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Dokumentenidentifikation DE102006024945A1 06.12.2007
Titel Metallschäumungsverfahren
Anmelder Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 München, DE;
Alulight International GmbH, Ranshofen, AT
Erfinder Hohlfeld, Jörg, 09125 Chemnitz, DE;
Hipke, Thomas, 09432 Großolbersdorf, DE;
Schäffler, Peter, 83373 Taching, DE
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 29.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006024945
Offenlegungstag 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse C22C 1/08(2006.01)A, F, I, 20060529, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B22F 3/10(2006.01)A, L, I, 20060529, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metallschäumverfahren, insbesondere zur Herstellung eines Metallschaumkörpers, bei dem eine Mischung aus Spänen zumindest eines metallischen Werkstoffes und zumindest eines Treibmittels, aufgeschäumt wird.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metallschäumverfahren zur Herstellung von porösen Metallen, insbesondere zur Herstellung von Metallschaumkörpern, vorzugsweise in einem Wärmebehandlungsprozeß.

Metallschaumkörper, insbesondere Leichtmetallschaumkörper aus Aluminium, werden beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik als Leichtgewichtsstrukturen eingesetzt. Auch im Automobilbau und im Maschinenbau werden Metallschäume (poröse Metalle) oder Metallschaumkörper als Leichtgewichts- und Dammstrukturen verwandt.

Metallschäume (poröse Metalle) können nach unterschiedlichen Metallschäumverfahren gefertigt werden. Zu den am weitesten entwickelten Metallschäumverfahren gehören die pulvermetallurgischen Metallschäumverfahren, da diese einige entscheidende Vorteile gegenüber den anderen Herstellungsverfahren aufweisen.

Aus der DE 40 18 360 C1 ist ein Metallschäumverfahren bekannt, bei dem eine Mischung aus einem zu schäumenden Metallpulver und einem gasabspaltenden Treibmittelpulver heiß kompaktiert wird. Zum Aufschäumen wird die kompaktierte Metallpulver-/Treibmittelpulver-Mischung auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels temperiert, wodurch das Metall aufgeschäumt wird. Nach Abkühlen wird der Metallschaumkörper erhalten.

Dieses bekannte Metallschäumverfahren verlangt somit ausdrücklich separat hergestellte Metallpulver. Die vorgeschaltete Herstellung des pulverförmigen Ausgangsproduktes stellt allerdings einen kostenintensiven Faktor für die Fertigung poröser Metalle (Metallschaumkörper) dar, da das speziell herzustellende Pulver in der Regel durch (aufwendiges) Verdüsen hergestellt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstigeres Metallschäumverfahren zur Herstellung von Metallschaumkörpern anzugeben.

Die vorliegende Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Metallschäumverfahren, insbesondere zur Herstellung von Metallschaumkörpern, bei dem eine Mischung aus Recyclingmaterial zumindest eines metallischen Werkstoffes und zumindest eines Treibmittels aufgeschäumt wird.

Dabei können insbesondere Späne zumindest eines metallischen Werkstoffes als Recyclingmaterial verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Metallschäumverfahren verwendet daher insbesondere metallische Späne anstelle der üblicherweise verwendeten verdüsten und damit kostenintensiven Pulver, wobei eine Auswahl der verwendeten metallischen Späne von der gewünschten Legierung für das poröse Metall (für den Metallschaumkörper) abhängt.

Beim erfindungsgemäßen Metallschäumverfahren kann der metallische Werkstoff aus einem Metall oder aus einer Metall-Legierung bestehen.

Zudem kann die Mischung aus Recyclingmaterial und Treibmittel zu einem schäumbaren Vormaterial kompaktiert werden. So kann das Metallschäumverfahren beispielsweise ein Walzen, Strangpressen oder eine Kombination aus einem Vorkompaktieren des Gemisches aus Recyclingmaterial und Treibmittel (insbesondere mittels Einstempel-Axialpressens) und einem nachfolgenden Endkompaktieren (insbesondere mittels Strangpressen) des vorkompaktierten Gemisches, umfassen.

Das Recyclingmaterial kann in einem dem Mischen vorgeschalteten Aufbereitungsprozeß auf eine bestimmte Größe eingestellt werden. So kann, beispielsweise bei der Verwendung von Recyclingmaterial wie Spänen, ein Mahlvorgang vorgesehen sein. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn im Aufbereitungsprozeß des Recyclingmaterials das Treibmittel gleich mit in das Recyclingmaterial, insbesondere homogen verteilt, eingewalkt wird.

Zudem können Produktionsabfälle spanender Metallbearbeitung, insbesondere spanender Trockenbearbeitung, als Späne zur Mischung mit dem Treibmittel genutzt werden.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die kompaktierte Mischung auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels, vorzugsweise im Temperaturbereich des Schmelzpunktes des verwendeten metallischen Werkstoffes, aufgeheizt, und der derart aufgeschäumte Körper anschließend abgekühlt. Dieses Aufschäumen kann in einer Schäumform oder in einem auszuschäumenden Bauteil durchgeführt werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines Metallschaumkörpers verwendet als Recyclingmaterial Späne. Die Verwendung von Spänen ist vorteilhaft, insbesondere aufgrund der guten Verfügbarkeit, beispielsweise aus der spanenden Metallbearbeitung. Allerdings ist die vorliegende Lehre nicht hieraus eingeschränkt. Vielmehr könnten auch andere Recyclingmaterialien, beispielsweise bei Bearbeitung anfallende pulverförmige Stoffe genutzt werden.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallschaumkörpers und setzt sich aus folgenden Verfahrensschritten zusammen:

Zunächst werden aus spanender Bearbeitung stammende metallische Späne (z.B. aus Aluminium) und Treibmittelpulver (z.B. TiH2) miteinander gemischt.

