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Geräuschdämmender Verbundwerkstoff auf Basis Mineralschaum - Leichtmetall. Dipl.-Ing. Balázs Kovács. TUBA Freiberg. 28.04.2004. Projektpartner - TU Bergakademie Freiberg, Gießerei Institut (Projektleitung und Durchführung) - KeraGlas Freiberg AG

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Presentation Transcript
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Geräuschdämmender Verbundwerkstoff auf Basis

Mineralschaum - Leichtmetall

Dipl.-Ing. Balázs Kovács

TUBA Freiberg

28.04.2004

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Projektpartner

- TU Bergakademie Freiberg, Gießerei Institut

(Projektleitung und Durchführung)

- KeraGlas Freiberg AG

(Granulatbereitstellung, Granulateigenschaften)

- PORTATEC GmbH

(Industriepartner Maschinenbauanwendung)

- Ingenieurbüro Franke

(Technologie Infiltrationskerne, Projektbegleitung)

- IMVAL Innovative Mineralschaum Verbund Applikationen für den Leichtbau

(Forschungsverbund FH Landshut)

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28.04.2004

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Ziel des Projektes

  • Entwicklung eines Verbundwerkstoffes mit
  • guten mechanischen Eigenschaften und
  • besseren schalldämmenden Eigenschaften
  • für die Herstellung schwingungserregter Maschinenbauteile.

Ziel: Reduzierung des Geräuschpegels

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28.04.2004

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Verbundwerkstoff

  • Materialien, die aus mindestens zwei verschiedenen Phasen oder Komponenten bestehen.
  • Verbundwerkstoffe bestehen meistens aus einer Kombination von Komponenten der Werkstoffgruppen:
  • - Metalle
  • - Keramik / Glas
  • - Kunststoffe.
  • Der hier vorgestellte Verbundwerkstoff besteht aus Metall und Mineralschaumgranulat:
  • KeraBims Granulat + Aluminium

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28.04.2004

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Querschnitt des KeraBims Granulates

Eigenschaften des KeraBims Granulates

- Rohdichte: < 0,5 g/cm3

- Temperaturbeständigkeit: > 900°C

- Druckfestigkeit: > 0,5 MPa

- geschlossene Oberfläche

- Korngröße von 0,5 mm bis 8 mm

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28.04.2004

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Infiltration mit Aluminiumschmelze

Verfahrensprinzip

Herstellung einer Preform aus KeraBims

Umgegossene Hohlkugelstruktur

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Kernherstellung

  • - Alkalisilikatbinder mit Additiv,
  • (Trocknung und Härtung im Ofen)
  • Korngröße 1-2 mm, 2-4 mm,
  • 4-6 mm, 4-8 mm,
  • - Bindemittel 10 Gew. %.

Bindebrücke bei

Kugeldurchmesser 5 mm

Wichtige Eigenschaften der Kerne

- Strömungswiderstand

- Festigkeit

TUBA Freiberg

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Vorbereitung der Infiltration

  • Untersuchung von Möglichkeiten der Kontaktherstellung
  • zwischen den einzelnen Komponenten:
          • Benetzbarkeit oder
          • Materialverbindung
  • Entwicklung, Konstruktion und Realisierung einer
  • Versuchsanlage

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Kontaktherstellung zwischen Schmelze und KeraBims

Konzept zur Verbindung zwischen den Komponenten:

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oder

Benetzt

nicht?

Benetzbarkeitsprüfung

- Temperatur bis 1000 °C,

- Vakuum < 10-7 bar,

- Schutzgas: Argon

Vakuumofen

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Ergebnisse der Benetzbarkeitsprüfung

Probestück: AlSi5

Bindemittel: 12%

Vakuum: 10-7 bar

520°C

800°C

960°C

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Ergebnisse der Materialverbindungsuntersuchung

In der Aluminiumschmelze getaucht

KeraBims Präparat

Rasterelektronische Aufnahme

von der Kontaktfläche (1000:1)

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Versuchsanlage

Vakuumhaube

Arbeitstisch

Rechnergesteuerte

Proportionalventile

Steigrohrheizung

Steigrohr

Thermometer

Heizung (18 kW)

Tiegel (25 kg Al)

Wärmedämmung

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TUBA Freiberg

28.04.2004

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Querschnitt durch einen Prüfkörper

Kugeldurchmesser 1-2mm

Gussteil in der Gießform,

Kugeldurchmesser 4-5 mm

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Eigenschaften für eine Charakterisierung

  • Druckfestigkeit
  • Biegefestigkeit
  • Zugfestigkeit
  • Schallabsorptionsverhalten

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Druckversuch

Versuchsmethodik:

Stauchversuch; Probe Ǿ 77 x 77 mm;

Prüfgeschwindigkeit: 0,04 m/min;

Druckversuch

Druckversuch (Fraktion 2-4 mm)

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Spannungs-Stauchungs-Diagramm

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Ergebnisse der Druckversuche

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3-Punkt-Biegeversuch

Versuchsmethodik:

Probe: 130mm x 40mm x 40mm; Prüfgeschwindigkeit: 1,0N/mm2/s; Stützweite: 100,0mm; Umschaltpunkte: F0=1000N Aluminiummatrix: AlSi10Mg

Biegeversuch

Probestück nach dem Versuch

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Biegefestigkeitsdiagramm

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Zugversuch

Versuchsmethodik:

Probekörper: Ǿ 50mm; Prüfgeschwindigkeit: 2 mm/min; Aluminiummatrix: AlSi10Mg

Auf der Zerreißmaschine befestigtes Probestück

Probekörper für Zugfestigkeitsmessung

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Zugfestigkeitsdiagramm

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Ergebnisse der Zugversuche

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Schallabsorptionsverhältnis

Versuchsmethodik:

Impedanzmessrohr (Kundtsches Rohr); Frequenz: 200Hz – 1,6 kHz;

Probe Ǿ 98 x 45 mm; Aluminiummatrix: AlSi10Mg;

In dem Messrohr eingesetztes Probestück (KeraBims 4-6 mm)

Kundtschen Rohr (Typ 4206) mit zwei Mikrophonen (Typ 2633)

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Schallabsorptionsverhalten

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Schallabsorptionsverhalten

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Zusammenfassung

  • Die Herstellung einer einsatzfähigen Preform ist möglich.
  • Zwischen der Al-Schmelze und KeraBims findet keine Benetzung statt.
  • Es gibt Hinweise auf eine Materialverbindung.
  • Die Preform kann durch Gießen mit Aluminiumschmelze infiltriert werden.
  • Die Eigenschaften des Verbundwerkstoffes sind durch Fraktionierung des KeraBims-Granulates beeinflussbar.
  • Eine reproduzierbare Einstellung der Werkstoffeigenschaften wurde erreicht.
  • Die Versuche zur Ermittlung der akkustischen Eigenschaften werden fortgesetzt.

TUBA Freiberg

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