CH686413A5 - Verfahren zur Herstellung von Formteilen und Anwendung desselben. - Google Patents

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CH686413A5
CH686413A5 CH181392A CH181392A CH686413A5 CH 686413 A5 CH686413 A5 CH 686413A5 CH 181392 A CH181392 A CH 181392A CH 181392 A CH181392 A CH 181392A CH 686413 A5 CH686413 A5 CH 686413A5
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CH
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aluminum
heat shield
aluminum mixture
mold cavity
different
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CH181392A
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Ivan Gheczy
Erhard Saur
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Matec Holding Ag
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/11Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1121Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
    • B22F3/1125Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers involving a foaming process
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

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Description

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CH 686 413 A5
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Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung der akustisch wirksamen Hitzeschilde.
Akustisch wirksame Bauteile, insbesondere Hitzeschilde wie sie bei Fahrzeugen zwischen dem Katalysator und dem Bodenteil verwendet werden, sind in vielen Ausführungsformen bekannt. So wird z.B. in der US 5 001 743 ein akustisch wirksames Hitzeschild beschrieben, welches aus einer Vielzahl von übereinander geschichteten Aluminiumfolien aufgebaut ist. Obwohl sich dieser Aufbau als Hitzeschilde gut eignet, erweist sich seine akustische Wirksamkeit erst bei grösseren Schichtdicken als befriedigend und muss deren Stabilität durch besondere Massnahmen gewährleistet werden.
Es sind deshalb auch schon Hitzeschilde bekannt geworden, bei welchen die akustische Wirksamkeit durch die Verwendung von flammfestem Fasergemischen erhöht resp. die Bauhöhe der Hitzeschilde wesentlich verringert wurde.
Es sind auch akustisch wirksame Hitzeschilde bekannt, bei welchen anstelle der flammfesten Fasergemische geeignete Kunststoffschäume eingesetzt werden. Diese weisen jedoch eine ungenügende Langzeitstabilität auf und zerbröckeln bei der fibrationsreichen Beanspruchung im Fahrzeug unerwünscht rasch.
Alle bisher bekannten Isolierschichten weisen ausserdem eine ungenügende Eigenstabilität auf und müssen in zusätzlichen Packungen gehaltert werden. Dies führt dazu, dass die heute bekannten Hitzschilde aus verschiedenen Materialien aufgebaut sind und für eine einfache Entsorgung nicht geeignet sind.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen akustisch wirksamen Hitzeschild zu schaffen, welcher die Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht aufweist.
Insbesondere soll ein recyclierbares Bauteil geschaffen werden, welches sowohl gute wärmedämmende und schallabsorbierende Eigenschaften als auch eine besonders hohe Eigenfestigkeit aufweist.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Bauteil resp. Hitzeschild der eingangs genannten Art gelöst, welches durch die Merkmale des vorliegenden Anspruchs 8 resp. 10 gekennzeichnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Oberfläche des Bauteils zusätzlich beschichtet. Diese Beschichtung kann aus einer Oxydschicht und/oder einem schmutz- und wasserabweisenden Schutzbelag bestehen. Insbesondere kann dieser Schutzbelag nur lose über das Bauteil gespannt sein, um dessen akustische Wirksamkeit weiter zu erhöhen.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Bauteils sind für den Fachmann unmittelbar ersichtlich. Insbesondere erlaubt das erfindungsgemässe Bauteil eine einfache Montage, weist eine hohe Langzeitstabilität auf und ist einfach zu entsorgen resp. kann problemlos wiederverwertet werden.
Zur Herstellung eines für das erfindungsgemässe Hitzeschild geeigneten Aluminiumschaums wird ein dafür besonders entwickeltes Verfahren eingesetzt, obwohl verschiedene Verfahren zur Erzeugung von Aluminiumschaum im allgemeinen bereits bekannt sind.
So ist es beispielsweise bekannt, dem verflüssigten Aluminium ein Treibmittel beizugeben und die derart erhaltene schaumige Schmelze, z.B. im Wasser, erstarren zu lassen. Die derart erzeugten Blök-ke werden in einzelne Stücke zersägt und für die spezifische Formgebung weiter bearbeitet.
Es ist auch ein Verfahren bekannt geworden, bei welchem feinpulveriges Aluminium, typischerweise mit einem Körnerdurchmesser von 20-200 n, mit Titan-Hydrid gemischt werden, diese Pulvermischung in ein Aluminiumblech gewickelt, kompak-tiert und zu einem Vorformling gepresst werden, welcher wiederum weiter verarbeitet werden kann.
Diese Verfahren sind jedoch ausserordentlich aufwendig und nicht geeignet um Formteile industriell, d.h. in hohen Stückzahlen, herzustellen.
Es ist deshalb die Aufgabe des vorliegenden Verfahrens einen Aluminiumschaum zu schaffen, welcher für die Herstellung von Hitzeschilden geeignet ist. Insbesondere soll ein Verfahren geschaffen werden, welches die industrielle Fertigung von Formteilen aus Aluminiumschaum erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Insbesondere wird bei dem vorliegenden Verfahren pulverförmi-ges, z.B. verdüstes Aluminium mit ca. 2% Kalzium-Bikarbonat-Pulver gemischt und direkt in der Formpresse geschäumt und geformt. Es versteht sich, dass das verwendete Aluminium zur Erhöhung der Festigkeit mit Legierungselementen, insbesondere mit Mangan, Magnesium oder einer Mischung davon versetzt sein kann. Insbesondere lässt sich recycliertes Aluminium ebensogut verwenden wie Reinaluminium auf Basis von Elektrolysemetall.
Die Vorteile dieses Verfahrens sind im wesentlichen darin zu sehen, dass verdüstes Aluminium äusserst kostengünstig ist, dass das verwendete Kalzium-Bikarbonat erst bei ca. 570°C aktiv wird und auf diese Weise ein direkt formbarer naturharter Werkstoff mit z.B. einer Festigkeit von 190N geschaffen werden kann.
Weitere bevorzugte Merkmale des erfindungsgemässen Verfahrens sind aus den Ansprüchen zu ersehen.
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Das erfindungsgemässe Hitzeschild zeichnet sich dadurch aus, dass das schall- und wärmeisolierende Formteil aus einem Aluminiumschaum besteht. Eine besondere Weiterbildung dieses Formteils weist lokal verschieden stark geschäumte resp. verdichtete Zonen auf und zeigt an gewünschten Stellen unterschiedliche Dicken und Festigkeiten. Insbesondere kann das erfindungsgemässe Formteil mehrere Lagen oder Bereiche unterschiedlicher Dichte und/oder Festigkeit aufweisen. In einer Weiterbildung ist auf dieses Formteil ein Schutzbelag aufgebracht, welcher den Aluminiumschaum vor Verunreinigungen aller Art, insbesondere vor Feuchtigkeit schützt. Geeignete Folien sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Als für das vorlie-
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gende Hitzeschild besonders geeignet ist eine lose aufgespannte Aluminiumfolie zu betrachten. Es versteht sich auch, dass das Aluminiumschaumteil direkt bei der Fertigung mit einer Haut versehen werden kann.
Das erfindungsgemässe Hitzeschild ist mit Hilfe des im folgenden näher beschriebenen Verfahrens hergestellt.
In einem ersten Verfahrensschritt wird Aluminiumpulver mit einem geeigneten Treibmittel gemischt. Dabei wird vorzugsweise verdüstes Aluminium verwendet. Eine geeignete Schmelze kann aus Reinaluminium oder recycliertem Aluminium bestehen und kann Legierungselemente beispielsweise 5% Mangan oder Magnesium oder ein Gemisch aus Mangan und Magnesium enthalten. Erfahrungs-gemäss führen diese Zusätze zu einer Erhöhung der Festigkeit von ca. 50 N bei Reinaluminium auf ca. 190 N oder mehr. Als geeignetes Treibmittel hat sich Kalzium-Bikarbonat erwiesen, welches erst oberhalb 570°C aktiv wird, d.h. in einen gasförmigen Zustand übergeht und dabei sein Volumen auf das "lOOOfache erhöht.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird das vorzugsweise pulverförmige Gemisch in eine geeignete Formpresse gebracht und dort direkt aufgeschäumt, d.h. erhitzt und wieder abgekühlt. Die Aufschäumparameter hängen stark von dem herzustellenden Formteil ab. Typischerweise wird das Formnest während 10-15 Minuten auf eine Temperatur von 680°C bis 730°C aufgeheizt. Die Aufschäumdauer kann jedoch wesentlich reduziert werden, wenn mit vorgewärmtem Rohmaterial gearbeitet wird.
Das vorliegende Verfahren erlaubt auch, die Vorvermischung in einer kalten Presse vorerst zu einem festen Körper, insbesondere ein Flachprofil (Pressling) zu pressen um es dann erst weiter zu bearbeiten, z.B. abzuwälzen, weichzuglühen und/ oder umzuformen. Da die Aufschäumtemperatur bei 680°C-730°C liegt kann ein solches Flachprofil problemlos bei Temperaturen von 350°C-400°C weichgeglüht werden. Es kann aber auch ein abgewalztes und deshalb äusserst hartes Halbprodukt in die Formpresse eingelegt werden. Dabei wird das abgewalzte Halbprodukt vor dem Aufschäumen, d.h. während der Aufheizphase der Form, weichgeglüht. Es versteht sich, dass auch bereits weichgeglühte Rohlinge vor dem Aufschäumen in die Pressform eingebracht werden können. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von beliebig geformten Bauteilen mit einer hohen Festigkeit.
Es versteht sich, dass das Einstreuen von unterschiedlichen Pulvermischungen in dieselbe Form, um damit lokal unterschiedliche Dichten und Festigkeiten beim selben Produkt zu erzielen, im Bereich des fachmännischen Handelns liegt.

