Advanced Pore Morphology (APM) - Aluminiumschaum:
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Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2007
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Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 5, Grund- und Werkstoffe/Kunststoffe ; 727 |
Schlagworte: | |
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adam_text | Inhaltsverzeichnis
Danksagung III
Inhaltsverzeichnis V
Nomenklatur VIII
1 Einleitung 1
2 Einführung in die Metallschaumtechnologie und Stand der Technik 3
2.1 Begriffsdefinition „Metallschaum 3
2.2 Herstellung von Aluminiumschaumbauteilen 3
Verfahren zur Herstellung von Metall bzw. Aluminiumschäumen 3
Pulvermetallurgisches Halbzeugverfahren 4
2.3 Eigenschaften metallischer Schäume 7
Übersicht 7
Einfluss der Schaumdichte 8
Druckdeformationsverhalten und Einfluss von Inhomogenitäten in der
Porenstruktur 9
2.4 Anwendungsbeispiele für metallische Schäume in Verbundstrukturen 12
3 Zielsetzung und Vorgehensweise 16
4 Advanced Pore Morphology (APM) Technologiekonzept 18
5 Schäumkinetik kleinvolumiger Halbzeugpartikel 20
5.1 Ziele 20
5.2 Experimentelles 20
Ausgangsmaterial: Halbzeugpartikel 20
Versuche zur Expansion der Halbzeugpartikel 21
5.3 Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen 21
Physikalische Vorgänge bei der Expansion von Halbzeugpartikeln 21
Einfluss des Volumens der Halbzeugpartikel 24
Einfluss der Geometrie der Halbzeugpartikel 26
5.4 Diskussion 28
V
6 Technische Umsetzung des APM Technologiekonzepts 31
6.1 Ziele und Randbedingungen 31
6.2 Untersuchungen zur Entwicklung der Hauptprozessschritte 31
Herstellung des expandierbaren Halbzeuggranulats 31
Expansion der Aluminiumschaumelemente im Banddurchlaufofen 32
Polymerbeschichtung der Aluminiumschaumelemente 33
Fügen der Schaumelemente zum APM Aluminiumschaum durch Kleben 36
6.3 Anlagenkonzept zur automatisierten Herstellung von klebstoffbeschichteten
Aluminimschaumelementen 38
6.4 Kostenbetrachtung 40
6.5 Diskussion 43
7 Untersuchungen zum Druckdeformationsverhalten von APM Alumlnium
schäumen 47
7.1 Ziele 47
7.2 Experimentelles 48
Versuchsaufbau und Durchführung 48
Probenübersicht 50
7.3 Datenauswertung 51
Kompression 51
Druckspannung 51
Elastizitätsmodul 53
Gewichtsspezifische Energieabsorption 53
Energieabsorptionseffizienz 54
7.4 Ergebnisse der Druckprüfung von einzelnen Schaumelementen 55
Vorbemerkung 55
Kompressionsstadien 55
Druckkraft Kompression Verläufe 56
Druckspannung Kompression Verläufe 56
Druckspannungskennwerte 57
7.5 Ergebnisse der Druckprüfung von APM Schaumelementschüttungen 59
Druckspannung Kompression Verläufe 59
Energieabsorptionskennwerte 60
7.6 Ergebnisse der Druckprüfung von APM Schaumzylindern 6°
Kompressionsstadien 60
Druckspannung Kompression Verläufe 62
Druckspannungs /Kompressionskennwerte 64
Elastizitätsmodul 66
Energieabsorptionskennwerte 67
VI
7.7 Ergebnisse der Druckprüfung von APM schaumgefüllten Aluminiumprofilen.. 68
Kompressionsstadien und Querschnittsbilder 68
Druckkraft Kompression Verläufe 70
Gewichtsspezifische Energieabsorption 73
Energieabsorptionseffizienz 73
7.8 Diskussion 74
Die Wirkung der kugelförmigen Schaumelementgeometrie 74
Der Einfluss des Schaumelementvolumens 75
Der Einfluss der Aluminiumschaumdichte 76
Die Rolle der Polymerbeschichtung 77
Die Wirkung von APM Aluminiumschaum als Kern in Aluminiumstrangpress¬
profilen 78
8 Modellierung der Druckkraft bzw. Druckspannung Kompression Verläufe. 80
8.1 Einzelne Aluminiumschaumelemente 80
8.2 Lose Schaumelementschüttungen und geklebter APM Schaum 85
Empirische Gleichungen zur Beschreibung der Versuchsergebnisse 85
Modellierung des Druckspannung Kompression Verlaufs bei der einachsigen
Druckbeanspruchung loser Schaumelementschüttungen 88
Modellierung des Druckspannung Kompression Verlaufs bei der einachsigen
Druckbeanspruchung geklebter APM Aluminiumschäume 91
8.3 Diskussion 98
9 Zusammenfassung und Ausblick 102
9.1 Zusammenfassung 102
9.2 Ausblick 103
Anhang 105
A1 Abschätzung der Reibungskraftkomponente bei der Druckprüfung von APM
Schaumproben in der Stahlmatrize 105
A2 Übersicht der an einzelnen Aluminiumschaumelementen (ohne und mit
Polymerbeschichtung) ermittelten Kennwerte 106
