CH686413A5

CH686413A5 - A process for the production of molded parts and application thereof.

Info

Publication number: CH686413A5
Application number: CH181392A
Authority: CH
Inventors: Ivan Gheczy; Erhard Saur
Original assignee: Matec Holding Ag
Priority date: 1992-06-09
Filing date: 1992-06-09
Publication date: 1996-03-29
Also published as: EP0598866A1; JPH07504947A; WO1993025718A1

Description

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung der akustisch wirksamen Hitzeschilde. The present invention relates to a method for producing molded parts according to the preamble of claim 1 and to the use of this method for producing the acoustically effective heat shields.

Akustisch wirksame Bauteile, insbesondere Hitzeschilde wie sie bei Fahrzeugen zwischen dem Katalysator und dem Bodenteil 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 Vielzahl von übereinander geschichteten Aluminiumfolien aufgebaut ist. Obwohl sich dieser Aufbau als Hitzeschilde gut eignet, erweist sich seine akustische Wirksamkeit erst bei grösseren Schichtdicken als befriedigend und muss deren Stabilität durch besondere Massnahmen gewährleistet werden. Acoustically effective components, in particular heat shields such as are used in vehicles between the catalytic converter and the base part, are known in many embodiments. For example, US Pat. No. 5,001,743 describes an acoustically effective heat shield which is constructed from a multiplicity of aluminum foils which are layered one on top of the other. Although this structure is well suited as a heat shield, its acoustic effectiveness only proves to be satisfactory with thicker layers and its stability must be guaranteed by special measures.

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. Therefore, heat shields have also become known in which the acoustic effectiveness is increased or increased by the use of flame-resistant fiber mixtures. the height of the heat shields has been significantly reduced.

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. Acoustically effective heat shields are also known, in which suitable plastic foams are used instead of the flame-resistant fiber mixtures. However, these have insufficient long-term stability and crumble undesirably quickly when subjected to high levels of vibration in the vehicle.

Alle bisher bekannten Isolierschichten weisen ausserdem eine ungenügende Eigenstabilität auf und müssen in zusätzlichen Packungen gehaltert werden. Dies führt dazu, dass die heute bekannten Hitzschilde aus verschiedenen Materialien aufgebaut sind und für eine einfache Entsorgung nicht geeignet sind. All previously known insulating layers also have insufficient inherent stability and must be kept in additional packs. This means that the heat shields known today are made of different materials and are not suitable for easy disposal.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen akustisch wirksamen Hitzeschild zu schaffen, welcher die Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht aufweist. It is therefore the object of the present invention to provide an acoustically effective heat shield which does not have the disadvantages of the known devices.

Insbesondere soll ein recyclierbares Bauteil geschaffen werden, welches sowohl gute wärmedämmende und schallabsorbierende Eigenschaften als auch eine besonders hohe Eigenfestigkeit aufweist. In particular, a recyclable component is to be created which has both good heat-insulating and sound-absorbing properties and a particularly high inherent strength.

Erfindungsgemäss 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. According to the invention this task with a component. Solved heat shield of the type mentioned, which by the features of the present claim 8 and. 10 is marked.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Oberfläche des Bauteils zusätzlich beschichtet. Diese Beschichtung kann aus einer Oxydschicht und/oder einem schmutz- und wasserabweisenden Schutzbelag bestehen. Insbesondere kann dieser Schutzbelag nur lose über das Bauteil gespannt sein, um dessen akustische Wirksamkeit weiter zu erhöhen. In a further embodiment, the surface of the component is additionally coated. This coating can consist of an oxide layer and / or a dirt and water repellent protective covering. In particular, this protective covering can only be loosely stretched over the component in order to further increase its acoustic effectiveness.

Die Vorteile des erfindungsgemässen Bauteils sind für den Fachmann unmittelbar ersichtlich. Insbesondere erlaubt das erfindungsgemässe Bauteil eine einfache Montage, weist eine hohe Langzeitstabilität auf und ist einfach zu entsorgen resp. kann problemlos wiederverwertet werden. The advantages of the component according to the invention are immediately apparent to the person skilled in the art. In particular, the component according to the invention allows simple assembly, has high long-term stability and is easy to dispose of. can be easily recycled.

Zur Herstellung eines für das erfindungsgemässe Hitzeschild geeigneten Aluminiumschaums wird ein dafür besonders entwickeltes Verfahren eingesetzt, obwohl verschiedene Verfahren zur Erzeugung von Aluminiumschaum im allgemeinen bereits bekannt sind. A method specially developed for this purpose is used to produce an aluminum foam suitable for the heat shield according to the invention, although various methods for producing aluminum foam are generally already known.

So ist es beispielsweise bekannt, dem verflüssigten Aluminium ein Treibmittel beizugeben und die derart erhaltene schaumige Schmelze, z.B. im Wasser, erstarren zu lassen. Die derart erzeugten Blök-ke werden in einzelne Stücke zersägt und für die spezifische Formgebung weiter bearbeitet. For example, it is known to add a blowing agent to the liquefied aluminum and to produce the foamy melt obtained in this way, e.g. in the water to freeze. The blocks produced in this way are sawn into individual pieces and further processed for the specific shape.

