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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahrung zur Herstellung eines Scheibenrotors, hergestellt aus
einem Metall basierten Verbundmaterial mit einem Vorformling oder
einem Preform, wie er für
Scheibenbremssysteme verwendet wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Auf
dem Gebiet von Scheibenrotoren für Bremssysteme
hat sich der Übergang
von Rotormaterialien aus Gusseisen auf Leichtmetalle wie Aluminium
angesichts der Gewichtsreduzierung des Scheibenrotors beschleunigt.
Forschung und Entwicklung betreffen die Verwendung von Metall basierten
Verbundmaterialien d.h. ein Metallmatrixverbund (MMC) mit einer
Matrix aus Aluminium oder dessen Legierung und mit einem Vorformling
oder Preform, sind aktiv durchgeführt worden, um die mangelnde Festigkeit
und den Verschleißwiderstand
von Aluminium allein zu kompensieren. Ein Verfahren zur Herstellung
eines Aluminium-MMC-Rotors ist bekannt mit den Schritten eines Abstützens eines
porösen Vorformlings
in Stellung in einem Formhohlraum einer Gussform und eines Imprägnierens
des Vorformlings mit geschmolzenem Aluminium, das in den Formhohlraum
gemäß eines
Druckgussverfahrens zum Durchführen
eines Druckgießens
gegossen wird. Diese Art des Herstellungsprozess hat als eine bedeutende
wichtige Aufgabe, wie der Vorformling stabil im Formhohlraum abgestützt wird.
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In
einem Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Metallelements z.B. nach
der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 01-272725 (Seiten
1 und 2) (Kokai Publication No. 01-272725) wird ein Abschnitt eines
Gussfaserartikels (eine Art poröser
Vorformling) hergestellt, der an einen Kern oder eine Form angepasst
(oder auf ihn oder sie gesetzt) ist, sodass der angepasste Abschnitt
eine geringere Faserdichte hat als der andere Abschnitt. Durch Anpassen
des Abschnittes niedriger Dichte des Gussfaserartikels an den Kern
oder die Form, während
er ver dichtet wird, wird die Faserdichte des Gussfaserartikels über seine
Gesamtheit vereinheitlicht beim Setzen des Artikels um den Kern
und um die Form und der interessierende Gussfaserartikel wird in
einer gewünschten
Stellung im Gusshohlraum durch eine Einflusskraft gehalten, die
durch eine elastische Aktion erzeugt wird, die von der Verdichtung
herrührt, um
eine Verschiebung der Stellung des Gussfaserartikels in Folge des
Druckgießens
des geschmolzenen Metalls zu unterdrücken.
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Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-139172 (Anspruch 6)
(Kokai Publication No.2003-139172) offenbart eine Vorrichtung zur
Herstellung eines Scheibenrotors, wobei ein geschmolzenes Metall
in eine Kavität
gegossen wird und unter Druck gesetzt wird, während ein Vorformling im Formhohlraum
abgestützt
und fixiert wird, der durch eine untere Gussform und eine obere
Gussform gebildet ist, die beweglich aufeinander zu und voneinander
weg ausgebildet sind. Die Vorrichtung weist eine bewegliche Kerneinrichtung
auf, die aus einer Vielzahl von geteilten Kernsegmenten gebildet
ist, die in einer ringförmigen
Weise angeordnet sind und in einer radialen Richtung beweglich sind.
Die bewegliche Kerneinrichtung nimmt wahlweise entweder eine geöffnete oder
eine geschlossene Stellung ein, wobei in der offenen Stellung die
Mehrzahl der Kernsegmente in einer äußeren radialen Richtung beweglich
sind, um es einem Vorformling zu ermöglichen, in den Formhohlraum
eingeführt
zu werden, und in einem geschlossenen Zustand sind die Vielzahl
der Kernsegmente in einer inneren radialen Richtung beweglich, um
eine den Vorformling abstützenden
Abschnitt zum Abstützen
des äußeren Umfangs
wenigstens eines Vorformlings zu bilden.
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Zusammenfassung
der Offenbarung
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Wenn
man jedoch versucht die Technologie der japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 01-272725 bei der Herstellung eines Scheibenrotors einzusetzen,
ist es erforderlich, den Gussfaserartikel auf die Form oder den
Kern zu setzen, der einen Teil der Form bildet, während der
Artikel zusammengepresst wird. Wenn die Druckfestigkeit falsch eingestellt
wird, kann der Gussfaserartikel die Druckspannung nicht aushalten,
sodass er beschädigt
werden kann. Es ist auch erforderlich, einen Gussfaserartikel mit
einer örtlich
unterschiedlichen Faserdichte herzustellen.
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Die
Belastung und Kosten seiner Herstellung sind enorm. Dadurch ist
es nicht einfach die Technologie von der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
01-272725 auf die Herstellung eines Scheibenrotors anzuwenden.
