DE10054330A1

DE10054330A1 - Guß-Blech-Verbundkörper sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10054330A1
Application number: DE10054330A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Pflueger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2002-05-08
Also published as: US7028381B2; WO2002036300A1; EP1333959A1; JP2004512189A; US20030056358A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Guß-Blech-Verbundkörpers, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Guß-Form (12), Einlegen mindestens eines Blech-Teiles (11) in die Guß-Form (12), Erzeugen eines mit dem mindestens einen Blech-Teil (11) verbundenen Guß-Teiles (2) und Druckbeaufschlagung des mindestens einen Blech-Teiles (11) zur Ausbildung eines Hohlraumes (8).

Description

Die Erfindung betrifft einen Guß-Blech-Verbundkörper sowie ein Verfah ren zu dessen Herstellung.

Sollen in ein Gehäuse aus Metallguß, beispielsweise für einen Generator, Kanäle für eine Kühlflüssigkeit integriert werden, so sind hierfür zwei Her stellungsverfahren bekannt. Zum einen kann das Gehäuse im Sandgußver fahren mit einem entsprechenden Kern hergestellt werden. Dies ist vor al lem für die Serienfertigung aufwendig. Zum anderen kann das Gehäuse, sofern die Geometrie dies zuläßt, zweiteilig im Druckgußverfahren herge stellt werden, wobei anschließend die beiden Gehäuseteile dicht miteinan der verbunden werden müssen, was ebenfalls kostenaufwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Guß-Teilen zu schaffen, in die möglichst einfach Kanäle integriert werden können.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, einen Guß-Blech-Verbundkörper zu schaffen, bei dem nach der Herstellung des Guß-Teiles das integrierte Blech-Teil plastisch verformt wird. Vorteilhaft ist hieran, daß auch an sehr unzugäng lichen Bereichen eines komplexen Guß-Teiles flüssigkeits- und druckdichte Kanäle ausgebildet werden können.

Gemäß Anspruch 5 besteht das Blech-Teil aus zwei aufeinander angeord neten Blechen. Dies hat den Vorteil, daß der gebildete Hohlraum nur durch Bleche und nicht durch das Guß-Teil selber begrenzt wird, wodurch eine höhere Korrosionsbeständigkeit erzielt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung dreier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen

Fig. 1 einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung eines Verbundkör pers gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen zweiten Verfahrensschritt zur Herstellung des Verbundkör pers gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 3 einen dritten Verfahrensschritt zur Herstellung des Verbundkör pers gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 4 einen vierten Verfahrensschritt zur Herstellung des Verbundkör pers gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 5 einen fünften Verfahrensschritt zur Herstellung des Verbundkör pers gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 6 einen sechsten Verfahrensschritt zur Herstellung des Verbund körpers gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 7 einen Querschnitt des Verbundkörpers gemäß der ersten Ausfüh rungsform,

Fig. 8 ein Blech-Teil zur Herstellung eines Verbundkörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 9 eine Draufsicht des Blech-Teils gemäß den Sichtpfeilen IX-IX in Fig. 8,

Fig. 10 einen weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung des Verbund körpers gemäß der zweiten Ausführungsform,

Fig. 11 eine Draufsicht gemäß den Sichtpfeilen XI-XI in Fig. 10,

Fig. 12 einen weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung des Verbund körpers gemäß der zweiten Ausführungsform,

Fig. 13 eine Querschnittsdarstellung des Verbundkörpers gemäß der zweiten Ausführungsform,

Fig. 14 eine Querschnittsdarstellung eines Verbundkörpers gemäß einer dritten Ausführungsform und

Fig. 15 eine Draufsicht auf das Blech-Teil des Verbundkörpers gemäß der dritten Ausführungsform.

Im folgenden wird im Rahmen eines ersten Ausführungsbeispiels ein Ver fahren zur Herstellung eines Guß-Blech-Verbundkörpers 1 unter Bezug nahme auf die Fig. 1 bis 7 beschrieben, wobei zunächst mit der Beschrei bung des fertigen Verbundkörpers 1 unter Bezugnahme auf Fig. 7 begon nen wird. Der Verbundkörper 1 weist ein Guß-Teil 2 auf. Dieses umfaßt zwei nebeneinander angeordnete, ringförmige Anschluß-Stege 3, die je weils eine nach oben offene Anschluß-Bohrung 4 begrenzen. Die An schluß-Stege 3 sind über eine Bodenplatte 5 miteinander verbunden. Unter halb der Bodenplatte 5 ist eine im wesentlichen parallel zu dieser verlau fende Blechplatte 6 vorgesehen, die entlang ihres gesamten Randabschnit tes 7 im dem Guß-Teil 2 druckdicht eingebettet und festgelegt ist. Zwi schen Bodenplatte 5 und der Blechplatte 6 ist ein Kanal 8 ausgebildet, der die beiden Anschlußbohrungen 4, in denen jeweils ein Anschluß-Stutzen 9 durch Preßsitz festgelegt ist, miteinander verbindet. An den Anschluß- Stutzen 9, die über den jeweiligen Anschluß-Steg 3 vorstehen, ist jeweils ein Schlauch 10 zur Zu- bzw. Abführung von Kühlwasser befestigt.

