Der Gewichtsreduktion von Metallformteilen, zum Beispiel für Anwendungen im Fahrzeugbau, Flugzeugbau oder anderen, techno- logisch anspruchsvollen Anwendungsbereichen kommt eine hohe wirtschaftliche aber auch ökologische Bedeutung zu. Neben der bekannten Anwendung von Leichtmetallen stoßen auch geschäumte metallische Werkstoffe auf zunehmendes Interesse. Diese zeichnen sich durch leichte Bauweise, hohe Steifigkeit und Druckfestigkeit, gute Dämpfungseigenschaften etc. aus und zu ihrer Herstellung sind Verfahren bekannt.

Es ist bekannt, Bauteile aus geschäumten, metallischen Werk- stoffen herzustellen. So werden z. B. Gießkerne aus Aluminium- schaum mit einem Aluminiumwerkstoff umgossen oder als Form- teile in ein Bauteil eingelegt. Hülle und Kern bzw. Formteil werden getrennt hergestellt und anschließend miteinander ver- bunden. Dies hat neben dem hohen Fertigungsaufwand auch eine geringe Fertigungsqualität zur Folge. Die Basis von schaum- fähigen Aluminiumhalbzeugen ist verdüstes Aluminiumpulver, welchem ein Treibmittel zugemischt wird. So wird z. B. nach der DE 197 44 300 Al ein aus einer Pulvermischung gepresster Körper in einem beheizbaren, geschlossenen Gefäß auf Tempera- turen oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und/oder der Schmelztemperatur des Metalls erwärmt.

Das Pulver wird bei diesem Prozess verdichtet und das so ent- standene Formteil wird in den auszuschäumenden Bereich eines Bauteils eingelegt und durch eine Erwärmung auf bis zu 650 °C geschäumt. Dabei kann die Hülle unzulässigen Verformungen un- terliegen oder der Schäumvorgang erfolgt ungleichmäßig. Mög- lich ist ebenso eine Herstellung von Schäumen durch Sintern metallischer Hohlkugeln oder eine Infiltration von Metall- schmelzen in Kerne bzw. Füllkörper, die nach Erstarrung der Schmelze entfernt werden.

Nach einem Verfahren gemäß JP 03017236 AA werden metallische Artikel mit Hohlräumen dadurch erzeugt, dass Gase in einer Metallschmelze gelöst werden und der Aufschäumvorgang durch plötzliche Druckverringerung eingeleitet wird. Durch Abkühlen der Schmelze wird der Schaum stabilisiert.

Der Lehre der JP 09241780 AA folgend, wird metallischer Schaum unter kontrollierter Freisetzung von Treibgasen gewon- nen, in dem ein Metall zunächst bei Temperaturen unterhalb der Zersetzungstemperatur des verwendeten Treibmittels ge- schmolzen wird. Durch anschließendes Dispergieren des Treib- mittels in geschmolzenem Metall und Erhitzen der Matrix über die dann zur Freisetzung von Treibgasen benötigte Temperatur etabliert sich ein Metallschaum.

Vorbekannt ist das Gießen von Metallteilen mit verlorenem Schaum gemäß EP 0 461 052 B1. Die WO 92/21457 A1 beschreibt die Herstellung von Aluminiumschaum dergestalt, dass Gas un- ter die Oberfläche eines geschmolzenen Metalls eingeblasen wird, wobei Abrasiv-Stoffe als Stabilisatoren dienen.

W. Thiele : Füllstoffhaltiger Aluminiumschwamm-ein kompres- sibler Gußwerkstoff zur Absorption von Stoßenergie. in : Me- tall 28,1974, Heft 1, S. 39 bis 42 beschreibt die Herstel- lung von Schaumaluminium. Die angestrebten Hohlräume werden in Größe, Gestalt und Lage in Form einer losen Schüttung aus

leicht komprimierbaren anorganischen Leichtstoffen, wie zum Beispiel geblähte Tonmineralien, Blähton, Glasschaumkugeln oder Hohlkorundkugeln usw. vorgegeben. Die Leichtstoffschüt- tung wird in eine Gießform gebracht. Die verbleibenden Zwi- schenräume der Schüttung werden mit Metall aufgefüllt. Der so erhaltene Aluminiumschwamm ist relativ schlecht mechanisch belastbar und enthält das Material der Schüttung.

