieser wesentlich plastischer verhält als im kalten Zustand. Besonders deutlich wird dieser Effekt, wenn der Metallschaumkern auf eine Temperatur nur wenig unterhalb seiner Schmelztemperatur aufgeheizt wird.
Es ist offensichtlich, dass durch das Ausbleiben der Risse (1a) die Festigkeit des Schaumkerns nach dem Heißverformungsprozess im Wesentlichen erhalten bleibt.

Claims

Metallschaum-Sandwichstruktur bestehend aus einem Metallschaumkern (1) und an diesen metallisch angebundenen Decklagen, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaumkern (1) Bereiche (1b) aufweist, in denen die Schaumzellen teilweise abgeflacht und die Zellwände lamellenartig eingefaltet sind.
Metallschaum-Sandwichstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schaumkern (1) um einen Aluminiumschaum handelt.
Metallschaum-Sandwichstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine mittels eines Formgebungsprozesses umgeformte Struktur handelt.
Metallschaum-Sandwichstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine ganz oder teilweise verpresste Struktur handelt.