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Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-139172 offenbart keinen
Preformbeeinflussungsmechanismus, der dafür geeignet ist, ein Verschieben
des Vorformlings infolge eines Anstiegs im Druck auf das geschmolzene
Metall durch Beeinflussen des Vorformlings mittels der Beeinflussungsfläche bei
Anwendung eines Drucks auf das geschmolzene Metall zu verhindern.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Herstellung eines Scheibenrotors bestehend aus einem
Metall basierten Verbundmaterial einem Vorformling herzustellen,
die die Stabilisierung der Preformabstützung im Gusshohlraum für den Scheibenrotor
ermöglichen,
während
die Wahrscheinlichkeit von Schäden des
Vorformlings minimiert wird. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines
Scheibenrotors bereit zustellen, in dem die Beschränkungen
eines verwendbaren Vorformlings verringert sind und eine Verbesserung
in der Herstellungseffizienz sowie eine Reduzierung in den Herstellungskosten
erreicht werden kann.
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Die
Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist (ein erster Aspekt
der vorliegenden Erfindung), beruht auf einer Vorrichtung zur Herstellung
eines Scheibenrotors, der aus einem Metall-basierten Verbundmaterial
mit einem Vorformling hergestellt ist. Vorrichtung zur umfasst eine
einen Formhohlraum bildende Gussform, die einen Hohlraum zum Gießen oder
Druckgießen
eines Scheibenrotors zur Aufnahme des Vorformlings und eines geschmolzenen
Metalls darin bildet; einen den Vorformling abstützenden Abschnitt, der an einem
Teil der den Formhohlraum bildenden Gussform vorgesehen ist, um
die Stellung des Vorformlings im Formhohlraum zu definieren; ein Druckmittel
zum unter Druck Setzen des geschmolzenen Metalls und zum Aufbringen
eines Drucks auf das geschmolzene Metall, das im Formhohlraum aufgenommen
ist; und einen Preformbeeinflussungsmechanismus, der so vorgesehen
ist, dass er relativ auf den Vorformling (4, 5)
zu und von ihm weg bewegt werden kann, der durch den den Vorformling
abstützenden
Abschnitt abge stützt
ist; wobei der Preformbeeinflussungsmechanismus eine Einflussfläche hat ,
die in unmittelbarem Kontakt mit einer flachen Fläche des
Vorformlings sein kann; wobei der Preformbeeinflussungsmechanismus
dafür bestimmt
ist, den Vorformling im Formhohlraum in Verbindung mit dem den Vorformling
abstützenden
Abschnitt zu positionieren und das Verschieben des Vorformlings
infolge eines Druckanstiegs auf das geschmolzene Metall bei Anwendung
eines Drucks auf das geschmolzene Metall durch die Druckmittel zum
unter Druck Setzen des geschmolzenen Metalls durch Beeinflussung
des Vorformlings mittels der Einflussfläche zu verhindern.
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Gemäß der Erfindung
(Vorrichtung), wie sie in Anspruch 1 definiert ist (erster Aspekt
der vorliegenden Erfindung) wird ein Positionieren des Vorformlings
im Formhohlraum durch die Zusammenarbeit zwischen einem den Vorformling
abstützenden Abschnitts,
der an einen Teil der den Formhohlraum bildenden Gussform vorgesehen
ist, und dem Preformbeeinflussungsmechanismus durchgeführt (z.B. durch
Einschieben oder Einquetschen des Vorformlings zwischen dem den
Vorformling abstützenden Abschnitt
und dem Preformbeeinflussungsmechanismus). Demgemäss kann
der Vorformling positiv in einer Stellung gehalten werden, die durch
den den Vorformling abstützenden
Abschnitt definiert ist. Da der Preformbeeinflussungsmechanismus
relativ auf den Vorformling zu und von ihm weg bewegt werden kann,
der durch den den Vorformling abstützenden Abschnitt abgestützt ist,
ist es leicht, die Zusammenarbeitsbeziehung zwischen dem Vorformling
und dem den Vorformling abstützenden
Abschnitt gleichzuhalten, wenn die Form und/oder die Größe des Vorformlings
verändert
wird (z.B. die Dicke des Vorformlings wird geändert). Der Freiheitsgrad,
um mit der Änderung
des Vorformlings fertig zu werden, ist hoch. Daher hat die vorliegende
Vorrichtung den Vorteil, dass Beschränkungen der verwendbaren Vorformlinge
verringert werden, sodass es leicht ist, mit Änderungen in der Gestaltung
des Scheibenrotors fertig zu werden.