Zur Herstellung des Verbundkörpers 1 wird ein als Blech-Teil ausgebilde ter Blech-Rohling 11 in eine Druckguß-Form 12, die aus einer ersten Hälfte 13 und einer zweiten Hälfte 14 besteht, eingelegt, wie dies in Fig. 1 darge stellt ist. Der Blech-Rohling 11 weist einen nach oben vorstehenden Randabschnitt 7 auf. Anschließend wird in der Form 12 das Guß-Teil 2 erzeugt, wobei der Randabschnitt 7 mit dem Guß-Teil 2 dicht verbunden ist. Die Blechplatte 6 liegt auf der Unterseite der Bodenplatte S. Im An schluß daran wird, wie in Fig. 3 dargestellt, daß Guß-Teil 2 spanend bear beitet sowie entgratet. Nachfolgend werden, wie in Fig. 4 dargestellt, die Anschluß-Stutzen 9 in die Bohrungen 4 eingesetzt, in denen sie durch Preß sitz festgelegt sind. Anschließend wird das Guß-Teil 2 in eine Druckbeaufschlagungs-Form 15, die aus einer ersten Hälfte 16 und einer zweiten Hälfte 17 besteht, eingesetzt. Die Form 15 weist einen Innenraum 18 auf, der im wesentlichen der Außenkontur des in Fig. 4 dargestellten Teiles ent spricht. In der Hälfte 17 ist benachbart zu der frei liegenden Blechplatte 6 eine kanalförmige Ausnehmung 19 vorgesehen. Auf den Stegen 3 sind Dichtungs-Ringe 20 angeordnet, um den Innenraum 18 gegenüber der Um gebung druckdicht abzudichten. Die Hälfte 16 weist zwei nach oben offene Anschluß-Kanäle 21 auf, durch die die Blechplatte 6 über Druckluft oder eine unter Druck stehende Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt wird. Infolge der Druckbeaufschlagung wird die Blechplatte 6 in die Ausnehmung 19 gedrückt und plastisch verformt, bis sie die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Form einnimmt. Durch die plastische Druckverformung entsteht zwischen der Bodenplatte 5 und der Blechplatte 6 der Kanal 8, der den links liegen den Anschluß-Stutzen 9 mit dem rechts liegenden Anschluß-Stutzen 9 dicht verbindet. Der Verbundkörper 1 wird in dem in Fig. 6 dargestellten Schritt einer Dichtheitsprüfung mittels Druckluft unterzogen, wobei mögliche Leckagen durch einen Druckabfall über die Zeit erfaßt werden.