Es ist auch ein Verfahren bekannt geworden, bei welchem feinpulveriges Aluminium, typischerweise mit einem Körnerdurchmesser von 20-200 n, mit Titan-Hydrid gemischt werden, diese Pulvermischung in ein Aluminiumblech gewickelt, kompak-tiert und zu einem Vorformling gepresst werden, welcher wiederum weiter verarbeitet werden kann. A method has also become known in which finely powdered aluminum, typically with a grain diameter of 20-200 n, is mixed with titanium hydride, this powder mixture is wrapped in an aluminum sheet, compacted and pressed into a preform, which in turn continues can be processed.

Diese Verfahren sind jedoch ausserordentlich aufwendig und nicht geeignet um Formteile industriell, d.h. in hohen Stückzahlen, herzustellen. However, these processes are extremely complex and not suitable for industrial molded parts, i.e. in large quantities.

Es ist deshalb die Aufgabe des vorliegenden Verfahrens einen Aluminiumschaum zu schaffen, welcher für die Herstellung von Hitzeschilden geeignet ist. Insbesondere soll ein Verfahren geschaffen werden, welches die industrielle Fertigung von Formteilen aus Aluminiumschaum erlaubt. It is therefore the object of the present method to provide an aluminum foam which is suitable for the production of heat shields. In particular, a process is to be created which allows the industrial production of molded parts from aluminum foam.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Insbesondere wird bei dem vorliegenden Verfahren pulverförmi-ges, z.B. verdüstes Aluminium mit ca. 2% Kalzium-Bikarbonat-Pulver gemischt und direkt in der Formpresse geschäumt und geformt. Es versteht sich, dass das verwendete Aluminium zur Erhöhung der Festigkeit mit Legierungselementen, insbesondere mit Mangan, Magnesium oder einer Mischung davon versetzt sein kann. Insbesondere lässt sich recycliertes Aluminium ebensogut verwenden wie Reinaluminium auf Basis von Elektrolysemetall. According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1. In particular, in the present process powdery, e.g. atomized aluminum mixed with approx. 2% calcium bicarbonate powder and foamed and shaped directly in the molding press. It goes without saying that the aluminum used can be mixed with alloy elements, in particular with manganese, magnesium or a mixture thereof, in order to increase the strength. In particular, recycled aluminum can be used as well as pure aluminum based on electrolysis metal.

Die Vorteile dieses Verfahrens sind im wesentlichen darin zu sehen, dass verdüstes Aluminium äusserst kostengünstig 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. The main advantages of this process can be seen in the fact that atomized aluminum is extremely cost-effective, that the calcium bicarbonate used only becomes active at approx. 570 ° C and in this way a directly formable, naturally hard material with e.g. a strength of 190N can be created.

Weitere bevorzugte Merkmale des erfindungsgemässen Verfahrens sind aus den Ansprüchen zu ersehen. Further preferred features of the method according to the invention can be seen from the claims.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In the following, the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

Das erfindungsgemässe Hitzeschild zeichnet sich dadurch aus, dass das schall- und wärmeisolierende Formteil aus einem Aluminiumschaum besteht. Eine besondere Weiterbildung dieses Formteils weist lokal verschieden stark geschäumte resp. verdichtete Zonen auf und zeigt an gewünschten Stellen unterschiedliche Dicken und Festigkeiten. Insbesondere kann das erfindungsgemässe Formteil mehrere Lagen oder Bereiche unterschiedlicher Dichte und/oder Festigkeit aufweisen. In einer Weiterbildung ist auf dieses Formteil ein Schutzbelag aufgebracht, welcher den Aluminiumschaum vor Verunreinigungen aller Art, insbesondere vor Feuchtigkeit schützt. Geeignete Folien sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Als für das vorlie- The heat shield according to the invention is characterized in that the sound and heat insulating molded part consists of an aluminum foam. A special development of this molded part has locally different foamed or. densified zones and shows different thicknesses and strengths at desired locations. In particular, the molded part according to the invention can have several layers or regions of different density and / or strength. In a further development, a protective covering is applied to this molded part, which protects the aluminum foam from all types of contamination, in particular from moisture. Suitable films are well known to the person skilled in the art. As for the present

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gende Hitzeschild besonders geeignet ist eine lose aufgespannte Aluminiumfolie zu betrachten. Es versteht sich auch, dass das Aluminiumschaumteil direkt bei der Fertigung mit einer Haut versehen werden kann. loosely stretched aluminum foil is particularly suitable. It goes without saying that the aluminum foam part can be provided with a skin directly during production.

Das erfindungsgemässe Hitzeschild ist mit Hilfe des im folgenden näher beschriebenen Verfahrens hergestellt. The heat shield according to the invention is produced using the method described in more detail below.

