DE2342557A1

DE2342557A1 - Verwendung von aus superplastischen legierungen bestehenden blechen

Info

Publication number: DE2342557A1
Application number: DE19732342557
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Dr Heubner; Friedrich Dipl Ing Dr Petter
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1973-08-23
Filing date: 1973-08-23
Publication date: 1975-03-13
Also published as: DE2348778A1

Description

METALLGESELLSCHAFi Frankfurt (M), 20.8.1973

/.Kticng-esellschaft DrQ/'GKp

6 Frankfurt (Main)
Reuterweg 14

Prov. Kr. 7271 M

Verwendung von aus superpDastischen Legierungen bestehenden Blechen

Die Erfindung betrifft die Verwendung von aus superplastischen Legierungen bestehenden Blechen.

Eine außerordentlich wirksame Maßnahme zur Geräuschminderung, insbesondere von Maschinen, stellt ihre vollständige Kapselung dar. Dies zeigen z.B. Untersuchungen über die Möglichkeiten zur Senkung des.Geräuschpegels von Dieselmotoren durch E. Thien in ATZ 74 (1972) Nr. 7, S.' 261/69. Durch Veränderungen am Verbrennungssystem und den bewegten Teilen ist eine Gesamtgeräuschverbesserung von nicht mehr als 2 bis 4 dB(A) zu erreichen. Zusätzliche Maßnahmen an äußeren Motorbauteilen, wie örtliche Versteifungen, körperschallisolierte Deckel und Ölwannen sowie Teilverschall ung einzelner Wandbereiche können insgesamt etwa 5 bis 7 dB(A) bringen. Wird der Motor jedoch vollständig mit einer schalldämmenden Kapsel umgeben, so lassen sich Geräuschverminderungen von 12 bis 23 dB(A) erzielen.

haschinenkapgelungen sollen einen verhältnismäßig kleinen Abstand zur Lärmquelie aufweisen und deren Konturen möglichst genau folgen. Diese Forderung stellt sich nicht nur aus raumökonomischen, sondern auch akustischen Gründen sovne im Hinblick auf die konstruktiv

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bedingte Formgebung von Kapselungen. Das Maximum der ■ Schalldämmung wird bei einer senkrechten Beaufschlagung der Kapselflächen durch die Schallwellen erreicht. Schädliche Luftschallreflexionen zwischen den Maschinenteilen und der Kapselwand werden vermieden, wenn deren Abstand die halbe Wellenlänge des Luftschalls unterschreitet.

Wegen der somit erforderlichen genauen Anpassung der Kapselform an die Gestalt der Maschine würde die Verwendung eines Werkstoffes mit sehr leichter Verformbarkeit wesentliche konstruktive und wirtschaftliche Vorteile gegenüber herkömmlichen metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen bieten.

Bei Verwendung von Stahlblechen stößt die Anfertigung von Werkstücken komplexerer Formgebung entweder an technische Grenzen oder erfordert einen so hohen Aufwand an Umformvorrichtungen, daß Stahlblech für die Herstellung von Kapselungen für Maschinen mit komplex gestalteter Oberfläche praktisch nicht in Betracht kommt. Kunststoffe lassen sich zwar leicht formen, sind jedoch aufgrund ihrer geringen mechanischen Festigkeit und Anfälligkeit für Alterungsprozesse sowie ungünstigeren schallmindernden Wirkung wenig geeignet.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, insbesondere komplex gestaltete Maschinenkapseiungen mit ausreichender Stabilität und guten schallmindernden Eigenschaften aus einem entsprechend leicht verformbaren Werkstoff herzustellen, wird erfindungsgeuiäß durch die Verwendung von superplastisch verformbarem Blech gelöst.

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Als superplastische Werkstoffe werden solche metallischen 'Werkstoffe bezeichnet, die unter geeigneten Bedingungen eine außerordentlich hohe Dehnbarkeit besitzen. Zum Unterschied von gewöhnlichen Legierungen, bei welchen siph unter Zugbeanspruchung eine Einschnürung, gefolgt von frühzeitigem Bruch, bildet, erleiden superplastische Legierungen zunächst keine Einschnürung, so daß die gleichmäßige Dehnung ihren Fortgang nehmen kann. Hierbei werden Dehnungen von 500 bis 1000 % und mehr erreicht.