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Das
geschmolzene Metall im Formhohlraum wird an einer Leckage daraus
dadurch gehindert, dass die Einflussfläche des Preformbeeinflussungsmechanismus
in einen unmittelbaren Kontakt mit der flachen Seite des Vorformlings
gebracht wird, der durch den den Vorformling abstützenden
Abschnitt abgestützt
ist. Ein unter Druck Setzen des geschmolzenen Metalls durch das
Druckmittel für
das geschmolzene Metall führt
dazu, dass das geschmolzene Metall den Vorformling imprägniert.
Ein Verschieben des Vorformlings infolge eines Anstiegs im Druck,
der auf das geschmolzene Metall in der Kavität angewandt wird, wird dadurch
verhindert, dass der Vorformling in einer Stellung positioniert
wird, die durch den Abschnitt zum Abstützen des Vorformlings definiert
wird, und durch die Einflussfläche
des Preformbeeinflussungsmechanismus beeinflusst wird. Da der Preformbeeinflussungsmechanismus
in einem unmittelbaren Kontakt mit dem Vorformling mittels seiner
Beeinflussungsfläche
steht, wird die Beeinflussungskraft des Preformbeeinflussungsmechanismus
nicht auf einen sehr engen Bereich des Vorformlings konzentriert.
Die Wahrscheinlichkeit eines Schadens am Vorformling durch die Beeinflussungskraft
ist sehr gering. Demgemäss
kann die vorliegende Vorrichtung die Stabilisierung der Abstützung des Vorformlings
im Gusshohlraum für
den Scheibenrotor erreichen, während
die Wahrscheinlichkeit eines Schadens am Vorformling minimiert wird.
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Die
Erfindung, wie sie in Anspruch 2 definiert ist, ist ferner dadurch
gekennzeichnet, dass die Druckmittel zum unter Drucksetzen des geschmolzenen
Metalls einen im Wesentlichen zylindrischen Druck- und Formabschnitt
zum Formen einer zentralen Ausnehmung des Scheibenrotors während des Aufbringens
eines Drucks auf das geschmolzene Metall, das im Formhohlraum aufgenommen
ist; und einen Antriebsmechanismus für den Druck- und Formabschnitt
zum Antreiben des Druck- und Formabschnitts in einer Richtung entlang
einer zentralen Achse des Formhohlraums umfassen, so dass der Druck-
und Formabschnitt auf den Formhohlraum zu und von ihm weg bewegbar
ist.
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Gemäß der Erfindung
nach Anspruch 2 kann der im Wesentlichen zylindrische Druck- und Formabschnitt
zum Formen einer zentralen Ausnehmung des Scheibenrotors auf den
Formhohlraum zu und von diesem weg entlang der zentralen Achse des Formhohlraums
mittels eines Antriebsmechanismus für den Druck- und Formabschnitt
bewegt werden. Demgemäss
wird der im Wesentlichen zylindrische Druck- und Formabschnitt in
das geschmolzene, in die Kavität
geladene Metall bewegt durch Betätigung des
Antriebsmechanismus für
den Druck- und Formabschnitt, so dass das geschmolzene Metall unter
Druck gesetzt wird. Im Ergebnis wird gleichzeitig eine Imprägnierung
des Vorformlings mit dem geschmolzenen Metall und ein Formen der
zentralen Ausnehmung des Scheibenrotors entsprechend der Form des
Druck- und Formabschnitts erreicht.
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Die
Erfindung, wie sie in Anspruch 3 definiert ist, ist ferner dadurch
gekennzeichnet, dass der Preformbeeinflussungsmechanismus Positioniermittel mit
der Einflussfläche
und einer ringförmigen
Form umfasst, die es dem Positioniermittel ermöglicht an den im Wesentlichen
zylindrischen Druck- und Formabschnitt von einer externen Stellung
angepasst zu werden, wobei die Positioniermittel in einer Richtung
entlang der zentralen Achse des Formhohlraums unabhängig vom
Druck- und Formabschnitt bewegbar sind; und einem Positioniermittelantriebsmechanismus
zum Antreiben der Positioniermittel in einer Richtung entlang der
zentralen Achse des Formhohlraums umfasst, so dass die Positioniermittel
auf den Vorformling zu und von ihm weg bewegt werden können, der
von dem den Vorformling abstützenden
Abschnitt abgestützt
ist.
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Gemäß der Erfindung
nach Anspruch 3 ist das ringförmige
Positionierelement, dass den Preformbeeinflussungsmechanismus bildet,
in einer Richtung entlang der zentralen Achse des Formhohlraums
beweglich (in einer Richtung auf den Druck- und Formabschnitt zu
und von diesem weg oder in einer Richtung auf den Vorformling, der
von dem Abschnitt zum Abstützen
des Vorformlings abgestützt ist,
zu oder weg) unabhängig
von dem im Wesentlichen zylindrischen Druck- und Formabschnitt,
der das Druckmittel zum unter Druck setzen des geschmolzenen Metalls
bildet. Demgemäss
kann ein Positionieren des Vorformlings durch unabhängiges Bewegen
des Positionierelements in eine Stellung erreicht werden, in der
die Einflussfläche
des Positionierelements in unmittelbaren Kontakt mit der flachen Seite
des Vorformlings kommt, bevor der im Wesentlichen zylindrische Druck-
und Formabschnitt betätigt wird.
