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Title:
PROCESS FOR MAKING MOULDINGS AND USE THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1993/025718
Kind Code:
A1
Abstract:
The process is intended for producing foamed aluminium mouldings. To this end, an aluminium mixture containing a blowing agent is introduced directly into a heatable mould cavity. In order to increase its strength or alter other physical properties, the aluminium mixture may contain suitable additives and be introduced into the mould cavity in powdered form or as a compact. After the aluminium mixture has been introduced into the mould cavity the latter is heated to trigger the foaming reaction. This process makes it possible to design particularly strong light mouldings individually either through local regions with different degrees of foaming or through a different composition in layers and/or regions; these mouldings are very suitable for sound absorption in hot noise sources.

Inventors:
Ghéczy
Ivan, Saur
Erhard
Application Number:
PCT/CH1993/000146
Publication Date:
December 23, 1993
Filing Date:
June 09, 1993
Export Citation:
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Assignee:
MATEC HOLDING AG ALUSUISSE S
Ghéczy, Ivan Saur Erhard
International Classes:
B22F5/00; B22F3/11; C22C1/04; C22C1/08; (IPC1-7): C22C1/08; B22F3/10
Foreign References:
DE4018360C1
EP0460392A1
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 9, no. 267 (C-310)24. Oktober 1985
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Aluminium¬ schaum, welche für Hitzeschilde wie sie bei Fahrzeugen zwischen dem Katalysator und dem Bodenteil* verwendet wer¬ den, geeignet sind, bei welchem ein mit einem Treibmittel versehenes Aluminiumgemisch aufgeschäumt und geformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumgemisch direkt in einem Formnest für das herzustellende Formteil aufgeschäumt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumgemisch in pulveriger Form in das Formnest eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumgemisch als Pressung in das Formnest einge¬ bracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressung weichgeglüht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass als Treibmittel KalziumBikarbonat verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass zur Erhöhung der Festigkeit des herzu¬ stellenden Formteils dem Aluminiumgemisch geeignete .Zusätze beigefügt werden, insbesondere Mangan und/oder Magnesium.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass mit unterschiedlichen Zusätzen versehene und/oder unterschiedliche Mischverhältnisse aufweisende ' Aluminiumgemische an verschiedenen Stellen oder lagenweise in dasselbe For nest eingebracht werden.
8. Bauteil hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 7.
9. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 7 zur Herstellung eines akustisch wirksamen Hitzeschildes.
10. Hitzeschild hergestellt bei der Anwendung des Verfah¬ rens nach einem der Ansprüche 1 7.
11. Hitzeschild nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dessen offenporige Oberfläche mit einer Schutzschicht versehen ist.
12. Hitzeschild nach Anspruch 11, dadurch gekennnzeichnet, dass die Schutzschicht aus einer Aluminiumfolie besteht.
13. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 10 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieses lokal verschieden stark ge¬ schäumte Zonen aufweist.
14. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 10 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Aluminiumgemi¬ sches lagenweise und/oder bereichsweise unterschiedlich ist.
Description:
Verfahren zur Herstellung von Formteilen und Anwendung des¬ selben

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her¬ stellung von Formteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung des akustisch wirksamen Hitzeschilde-

Akustisch wirksame Bauteile, insbesondere Hitzeschilde wie sie bei Fahrzeugen zwischen dem Katalysator und dem Boden¬ teil verwendet werden, sind in vielen Ausführungsformen bekannt. So wird z.B. in der US-5 001'743 ein akustisch wirksames Hitzeschild beschrieben, welches aus einer Viel¬ zahl von übereinander geschichteten Aluminiumfolien aufge¬ baut ist. Obwohl sich dieser Aufbau als Hitzschild gut eignet, erweist sich seine akustische Wirksamkeit erst bei grösseren Schichtdicken als befriedigend und uss deren Stabilität durch besondere Massnahmen gewährleistet werden.

Es sind deshalb auch schon Hitzeschilde bekannt geworden, bei welchen die akustische Wirksamkeit durch die Verwendung von flammfestem Fasergemischen erhöht resp. die Bauhöhe der Hitzeschilde wesentlich verringert wurde.

