DE19847273A1 - Verfahren zum Endformen eines aus einem im wesentlichen flächigen Halbzeug gebildeten Bauteils - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Endformen eines aus einem im wesentlichen flächigen Halbzeug gebildeten Bauteils, das zumindest eine Schicht aus metallischem Schaumwerkstoff umfaßt, wobei das Halbzeug durch einseitige oder beidseitige Formgebung in ein dreidimensionales Formhalbzeug umgeformt und in eine Aufschäumform eingebracht und darin aufgeschäumt wird, wird das Bauteil nach dem Aufschäumen einer Kühlung durch ein zumindest eine Oberfläche des Bauteils beaufschlagendes Kühlmedium ausgesetzt (Fig. 4).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Endformen eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die DE 196 12 781 C1 zeigt ein Verfahren zur Endformung derartiger Bauteile, bei dem ein Halbzeug zunächst zu einem Formhalbzeug umgeformt, beispiels­ weise tiefgezogen, wird, das dann in einer Aufschäumform auf seine endgültige Dicke aufgeschäumt wird.

Um ein derartiges Verfahren in Großserienproduktion anwenden zu können, ist es erforderlich, die Bildung des Bauteils möglichst effizient und schnell durchführen zu können. Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend zu optimieren.

Die Erfindung löst dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und/oder den Merkmalen des Anspruches 6.

Die Weiterbearbeitung des Bauteils bzw. dessen Weiterführung zur Lagerung kann erheblich beschleunigt werden, wenn das Bauteil nach dem Aufschäumen, was im Temperaturbereich zwischen 500°C und 600°C stattfindet, mit einem Kühlmedium beaufschlagt wird. Diese Beaufschlagung kann noch innerhalb der Aufschäumform stattfinden, wenn in einer das Bauteil unterseitig unterstützenden Abstützschalung Luftkanäle vorgesehen sind, die zur Kühlmittelleitung dienen. Gleichzeitig kann durch die von unten eingeleitete Luft das Bauteil angehoben werden, so daß es leichter aus der Aufschäumform entnommen werden kann.

Eine weitere Verkürzung der Taktzeiten und damit der Verweildauer des Form­ halbzeugs in der Aufschäumform ergibt sich durch ein erfindungsgemäßes Vor­ heizen des Formhalbzeugs auf eine Temperatur, die unterhalb der Zerset­ zungstemperatur des Treibmittels liegt. Sofern derartig vorgeheizte Formhalb­ zeuge in die Aufschäumform eingebracht werden, verliert diese weniger Wärme­ energie als bei Einlegen eines nicht vorgeheizten Halbzeugs. Die weitere Auf­ heizzeit bis zum Einsetzen des Aufschäumvorgangs kann daher erheblich ver­ ringert werden, die Ausnutzung der Aufschäumform ist verbessert.

Durch die Aufbringung einer reflexionsmindernden Schicht auf das aufzuschäu­ mende Formhalbzeug kann die Verweilzeit in der Aufschäumform, in der ein Er­ hitzen des Formhalbzeugs zur Bewirkung des Aufschäumens der Metallschaum­ schicht stattfindet, erheblich verringert werden. Wenn das Formhalbzeug unter­ seitig in der Aufschäumform abgestützt ist und hier eine Energieübertragung durch Wärmeleitung stattfindet, hingegen die Oberseite einer Strahlungsquelle zuge­ wandt ist, genügt es, nur die Oberseite zu beschichten. Vorteilhaft ist dabei insbe­ sondere eine Rußbeschichtung, beispielsweise Acetylenruß, die entweder über offener Flamme oder durch ein entsprechendes Beschichtungsverfahren einfach aufzubringen ist und nach dem Aufschäumvorgang von dem fertigen Bauteil entfernt werden kann. Gegenüber einer unbehandelten Aluminiumdeckschicht ist dann die Reflexion während des Aufschäumens so weit vermindert, daß die Ver­ weilzeit in der Aufschäumform etwa halbiert ist. Es versteht sich, daß die genann­ ten Maßnahmen sowohl einzeln als auch ganz oder teilweise in Kombination durchgeführt werden können, was insbesondere bei Großserienfertigung vorteil­ haft sein kann.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus in der Zeichnung beschriebe­ nen Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 das Herstellungsverfahren eines erfindungsgemäßen Bau­ teils im schematischen Überblick,

Fig. 2 die Beschichtung einer Bauteilseite durch eine Flammen­ strecke,

Fig. 3 die Beschichtung einer Oberfläche des Formhalbzeugs durch eine Sprühdüseneinrichtung,

Fig. 4 die oberseitige Kühlung des noch in der unteren Abstütz­ schalung eingelegten Bauteils durch ein flüssiges Kühlme­ dium,

Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4 bei Kühlung durch ein gasförmiges Medium.