Selbst wenn der Druck auf das geschmolzene Metall (das heißt der Innendruck
im Formhohlraum) allmählich
erhöht
wird, wenn der Druck- und Formabschnitt in das geschmolzene Metall
im Formhohlraum fortfährt
einzufahren, kann die Einflusskraft der Einflussfläche des
Positionierelements, das auf die flache Seite des Vorformlings angewandt
wird, im Einklang mit der Änderung
im Druck auf das geschmolzene Metall geändert werden. Damit kann die Beschädigung eines Vorformlings
positiv verhindert werden und der Vorformling kann an einer gewünschten
Stellung in Formhohlraum zurückgehalten
werden.
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Die
Erfindung, wie sie in Anspruch 4 definiert ist, ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung ferner Kontrollmittel, die elektrisch oder
mechanisch mit wenigstens dem Preformbeeinflussungsmechanismus verbunden
sind und einem Druck erfassen, der auf das geschmolzene Metall durch
die Druckmittel zum unter Druck Setzen des geschmolzenen Metalls
aufgebracht wird, zum Steuern oder Regeln einer Einflusskraft der
Einflussfläche
aufweist, die auf den Vorformling in Abhängigkeit des auf das geschmolzene
Metall aufgebrachten Drucks angewandt wird.
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Gemäß der Erfindung
nach Anspruch 4 erfasst das Kontrollmittel, das elektrisch oder
mechanisch mit wenigstens dem Preformbeeinflussungsmechanismus verbunden
ist, den Druck, der auf das geschmolzene Metall durch das Druckmittel
zum unter Druck Setzen des geschmolzenen Metall aufgebracht wird,
zum Steuern oder Regeln der Einflusskraft der Einflussfläche des
Preformbeeinflussungsmechanismus, der auf die flache Seite des durch
den Abschnitt zum Abstützen
des Vorformlings abgestützten
Vorformlings angewandt wird, in Abhängigkeit des Drucks auf das
geschmolzenen Metall. Demgemäss
kann ein geschlossener Regelkreis des Preformbeeinflussungsmechanismus
erreicht werden, so dass die Einflusskraft der Einflussfläche, die
auf die flache Seite des Vorformlings angewandt wird, in Abhängigkeit
von und als Folge der Änderung
im Druck auf das geschmolzene Metall geändert werden kann, selbst wenn
das Druckmittel zum unter Druck Setzen des geschmolzenen Metalls
den Druck auf das geschmolzene Metall, (das heißt, den Innendruck im Formhohlraum)
allmählich
erhöht.
Insbesondere kann eine Regelung erreicht werden, so dass der Druck,
der auf das geschmolzene Metall durch das Druckmittel zum unter
Druck Setzen des geschmolzenen Metalls aufgebracht wird, konstant mit
der Einflusskraft ausgeglichen wird, die auf den Vorformling durch
die Einflussfläche
des Preformbeeinflussungsmechanismus angewandt wird. Daher kann
der Vorformling in einer gewünschten
Position im Formhohlraum zurückgehalten
werden, während ein
unerwarteter Schaden des Vorformlings infolge der Differenz zwischen
dem Druck, der auf das geschmolzene Metall durch das Druckmittel
zum unter Druck Setzen des Metalls angewandt wird, und der Einfluss kraft
verhindert wird, die auf den Vorformling durch die Einflussfläche des
Preformbeeinflussungsmechanismus angewandt wird.
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Die
Erfindung, wie sie in Anspruch 5 definiert ist, ist ferner dadurch
gekennzeichnet, dass die den Formhohlraum bildende Gussform wenigstens
eine untere Gussform, die eine untere Wandung des Formhohlraums
bildet, und eine bewegliche Kerneinrichtung aufweist, die an der
unteren Gussform zur Bildung zumindest der inneren Seitenwandung
des Formholraums vorgesehen ist; dass die bewegliche Kerneinrichtung
eine Vielzahl von Kernsegmenten umfasst, die in einer ringförmigen Weise
um die zentrale Achse des Formhohlraums angeordnet sind und in radialer
Richtung des Formhohlraums beweglich sind; wobei die bewegliche
Kerneinrichtung wahlweise entweder einen expandierten Zustand einnimmt, in
dem alle Kernsegmente in einer äußeren radialen Richtung
bewegt sind, um es dem Vorformling zu ermöglichen, in den Formhohlraum
eingeführt
zu werden, oder einen zusammengefahrenen Zustand einnimmt, in dem
alle Kernsegmente in einer inneren radialen Richtung bewegt sind,
um eine innere periphere Seitenwandung des Formhohlraums zu bilden; und
dass alle oder einige der Mehrzahl der Kernsegmente an ihrem inneren
Umfang mit dem den Vorformling abstützenden Abschnitt ausgebildet
sind.