Ein derartiges Verhalten, wie es von bestimmten anorganischen und organischen hochmolekularen Substanzen wie Gläsern bzw. thermoplastischen Kunststoffen bei Temperaturen oberhalb ihres Erweichungspunktes her bekannt ist, läßt sich mit Vorteil für die Formgebung superplastischer Werkstoffe nutzen. Verfahren, die zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe entwickelt wurden, lassen sich auch auf superplastische Bleche übertragen. Insbesondere das Druckluftformverfahren hat sich als sehr brauchbar erwiesen, denn im Gegensatz zur herkömmlichen Blechumformung müssen bei der superplastischen Umformung nur relativ geringe Kräfte aufgewendet werden.

Als wesentliche Vorteile resultieren niedrige Maschinen- und Werkzeugkosten und eine freiere Formgestaltung, da komplizierte Teile in einem Arbeitsgang formbar sind.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines superplastischen Werkstoffes für schallmindernde Kapselungen soll an der superplastischen Zink-Aluminium-Legierung des Typs ΖηΛ122 näher beschrieben werden. Bleche aus dieser Legierung lassen sich bei Temperaturen um 260⁰C außer-

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ordentlich leicht, ganz ähnlich wie thermoplastische Kunststoffolien, verformen. Bei Raumtemperatur oder etwas erhöhter Temperatur weisen die eingeformten Teile dann mechanische Eigenschaften normaler Metalllegierungen auf, die in den meisten Fällen für Maschinenkapselungen ausreichen. Bei Raumtemperatur beträgt die ffl „-Dehngrenze ca. 19 kp/mm , die Zugfestigkeit ca. 25 kp/mm . Ein Nacharbeiten der Formlinge, z.B. durch Abkanten, ist möglich. Geeignete Fügeverfahren wie Schweißen, Löten oder dergleichen gestalten auch die Verbindungstechnik einfach.

Die für die Wirksamkeit von Maschinenkapselungen ausschlaggebenden luftschalldämmenden Eigenschaften der Legierung ZnA122 lassen eine deutliche Überlegenheit gegenüber Stahlblech erkennen. Schalldämmessungen nach DIN 52210 ergaben zwar bei einer allseitig eingespannten Meßprobe von 1 mm Dicke und 1 χ 1 m Kantenlänge sowohl für Stahlblech als auch für superplastisches Zinkblech ein mittleres Dämmaß R_1n von ca. 25 dB; da jedoch das Dämmaß im wesentlichen durch die dämmende Masse bestimmt wird, liegt der Vorteil bei der Verwendung von ZnA122 darin, daß mit weniger Masse gleiche Dämmwerte wie bei Stahlblech erreicht werden. Weiterhin ist die Neigung zu einem Koinzidenzeinbruch bei ZnA122 bei den gemessenen Frequenzen bis 10 kHz nicht festzustellen, während dies bei Stahlblech ab Frequenzen über 1 kHz deutlich in Erscheinung tritt. Infolge der Masseabhängigkeit der Schalldämmung weisen die spezifisch .wesentlich leichteren Kunststoffe bei gleicher Wanddicke entsprechend kleinere Dämmaße auf.

Die schallmindernde Wirkung von Blechen läßt sich durch die Anwendung von Schichtverbundwerkstoffen der

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Anordnung Blech-Kunststoff-Blech noch wesentlich steigern. (H. Oberst, L. Bohn und F. Linhardt, Kunststoffe 51 (1961) Seiten 495 bis 502; Oberst und A. Schommer, Kunststoffe 55 (1965)·, Seiten"634 bis 6^0). Die Schalldämmung einfacher Bleche wird bei bestimmten Frequenzen durch den Koinzidenzeffekt herabgesetzt, welcher durch das Auftreten von Resonanzschwingungen verursacht wird. Bei den Schichtverbundwerkstoffen jedoch wird der im Resonanzfall erregte Körperschall gedämpft, indem Schwingungsenergie durch Schubbeanspruchung der Kunststoff-Zwischenschicht absorbiert wird.

Schichtverbundwerkstoffe in der Anordnung Stahl-Kunststoff Stahl finden bereits im Schallschutz Anwendung. Ihre Verarbeitung ist jedoch nicht unproplematisch, da diese naturgemäß nur nach für Bleche üblichen Verfahren erfolgen kann, welche jedoch dem Kunststoff nicht gerecht werden.

