FORMGEBUNG

Seit geraumer Zeit sind so genannte Metallschäume als Leichtbaustrukturen Gegenstand der Forschung und teilweise bereits in der technischen Anwendung.

Als besonders interessant haben sich im Sinne des Leichtbaus Metallschaum-Sandwichs erwiesen, die meist 3-lagig aus einem Metallschaumkern und diesen nach außen abschließenden Decklagen aufgebaut sind. Ist es prinzipiell möglich, derartige Sandwich- Strukturen durch Verkleben der Decklagen mit der Schaumkernschicht herzustellen, so haben sich doch andere Herstellungsverfahren etabliert, in denen das unaufgeschäumte Kernmaterial mit den Decklagen etwa mittels Walzens metallisch, ähnlich dem Walzplatieren, verbunden wird. Derartige Herstellungsverfahren sind beispielsweise aus der EP 0 997 215 A2 oder EP 1 000 690 A2 bekannt.

Die Kernschicht des so entstandenen Halbzeugs wird erst anschließend in einem Aufheizprozess mittels eines in der Kernschicht enthaltenen und thermisch aktivierbaren Treibmittels aufgeschäumt, wobei die metallische Anbindung des Kerns an die Decklagen erhalten bleibt. Die so entstandene Metallschaum-Sandwichstruktur ist völlig frei von irgendwelchen Klebstoffen und somit unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls temperaturresistent, so dass im Gegensatz zu verklebten Sandwichstrukturen auch Wärme erzeugende Verbindungstechniken wie etwa Schweißen zum Einsatz kommen können.

Von hohem Interesse sind derartige Metallschaum-Sandwichstrukturen ferner, da aus der Blechumarbeitung bekannte Formgebungsverfahren eingesetzt werden können, um entweder das unaufgeschäumte Halbzeug, oder aber auch das aufgeschäumte Sandwichmaterial umzuformen. Auf diese Weise ist es im Gegensatz zu den meisten anderen Sandwichmaterialien möglich, komplexe, 3-dimensionale Geometrien zu erzeugen.

Des Weiteren ist es durch entsprechende Werkzeuge möglich, Bereiche der aufgeschäumten Sandwichstruktur derart zu verpressen, dass in diesem Bereich der Schaumkern teilweise oder komplett kompaktiert ist. Auf diese Weise können die Ränder von Metallschaum-Sandwichstrukturen, die ansonsten die offene Schaumstruktur zeigen,

verschlossen werden, oder aber funktionsspezifische Dickenunterschiede in Bereichen der Sandwichplatte realisiert werden. Als Beispiel sei hier auf die EP 0 927 589 A2 verwiesen.

Sowohl bei Formgebungsverfahren am aufgeschäumten Sandwich, als auch beim Kompaktieren von Teilbereichen oder auch der gesamten Sandwichstruktur hat man bisher in Kauf genommen, dass in diesen Bereichen die Zellwände der Schaumstruktur erheblich geschädigt, wenn nicht vollends zerstört wurden. Derartige Schädigungen beeinträchtigen den Verbund des Sandwichs im geschädigten Bereich erheblich und setzen damit die Festigkeit entsprechend herab.

Die vorliegende Erfindung möchte diesem Nachteil entgegenwirken.

Sie erreicht dieses Ziel durch die Gegenstände des Anspruchs 1 und des Anspruchs 4; also durch ein Verfahren zur Formgebung oder Umformung von Metallschaum- Sandwichstrukturen die mindestens eine Kernschicht aus einem Metallschaum und mindestens eine an diesen metallisch angebundene Decklage aufweisen, wobei die Formgebung oder Umformung bei einer Temperatur stattfindet, die höher als die Umgebungstemperatur und tiefer als die Schmelztemperatur des Metallschaumkems ist; sowie auch durch eine geformte oder kompaktierte Metallschaum-Sandwichstruktur mit einem Metallschaumkern und mindestens einer an diesen metallisch angebundenen Decklage, wobei die Metallschaum-Sandwichstruktur mittels des vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbar ist, insbesondere hergestellt worden ist.

Erfindungsgemäß wird also das Sandwichmaterial vor dem Umformen bzw. Kompaktieren auf eine Temperatur über der Umgebungstemperatur - aber unterhalb der Schmelztemperatur des Metallschaumkerns - erhitzt.

Als Folge dieser Erwärmung sinken einerseits die Festigkeit, und damit der Widerstand des Materials gegen die Umformung, sodass geringere Umformkräfte vonnöten sind, andererseits verhält sich das Material während des Umformungs- oder Kompaktierungsprozesses erheblich plastischer, also weniger spröde.

Im Gegensatz zum Umformen oder Kompaktieren des kalten Materials verformen sich die Zellwände während des Prozesses ohne größere Schädigungen davonzutragen. Die Schaumstruktur bleibt also ebenso wie der Verbund intakt. Der Metallschaumkern weist als Folge der erfindungsgemäßen Einwirkung auf die Metallschaum-Sandwichstruktur

mindestens einen Bereich auf, in dem die Schaumzellen teilweise abgeflacht und die Zellwände lamellenartig eingefaltet sind. Als Schaumkern eignet sich besonders ein Aluminiumschaum.