Claims (14)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Aluminiumschaum, welche für Hitzeschilde wie sie bei Fahrzeugen zwischen dem Katalysator und dem Bodenteil verwendet werden, geeignet sind, bei welchem ein mit einem Treibmittel versehenes Aluminiumgemisch aufgeschäumt und geformt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumgemisch direkt in einem Formnest für das herzustellende Formteil aufgeschäumt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumgemisch in pulveriger Form in das Formnest eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumgemisch als Pressling in das Formnest eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling weichgeglüht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel Kalzium-Bikarbonat verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Festigkeit des herzustellenden Formteils dem Aluminiumgemisch geeignete Zusätze beigefügt werden, insbesondere Mangan und/oder Magnesium.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass mit unterschiedlichen Zusätzen versehene und/oder unterschiedliche Mischverhältnisse aufweisende Aluminiumgemische an verschiedenen Stellen oder lagenweise in dasselbe Formnest eingebracht werden.
8. Bauteil hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1-7.
9. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7 zur Herstellung eines akustisch wirksamen Hitzeschildes.
10. Hitzeschild hergestellt bei der Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7.
11. Hitzeschild nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dessen offenporige Oberfläche mit einer Schutzschicht versehen ist.
12. Hitzeschild nach Anspruch 11, dadurch ge-kennnzeichnet, dass die Schutzschicht aus einer Aluminiumfolie besteht.
13. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 10-
12, dadurch gekennzeichnet, dass dieses lokal verschieden stark geschäumte Zonen aufweist.
14. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 10-
13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Aluminiumgemisches lagenweise und/ oder bereichsweise unterschiedlich ist.
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