Dies wirkt sich insbesondere bei Umformoperationen für die Herstellung komplex gestalteter Maschinenkapselungen ungünstig aus, bei denen starke Spannungen auftreten, wobei es zu einer Lösung des Verbundes kommen kann.

Hingegen ist eine optimale Verarbeitbarkeit von Verbundwerkstoffen dann gegeben, wenn erfindungsgemäß der Schichtverbundwerkstoff die Anordnung superplastisches Blech-thermoplastischer Kunststoff-superplastisches Blech aufweist und damit eine gemeinsame Verformung eines solchen Werkstoffes mit den Methoden der Kunststoffverarbeitung möglich ist.

Dabei ist es vorteilhaft, die superplastischen Bleche und den Kunststoff unmittelbar vor dem Umformen über-

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einander zu schichten und den Verbund ohne oder gegebenenfalls mit Hilfe eines geeigneten Klebers oder Haftvermittlers durch die beim Umformgang angewendeten Temperaturen und Drücke zu bilden. Natürlich ist es auch möglich, zunächst den Schichtverbund durch Kleben herzustellen und anschließend zu verformen.

Die akustischen Nachteile des Schichtverbundwerkstoffes Blech-Kunststoff-Blech bestehen darin, daß die Dämpfungseigenschaften wegen der starken Temperaturabhängigkeit des Verlustfaktors für den Kunststoff nur für einen begrenzten Bereich den Forderungen genügen. Im Temperaturbereich oberhalb 70⁰C erweist sich ein Schichtverbundwerkstoff der Anordnung Blech-Bleiblech-Blech dem Schichtverbundwerkstoff der Anordnung Blechthermoplastischer Kunststoff-BIech überlegen. Darüberhinaus wird durch die Massenerhöhung eine wesentliche Steigerung des Schalldämmaßes erreicht. Infolge der Bildsamkeit des Bleibleches bei höheren Temperaturen läßt sich ein Schichtverbund _t der Anordnung Blech-Bleiblech-Blech ähnlich leicht umformen wie der Schichtverbund Blech-Kunststoff-Blech.

Die Blechkomponenten der Verbundsysteme können erfindungsgemäß aus superplastischem Blech der Legierung des Typs ZnA122 bestehen, welche mit einem thermoplastischen Kunststoff mit entsprechenden Eigenschaften oder Bleiblech kombiniert wird. Bei geeigneter Wahl der Umformbedingungen ist die gemeinsame Umformung, z.B. durch Druckluftformung, leicht durchzuführen.

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Patentansprüche

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Π))Verwendung von aus superplastischen Legierungen beistehenden Blechen für die Herstellung schallra.i.ndernder Bauelemente,- insbesondere Kapselungen für Maschinen.
2) Verwendung von aus superplastischen Legierungen bestehenden Blechen nach Anspruch 1 im Schichtverbund mit einem thermoplastisch verformbaren Kunststoff.
3) Verwendung von aus superplastischen Legierungen bestehenden Blechen nach den Ansprüchen 1 und 2 in der Anordnung Blech-Kunststoff-Blech.
4) Verwendung von aus superplastischen Legierungen bestehenden Blechen nach Anspruch 1 im Schichtverbund mit einem Bleiblech.
5) Verwendung von aus superplastischen Legierungen bestehenden Blechen nach, den Ansprüchen 1 und 4 in der Anordnung Blech-Bleiblech-Blech.
6) Verwendung von aus superplastischen Legierungen bestehenden Blechen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche aus einer Zink-Aluminium-Legierung des Typs ZnA122 bestehen.
7) Verfahren zur Herstellung des nach den Ansprüchen 2, 3 und 6 verwendeten Schichtverbundwerkstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander gelegten Schichten bei geeigneten Temperaturen und Drücken gemeinsam verformt und dabei gleichzeitig miteinander verklebt werden.

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8) Verfahren zur Herstellung des nach den Ansprüchen 2 bis 6 verwendeten Schichtverbundwerkstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander gelegten Schichten zunächst miteinander verklebt und dann bei geeigneten Temperaturen und Drücken gemeinsam verformt werden.

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