DE 11 64 103 B betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Me- tallschaumkörpern. Bei diesem Verfahren wird ein fester Stoff, der sich bei Erhitzung unter Gasbildung zersetzt, mit einem geschmolzenen Metall in der Weise gemischt, dass der feste Stoff durch das Metall benetzt wird. So wird beispiels- weise pulverförmiges Titanhydrid einer geschmolzenen Legie- rung aus Aluminium und Magnesium bei einer Temperatur von 600 °C zugesetzt. Der so gebildete geschlossene Schaum wird anschließend in eine Form gegossen um dort abzukühlen und zu erstarren. Auch hier wird offensichtlich nicht in einem ge- schlossenen System, sondern in einem offenen System gearbei- tet.

GB 892934 betrifft die Herstellung von komplexen Strukturen mit geschäumtem Metallkern und geschlossener nicht poröser Oberfläche.

DE 198 32 794 Cl beschreibt ein Verfahren zur Herstellung ei- nes Hohlprofils, das mit Metallschaum gefüllt ist. Dieses Verfahren umfasst die Schritte des Pressens des Hohlprofils aus einem Hüllwerkstoff mit einer Strangpresse, die ein Strangpresswerkzeug mit einer Matrize und einem Dorn auf- weist, des Zuführens des Metallschaums aus einem Schaumwerk- stoff durch einen Zufuhrkanal zu dem Hohlprofil, der in dem Dorn ausgebildet ist.

JP Patent Abstracts of Japan 07145435 A beschreibt die Her- stellung von geschäumten Metalldrähten. Geschmolzenes Alu- minium wird mit Hilfe eines Treibmittels in einem Ofen aufge

schäumt und einer kontinuierlichen Gießeinrichtung zugeführt.

Das geschmolzene Aluminium in geschäumtem Zustand wird zwi- schen einem Paar oberen und unteren Förderbändern abgekühlt um einen Endlosstrang zu erhalten. Dieser wird in vorbestimm- ter Weise zu den geschäumten Aluminiumdrähten geschnitten.

Alternativ kann der geschäumte Aluminiumdraht oder der Strang dadurch geformt werden, dass man das geschäumte geschmolzene Aluminium zwischen einem Draht mit einer Nut und einem För- derband zieht. Der geschmolzene Aluminiumdraht wird somit durch Walzen oder Ziehen erhalten.

EP 0 666 784 B1 beschreibt ein Verfahren zum Formgießen eines mittels Teilchen stabilisierten Metallschaums, insbesondere einer Aluminiumlegierung, in dem ein Verbund aus einer Me- tallmatrix und feinverteilten festen Stabilisierungsteilchen über die Solidustemperatur der Metallmatrix erwärmt wird und Gasblasen in den geschmolzenen Metallverbund unterhalb dessen Oberfläche abgelassen werden, um dadurch einen stabilisier- ten, flüssigen Schaum an der Oberfläche des geschmolzenen Me- tallverbundes auszubilden. Kennzeichnend ist ein Formgießen des Metallschaums durch Pressen des stabilisierten flüssigen Schaums in eine Form und mit einem Druck, der nur ausreicht, dass der flüssige Schaum die Gestalt der Form annimmt, ohne dass die Zellen des Schaums wesentlich komprimiert werden.

Der geformte Gegenstand wird dann durch nachfolgendes Kühlen und Verfestigen des Schaums erhalten. Der Schaum wird hierbei mittels einer beweglichen Platte in die Form gedrückt. Eine erste bewegliche Platte drückt den flüssigen Schaum in die Form, und am geformten Schaumgegenstand wird eine glatte Oberfläche ausgebildet. Eine zweite bewegliche Platte wird in den Schaum innerhalb der Form gedrückt, um am Schaumge- genstand glatte Innenflächen auszubilden. Die Formgebung kann auch mittels Rollen erfolgen.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Me- tallschaum lehrt EP 0 804 982 A2. Hierbei erfolgt das Auf- schäumen in einer beheizbaren Kammer außerhalb einer Gieß- form, wobei das Volumen des in die Kammer eingebrachten pul- vermetallurgischen Ausgangsmaterials für den Metallschaum in seiner mit der gesamten Schaumkapazität aufgeschäumten Phase dem Volumen einer Füllung der Gießform im Wesentlichen ent- spricht. Aller in der Kammer befindlicher Metallschaum wird in die Gießform gedrückt, in der ein Aufschäumen mit der restlichen Schäumkapazität fortgesetzt wird, bis zum voll- ständigen Ausfüllen der Gießform. Die Gießform ist eine Sand- oder Keramikform, der Metallschaum wird als Halbzeug in die Kammer eingebracht und erst nach dem Aufschäumen, z. B. mit- tels eines Kolbens, in die Gießform gedrückt. Beim Drücken des Schaums in die Form wird dieser geschert. Die Form wird nicht mit einem Schaum mit gewollt inhomogener Struktur ge- füllt.