Diese metallischen Späne können eine ggf. auch relativ breite Größenverteilung aufweisen. So können (jedenfalls zumindest teilweise) auch Späne ohne vorherige Aufbereitung verwendet werden. Allerdings sollten die Späne möglichst kurz sein, um eine gute Mischbarkeit mit dem Treibmittel zu erreichen.

Im allgemeinen beinhaltet die Verarbeitung der Späne aber eine Aufbereitung langer wie auch kurzer Späne in einem vorangegangenen Aufbereitungsprozeß, wie beispielsweise Mahlen, auf eine Größe bzw. Größenverteilung, die sich für eine gute Mischbarkeit mit dem zumindest einen Treibmittel eignet.

Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn im Aufbereitungsprozeß das Treibmittel bereits mit in die Späne homogen verteilt eingewalkt wird.

Es ergeben sich daher zwei Ausführungsmöglichkeiten:

  • (a) ein Mischen der bereits aufbereiteten (d.h. auf eine Größe bzw. Größenverteilung eingestellten) Späne mit dem zumindest einen Treibmittel oder
  • (b) gleichzeitiges Mischen der Späne und des Treibmittels während des Aufbereitungsprozesses (insbesondere des Mahlprozesses), verbunden mit dem Einwalken des zumindest einen Treibmittels.

Bei den vorangestellten Ausführungsmöglichkeiten gibt es keine Einschränkung bezüglich der verwendeten Späne, da bei beiden Ausführungsmöglichkeiten eine Aufbereitung der Späne erfolgt.

Eine Auswahl der gewünschten Legierung für den Metallschaumkörper (das poröse Metall) bedingt dabei die zu verwendenden metallischen Späne (bzw. die Metalle/Metall-Legierungen aus denen die Späne bestehen).

Wie dargelegt, werden also als Ausgangsprodukte des Metallschaumverfahrens Produktionsabfälle der spanenden Bearbeitung, besonders der spanenden Trockenbearbeitung, genutzt. Diese Späne fallen für zahlreiche Metalle/Legierungen in großen Mengen an. Üblicherweise werden diese in einen Kreislaufprozeß eingebunden und auf diesem Weg wiederverwertet (recycled).

Mit der Verwendung als Ausgangsprodukte im Herstellungsprozeß von porösen Metallen (Metallschaumkörpern) eröffnet sich eine weitere umweltschonende Verwendungsmöglichkeit für Metallspäne.

Da es sich gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des Verfahrens bei den Spänen um Abfallprodukte handelt, werden deutliche Kostenvorteile gegenüber den extra herzustellenden Verdüsungspulvern erreicht.

Gegebenenfalls vorhandene Verunreinigungen der Späne können in einem Vorschaltprozeß entfernt werden, so daß Verunreinigungen des herzustellenden porösen Metalls vermieden werden können.

Nach Mischen von Metallspänen und Treibmittelpulver wird das hergestellte Gemisch kompaktiert.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Gemisch hierbei zu schäumbaren Vorprodukten (beispielsweise zu Blöcken) mittels Einstempel-Axialpressens vorkompaktiert und die derart vorkompaktierten Vorprodukte (Blöcke) stranggepresst.

Hiernach wird eine Schäumform oder ein auszuschäumendes Bauteil mit dem kompaktierten schäumbaren Vormaterial befüllt.

Anschließend wird das kompaktierte schäumbare Vormaterial über den Schmelzpunkt des Metalls bzw. über/in den Schmelzbereich der Metalllegierung und den Zersetzungspunkt des Treibmittels erhitzt.

Zuletzt erfolgt ein Abkühlen der Schäumform bzw. des auszuschäumenden Bauteils auf Raumtemperatur.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die Verwendung von Produktionsabfällen der spanenden Bearbeitung zur Herstellung von Metallschaumkörpern, wodurch deutliche Vorteile gegenüber den bekannten pulvermetallurgischen Metallschäumverfahren erzielbar sind.


Anspruch[de]
Metallschäumverfahren, insbesondere zur Herstellung von Metallschaumkörpern, bei dem eine Mischung aus Recyclingmaterial zumindest eines metallischen Werkstoffes und zumindest eines Treibmittels aufgeschäumt wird. Metallschäumverfahren nach Anspruch 1, wobei als Recyclingmaterial Späne zumindest eines metallischen Werkstoffes verwendet werden. Metallschäumverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der metallische Werkstoff aus einem Metall oder aus einer Metall-Legierung besteht. Metallschäumverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Mischung aus Recyclingmaterial und Treibmittel zu einem schäumbaren Vormaterial kompaktiert wird. Metallschäumverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Recyclingmaterial vor dem Mischen in einem Aufbereitungsprozeß auf eine bestimmte Größe eingestellt wird. Metallschäumverfahren nach Anspruch 5, wobei als Aufbereitungsprozeß ein Mahlvorgang vorgesehen ist. Metallschäumverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei im Aufbereitungsprozeß des Recyclingmaterials das Treibmittel gleich mit in das Recyclingmaterial, insbesondere homogen verteilt, eingewalkt wird. Metallschäumverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Produktionsabfälle spanender Metallbearbeitung, insbesondere spanender Trockenbearbeitung, als Späne zur Mischung mit dem Treibmittel genutzt werden. Metallschäumverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Mischung auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels, vorzugsweise im Temperaturbereich des Schmelzpunktes des verwendeten metallischen Werkstoffes, aufgeheizt und der derart aufgeschäumte Körper anschließend abgekühlt wird. Metallschäumverfahren nach Anspruch 9, wobei das Aufschäumen in einer Schäumform oder in einem auszuschäumenden Bauteil durchgeführt wird.






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