Bevorzugt wird die Metallschaum-Sandwichstruktur bei mindestens 75 %, besonders bevorzugt bei mindestens 95 % der Schmelztemperatur des Metallschaumkerns, geformt oder kompaktiert. In ganz besonders bevorzugter Weise wird das Sandwichmaterial auf eine Temperatur unmittelbar unterhalb des Schmelzpunkts des Schaummaterials erhitzt.

Die Erfindung hat also zum Gegenstand ein Formgebuπgsverfahren, das die eingangs geschilderten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und stattdessen eine Umformung oder Kompaktierung von Teilbereichen oder auch der gesamten Sandwichstruktur zulässt ohne dass die Zellwände der Schaumstruktur erheblich geschädigt oder gar vollends zerstört werden.

Mittels des erfindungsgemäßen Formgebungsverfahrens umgeformte Metallschaum- Sandwichstrukturen, bzw. teilweise oder ganz kompaktierte Metallschaum- Sandwichstrukturen mit metallisch verbundenen Kern- und Decklagen, weisen also die aus dem Stand der Technik bekannten Schädigungen nicht auf. Durch das Nichtvorhandensein von Bereichen im Schaum, in denen die Zellwände der Schaumstruktur teilweise oder vollends zerstört sind, behält die Sandwichstruktur auch nach dem Umformen bzw. Kompaktieren im Wesentlichen ihre Festigkeit.

Die vorliegende Erfindung soll anhand der folgenden Abbildungen weiter erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine teilkompaktierte Metallschaum-Sandwichstruktur, die nach dem Stand der Technik, also kalt, kompaktiert wurde;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilbereich aus Fig. 1

Fig. 3 eine teilkompaktierte Metallschaum-Sandwichstruktur, die entsprechend der vorliegenden Erfindung, also heiß, kompaktiert wurde.

Fig. 4 einen vergrößerten Teilbereich aus Fig. 3

Figur 1 und die Detailansicht in Figur 2 zeigen eine Metallschaum-Sandwichstruktur bestehend aus einem Metallschaumkern 1 und an diesen metallisch angebundenen Decklagen 2, die nach dem Aufschäumprozess mittels Kaltverformen umgeformt, im

dargestellten Fall kompaktiert, also senkrecht zur Decklagenoberfläche verformt wurde. Als Folge dieses Kaltverformungsprozesses haben sich im Innern des Schaumkerns 1 Risse 1a gebildet, in deren Bereich die Zellwände ganz oder teilweise kollabiert sind. Als Ursache hierfür ist die Sprödigkeit des Metallschaumkerns, bzw. der Zellwände zu nennen, die beim Umformprozess nur eine ungenügend plastische Verformbarkeit aufgewiesen haben. Im .Extremfall können derartige Risse 1a bereits während des Umformprozesses zum Versagen der gesamten Sandwichstruktur führen. Ist dies nicht der Fall, so führen sie zumindest im Einsatz zu einer erheblichen Festigkeitsreduzierung der Sandwichstruktur.

Im Gegensatz hierzu wurden die Metallschaum-Sandwichstrukturen in Figur 3 und der Detailansicht in Figur 4 vor dem Kompaktieren auf eine Temperatur nur wenig unterhalb des Schmelzpunktes des Schaummaterials aufgeheizt und anschließend umgeformt. Wie insbesondere aus der Detailansicht deutlich wird, ist es hier nicht zu der aus Figur 1 und Figur 2 bekannten Rissbildung gekommen.

Stattdessen haben sich hier Bereiche 2b ausgebildet, in denen die vor der Umformung nahezu sphärischen Schaumzellen stark abgeflacht und die Zellwände lamellenartig eingefaltet wurden, so dass die Zellen in diese Bereichen teilweise fast komplett verschwunden sind.

Als Ursache für das veränderte Umform verhalten des Schaumkerns im Warmverformungsprozess gegenüber dem Kaltverformungsprozess ist primär die Tatsache zu benennen, dass durch das Aufheizen des Schaumkerns sich dieser wesentlich plastischer verhält als im kalten Zustand.

In der Praxis haben sich hierbei bereits Temperaturen bewährt, die ca. 75 % der Schmelztemperatur des Schaumkerns erreichen. Bei einer Schmelztemperatur der Kernlegierung von ca. 800 K (= 527 ⁰ C) entspricht dies einer Prozesstemperatur von 600 K (=327 ⁰ C).

Besonders gute Ergebnisse werden erreicht, wenn der Metallschaumkem auf eine Temperatur nur wenig unterhalb seiner Schmelztemperatur aufgeheizt wird.

In besonders bevorzugter Ausführungsform wird das Verfahren daher bei Prozesstemperaturen durchgeführt, die oberhalb 95 % aber unterhalb 100 % der Schmelztemperatur des Kernmaterials liegen.

Es ist offensichtlich, dass durch das Ausbleiben der Risse 1a die Festigkeit des Schaumkerns nach dem Heißverformungsprozess im Wesentlichen erhalten bleibt.