Metallische Schaumwerkstoffe, auch zellulare metalli- sche Werkstoffe genannt, vor allem aus Aluminium, ha- ben mit der Erfindung eines neuen pulvermetallurgi- schen Herstellungsverfahrens, das beispielsweise in der DE 40 11 836.0 veröffentlicht ist, großes Inter- esse gefunden und werden zur Zeit in die industrielle Fertigung eingeführt. Sie bestehen aus dreidimensio- nalen Anordnungen von gasgefüllten Zellen bzw. Poren aus metallischem Material. Derartige metallische Schaumwerkstoffe werden nicht nur zu Blechen verar-

beitet, sondern beispielsweise auch in Sandwich- Strukturen eingesetzt, wobei eine mittlere Kernlage aus metallischem Schaum zwischen zwei Lagen aus her- kömmlichen Metallblechen und dergleichen angeordnet ist. Die Herstellung von derartigen Sandwich- Strukturen, vorzugsweise aus Aluminium, erfolgt durch Aufkleben oder Walzplattieren von konventionellen Blechen auf die Kernlage. Derartige Sandwich- Strukturen werden insbesondere in der Fahrzeugindu- strie eingesetzt. Metallische Schäume bzw. das zuge- hörige noch nicht geschäumt Halbzeug und Verfahren zu deren Herstellung werden weiterhin in der DE AS 1 933 321 sowie der PCT/W090/00115 offenbart. Bei der vorliegenden Erfindung verwendete metallische Schäume und deren Herstellung sind insbesondere in J. Banhart "Production Methods for Metallic Foams"in"Metal Foams/Fraunhofer USA Symposium, Santon, Delaware, 7-8 October 1997, Verlag Metall Innovation Technolo- gie MIT 1998, S. 3 bis 9, offenbart. Soweit hier in diesem Zusammenhang von metallischen Schäumen gespro- chen wird, sind derartige metallische Schäume ge- meint. Eine weitere Darstellung derartiger metalli- scher Schäume findet sich in Automobiltechnische Zeitschrift, ATZ/MTZ-Sonderausgabe"Werkstoffe im Au- tomobilbau 1998, Seiten 66 bis 69.

Durch die zunehmende Verwendung von metallischen Schäumen im industriellen Bereich wird es erforder- lich, Fügeverfahren bereitzustellen, mit denen Halb- zeuge aus metallischem Schaum bzw. aufgeschäumte Ge- gestände weiterverarbeitet, insbesondere miteinander verbunden werden können. Hierzu stehen bisher ledig- lich Klebeverfahren zur Verfügung, wobei das Kleben von Aluminiumbauteilen keine befriedigende Lösung darstellt, da nur überlappende Verbindungen und keine Stoßverbindungen möglich sind. Weiterhin wird die

Temperaturbeständigkeit des gesamten Bauteils durch die Klebung bestimmt. Auch die bisher getesteten Schweißverfahren, wie MIG (Metall-Inert-Gas- Schweißen) oder WIG (Wolfram-Inert-Gas-Schweißen) und dergleichen bieten keine befriedigende Lösung, da die schaumförmige Struktur der zu fügenden Halbzeuge mit diesen Verfahren keine reproduzierbare Schweißverbin- dung ermöglicht. Derartige erfolglose Schweißverfah- ren sind beispielsweise in Schweissen & Schneiden, 1998, Seiten 786 bis 787 beschrieben. Dort zeigte sich, daß diese neuartigen Werkstoffe verschiedene, schaumspezifische Problematiken mit sich bringen.

Beim lasergestützten Fügen des zellularen Materials kommt es zu einem Zusammenbruch der Schaumstruktur, der nur durch massives Zuführen von drahtförmigen Schweißzusatzwerkstoffen ausgeglichen werden kann.