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Gemäß der Erfindung
nach Anspruch 5 weist die bewegliche Kerneinrichtung, die die innere
periphere Seitenwandung des Formhohlraums bildet, eine Mehrzahl
von Kernsegmenten auf, die in einer ringförmigen Weise um die zentrale
Achse des Formhohlraums herum angeordnet sind und in radialer Richtung
des Formhohlraums beweglich sind. Die bewegliche Kerneinrichtung
kann wahlweise entweder einen expandierten oder zusammengefahrenen Zustand
einnehmen, wobei im expandierten Zustand alle Kernsegmente in einer äußeren radialen
Richtung bewegt sind und im zusammengefahrenen Zustand alle Kernsegmente
in einer inneren radialen Richtung bewegt sind. Da alle Kernsegmente
von der zentralen Achse des Formhohlraums getrennt sind, wenn sich
die bewegliche Kerneinrichtung im expandierten Zustand befindet,
stellen die Kernsegmente und der Abschnitt zum Abstützen des
Vorformlings, der an der inneren Peripherie der Segmente angeformt
ist, kein Hindernis dar, so dass der Vorformling sanft in den Formhohlraum
eingeführt
werden kann, ohne durch die Segmente oder den Abschnitt zum Abstützen des
Vor formlings behindert zu werden. Befindet sich die bewegliche Kerneinrichtung
im zusammengefahrenem Zustand, sind alle Kernsegmente nahe der zentralen
Achse des Formhohlraums, um eine innere periphere Seitenwandung
des Formhohlraums zu bilden, und der Abschnitt zum Abstützen des
Vorformlings, der an der inneren Peripherie der Kernsegmente vorgesehen
ist, ist in der Lage die Funktion eines Positionieren des Vorformlings
im Formhohlraum in Verbindung mit dem Preformbeeinflussungsmechanismus
durchzuführen.
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Die
Erfindung, wie sie in Anspruch 6 definiert ist, beruht auf einem
Verfahren zur Herstellung eines Scheibenrotors, der aus einem Metall
basierten Verbundmaterial besteht, mit einem Vorformling unter Verwendung
einer Vorrichtung, die eine einen Formhohlraum bildende Gussform
aufweist, die den Formhohlraum zum Gießen oder Druckgießen eines Scheibenrotors
bildet, mit einem den Vorformling abstützenden Abschnitt, der an einem
Teil der den Formhohlraum bildenden Gussform vorgesehen ist, einem
Druckmittel zum unter Druck Setzen des geschmolzenen Metalls zum
Aufbringen eines Drucks auf das geschmolzene Metall, das im Formhohlraum aufgenommen
ist, und einem Preformbeeinflussungsmechanismus mit einer Einflussfläche, die
in unmittelbarem Kontakt mit einer flachen Seiten des Vorformlings
sein kann. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren
einen Vorbereitungsschritt umfasst, um die Einflussfläche des
Preformbeeinflussungsmechanismus in unmittelbarem Kontakt mit der
flachen Fläche
des Vorformlings zu bringen, der durch den den Vorformling abstützenden Abschnitt
abgestützt
ist, um den Vorformling im Formhohlraum zu positionieren; und einen
Schritt zum Aufbringen eines Drucks auf das geschmolzene Metall
umfasst, das im Formhohlraum aufgenommen ist, durch die Druckmittel
zum unter Druck Setzen des geschmolzenen Metalls; wobei beim Schritt
des Druck Aufbringens der Druck, der auf das geschmolzene Metall
durch die Druckmittel aufgebracht wird, konstant mit einer Einflusskraft
ausgeglichen wird, die auf den Vorformling durch den Preformbeeinflussungsmechanismus
angewandt wird, durch allmähliches
Erhöhen
der Kraft zum Beeinflussen der flachen Seite des Vorformlings durch
eine Einflussfläche
des Preformbeeinflussungsmechanismus in Übereinstimmung mit einem Ansteigen
des Drucks, der auf das geschmolzene Metall durch die Druckmittel
aufgebracht wird.