Ein erfindungsgemäßes Bauteil 1, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, weist eine aufgeschäumte Schicht 2 auf, die ein Metallpulver und ein Treibmittel um­ faßt, die durch einen Mischungsvorgang homogen miteinander vermengt wurden und anschließend unter Druckeinwirkung, etwa durch axiales Pressen oder durch Strangpressen, zu einem kompakten, aufschäumbaren Halbzeug 2'' (Fig. 1) ver­ dichtet und verfestigt worden ist.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die aufgeschäumte Schicht 2 ober- und un­ terseitig mit jeweils einem massivmetallischen Blech 3, 4 versehen, was jedoch nicht zwingend ist und insbesondere bei Ausbildung eines erfindungsgemäßen Bauteils 1 als Crashelement verzichtbar ist. Es ist weiterhin möglich, eine aufge­ schäumte Schicht 2 mit nur einer massivmetallischen Deckschicht 3 bzw. 4 zu verbinden oder auch Verbünde aus mehreren unterschiedlichen aufgeschäumten Schichten, eventuell abgetrennt durch massivmetallische Schichten, herzustellen, etwa um Aufprallelemente zu schaffen, bei denen je nach Aufprallgeschwin­ digkeit und damit -energie eine unterschiedliche Anzahl von aufgeschäumten Schichten an der Verformung durch den Aufprall teilnimmt.

Im Ausführungsbeispiel einer doppelseitig mit massivmetallischen Blechen 3 und 4 versehenen aufgeschäumten Schicht 2 ist die Verbindung zwischen der am Ende des Verfahrens aufgeschäumten Schicht 2 und den massivmetallischen Blechen 3 und 4 unter Druckeinwirkung derart zustandegekommen, daß eine metallische Bindung zwischen den einzelnen Schichten 2', 3', 4' vor der Umfor­ mung und Aufschäumung erreicht worden ist. Dazu bietet sich an, ein Walzplat­ tieren eines Verbundes aus dem aufschäumbaren Halbzeug 2'', das nach dem Strangpressen bzw. axialen Pressen entstanden ist, und den massivmetallischen Blechen 3'', 4'' zwischen zwei Walzen 5 vorzunehmen, so daß ein Verbund­ werkstoff 6 mit Sandwichstruktur zweier massivmetallischer Deckschichten 3' und 4' und einer noch nicht aufgeschäumten porösen Zwischenschicht 2' ent­ steht.

Ein solcher im wesentlichen flächiger metallischer Verbundwerkstoff 6, der in jedem Fall eine noch aufschäumbare Schicht 2' umfaßt, weist zwischen den me­ tallischen Blechen 3' und 4' und der aufschäumbaren Schicht 2' metallische Bin­ dungen auf und steht nun zur weiteren Bearbeitung zur Verfügung. Dieser flä­ chige Verbundwerkstoff 6 wird zunächst in Stücke geeigneter Größe zerteilt, bei­ spielsweise mit Hilfe einer Säge.

Der Verbundwerkstoff 6 wird nun zu einem Formhalbzeug 7 umgeformt, wobei die Umformung sowohl eine kontinuierliche Krümmung des Verbundwerkstof­ fes 6 bewirken kann als auch die Ausprägung einzelner Bereiche.

Das Umformen kann durch bekannte übliche Umformmaßnahmen erfolgen, etwa durch Tiefziehen mit und ohne Niederhalter, wie es im Karosseriebau bekannt ist, oder durch ein einseitiges Umformverfahren, wie etwa das Fluidzellverfahren.