DE 195 01 508 Cl offenbart ein Verfahren zur Herstellung ei- nes Hohlraumprofils mit reduziertem Gewicht und erhöhter Steifigkeit, z. B. ein Bauteil für das Fahrwerk eines Kraft- fahrzeuges. Dieses besteht aus Aluminiumdruckguss und in des- sen Hohlräumen befindet sich ein Kern aus Aluminiumschaum.

Der integrierte Schaumkern wird auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt und anschließend an der Innenwand eines Gießwerkzeuges fixiert und mittels Druckgießverfahren mit Me- tall umgossen.

DE 297 23 749 U1 offenbart ein Rad für ein Kraftfahrzeug, welches mindestens einen metallischen Schaumkern umfasst, der zur Innenseite des Rades hin freiliegend angeordnet ist und zur Außenseite des Rades hin eine Gusswandung besitzt. Der Schaumkern aus Aluminiumschaum wird zum Gießen des Rades in eine Kokille eingelegt und so positioniert, dass zwischen der Kokille und dem Schaumkern beim Gießen die äußere Gusshaut entsteht.

DE 195 02 307 AI beschreibt ein Deformationselement, in des- sen Gehäuse eine Füllung aus einem Aluminiumschaum als Ener- gieabsorber vorgesehen ist. Das Gehäuse kann aus Metall oder Kunststoff bestehen. Der Füllkörper ist ein bloßes Einlege- teil ohne Stoffschluss zum Gehäuse.

Das Lösen bzw. Einblasen von Treibgasen in Metallschmelzen ist nicht zur Herstellung endkonturnaher Bauteile geeignet, da ein System, bestehend aus Schmelze mit okkludierten Gas- blasen nicht ausreichend zeitstabil ist, um in formgebenden Werkzeugen verarbeitet zu werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und für die Massenfertigung taugliches Verfahren zur Herstellung von Ver- bundbauteilen aus Metall und Metallschaum bereitzustellen.

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe besteht in einem Verfah- ren zur Herstellung von Metall/Metallschaum-Verbundbauteilen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein flächiges oder geformtes Metallteil in den Hohlraum einer Gießform ein- bringt, wobei der Hohlraum zumindest teilweise durch das Me- tallteil begrenzt wird, und anschließend ein Gemisch aus ei- ner Metallschmelze und einem bei Raumtemperatur festen Treibmittel in den Hohlraum einbringt und dort ausschäumt.

Überraschend wurde gefunden, dass sich insbesondere Leichtme- tallschäume, z. B. aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, sehr effizient durch einen Gießvorgang, z. B. in einer han- delsüblichen Druckgießmaschine in Hohlräume bzw. auf die Oberfläche vorgefertigter flächiger oder geformter Metallkör- per bringen lassen, durch Verwendung fester, gasabspaltender Treibmittel, z. B. eines Metallhydrides, insbesondere eines Leichtmetallhydrides. Beim Verfahren im Sinne der vorliegen- den Erfindung wird flüssiges oder breiiges Metall in eine Form gedrückt, die den auszuschäumenden Hohlraum darstellt.

Diese Form kann also auf einer oder mehreren Seiten die Aus- dehnung des entstehenden Metallschaums begrenzen, zumindest aber ein Teil der Oberfläche des bei diesem Prozess im Innern des auszuschäumenden Hohlraumes entstehenden Schaums wird durch das vorher eingelegte Metallteil gebildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung einer breiten Palette von Verbundbauteilen. Bei den Metallteilen kann es sich um verschiedenste mit einem Hohlraum versehene Formteile handeln, die in Metallkonstruktionen anwendbar sind, zum Beispiel Hohlträger oder Felgen. Somit können auch verschiedenartige Gießverfahren Anwendung finden, zum Bei- spiel Niederdruck-oder Druckgießverfahren.

In den Fällen, wo der ausgeschäumte Formhohlraum nur teil- weise von den eingelegten Metallteilen begrenzt ist, lassen sich beispielsweise U-oder L-Profile mit Metallschaum aus- füllen. Im einfachsten Fall stellt das eingelegte Metallteil ein Blech dar, auf das erfindungsgemäß Metallschaum aufge- schäumt werden kann. Durch Einlegen mehrerer in Abstand ange- ordneter Bleche in den Formhohlraum lassen sich so auf leichte Weise Sandwich-Bauteile erzeugen.