Es sind auch akustisch wirksame Hitzeschilde bekannt, bei welchen anstelle der flammfesten Fasergemische geeignete Kunststoffschäume eingesetzt werden. Diese weisen jedoch eine ungenügende Langzeitstabilität auf und zerbröckeln bei der fibrationsreichen Beanspruchung im Fahrzeug unerwünscht rasch.

Alle bisher bekannten Isolierschichten weisen ausserdem eine ungenügende Eigenstabilität auf und müssen in zusätz¬ lichen Packungen gehaltert werden. Dies führt dazu, dass die heute bekannten Hitzschilde aus verschiedenen Materia¬ lien aufgebaut sind und für eine einfache Entsorgung nicht

geeignet sind.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen akustisch wirksamen Hitzeschild zu schaffen, welcher die Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht aufweist.

Insbesondere soll ein recyclierbares Bauteil geschaffen werden, welches sowohl gute wärmedämmende und schallabsor¬ bierende Eigenschaften als auch eine besonders hohe Eigen¬ festigkeit aufweist.

Erfindungsge äss wird diese Aufgabe mit einem Bauteil resp. Hitzeschild der eingangs genannten Art gelöst, welches durch die Merkmale des vorliegenden Anspruchs 8 resp. 10 gekennzeichnet ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist die offenporige Ober¬ fläche beschichtet. Diese Beschichtung kann aus einer Oxyd¬ schicht und/oder einem schmutz- und wasserabweisenden Schutzbelag bestehen. Insbesondere kann dieser Schutzbelag nur lose über das Bauteil gespannt sein, um dessen akusti¬ sche Wirksamkeit weiter zu erhöhen.

Die Vorteile des erfindungsgemässen Bauteils sind für den Fachmann unmittelbar ersichtlich. Insbesondere erlaubt das erfindungsgemasse Bauteil eine einfache Montage, weist eine hohe Langzeitstabilität auf und ist einfach zu entsorgen resp. kann problemlos wiederverwertet werden.

Zur Herstellung eines für das erfindungsgemasse Hitze¬ schild geeigneten Aluminiumschaums wird ein dafür besonders entwickeltes Verfahren eingesetzt, obwohl verschiedene Verfahren zur Erzeugung von Aluminiumschaum im allgemeinen bereits bekannt sind.

So ist es beispielsweise bekannt dem verflüssigten Alumini¬ um ein Treibmittel beizugeben und die derart erhaltene

schaumige Schmelze, z.B. im Wasser, erstarren zu lassen. Die derart erzeugten Blöcke werden in einzelne Stücke zersägt und für die spezifische Formgebung weiter bearbei¬ tet.

Es ist auch ein Verfahren bekannt geworden, bei welchem feinpulveriges Aluminium, typischerweise mit einem Körner¬ durchmesser von 20 - 200 μ, mit Titan-Hydrid gemischt wer¬ den, diese Pulvermischung in ein Aluminiumblech gewickelt, kompaktiert und zu einem Vorformling gepresst werden, welcher wiederum weiter verarbeitet werden kann.

Diese Verfahren sind jedoch ausserordentlich aufwendig und nicht geeignet um Formteile industriell, d.h. in hohen Stückzahlen, herzustellen.

Es ist deshalb die Aufgabe des vorliegenden Verfahrens Alu¬ miniumschaum zu schaffen, welcher für die Herstellung von Hitzeschilden geeignet ist. Insbesondere soll ein Verfahren geschaffen werden, welches die industrielle Fertigung von Formteilen aus Alu iniumschaum erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Insbesondere wird bei dem vorliegenden Verfahren verdustes Aluminium mit ca. 2% Kalzium-Bikarbonat gemischt und direkt in der Formpresse geschäumt und ge¬ formt. Es versteht sich, dass das verwendete Aluminium zur Erhöhung der Festigkeit mit Mangan, Magnesium oder einer Mischung davon versetzt sein kann, vorzugsweise mit ca. 5%. Insbesondere läsεt sich recycliertes Aluminium ebensogut verwenden wie Reinaluminium.

Die Vorteile dieses Verfahrens sind im wesentlichen darin zu sehen, dass verdustes Elektrolysemetall äusserst kosten¬ günstig ist, dass- das verwendete Kalzium-Bikarbonat erst bei ca. 570°C aktiv wird und auf diese Weise ein direkt formbarer naturharter Werkstoff mit z.B. einer Festigkeit

von 190N geschaffen werden kann.