Das oben beschriebene Verfahren weist zahlreiche Vorteile auf. Es ist durch die Verwendung vergleichsweise einfacher Druckguß-Formen 12 möglich, Guß-Blech-Verbundkörper 1 mit innenliegenden Kanälen 8 her zustellen. Von zentraler Bedeutung ist hier, daß insgesamt Bauraum gespart werden kann. Die Formen 12 benötigen keine Kerne, die aufwendig ent fernt werden müßten. Hierdurch können die Herstellungskosten stark redu ziert werden. Insbesondere können einteilige Gehäuse mit Wärmetauschern kombiniert und auch bei geometrisch komplexen Formen miteinander ver bunden werden. Bei Wärmetauschern wird eine Kühlflüssigkeit durch die Kanäle 8 geleitet, so daß die an den Verbundkörper 1 abgegebene Wärme besonders effizient abgeführt werden kann, da die Wärmeleitwege zum Kühlsystem verkürzt werden. Ferner kann durch die Verwendung von Blech-Teilen zumindest einseitig die Wandstärke der Kanalwandung im Vergleich zu einer aus Gußmaterial bestehenden Wand reduziert werden, wodurch weiter Bauraum gespart werden kann.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 13 eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten die selben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform, auf deren Be schreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch kon struktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem hochgesetzten Strich. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird zu nächst unter Bezugnahme auf Fig. 13 der fertig hergestellte Verbundkörper 1' beschrieben. Anschließend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 12 das Verfahren zur Herstellung des Verbundkörpers 1' erläutert. Bei dem Verbundkörper 1' handelt es sich um einen Schleifring-Lagerschild für ei nen elektrischen Generator. Dieser weist eine ringzylindrische Gehäuse- Wand 22 mit einer Mittel-Längs-Achse 23 und einem senkrecht zur Mittel- Längs-Achse 23 verlaufenden Boden 24 auf. Mittig ist in dem Boden ein Lagersitz 25 zur Aufnahme einer Rotorwelle angeordnet. Konzentrisch hierzu ist mit größerem Durchmesser ein axial vorstehender, mit dem Bo den 24 verbundener Ringsteg 26 vorgesehen, der in Richtung auf die Mit tel-Längs-Achse 23 einen Lüfterrad-Raum 27 radial begrenzt. Zwischen dem Ringsteg 26 und der Gehäuse-Wand 22 befindet sich ein ringförmiger Wickelkopf-Raum 28 für einen Wickelkopf des Ständers des Generators. Über den Umfang verteilt sind an der Außenseite der Gehäuse-Wand 22 parallel zur Mittel-Längs-Achse 23 verlaufende Bohrungen für Spannbol zen vorgesehen, um die beiden Lagerschilde des Generators miteinander zu verbinden. Zwischen dem Außenumfang des Lagersitzes 25 und dem Ring steg 26 sind in dem Boden 24 mehrere Lüfter-Ausnehmungen 30 vorgese hen, die den Lüfterrad-Raum 27 mit der Umgebung verbinden. In der Ge häuse-Wand 22 sowie dem Boden 24 ist ein Wärmetauscher 31 vorgesehen. Dieser besteht aus einem ringförmigen Kanalabschnitt 32, der an der Innen seite der Wand 22 umlaufend angeordnet ist, sowie einem U-förmigen, mit dem Kanalschnitt 32 verbundenen Kanalabschnitt 33, der den Lagersitz 25 unter Bildung einer Schlüssellochöffnung 34 umschließt. Die Kanalab schnitte 32 und 33 werden durch ein Innenblech 35 sowie ein Außenblech 36 begrenzt, die entlang ihres Randes aufeinander liegen und entlang eines Randabschnitts 7' miteinander reibverschweißt sind. Entlang des Randab schnitts 7' sind die Bleche 35 und 36 in die als Guß-Teil 2' ausgebildete Einheit aus Wand 22 und Boden 24 druckdicht eingepaßt und dort festge legt. Im Bereich des unteren Endes des Kanalabschnitts 32 weist das Au ßenblech 36 zwei radial nach außen verlaufende Anschlußöffnungen 37 auf, die über einen an der Wand 22 angeordneten Anschlußkanal 38 mit einem parallel zur Mittel-Längs-Achse 23 verlaufenden Anschluß-Stutzen 9, der in einer Anschluß-Bohrung 4 mit Preßsitz festgelegt ist, verbunden sind. Einer der beiden Anschluß-Stutzen 9 dient der Zuführung von Kühl wasser, der andere der Abführung von Kühlwasser.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 12 die chronologi sche Abfolge des Herstellungsverfahrens des Verbundkörpers 1' beschrie ben. Zunächst wird ein als Blech-Teil ausgebildeter Blech-Rohling 11' her gestellt, der den in Fig. 8 und 9 dargestellten Aufbau aufweist. Der Blech- Rohling 11' weist einen Ring-Abschnitt 39 sowie einen Boden-Abschnitt 40 auf, wobei der Boden-Abschnitt 40 im wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt aufweist und die beiden Schenkel des U's an ihrem oberen Ende einteilig mit dem Ring-Abschnitt 39 ausgebildet sind. Der Blech- Rohling 11' besteht aus zwei aufeinander liegenden Blechen, nämlich dem Innenblech 35 und dem Außenblech 36, die entlang der Randabschnitte 7' miteinander reibverschweißt sind. Der Blech-Rohling 11' wird in eine Druckguß-Form eingelegt und dort mit einem Guß-Teil 2' umspritzt, wobei das Ergebnis in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist. Anschließend folgt die Entgratung sowie eine spanende Bearbeitung und das Einsetzen der An schluß-Stutzen 9. Im Anschluß daran wird das Guß-Teil 2' in eine Druck beaufschlagungs-Form 15' eingesetzt, in der benachbart zu den frei liegen den Blechen 35 bzw. 36 Ausnehmungen 19' vorgesehen sind. Anschlie ßend wird der Raum zwischen den Blechen 35 und 36 mit Druckluft beauf schlagt, so daß die Kanalabschnitte 32 und 33, die miteinander verbunden sind, entstehen. Der fertige Verbundkörper 1', der in Fig. 13 dargestellt ist, wird anschließend einem Dichtheitstest unterzogen.