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Die
Erfindung nach Anspruch 6, (der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung)
beruht im allgemeinen auf einem Verfahren zur Herstellung eines Scheibenrotors,
der aus einem Metall-basierten Verbundmaterial mit einem Vorformling
hergestellt wird unter Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung eines
Scheibenrotors nach dem ersten Aspekt (Ansprüche 1 bis 5). Gemäß dem Verfahren
des Anspruch 6 wird der Druck, der auf das geschmolzene Metall durch
die Druckmittel zum unter Druck Setzen des geschmolzenen Metalls
aufgebracht wird, konstant mit der Einflusskraft ausgeglichen, die
auf den Vorformling durch den Preformbeeinflussungsmechanismus aufgebracht
wird, indem allmählich
die Einflusskraft, die auf die flache Seite des Vorformlings durch
die Einflussfläche
des Preformbeeinflussungsmechanismus angewandt wird, in Einklang
mit einem Anstieg im Druck ausgeglichen wird, der auf das geschmolzene
Metall aufgebracht wird, wenn das geschmolzene Metall im Formhohlraum
durch das Druckmittel zum unter Druck Setzen des geschmolzenen Metalls
unter Druck gesetzt wird. Demgemäß wird jeder
Druckunterschied zwischen der flachen Seite des Vorformlings, mit
dem die Einflussfläche
des Preformbeeinflussungsmechanismus in unmittelbarem Kontakt steht,
und der dazu gegenüberliegenden
Seite am Auftreten gehindert. Im Ergebnis kann der Vorformling in
einer gewünschten
Stellung in der Kavität
zurückgehalten
werden, während
eine unerwartete Schädigung
des Vorformlings in Folge einer Druckdifferenz verhindert wird.
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Weiter
bevorzugte Ausführungsformen
und zusätzliche
erfindungsgemäße Anforderungen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beschieben.
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a)
In den ersten bis sechsten Aspekten wird der Vorformling aus einem
nicht kompressiblen porösen
anorganischem gesinterten Metall hergestellt. (b) Nach dem ersten
bis sechsten Aspekt wird der Formhohlraum zum Gießen des
Scheibenrotors als eine Kavität
(Gussraum) mit einer Rotationssymmetrie gebildet, sodass die zentrale
Achse des Formhohlraums zum Gießen
des Scheibenrotors in Linie mit der des herzustellenden Scheibenrotors
ist.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zur Herstellung eines Scheibenrotors vorgesehen, der aus einem Metall basierten
Verbundmaterial hergestellt ist, mit wenigstens einem Vorformling,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine einen Formhohlraum
bildende Gussform und einen Kern umfasst, der in der Form zur Bildung
eines Formhohlraums zum Gießen
oder Druckgießen
eines Scheibenrotors angeordnet ist zur Aufnahme des Vorformlings
und des geschmolzenen Metalls; ein Druckmittel zum unter Druck Setzen
des geschmolzenen Metalls und zum Aufbringen eines Drucks auf das
geschmolzene Metall, das im Formhohlraum aufgenommen ist; einen
den Vorformling abstützenden
Abschnitt, der an einem Teil des Kerns zum Abstützen einer unteren Seite des
Vorformlings vorgesehen ist; einem Vorformling-Positioniermittel
zum Abstützen
einer oberen Seite des Vorformlings und zum Beeinflussen des Vorformlings
zwischen dem den Vorformling abstützenden Abschnitt und dem Vorformling-Positioniermittel;
einem Antriebsmechanismus für
das Vorformling-Positionierelement zum Beeinflusen des Vorformlings-Positionierelements
in Richtung auf den Vorformling; einem Drucksensor zur Erfassung
eines auf das Vorformling-Positioniermittel angewandten Drucks über den
Vorformling, der durch das geschmolzene Metall aufgebracht wird,
das in dem Formhohlraum gegossen wird und durch die Druckmittel
zum unter Druck Setzen des geschmolzenen Metalls unter Druck gesetzt
wird; eine Kontrolleinrichtung zum Steuern oder Regeln des auf den
Vorformling aufgebrachten Drucks, der durch den Antriebsmechanismus
des Vorformling-Positioniermittels mit Bezug zu Informationen über den
angewandten Druck aufgebracht wird, der von dem Drucksensor (45)
eingegeben wird.
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Gemäß der Vorrichtung
zum Herstellen eines Scheibenrotors nach dem dritten Aspekt kann eine
Stabilisierung der Abstützung
des Vorformlings im Formhohlraum zum Gießen oder Druckgießen des Scheibenrotors
erreicht werden, während
die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Vorformlings minimiert
wird. Da gemäß dieser
Herstellungsvorrichtung die Beschränkung auf die verwendbaren
Vorformlinge verringert werden und der Freiheitsgrad hoch ist, um
mit Änderungen
im Vorformling fertig zu werden, kann eine Verbesserung in der Arbeitseffizienz
und eine Verringerung an Herstellungskosten erreicht werden.