A3 Übersicht der an losen Schaumelementschüttungen/verklebten APM Schäumen
ermittelten Kennwerte 107
Literatur 108
VII
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Inhaltsverzeichnis
Danksagung III
Inhaltsverzeichnis V
Nomenklatur VIII
1 Einleitung 1
2 Einführung in die Metallschaumtechnologie und Stand der Technik 3
2.1 Begriffsdefinition „Metallschaum" 3
2.2 Herstellung von Aluminiumschaumbauteilen 3
Verfahren zur Herstellung von Metall bzw. Aluminiumschäumen 3
Pulvermetallurgisches Halbzeugverfahren 4
2.3 Eigenschaften metallischer Schäume 7
Übersicht 7
Einfluss der Schaumdichte 8
Druckdeformationsverhalten und Einfluss von Inhomogenitäten in der
Porenstruktur 9
2.4 Anwendungsbeispiele für metallische Schäume in Verbundstrukturen 12
3 Zielsetzung und Vorgehensweise 16
4 Advanced Pore Morphology (APM) Technologiekonzept 18
5 Schäumkinetik kleinvolumiger Halbzeugpartikel 20
5.1 Ziele 20
5.2 Experimentelles 20
Ausgangsmaterial: Halbzeugpartikel 20
Versuche zur Expansion der Halbzeugpartikel 21
5.3 Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen 21
Physikalische Vorgänge bei der Expansion von Halbzeugpartikeln 21
Einfluss des Volumens der Halbzeugpartikel 24
Einfluss der Geometrie der Halbzeugpartikel 26
5.4 Diskussion 28
V
6 Technische Umsetzung des APM Technologiekonzepts 31
6.1 Ziele und Randbedingungen 31
6.2 Untersuchungen zur Entwicklung der Hauptprozessschritte 31
Herstellung des expandierbaren Halbzeuggranulats 31
Expansion der Aluminiumschaumelemente im Banddurchlaufofen 32
Polymerbeschichtung der Aluminiumschaumelemente 33
Fügen der Schaumelemente zum APM Aluminiumschaum durch Kleben 36
6.3 Anlagenkonzept zur automatisierten Herstellung von klebstoffbeschichteten
Aluminimschaumelementen 38
6.4 Kostenbetrachtung 40
6.5 Diskussion 43
7 Untersuchungen zum Druckdeformationsverhalten von APM Alumlnium
schäumen 47
7.1 Ziele 47
7.2 Experimentelles 48
Versuchsaufbau und Durchführung 48
Probenübersicht 50
7.3 Datenauswertung 51
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Gewichtsspezifische Energieabsorption 53
Energieabsorptionseffizienz 54
7.4 Ergebnisse der Druckprüfung von einzelnen Schaumelementen 55
Vorbemerkung 55
Kompressionsstadien 55
Druckkraft Kompression Verläufe 56
Druckspannung Kompression Verläufe 56
Druckspannungskennwerte 57
7.5 Ergebnisse der Druckprüfung von APM Schaumelementschüttungen 59
Druckspannung Kompression Verläufe 59
Energieabsorptionskennwerte 60
7.6 Ergebnisse der Druckprüfung von APM Schaumzylindern 6°
Kompressionsstadien 60
Druckspannung Kompression Verläufe 62
Druckspannungs /Kompressionskennwerte 64
Elastizitätsmodul 66
Energieabsorptionskennwerte 67
VI
7.7 Ergebnisse der Druckprüfung von APM schaumgefüllten Aluminiumprofilen. 68
Kompressionsstadien und Querschnittsbilder 68
Druckkraft Kompression Verläufe 70
Gewichtsspezifische Energieabsorption 73
Energieabsorptionseffizienz 73
7.8 Diskussion 74
Die Wirkung der kugelförmigen Schaumelementgeometrie 74
Der Einfluss des Schaumelementvolumens 75
Der Einfluss der Aluminiumschaumdichte 76
Die Rolle der Polymerbeschichtung 77
Die Wirkung von APM Aluminiumschaum als Kern in Aluminiumstrangpress¬
profilen 78
8 Modellierung der Druckkraft bzw. Druckspannung Kompression Verläufe. 80
8.1 Einzelne Aluminiumschaumelemente 80
8.2 Lose Schaumelementschüttungen und geklebter APM Schaum 85
Empirische Gleichungen zur Beschreibung der Versuchsergebnisse 85
Modellierung des Druckspannung Kompression Verlaufs bei der einachsigen
Druckbeanspruchung loser Schaumelementschüttungen 88
Modellierung des Druckspannung Kompression Verlaufs bei der einachsigen
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8.3 Diskussion 98
9 Zusammenfassung und Ausblick 102
9.1 Zusammenfassung 102
9.2 Ausblick 103
Anhang 105
A1 Abschätzung der Reibungskraftkomponente bei der Druckprüfung von APM
Schaumproben in der Stahlmatrize 105
A2 Übersicht der an einzelnen Aluminiumschaumelementen (ohne und mit
Polymerbeschichtung) ermittelten Kennwerte 106
A3 Übersicht der an losen Schaumelementschüttungen/verklebten APM Schäumen
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Literatur 108
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