Durch die Kombination von Druckguß- und Blech-Teilen kann im Fall des Verbundkörpers 1 ein Wärmetauscher 31 in den Lagerschild eines Genera tors eingepaßt werden, so daß auch bei leistungsgesteigerten Generatoren die erzeugte Abwärme problemlos abgeführt werden kann. Die Gesamt anordnung ist äußert raumsparend. Der aus den Kanalabschnitten 32 und 33 bestehende Kühlmittelkanal 8' wird lediglich durch die Bleche 35 und 36, nicht jedoch durch das Gußmaterial begrenzt. Als Material für die Bleche 35 und 36 wird häufig Aluminium verwendet, das auf Grund seines Rein heitsgrades gegenüber Flüssigkeiten sehr viel korrosionsbeständiger ist als die für Metalldruckguß verwendete Legierung.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 14 und 15 eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit zwei hochgesetzten Strichen. Der Verbundkörper 1" stellt ein ringzylindrisches Gehäuse dar, in das ein Wärmetauscher 31" in tegriert ist. Der Verbundkörper 1" weist eine ringzylindrische Gehäuse- Wand 22" auf, in die ein Blech-Rohling 11" integriert ist, der entlang der Randabschnitte 7" mit dem Guß-Teil 2" verbunden ist. Durch die Beauf schlagung mit Druck wird zwischen dem Guß-Teil 2" und dem Blech- Rohling 11" ein Kanal 8" erzeugt, wie dies in Fig. 14 strichliert dargestellt ist. Der Blech-Rohling 11" ist als mäanderförmiges Band ausgebildet, das alternierend nach links bzw. rechts offene Ausnehmungen 41 aufweist. Im Bereich der Ausnehmungen 41 sind Mäander-Schleifen 42 über Metall- Bänder 43 miteinander verbunden. Die Mäander-Schleifen 42 weisen ent lang ihres Randes einen stegförmigen Randabschnitt 7" auf. Durch die Ausnehmungen 41 wird Raum geschaffen für die axial verlaufenden, in den Bohrungen 29 aufgenommenen Spannbolzen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Guß-Blech-Verbundkörpers (1; 1'; 1"), umfassend die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen einer Guß-Form (12),
b) Einlegen mindestens eines Blech-Teiles (11; 11'; 11") in die Guß-Form (12),
c) Erzeugen eines mit dem mindestens einen Blech-Teil (11; 11'; 11") verbundenen Guß-Teiles (2; 2'; 2") und
d) Druckbeaufschlagung des mindestens einen Blech-Teiles (11; 11'; 11") zur Ausbildung eines Hohlraumes (8; 8'; 8").

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Druckbeaufschlagung eine Entgratung und/oder eine spanende Bear beitung des Guß-Teiles (2; 2'; 2") erfolgt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Guß-Teil (2; 2'; 2") vor der Druckbeaufschlagung in eine Druck beaufschlagungs-Form (15; 15') zur Formgebung des Blech-Teiles (11; 11'; 11") eingelegt wird.

4. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung durch die Druckeinwir kung eines Gases oder einer Flüssigkeit auf das Blech-Teil (11; 11'; 11") erfolgt.

5. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Blech-Teil (11') aus einem ersten Blech (35) sowie einem zumindest teilweise flächig darauf angeordneten zweiten Blech (36) besteht.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Druckbeaufschlagung das erste Blech (35) von dem zweiten Blech (36) unter Bildung eines Hohlraumes (32, 33) teilweise abgehoben wird.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Blech-Teil (11") mäanderförmig ausgebildet ist.

8. Guß-Blech-Verbundkörper (1; 1'; 1") hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Guß-Blech-Verbundkörper (1') gemäß Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Guß-Blech-Verbundkörper (1') als Lagerschild aus gebildet ist.

10. Guß-Blech-Verbundkörper (1') gemäß Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Lagerschild einen integrierten Wärmetauscher (31) aufweist.