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Der
dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Vorrichtung
zur Herstellung eines Scheibenrotors vor, die ferner dadurch gekennzeichnet
ist, dass die den Formholraum bildende Gussform eine untere Gussform
und eine obere Gussform aufweist; und dass die Druckmittel zum unter
Druck Setzen des geschmolzenen Metalls in einem zentralen Abschnitt
der oberen Gussform angeordnet sind, um in den Formhohlraum bewegbar
zu sein, und dass das Vorformling-Positioniermittel eine ringförmige Form hat
und um die Druckmittel zum unter Druck Setzen des geschmolzenen
Metalls herum in der oberen Gussform angeordnet ist, um vertikal
beweglich zu sein.
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Gemäß der Vorrichtung
zur Herstellung eines Scheibenrotors kann die Vorrichtung kompakt gebaut
werden.
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Der
dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Vorrichtung
zur Herstellung eines Scheibenrotors vor, der ferner dadurch gekennzeichnet
ist, dass der Vorformling eine ringförmige Form hat; dass der den
Vorformling abstützenden
Abschnitt eine ringförmige
Oberfläche
hat, die in einen unmittelbaren Kontakt mit einem äußeren Umfang
einer unteren Seite des Vorformlings von ringförmiger Form kommt, und dass
die Vorformling-Positioniermittel eine ringförmige Oberfläche haben,
die in unmittelbarem Kontakt mit einer oberen Fläche des Vorformlings einer ringförmigen Form
kommt.
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Gemäß der Vorrichtung
zur Herstellung eines Scheibenrotors kann die Preformabstützung stabilisiert
werden, während
das geschmolzene Metall unter Druck gesetzt wird.
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Die
vorteilhaften Effekte der vorliegenden Erfindung werden wie folgt
zusammengefasst. In Übereinstimmung
mit einer Vorrichtung zur Herstellung eines Scheibenrotors wie sie
in irgendeinem der Ansprüche
1 bis 5 definiert ist, kann eine Stabilisierung der Preformabstützung im
Formhohlraum zum Gießen
des Scheibenrotors erreicht werden, während die Wahrscheinlichkeit
einer Beschädigung
des Vorformlings minimiert wird. Da gemäß dieser Herstellungsvorrichtung
die Beschränkung
am verwendbaren Vorformling geringer sind und der Freiheitsgrad hoch
ist, um mit der Änderung
in der Form des Vorformlings fertig zu werden, kann eine Verbes serung in
der Arbeitseffizienz und eine Verringerung an Herstellungskosten
erreicht werden.
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Gemäß dem Verfahren
zur Herstellung eines Scheibenrotors, wie es in Anspruch 6 definiert
ist, kann ein unerwarteter Schaden des Vorformlings infolge einer
Druckdifferenz der flachen Flächenseite des
Vorformlings, die in unmittelbarem Kontakt mit der Einflussfläche des
Preformbeeinflussungsmechanismus kommt, und ihrer gegenüberliegenden Seite
verhindert werden, indem verhindert wird, dass solch eine Druckdifferenz
entsteht, und der Vorformling kann stabil in der gewünschten
Stellung im Formhohlraum zurückgehalten
werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Schnittansicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung
eines Scheibenrotors zeigt, wenn sich die bewegliche Kerneinrichtung
im ausgefahrenen Zustand befindet;
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2 ist
eine schematische Schnittansicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung
eines Scheibenrotors zeigt, wenn sich die bewegliche Kerneinrichtung
im zusammengefahrenen Zustand befindet;
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3A ist
eine schematische Schnittansicht, die einen vergrößerten Formhohlraum
und deren Nachbarschaft der Vorrichtung zur Herstellung eines Scheibenrotors
zeigt, wenn er druckgegossen wird;
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3B ist
eine schematische Schnittansicht, die einen vergrößerten Formhohlraum
und deren Nachbarschaft der Vorrichtung zur Herstellung eines Scheibenrotors
zeigt, wenn er druckgegossen wird
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Kernsegment zeigt, das eine
bewegliche Kerneinrichtung bildet;
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5 ist
eine Ansicht von unten auf das Positionierelement; und
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Scheibenrotor des belüfteten Typs
zeigt, der hergestellt werden soll.
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Bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird mittels eines Ausführungsbeispiels beschrieben,
in dem eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines
Aluminium-MMC-Scheibenrotors mit Bezug auf die Zeichnungen dargestellt
wird.
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(Scheibenrotor)
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6 zeigt
die Zusammenfassung eines Aluminium-MMC-Scheibenrotors des ventilierten Typs,
der produziert werden soll. Der Scheibenrotor weist einen Hauptkörper 61 auf,
der im Wesentlichen scheibenförmig
ist und einen zylindrischen Abschnitt 62 mit einer Oberseite
hat, die von der oberen Oberfläche
des Hauptkörpers 61 in
dessen Mitte hervortritt. Der zylindrische Abschnitt 62 hat
einen diametrischen Schnitt (Querschnitt), der die Form eines Huts hat.