Beim Warmkammerverfahren wird das Metall direkt aus dem Schmelzraum mit bis ca. 107 Pa in die Form gespritzt, beim erfindungsgemäß bevorzugten Kaltkammerverfahren, z. B. für Werkstoffe aus Al-und Mg-Legierungen, wird die Schmelze erst in eine kalte Zwischenkammer und von dort mit mehr als 108 Pa in die Form gepresst. Die Gießleistung des Warmkammerverfah- rens ist höher, allerdings auch die Abnutzung der Anlage. Die Vorzüge des Druckgusses liegen in der guten Werkstoff-Festig- keit, der sauberen entstehenden Oberflächen des entstehenden Körpers an der Innenseite des Formenhohlraumes, der hohen Maßgenauigkeit, der Möglichkeit komplexer Gussstückgestaltung und der hohen Arbeitsgeschwindigkeit. Diese Vorteile können durch Unterdruck (Vakuum in der Form) weiter verbessert wer- den.

Vorteilhaft sind bei diesem Prozess am Markt erhältliche, echtzeitgeregelte Druckgießmaschinen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Metalle ausgewählt aus Nichteisenmetallen und Nichtedelmetallen, insbesondere ausgewählt aus Magnesium, Kalzium, Aluminium, Silizium, Titan oder Zink sowie deren Legierungen.

Andererseits sind aber auch Eisenmetalle und Edelmetalle mit Hilfe der vorliegenden Erfindung zum resultierenden Verbund- stück mit einem vorgeformten Metallteil verschäumbar. Wenn im Sinne der vorliegenden Erfindung der Begriff Legierung ver- wendet wird, so ist dieser dahingehend zu verstehen, dass diese wenigstens 30 Gew.-% des genannten Metalls enthält. Der erfindungsgemäß bevorzugte Verfahrensablauf umfasst das Ein- füllen des erforderlichen Volumens an Metallschmelze in die Füll-bzw. Gießkammer und deren Einbringen in einen Formhohl- raum, in den das auszuschäumende Metallteil eingelegt ist, unter Zugabe des Treibmittels zu der Metallschmelze. Metall- schmelze und Treibmittel werden in einer bevorzugten Aus- führungsform in dem Formhohlraum zusammengebracht, wobei die Form bzw. der in der Form verbleibende Hohlraum völumende- finiert mit dem Schmelze-Treibmittel-Gemisch gefüllt re- spektive unterfüllt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Treib- mittel nicht direkt in den Formhohlraum, sondern in einer Füll-oder Gießkammer mit der Metallschmelze in Kontakt ge- bracht und das Gemisch anschließend in den Formhohlraum mit dem eingelegten Metallkörper eingebracht.

Das Einbringen des Treibmittels in die Füll-oder Gießkammer einerseits und/oder den nach Einlegen des Metallstückes verbleibenden Hohlraum innerhalb der Form oder des eingeleg- ten Metallstückes andererseits kann vor, während und/oder nach dem Einbringen der Metallschmelze in die jeweilige Kam- mer erfolgen.

Von Bedeutung für die vorliegende Erfindung ist jedoch, dass das Ausschäumen bedingt durch die Gasabspaltung des Treibmittels aus einem fließfähigen Metall oder einer fließfähigen Metall-Legierung im Wesentlichen erst im auszu- schäumenden Hohlraum erfolgt. Dieser auszuschäumende Form- hohlraum stellt eine geschlossene Form dar. Diese kann je- doch, wie beim Druckgießen oder dergleichen üblich, über Steigkanäle zur Entlüftung verfügen. Danach erfolgt das Aus- stoßen des geschäumten Metallverbundkörpers, bestehend aus dem in die Form eingelegten Metallformkörper und dem zusätz- lich im Formhohlraum erzeugten Metallschaum.

In einer weiteren Ausgestaltung wird das Treibmittel direkt in der Füll-oder Gießkammer oder in der Formkavität zur Me- tallschmelze hinzugegeben, wobei jeweils in einem Arbeitsgang aus dem vorher gebildeten nicht geschäumten Metallkörper die entsprechende Metallschaumstruktur hergestellt wird. Diese weist als Oberfläche entweder die Oberfläche des eingelegten Metallteiles oder die bei der Bildung des Schaumkörpers neu in dem Formenhohlraum entstandene Oberfläche auf. Selbst die neu an der Wand der Gießform entstandene Schaumoberfläche ist glatt, ihre Bildung ist gut reproduzierbar. In Folge der bei dem Prozess möglichen Sprühfüllung sind unterschiedliche Wandstärken dieser neuen Schaumoberfläche gut einstellbar.