Weitere bevorzugte Merkmale des erfindungsge ässen Ver¬ fahrens sind aus den Ansprüchen zu ersehen.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines Ausführungs- beispiels näher erläutert werden.

Das erfindungsgemasse Hitzeschild zeichnet sich dadurch aus, dass das schall- und wärmeisolierende Formteil aus einem offenporigem Aluminiumschaum besteht. Eine besondere Weiterbildung dieses Formteils weist lokal verschieden stark geschäumte resp. verdichtete Zonen auf und zeigt an gewünschten Stellen unterschiedliche Dicken und Festigkei¬ ten. Insbesondere kann das erfindungsgemasse Formteil mehrere Lagen oder Bereiche unterschiedlicher Dichte und/- oder Festigkeit aufweisen. In einer Weiterbildung ist auf dieses Formteil ein Schutzbelag aufgebracht, welcher den offenporigen Aluminiumschaum vor Verunreinigungen aller Art, insbesondere vor Feuchtigkeit schützt. Geeignete Folien sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Als für das vorliegende Hitzeschild besonders geeignet ist eine lose aufgespannte Aluminiumfolie zu betrachten. Es versteht sich auch, dass das offenporige Aluminiumschaumteil direkt bei der Fertigung mit einer Haut versehen wird.

Das erfindungsgemasse Hitzeschild ist mit Hilfe des im folgenden näher beschriebenen Verfahrens hergestellt.

In einem ersten Verfahrensschritt wird Aluminiumpulver mit einem geeigneten Treibmittel gemischt. Dabei wird vorzugs¬ weise verdustes Elektrolysemetall verwendet. Eine geeignete Schmelze kann aus Reinaluminium oder recycliertem Aluminium bestehen und kann beispielsweise 5% Mangan oder Magnesium oder eine Gemisch aus Mangan und Magnesium enthalten. Erfahrungsge äss führen diese Zusätze zu einer Erhöhung der Festigkeit von ca. 50 N bei Reinaluminium auf ca. 190 N.

Als geeignetes Treibmittel hat sich Kalzium-Bikarbonat erwiesen, welches erst oberhalb 570°C aktiv wird, d.h. in einen gasförmigen Zustand übergeht und dabei sein Volumen auf das 1'000-fache erhöht.

In einem zweiten Verfahrensεchritt wird das vorzugsweise pulverförmige Gemisch in eine geeignete Formpresse gebracht und dort direkt aufgeschäumt, d.h. erhitzt und wieder abgekühlt. Die Aufschäumparameter hängen stark von dem herzustellenden Formteil ab. Typischerweise wird das Form¬ nest während 10 - 15 Minuten auf eine Temperatur von 680°C bis 730°C aufgeheizt. Die Aufschäumdauer kann jedoch we¬ sentlich reduziert werden, wenn mit vorgewärmtem Rohmateri¬ al gearbeitet wird.

Das vorliegende Verfahren erlaubt auch, die Vorvermiεchung in einer kalten Presse vorerst zu einem Flachprofil (Press¬ ung) zu pressen um es dann erst weiter zu bearbeiten, z.B. abzuwälzen oder weichzuglühen. Da die Aufschäumtemperatur bei 680°C - 730°C liegt kann ein solches Flachprofil pro¬ blemlos bei 350°C weichgeglüht werden, d. h. kann auch ein abgewalztes und deshalb äusserst hartes Halbprodukt in die Formpresse eingelegt werden. Dabei kann das abgewalzte Halbprodukt vor dem Aufschäumen, d. h. während der Auf- heizphase der Form weichgeglüht werden. Es versteht sich, dass auch bereits weichgeglühte Rohlinge vor dem Aufschäu¬ men in die Pressform eingepasst werden können.

Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von beliebig geformten Bauteilen mit einer besonders hohen Festigkeit.

Es versteht, dass das Einstreuen von unterschiedlichen Gemischungen in dieselbe Form um damit lokal unterschiedli¬ che Dichten und Festigkeiten beim selben Produkt zu erzie¬ len im Bereich des- fachmännischen Handelns liegt.