[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallschaumkörpern gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Ein Verfahren dieser Art ist aus der US-PS 3 087 807 bekannt. Bei diesem bekannten
Verfahren wird das vorkompaktierte oder auch nicht vorkompaktierte Gemisch aus Metallpulver
(Aluminiumpulver) und Treibmittelpulver chargenweise, d.h. in bemessener Menge, in
einem zylindrischen Hohlraum eingefüllt und mittels eines Preßstempels durch die Öffnung
einer Matrize extrudiert. Das im Hohlraum befindliche zu extrudierende Material wird
dabei mittels einer Widerstands- oder Induktionsheizung auf eine für die Extrusion
geeignete Temperatur gebracht.
[0003] Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, daß die Länge der Extrudate begrenzt
ist und daß schon bei der Vorbereitung der strangzupressenden Pulvermenge diese entsprechend
der gewünschten Länge des Extrudats bemessen werden muß. Das Fassungsvermögen des
zylindrischen Hohlraums setzt dabei eine obere Grenze und läßt nur verhältnismäßig
kurze Strangpreßteile zu, verstärkt dann, wenn man auf eine Vorkompaktierung des Pulvers
verzichten möchte.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben,
mit welchem Extrudate beliebiger Länge auf einfache Weise hergestellt werden können.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
[0006] Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Materialstrom zur Matrize erreichbar, so
daß sich Extrudate beliebiger Länge erhalten lassen. Gleichzeitig sorgt die Reibung
durch das Gleiten des Pulvers über die ruhenden Teile der Kanalwände und das Schlupfen
des Pulvers an den transportierenden Teilen der Kanalwände dafür, daß beim Transport
zur Strangpreßmatrize über die durch die Umformung beim Strangpressen bewirkte Wärmeerzeugung
hinaus schon im Kanalbereich so viel Wärme entsteht, daß bereits ohne eine zusätzliche
Beheizung, wie die Induktionsheizung beim Verfahren nach der US-PS 3 087 807, sich
die Metallpulverteilchen in einer die Treibmittelpulverteilchen umschließenden Weise
zu verbinden beginnen. Die durch den Transport und die dabei ablaufenden Reibvorgänge
erzeugte Wärme ist dabei abhängig von der Geschwindigkeit, mit der sich die bewegliche
Wand zur Matrize hin bewegt. Je höher diese Geschwindigkeit, desto höher bei gegebener
Matrize die Differenzgeschwindigkeit zwischen sich bewegender Wand und dem Pulver,
desto höher also die erzeugte Temperatur, desto stärker aber auch die Vorkompaktierung
des Pulvergemisches vor der Matrize, die durch die dabei auftretende Umschließung
der Treibmittelpulverteilchen einer vorzeitigen Zersetzung des Treibmittels entgegenwirkt.
[0007] Auf diese Weise sind auch Treibmittel einsetzbar, die bei Normaldruck eine relativ
niedrige Zersetzungstemperatur haben, und es erweist sich überraschenderweise, daß
grundsätzlich eine Wandgeschwindigkeit auffindbar ist, bei der die entstehende Temperatur
und der sich aufbauende Druck so aufeinander abgestimmt sind, daß einerseits für die
Vorkompaktierung günstige Temperaturverhältnisse vorliegen und andererseits es nicht
zu einer in dieser Phase unerwünschten Zersetzung des Treibmittels kommt. Der sich
aufbauende Verdichtungsdruck und die dabei entstehende Temperatur hängen natürlich
auch vom Widerstand der Strangpreßmatrize, d. h. auch vom Umformungsgrad, den die
Strangpreßmatrize bewirkt, ab. Dieser Umformungsgrad, ausgedrückt als Verhältnis von
Eintrittsquerschnitt zu Austrittsquerschnitt, sollte mindestens 5:1, vorzugsweise
mindestens 8:1, schon aus dem Grund betragen, weil es sonst vor allem im Kern des
ausgepreßten Stranges nicht zu einer ausreichend festen Verbindung der Metallpulverpartikel
kommt, so daß sich bei der Erwärmung des Strangpreßteils zur Aufschäumung das mit
dem Treibmittel erzeugte Gas in Bereichen verflüchtigen kann und es dort nicht zu
der erforderlichen Aufschäumung kommt. Im oben angegebenen Bereich für das Verhältnis
von Eintrittsquerschnitt zu Austrittsquerschnitt lassen sich auch stimmige Verhältnisse
von Verdichtung und Temperatur auf der Seite vor der Strangpreßmatrize erzielen.
[0008] Bei Verwendung von Aluminiumpulver und Titanhydrid erweisen sich Korngrößen des Pulvers
von kleiner oder gleich 3000 µm, vorzugsweise kleiner oder gleich 600 µm, höchst vorzugsweise
kleiner oder gleich 300 µm als vorteilhaft.
[0009] Als günstiges Mischungsverhältnis der Metallegierung mit Titanhydrid als Treibmittel
ergab sich 0,1 bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 - 0,4 Gew.-%, Titanhydrid, Rest Aluminium
bzw. Aluminiumlegierung.
[0010] Bei kreisförmigem Querschnitt des Strangpreßteils von 9,5 mm Durchmesser betrug in
einer Ausführungsform die Austrittsgeschwindigkeit etwa 20 m/min, was etwa gleichbedeutend
ist mit 200 kg/h aufschäumbarem Material auf Aluminiumbasis.