Generell besteht, wie auch dort beschrieben, beim Schweißen die Gefahr, daß das noch nicht geschäumt Material durch die Erwärmung über den Schmelzpunkt, wie es ja zum Aufschäumen ebenso durchgeführt wird, bereits ausgast, so daß das geschweißte Material im Umkreis der Schweißlinie keine Aufschäumung mehr zeigt. Bei bereits aufgeschäumten Materialien wird erwartet, daß durch das Aufschmelzen des Materials beim Schweißen die gesamte Schaumstruktur kollabiert und so keine mechanisch stabile Verbindung möglich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine stoffschlüs- sige Verbindung zwischen metallischen Schaumwerkstof- fen in ungeschäumtem oder geschäumtem Zustand mit an- deren metallischen Materialien ermöglicht wird bzw.

Verbunde aus derartigen Materialien, deren zellulare Struktur nicht wesentlich zerstört oder unmöglich ge-

macht wurde und die dennoch eine stabile, mechanisch belastbare Verbindung aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie den Verbund nach Anspruch 8 gelöst. Vorteil- hafte Weiterbildungen des Verfahrens und des Verbun- des sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen ge- geben.

Erfindungsgemäß wird die oben gegebene Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem der metallische Schaum- werkstoff mit dem weiteren metallischen Gegenstand mittels des Reib-Rühr-SchweiBverfahrens verbunden wird. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der EP 0 615 418 B1 für Materialien wie Metalle, Le- gierungen oder Thermoplaste bekannt. Dieses Verfahren eignet sich überraschenderweise für das Verbinden und Fügen von metallischen Schaumwerkstoffen. Dazu trägt bei, daB die Verbindungsbildung beim Reib- Rührschweißen in festem Zustand erfolgt und damit die bekannten Schwierigkeiten beim Schweißen von Alumini- um vermieden werden können.

Überraschenderweise führt das Reib-Rührschweißen nicht dazu, daß der noch nicht geschäumt metallische Schaumwerkstoff ausgast, obwohl er längs der Schweiß- naht plastifiziert wird. Dadurch ist es möglich, spä- ter derartige verbundene Schaumwerkstoffe noch aufzu- schäumen und die gewünschte Struktur zu erhalten. In gleicher Weise zerstört das Reib-Rührschweißen nicht die schaumartige Struktur des metallischen Schaum- werkstoffes in bereits geschäumtem Zustand, so daß eine feste Verbindungsnaht zwischen metallischem, ge- schäumtem Schaumwerkstoff und weiteren metallischen Materialien möglich ist.

Das erfindungsgemäße Reib-Rührschweißen erfolgt mit- tels eines Reibbolzens, wobei der Bolzen zwischen beiden Halbzeugen rotierend bewegt wird, und zwar so, daß die Halbzeuge durch die Reibung erwärmt und den Druck plastifiziert werden und der durch die Drehung hervorgerufene Materialtransport zu einem Verschwei- ßen der plastifizierten Materialien führt. Der für das Reib-Rührschweißen geeignete Reibkörper wird da- bei linear oder auch kurvenartig so geführt, daß er die Seitenflächen der gegenüberliegend fest einge- spannten Gegenstände berührt und durch Reibung ther- misch aktiviert. Durch diese thermische Aktivierung werden folglich die Oberflächen in bindungsfähigen Zustand versetzt. Gleichzeitig wird durch den Reib- körper im Bereich der Bindezone ein Druck erzeugt, durch den die Randbereiche plastifiziert werden und Material auf die jeweils gegenüberliegende Seite wie beschrieben transportiert wird. Die Qualität der Schweißnaht wird dabei durch die Form und den Werk- stoff des Reibbolzens sowie durch seine Positionie- rung, Drehzahl, Vorschubgeschwindigkeit und Zustell- bewegung bestimmt. Auch der Spanntechnik für die Halbzeuge kommt eine wesentliche Bedeutung für die Qualität der Schweißung zu. Bevorzugt wird das Ver- fahren daher bei noch nicht aufgeschäumtem Vormateri- al ausgeführt und das Material erst nach dem Schwei- ßen aufgeschäumt. Das noch nicht aufgeschäumte Vorma- terial kann in einfacher Weise für das Reib- Rührschweißen eingespannt werden.