Die Wandungen sind allseitig geschlossen, sauber, dicht und homogen. Eine Nachbehandlung ist in der Regel nicht erforder- lich. Nach innen sind die bei diesem Prozess hergestellten Bereiche des entstehenden Metallverbundkörpers zunehmend po- rös und weisen einen Dichtegradienten auf.

Das Treibmittel sollte hinsichtlich seiner Zersetzungstempe- ratur auf die Schmelztemperatur des Gießwerkstoffes (Metall- schmelze) abgestimmt sein. Die Zersetzung darf erst oberhalb von 100 °C beginnen und sollte nicht höher als ca. 150 °C oberhalb der Schmelztemperatur sein.

Generell ist es nicht nötig, dass der Schmelzpunkt der eingepressten Metallschmelze oder Metalllegierung, die am entstehenden Werkstück die Schaumstruktur ausbildet, unterhalb der Schmelztemperatur des vorher in die Gießform eingelegten Metalls liegt. Im Gegenteil wird in Fällen, bei denen die Schmelztemperatur der Metallschmelze oberhalb der Schmelztemperatur des eingelegten Metallteiles liegt, ein besonders guter Verbund zwischen vorgeformtem Metallteil und entstehender Schaumstruktur gebildet.

Die Menge des einzusetzenden Treibmittels richtet sich nach den erforderlichen Gegebenheiten. Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung wird das Treibmittel in ei- ner Menge von 0,1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,2 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Masse der für die Bildung des Me- tallschaums eingesetzten Metallmenge verwendet.

Gasabspaltende, bei Raumtemperatur feste Treibmittel umfassen insbesondere Leichtmetallhydride, wie Magnesiumhydrid. Beson- ders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist auto- katalytisch hergestelltes Magnesiumhydrid, das beispielsweise unter der Bezeichnung TEGO Magnan vertrieben wird. In glei- cher Weise sind aber auch Titanhydrid, Carbonate, Hydrate und/oder leicht verdampfbare Stoffe einzusetzen, die auch im Stand der Technik bereits für die Verschäumung von Metallen eingesetzt worden sind.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. In einer handelsüblichen Druckgießmaschine sollte ein Fahrzeugteil aus einem Aluminiumwerkstoff mit einer integral geschäumten Metallstruktur hergestellt werden.

Hierzu wurde in eine Gießkammer der Druckgießmaschine eine entsprechende Menge an Metallschmelze gefüllt. In den Formhohlraum der Druckgießmaschine wurde eine vorher hergestellte Metallstruktur eingelegt, die im Inneren einen durch einen Metallschieber hervorgerufenen Hohlraum aufwies.

Das Einlegen in die Formkammer erfolgte derart, dass der Anschuss (Öffnung zum Einbringen des flüssigen Metalls) an der Stelle des Metallhohlraumes in den Formhohlraum mündete.

In die geschlossene Gießkammer der Druckgießmaschine wurde als Treibmittel Magnesiumhydrid in Pulverform dem flüssigen Metall zugegeben. Nahezu gleichzeitig begann ein schnelles Einschieben des Gemisches aus Treibmittel und Metallschmelze in den Formhohlraum und damit auch in den im eingelegten Metallwerkstück verbliebenen Hohlraum. Der Hohlraum wurde volumendefiniert unterfüllt. Durch die entstehenden Turbulen- zen erfolgte eine gute Durchmischung in dem verbleibenden Formhohlraum die das Ausschäumen unterstützt. Es bildete sich eine Schaumstruktur im Innern der Kavität des eingelegten Me- tallteiles aus, die an den Wandungen der Druckgussform eine dichte und homogene Oberfläche zeigte. Der"Schuss"erfolgte vor der Schaumbildung, der Schäumungsprozess lief in situ in dem Formhohlraum ab. Es wurde schnell in die Form geschäumt.

Das erhaltene Bauteil hatte im Innern der vorher gebildeten Formstruktur einen fest mit der ursprünglich eingelegten Me- tallstruktur verbundenen Schaumkörper ausgebildet, der beson- ders das Schwingungsverhalten gegenüber einem nicht schaumge- füllten Vergleichstück positiv beeinflusste.