[0011] Eine Vorrichtung zum Durchführen des kontinuierlichen Strangpressens kann, wie in
der einzigen Figur dargestellt, aufgebaut sein: Ein Nutrad, in der Form (nicht notwendigerweise
in den Abmessungen) einer Riemenscheibe vergleichbar, und etwa mit einer U-förmigen
Nut, dreht sich in einem Hohlzylinder, so daß die Nutoberfläche mit einem Teil der
Zylinderoberfläche einen Kanal mit einer Oberfläche ausbildet, von der ein Teil beweglich
ist. Für Pulver als Strangpreßmaterial (dargestellt ist kein Pulver, sondern ein Draht
als Ausgangsmaterial) steht die Achse des Nutrades und damit des Zylinders zweckmäßigerweise
horizontal. Die Einfüllung des Pulvers erfolgt von oben. Um beispielsweise 90° (oder
auch bis 270°) in Drehrichtung des Nutrades gegenüber der Eintrittsöffnung versetzt
ist der Kanal durch einen Gegenhalter abgeschlossen, gegen den das im Kanal von der
Eintrittsöffnung wegtransportierte, bis dahin schon vorkompaktierte Pulver anläuft
und von dem es in eine am Gegenhalter seitlich angeordnete, etwa radial nach außen
weisende Strangpreßmatrize abgelenkt wird. Die Mitnahme des Pulvers im Kanal erfolgt
durch Reibung zwischen sich drehendem Nutrad und Pulver. Durch die dabei auftretenden
Relativbewegungen zwischen der Nutoberfläche und den Pulverteilchen und auch der Pulverteilchen
untereinander kommt es zu der erwähnten Erwärmung und Vorkompaktierung des Pulvers
vor dem Auspressen durch die Matrize, wobei die Drehgeschwindigkeit des Nutrades mitentscheidend
für die beim Transport erzeugte Wärme und auch die dabei entstehende Vorkompaktierung
ist. Es hat sich, wie erwähnt, gezeigt, daß sich in jedem Fall eine so ausreichende
Erwärmung und Verdichtung erzielen läßt, um auch Treibmittel, die niedrige Zersetzungstemperatur
bei Normaldruck haben, nicht vorzeitig ausgasen zu lassen. Im Einzelfall könnte auch
in Erwägung gezogen werden, zusätzlich zu kühlen, wenn aus anderen Gründen eine höhere
Transportgeschwindigkeit, die sonst zu einer zu starken Erwärmung führen würde, erwünscht
ist. Die maximale Temperatur an der Matrizeninnenseite sollte bei Verwendung von Aluminium
oder Aluminiumlegierung 550°-600°C nicht überschreiten. Typische Durchmesser für das
Nutrad liegen bei 300-600 mm, ohne daß dies einschränkend zu verstehen wäre.
[0012] Als Metalle kommen neben Aluminium oder Aluminiumlegierungen jedenfalls Eisen, Kupfer
und Nickel sowie deren Legierungen in Frage.
[0013] Es war bislang üblich, ein Stück eines Extrudates für einen aufzuschäumenden Körper
zu verwenden. In vielen Fällen, beispielsweise bei Körpern, die als Absorber für Stoßenergie
(Knautschzonen von Fahrzeugen) Verwendung finden sollen, erweist es sich jedoch als
zweckmäßig und vorteilhaft und ohne Nachteil durch möglicherweise vorhandene innere
Grenzflächen, den Körper aus mehreren Stücken, beispielsweise dem zu Granulat gehäckselten
Extrudat oder einem Knäuel bzw. Bündel von extrudiertem Draht herzustellen. Dies ermöglicht
eine große Flexibilität in Dosierung und Anordnung von aufschäumbarem Material in
aufzuschäumenden Hohlformen. Nachteile durch möglicherweise vorhandene innere Grenzflächen
entstehen deshalb nicht, weil solche als Stoßabsorber dienende Körper in einer Form
(z.B. einer Folie) bleiben und nie auf Zug beansprucht werden.
1. Verfahren zur Herstellung von Metallschaumkörpern, bei welchem ein Metallpulver mit
einem Treibmittelpulver gemischt, das Pulvergemisch in einem Rezipienten auf eine
erhöhte Temperatur gebracht und durch eine Matrize hindurch stranggepreßt wird, das
Strangpreßteil durch Erwärmen unter Zersetzung des Treibmittelpulvers nachfolgend
aufgeschäumt und als fertiger Schaumkörper abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Pulvergemisch kontinuierlich in einen zur Matrize führenden Kanal eingeführt
wird, der eine zur Matrize hin fördernde sich bewegende Wandkomponente aufweist, durch
die das Pulvergemisch im Kanal durch Reibung unter Vorkompaktierung zur Matrize transportiert
und durch die Matrize hindurch mit einem Umformungsgrad von wenigstens 5 zu 1 ausgepreßt
wird, wobei die Geschwindigkeit der Wandkomponente so gewählt wird, daß die für die
Vorkompaktierung erforderliche Erwärmung der bei dem Transportvorgang erzeugten Wärme
entstammt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallpulver Aluminium
oder eine Aluminiumlegierung verarbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Metallpulver einer mittleren
Teilchengröße von 600 µm oder kleiner verarbeitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Metallpulver einer mittleren
Teilchengröße von 300 µm oder kleiner verarbeitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel
Titanhydrid in einer Menge von 0,3 bis 0,4 Gew.-% mit dem Metallpulver vermischt wird.