Gegenüber sämtlichen anderen Schweißverfahren eignet sich besonders das Reib-Rührschweißen für die Verbin- dung von metallischen Schaumwerkstoffen. Durch die Ausgestaltung des Reibbolzens werden nämlich immer nur die Verbindungsbereiche thermisch aktiviert, die zu einem bestimmten Zeitpunkt der Reibbewegung durch

den Bolzen ausgesetzt sind. Die Verbindungsbildung selbst erfolgt dann im festen Zustand, eine Schädi- gung der Schweißverbindung in Folge von Ausgasungs- vorgängen wird dadurch weitestgehend ausgeschlossen.

Es sind auch im Unterschied zu herkömmlichen Schweiß- verfahren keine Schweißzusatzwerkstoffe erforderlich und auch artfremde Verbindungen möglich.

Im folgenden sollen einige Beispiele für das erfin- dungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Ver- bunde gegeben werden.

Es zeigen : Figur 1 eine Prinzipskizze des Reib-Rührschweißens bei metallischen Schaumwerkstoffen ; Figur 2 ein Beispiel für die Verschweißung zweier Bleche aus metallischem noch nicht ge- schäumtem Schaummaterial ; Figur 3 ein Beispiel für die Verschweißung zweier Sandwich-Strukturen mit Kernlage aus noch nicht geschäumtem Schaummaterial ; Figur 4 einen Bruchtest an einem Material nach Fi- gur 3 ; und Figur 5 ein Beispiel für die Verschweißung eines herkömmlichen Metallbleches mit einem me- tallischen Schaummaterial.

Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze für das Reib- Rührschweißen metallischer Schaummaterialien. Dabei bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 ein erstes und

ein zweites Werkstück, die längs einer Schweißzone 7 miteinander verschweißt werden sollen. Das Verschwei- ßen erfolgt mittels eines Werkzeuges 4, das eine Werkzeugschulter 5 aufweist und einen aus dieser zwi- schen die Werkstücke 1 und 2 hervorragenden Stift 6.

Der Stift 6, der unprofiliert oder profiliert sein kann, dreht sich mit hoher Geschwindigkeit und er- hitzt so das Material, das er in der Schweißzone 7 kontaktiert.

Die gesamte Anordnung ist auf einer festen Unterlage 3 aufgebracht und der Stift bzw. Bolzen 6 wird über die Werkzeugschulter 5 in das Material der Werkstücke 1 und 2 eingepreßt.

In Figur 1 ist die Schweißzone bzw. Schweißbahn 7 zu erkennen, die bereits von dem Stift 6 und der Werk- zeugschulter 5 durchlaufen wurde. Mit dem Bezugszei- chen 8,8'bzw. a ist der Bereich bezeichnet, in dem in den Werkstücken 1 und 2 das ursprüngliche Gefüge erhalten wurde. Mit den Bezugszeichen 9,9'bzw. b ist eine Zone bezeichnet, die bereits durch die Wär- me, die durch den Bolzen 6 erzeugt wird, beeinflußt ist. Mit Bezugszeichen 10 ist ein thermomechanisch beeinfluRtes Gefüge bezeichnet, das plastisch defor- miert ist mit einigen Gebieten von Rekristallisation.

Bezugszeichen 11 bezeichnet einen dynamisch rekri- stallisierten Bereich (Nugget).

Hier wie bei den folgenden Figuren ist mit entspre- chenden Bezugszeichen jeweils ein entsprechendes Ele- ment bezeichnet. Figur 2 zeigt ein Beispiel für das Verschweißen von Aluminiumschaum AlSi7 (Aluminium- Legierung, hergestellt aus einer Pulvermischung mit der Zusammensetzung 92,5 % Al, 7 % Si und 0,5 % TiH als Treibmittel). Beide Bleche 1 und 2 bestehen aus

diesem metallischen Schaummaterial und wurden mittels des oben dargestellten Reib-Rühr-Schweißens miteinan- der verschweißt. In Figur 2a ist der noch nicht auf- geschäumte, jedoch bereits verschweißte Verbund aus den beiden Werkstücken 1 und 2 dargestellt. Deutlich zu erkennen ist die Schweißbahn 7. Die Schweißung er- folgte mit einem Stift-Durchmesser (Durchmesser des Reibbolzens) von 8 mm bei 1000 U/min. Die Ausgangs- blechdicke betrug 9 mm.