In jedem Falle wird ein Formhalbzeug 7 erhalten, das entweder planebene oder gekrümmte Flächenbereiche enthält und eventuell aus diesem ausgeformte Kontu­ ren und das zur weiteren Bearbeitung eine aufschäumfähige Lage 2' umfaßt.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, daß das Bauteil 1 nach Durchführung des Aufschäumvorgangs gekühlt wird. Die Kühlung erfolgt, wie in Fig. 4 gezeigt, entweder durch ein flüssiges oder, wie in Fig. 5 gezeigt, durch ein gasförmiges Kühlmedium. Auch hier ist sowohl ein diskretes als auch ein kontinuierliches Verfahren möglich. Beim kontinuierlichen Verfahren kann die Kühleinrichtung 17 bzw. 18 oberhalb der zu kühlenden Oberfläche 11 verfahren werden, um diese möglichst gleichmäßig der Beaufschlagung durch Kühlmit­ tel 19, 20 auszusetzen. Neben dieser gezeigten Kühlmittelbeaufschlagung von oben, wobei das Bauteil in der abstützenden Schalung 21 verbleiben kann, ist auch möglich, daß die abstützende Schalung 21 mit Luftkanälen versehen ist, so daß bei Einleitung von Kühlmittel in diese Kanäle das Bauteil gleichzeitig von der Schalung 21 abgehoben und gekühlt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, daß das Bauteil 1 vor Ein­ bringen in die Aufschäumform bereits auf eine Temperatur vorgeheizt wird, die nahe an der Aufschäumtemperatur liegt. Dadurch ist der Temperaturgradient zwi­ schen dem einzubringenden Formhalbzeug 7 und der Aufschäumform 9 gering, das Aufheizen der Aufschäumform 9 deswegen mit weniger Energieaufwand und beschleunigt zu erreichen. Die Vorheiztemperatur liegt bei Verwendung des Treibmittels Titanhydrid bei etwa 400°C, so daß die Treibmittelspaltung noch nicht stattfindet und der Vorgang des Aufschäumens während des Vorheizens noch nicht einsetzt. Hierfür liegt die untere Grenztemperatur bei ca. 430°C für Titanhydrid. Die Schalung für das aufzuheizende Formhalbzeug 7 verbleibt in der Aufschäumform und damit bei einer für das Aufschäumen geeigneten Temperatur. Es wird jeweils nur das Formhalbzeug 7 neu in die Aufschäumform 9 eingebracht, so daß nur dieses auf die erforderliche Temperatur von nahezu 600°C aufgeheizt werden muß. Auch ist damit die Geschwindigkeit des Aufschäumvorgangs gut einstellbar, ein zu schnelles oder zu langsames Erhitzen, was zu einem Zerfallen des Schaums bzw. einem Ausdiffundieren des Wasserstoffs führen würde, läßt sich vermeiden. Das Vorheizen selbst läßt sich gemäß den Anforderungen steuern, ist aufgrund des noch nicht einsetzenden Aufschäumens unkritisch. Die Taktrate der Aufschäumform 9 ist auch durch diese Maßnahme deutlich gesteigert, da der Restaufheizvorgang für das eingelegte Formhalbzeug 7 jeweils sehr viel schneller zu bewerkstelligen ist als ohne ein Vorheizen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Endformen eines aus einem im wesentlichen flächigen Halb­ zeug gebildeten Bauteils, das zumindest eine Schicht aus metallischem Schaum­ werkstoff umfaßt, wobei das Halbzeug durch einseitige oder beidseitige Formge­ bung in ein dreidimensionales Formhalbzeug umgeformt und in eine Aufschäum­ form eingebracht und darin aufgeschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil nach dem Aufschäumen einer Kühlung durch ein zumindest eine Oberfläche des Bauteils beaufschlagendes Kühlmedium ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel gasförmig, insbesondere Luft ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil während des Aufschäumens unterseitig unterstützt ist und nach oben hin frei schäumt und die Beaufschlagung mit Kühlmittel zumindest von oben erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil über unterseitige Beaufschlagung mit Luft von der Aufschäumform angehoben und dabei gleichzeitig gekühlt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung eine Aufschäumform (9) mit zu­ mindest einer unterseitigen Abstützschalung (21) für das eingelegte Bauteil (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützschalung (21) Gasführungska­ näle mit dem aufliegenden Bauteil (1) zugewandten Mündungsöffnungen auf­ weist.

6. Verfahren zum Endformen eines aus einem im wesentlichen flächigen Halb­ zeug gebildeten Bauteils, das zumindest eine Schicht aus metallischem Schaum­ werkstoff umfaßt, wobei das Halbzeug durch einseitige oder beidseitige Formge­ bung in ein dreidimensionales Formhalbzeug umgeformt und in eine Aufschäum­ form eingebracht und darin aufgeschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Formhalbzeug vor Einbringen in die Aufschäumform vorgeheizt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorheizen auf eine unterhalb der Aufschäumtemperatur des Treibmittels liegende Tempera­ tur erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorheizen auf eine Temperatur zwischen 380°C und 420°C erfolgt.