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Dokumentenidentifikation DE60002376T2 12.02.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001028169
Titel Vernetzte Schaumstrukturen
Anmelder The BOC Group plc, Windlesham, Surrey, GB
Erfinder Garrett, Michael Ernest, Woking, Surrey GU22 7XR, GB
Vertreter Fleuchaus & Gallo, 86152 Augsburg
DE-Aktenzeichen 60002376
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 02.02.2000
EP-Aktenzeichen 003008091
EP-Offenlegungsdatum 16.08.2000
EP date of grant 02.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.02.2004
IPC-Hauptklasse C22C 1/08
IPC-Nebenklasse B22F 3/11   

Beschreibung[de]

Schaumkonstruktionen sind in der Industrie bekannt, und die Anzahl von Anwendungen für metallische Schaumkonstruktionen nimmt kontinuierlich zu. Beispielsweise ist Aluminiummetallschaum mit einer kontinuierlich zusammenhängenden offenzelligen (netzartigen) Geometrie verfügbar und findet Anwendung in:

  • a) Energie-/Stoßabsorbern,
  • b) Wärmetauschern und
  • c) leichtgewichtigen Kompositplatten.

Bei Verwendung in Wärmetauschern ermöglicht das große Verhältnis von Oberfläche zu Volumen eine kompakte Konstruktion, und die hohe spezifische Steifigkeit, d. h. das große Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, macht das Material für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und bei Kraftfahrzeugen brauchbar.

Typische Herstellverfahren sind in der DE 40 18 360 C1 beschrieben.

Kostengünstige Aluminiumschaumtafeln können mittels eines kontinuierlichen Gießprozesses hergestellt werden. Der Schaum ist durch übliche Aluminiummetall-Bearbeitungstechniken (Sägen, Bohren, Fräsen) bearbeitbar und kann durch Hartlöten oder Klebeverbindung verbunden werden. Wie vorstehend schon angedeutet, findet nach diesem Verfahren hergestellter Aluminiumschaum Anwendung als leichtgewichtige Kerne für Sandwich-Platten und als Komponenten in energieabsorbierenden Konstruktionen.

Wenn jedoch unregelmäßige komplexe Formen verlangt werden, werden Metallschäume typischerweise durch Mischen kleiner Mengen eines Gaserzeugers, z. B. Titannitrid, mit Aluminiumpulver gebildet, wobei das Gemisch Wärme und Druck unterzogen wird, um eine gesinterte Platte zu bilden.

Die gesinterte Platte oder ein Teil hiervon wird dann in eine Form eingesetzt, die dann auf eine höhere Temperatur erhitzt wird, bei welcher das Metall schmilzt und Stickstoff aus dem Titannitrid freigesetzt wird, um eine gleichmäßige Blasendispersion zu ergeben.

Das heiße Metall lässt man erstarren und wird dann schockwärmebehandelt, indem man es in ein Kryogen wie beispielsweise flüssigen Stickstoff eintaucht, was bewirkt, dass kleine Brüche zwischen benachbarten Blasen auftreten, so dass die Masse netzartig wird. Beispielsweise wird in der US-A-4 614 544 das Abschrecken durch Eintauchen in flüssigen Stickstoff bewirkt. Der Abschreckprozeß kann durch Überwachen der Temperatur des Metalls gesteuert werden, bevor dies in dem Kryogen abgeschreckt wird. Jedoch kann die Abkühlrate und die Temperaturdifferenz immer noch unzureichend sein, um die notwendige netzartige Struktur zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Abschreckprozeß ein besseres Maß an Steuerung hinzuzufügen, indem der Kryogen als ein Gemisch aus Gas und Flüssigkeitströpfchen mit hoher Geschwindigkeit eingesetzt wird.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Herstellen eines Metallschaumgegenstands folgende Schritte:

  • a) Mischen eines Gaserzeugers mit Metallpulver, und Unterziehen des Gemischs einer erhöhten Temperatur T1 und einem erhöhten Druck P1 zur Bildung einer gesinterten Platte,
  • b) Plazieren mindestens eines Teils der gesinterten Platte in einer Form, und Unterziehen der Form einer Temperatur T2, wobei T2 größer als T1 ist, und bei welcher das Metall schmilzt und das Gas aus dem Gaserzeuger freigesetzt wird, und
  • c) Abschrecken des Metallschaumgegenstands, der so in der Form gebildet worden ist,
  • d) wobei das Abschrecken durch Anwenden eines Kryogens auf den Gegenstand als Gemisch aus Gas und Flüssigkeitströpfchen mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird.
  • Vorzugsweise ist der Kryogen Stickstoff, der Gaserzeuger ist Titannitrid, und das Metall ist Aluminium.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr beispielshalber beschrieben, wobei auf die Fig. der anliegenden schematischen Zeichnung Bezug genommen wird, die ein Blockdiagramm einer Einrichtung zum Abschrecken von Metallschaumgegenständen zeigt.

Wie dargestellt, weist die Einrichtung 1 einen wärmeisolierten Druckbehälter 2 auf, der ein Kryogen, beispielsweise flüssigen Stickstoff, enthält. Ein Einlassrohr 4 steht in Verbindung mit dem Freiraum über dem flüssigen Kryogen, und ein Auslassrohr 6 ist an oder nahe dem Boden des Behälters 2 angeordnet, wie dargestellt. Die Strömung der Flüssigkeit/des Gases aus dem Behälter 2 und durch das Rohr 6 wird durch ein Ventil 8 gesteuert.

Im Betrieb wird der Behälter 2 auf 5 Bar relativ druckbeaufschlagt, indem ein Gas durch das Einlassrohr 4 eingeleitet wird, und der flüssige Kryogen wird dann durch das Ventil 8 und die Auslassrohrbaugruppe 6 expandiert, so dass ein Gemisch aus Gas und Flüssigkeitströpfchen hoher Geschwindigkeit auf den abzuschreckenden Gegenstand 10 auftrifft.

Der Hochgeschwindigkeits-Gas-Flüssigkeitströpfchen-Strom zieht Wärme aus dem Block 10 vielfach schneller als ein Eintauchen des Blocks 10 in flüssigen Stickstoff ab, da der Filmsiedeeffekt, der die Berührung des Blocks durch den flüssigen Stickstoff verhindert, vermieden wird.

Herkömmliche Wege des Erreichens eines schnellen Wärmeübergangs mit flüssigem Stickstoff erfordert die Verwendung eines Überzugs niedriger Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise ein Fett, das es dem flüssigen Stickstoff ermöglicht, die Oberfläche des Gegenstands zu benetzen, ohne dass dazwischen ein störender Gasfilm gebildet wird. Jedoch ist dies bei sehr heißen Metallen nicht praktikabel, und der Filmsiedeeffekt wird verstärkt, was in einem niedrigeren und unvorhersagbaren Wärmeübergang resultiert.

Die Verwendung eines Gas/Flüssigkeitströpfchen-Stroms hoher Geschwindigkeit kann mittels Druck und Ventilöffnung zur Ergeben der optimalen Kühlrate fein gesteuert werden.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Herstellen eines netzartigen Metallschaumgegenstands, mit folgenden Schritten:

    Mischen eines Gaserzeugers mit Metallpulver und Unterziehen des Gemischs einer erhöhten Temperatur T1 und einem erhöhten Druck P1 zur Bildung einer gesinterten Platte,

    Platzieren mindestens eines Teils der gesinterten Platte in einer Form und Unterziehen der Form einer Temperatur T2, wobei T2 größer als T1 ist, bei welcher das Metall schmilzt und das Gas aus dem Gaserzeuger freigesetzt wird, und Abschrecken des so in der Form gebildeten Metallschaumgegenstands, wobei das Abschrecken durch Zuführen eines Kryogens zu dem Gegenstand durchgeführt wird,

    dadurch gekennzeichnet, daß der Kryogen ein steuerbar expandiertes Hochgeschwindigkeitsgemisch aus Gas und Flüssigkeitströpfchen zur Erzeugung der netzartigen Struktur ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kryogen Stickstoff ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gaserzeuger Titannitrid und das Metall Aluminium ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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