Figur 2b zeigt den in Figur 2a dargestellten Verbund aus Werkstücken 1 und 2 nunmehr im aufgeschäumten Zu- stand im Bereich der Schweißnaht 7. Deutlich zu er- kennen ist, daß durch das Schweißen kein wesentliches Ausgasen im Bereich der Schweißnaht erfolgt ist, so daß auch in dem Bereich der Schweißnaht das Material noch voll aufgeschäumt wurde und dieselbe bogenförmi- ge Struktur aufweist, wie sie in den der Schweißnaht benachbarten Bereichen zu erkennen ist.

Figur 3 zeigt ein Beispiel, bei dem zwei Sandwich- Bleche miteinander verschweißt wurden. Beide Werk- stücke 1 und 2 weisen dabei Deckbleche mit einer Dik- ke von 1 mm auf, die jeweils eine im nicht geschäum- ten Zustand 2 mm dicke Schaumaluminiumschicht aus AlSi7 zwischen sich sandwichartig einschließen. Auch hier ist in Figur 3a wiederum der bereits miteinander durch die Schweißbahn 7 verschweißte Verbund aus den beiden Werkstücke 1 und 2 im nichtaufgeschäumten Zu- stand dargestellt. Dem gegenüber zeigt Figur 3b den- selben Verbund, jetzt jedoch im aufgeschäumten Zu- stand. Es ist zu erkennen, daß durch die Schweißung im Bereich der Schweißbahn 7 die Ausbildung der typi- schen schaumartigen Struktur nicht verhindert oder gestört wurde. Gut zu erkennen ist, daß die Deckble- che la, 1b bzw. 2a, 2c nicht aufgeschäumt wurden, da

sie aus herkömmlichem Metall bestehen, während ledig- lich die Zwischenschicht lc bzw. 2c aufgeschäumt wur- de.

Figur 4 zeigt das Ergebnis eines Zugversuchs an einem reib-rührgeschweißten noch ungeschäumten Halbzeug aus AlSi7.

Auch hier ist wiederum zu erkennen, daß die beiden sandwichartigen Halbzeuge, wie sie auch in Figur 3a dargestellt sind, durch eine Schweißbahn 7 miteinan- der verbunden sind. Offensichtlich weist die Schweiß- naht 7 eine so hohe mechanische Stabilität auf, daß der Bruch aufgrund des Zuges mit einer Bruchlinie 40 benachbart zu der Schweißbahn auftritt. Damit ist auch die hohe Stabilität, die durch das Reib- Rührschweißen bei metallischem Schaummaterial im un- geschäumten Zustand erzeugt werden kann, nachgewie- sen.

Figur 5 zeigt ein weiteres Beispiel für das Ver- schweißen eines Werkstückes 1 aus Aluminiumschaumma- terial in noch ungeschäumtem Zustand mit einem her- kömmlichen Blech 2 aus einer Aluminium-Magnesium- Legierung mit 3 % Magnesium. In Figur 5A ist wiederum die Schweißbahn 7 zu erkennen.

Figur 5B zeigt dasselbe Material in aufgeschäumtem Zustand, nun jedoch von der Rückseite her betrachtet, so daß das Aluminiumschaummaterial l auf der rechten Seite und das herkömmliche Aluminium-Magnesium-Blech 2 auf der linken Seite zu sehen sind. Es ist unmit- telbar zu erkennen, daß durch die Schweißbahn 7 eine hervorragende Verbindung zwischen diesen beiden un- terschiedlichen Materialien hergestellt wurde.

Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung erstmalig und völlig überraschend die Möglichkeit, metallische Schaummaterialien miteinander durch ein Schweißverfahren zu verbinden, ohne die typischen Strukturen des Metallschaumes zu verhindern oder zu zerstören. Dies ist mit anderen Schweißverfahren so nicht möglich.