In einem ersten Verfahrensschritt wird Aluminiumpulver mit einem geeigneten Treibmittel gemischt. Dabei wird vorzugsweise verdüstes Aluminium verwendet. Eine geeignete Schmelze kann aus Reinaluminium oder recycliertem Aluminium bestehen und kann Legierungselemente beispielsweise 5% Mangan oder Magnesium oder ein Gemisch aus Mangan und Magnesium enthalten. Erfahrungs-gemäss führen diese Zusätze zu einer Erhöhung der Festigkeit von ca. 50 N bei Reinaluminium auf ca. 190 N oder mehr. 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 "lOOOfache erhöht. In a first process step, aluminum powder is mixed with a suitable blowing agent. Atomized aluminum is preferably used. A suitable melt can consist of pure aluminum or recycled aluminum and can contain alloying elements, for example 5% manganese or magnesium or a mixture of manganese and magnesium. Experience has shown that these additives increase the strength from approx. 50 N for pure aluminum to approx. 190 N or more. Calcium bicarbonate has proven to be a suitable blowing agent, which only becomes active above 570 ° C, i.e. changes into a gaseous state and its volume increases to "100 times.

In einem zweiten Verfahrensschritt 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 Formnest während 10-15 Minuten auf eine Temperatur von 680°C bis 730°C aufgeheizt. Die Aufschäumdauer kann jedoch wesentlich reduziert werden, wenn mit vorgewärmtem Rohmaterial gearbeitet wird. In a second process step, the preferably powdery mixture is brought into a suitable molding press and foamed there directly, i.e. heated and cooled again. The foaming parameters strongly depend on the molded part to be produced. Typically, the mold cavity is heated to a temperature of 680 ° C to 730 ° C for 10-15 minutes. However, the foaming time can be significantly reduced if you work with preheated raw material.

Das vorliegende Verfahren erlaubt auch, die Vorvermischung in einer kalten Presse vorerst zu einem festen Körper, insbesondere ein Flachprofil (Pressling) zu pressen um es dann erst weiter zu bearbeiten, z.B. abzuwälzen, weichzuglühen und/ oder umzuformen. Da die Aufschäumtemperatur bei 680°C-730°C liegt kann ein solches Flachprofil problemlos bei Temperaturen von 350°C-400°C weichgeglüht werden. Es kann aber auch ein abgewalztes und deshalb äusserst hartes Halbprodukt in die Formpresse eingelegt werden. Dabei wird das abgewalzte Halbprodukt vor dem Aufschäumen, d.h. während der Aufheizphase der Form, weichgeglüht. Es versteht sich, dass auch bereits weichgeglühte Rohlinge vor dem Aufschäumen in die Pressform eingebracht werden können. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von beliebig geformten Bauteilen mit einer hohen Festigkeit. The present method also allows the premixing in a cold press to be pressed initially into a solid body, in particular a flat profile (compact), and only then to be further processed, e.g. roll off, soft anneal and / or reform. Since the foaming temperature is 680 ° C-730 ° C, such a flat profile can be soft annealed at temperatures of 350 ° C-400 ° C. However, a rolled and therefore extremely hard semi-product can also be inserted into the molding press. The rolled-off semi-product is before foaming, i.e. soft annealed during the heating phase of the mold. It goes without saying that blanks which have already been soft-annealed can also be introduced into the press mold before foaming. The process enables the production of components of any shape with high strength.

Es versteht sich, dass das Einstreuen von unterschiedlichen Pulvermischungen in dieselbe Form, um damit lokal unterschiedliche Dichten und Festigkeiten beim selben Produkt zu erzielen, im Bereich des fachmännischen Handelns liegt. It goes without saying that the scattering of different powder mixtures in the same form in order to achieve locally different densities and strengths in the same product is in the area of professional action.

Claims

1. A process for the production of molded parts made of aluminum foam, which are suitable for heat shields such as those used in vehicles between the catalytic converter and the base part, in which an aluminum mixture provided with a blowing agent is foamed and shaped,

characterized in that the aluminum mixture is foamed directly in a mold cavity for the molded part to be produced.

2. The method according to claim 1, characterized in that the aluminum mixture is introduced in powder form into the mold cavity.

3. The method according to claim 1, characterized in that the aluminum mixture is introduced as a compact in the mold cavity.

4. The method according to claim 3, characterized in that the compact is annealed.

5. The method according to any one of claims 1-4, characterized in that calcium bicarbonate is used as blowing agent.

6. The method according to any one of claims 1-5, characterized in that suitable additives, in particular manganese and / or magnesium, are added to the aluminum mixture in order to increase the strength of the molded part to be produced.

7. The method according to any one of claims 1-6, characterized in that aluminum mixtures provided with different additives and / or having different mixing ratios are introduced into the same mold cavity at different points or in layers.

8. Component manufactured by the method according to claims 1-7.

9. Application of the method according to any one of claims 1-7 for the manufacture of an acoustically effective heat shield.

10. Heat shield manufactured using the method according to one of claims 1-7.

11. Heat shield according to claim 10, characterized in that its open-pore surface is provided with a protective layer.

12. Heat shield according to claim 11, characterized in that the protective layer consists of an aluminum foil.

13. Heat shield according to one of claims 10-

12, characterized in that it has locally differently foamed zones.

14. Heat shield according to one of claims 10-

13, characterized in that the composition of the aluminum mixture is different in layers and / or regions.

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