Der zylindrische Abschnitt 62 ist an seiner Innenseite
mit einer zentralen Ausnehmung (nicht gezeigt) versehen, die sich
zum Hauptkörper 61 (die
Seite des Hauptkörper 61 gegenüberliegend
zum zylindrischen Abschnitt) öffnet.
Der Hauptkörper 61 ist
mit einer Vielzahl von Belüftungslöchern 63 gebildet,
die sich zu seinem Außenumfang öffnen und
sich grundsätzlich
in seiner radialen Richtung erstrecken. Der Hauptkörper ist
an seinen äußeren und
inneren Gleitflächen
mit äußerem und
inneren Verbundmaterialabschnitten 64 bzw. 65 versehen.
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Der
hauptkörper 61 und
der zylindrische Abschnitt 62 des Scheibenrotors sind aus
Aluminium (oder seiner Legierung) (Aluminium/Legierung werden in
dieser Anmeldung der Einfachheit halber als „Aluminium" angesprochen) hergestellt, während die äußeren und
inneren Verbundmaterialabschnitte 64 und 65 durch
Imprägnieren
ringförmiger
Vorformlinge 4 und 5 (siehe 1 bis 3) mit Aluminium oder seiner Legierung
hergestellt werden. Der Vorformling kann einen porösen keramischen
gesinterten Artikel umfassen, der durch Formen oder Spritzgießen von
Keramikartikeln aus Siliziumkarbid und dergleichen und dann durch
deren Befeuerung (Sinterung) hergestellt wird, einen porösen Metalloxid-Festkörper, der
durch Formen oder Spritzgießen
von Aluminiumpartikeln und dergleichen und deren unter Druck Setzen
oder Befeuerung zur Verfestigung hergestellt ist, oder einen Gussfaserartikel,
in den anorganische Fasern aus Metall oder Keramik gegossen werden.
Die mecha nische Festigkeit und Verschleißfestigkeit der Gleitabschnitte
kann durch Bilden der Gleitabschnitte des Scheibenrotors aus Verbundmaterialabschnitten 64, 65 verbessert
werden, in denen solch ein Vorformling mit Metall imprägniert wird.
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(Vorrichtung
zur Herstellung des Scheibenrotors) Wie in den 1 und 2 gezeigt,
weist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Scheibenrotors eine
scheibenförmige
untere Gussform 10, die in der unteren Stellung der Vorrichtung
angeordnet ist, eine spezielle bewegliche Kerneinrichtung 20,
die auf der unteren Gussform 10 angeordnet ist, eine obere Gussform 30 über der
unteren Gussform und der beweglichen Kernvorrichtung, so dass die
Gussform 30 auf die untere Gussform 10 zu und
von dieser weg beweglich ist, und einen Preformbeeinflussungsmechanismus 40 auf,
der zusammen mit der oberen Gussform 30 vorgesehen ist.
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Die
untere Gussform 10 umfasst eine scheibenförmige Stützplatte 11 und
einen Hauptkörper 12 der
unteren Gussform. Der untere Gussformhauptkörper 12 ist angepasst
an und fixiert in einer Ausnehmung 11a, die in der Mitte
der Stützplatte 11 gebildet
ist und kreisförmig
ist, wenn man in der Zeichnung von oben darauf schaut. Die obere
Endseite der Stützplatte 11 ist
mit der des unteren Gussformhauptkörpers 12 bündig, um
eine bündige
horizontale Führungsfläche 16 zu
bilden. Die untere Form 10 ist auf der oberen Seite und
in deren Mitte mit einer Gussausnehmung 12b mit einer ringförmigen Stufe
(stufenförmige
Ausnehmung) 12a ausgebildet. Die Stufe 12a hat
einen Durchmesser und eine Tiefe, die im Wesentlichen den Abmessungen
eines ersten Vorformlings 4 (äußerer Vorformling) entspricht.
Der erste Vorformling 4 wird innerhalb der Stufe 12a platziert.
Eine Vielzahl von Antriebsaktuatoren 13 (vier Aktuatoren
in der vorliegenden Ausführungsform) stehen
unter der Abstützplatte 11,
so dass sie die zentrale Achse C der Vorrichtung umgeben. Die Stange 13a jedes
Antriebsaktuators ist mit der Unterseite der Abstützplatte 11 verbunden.
Die untere Form 10 ist durch diese Antriebsaktuatoren 13 horizontal
abgestützt
und wird entlang der zentralen Achse C auf und ab bewegt in Abhängigkeit
der Ausdehnung oder des Rückzugs
der Stange 13a der Aktuatoren, während sie in ihrem horizontalen
Zustand gehalten wird. Die untere Gussform 10 kann zwischen einer
oberen Stand-by-Stellung, gezeigt in Figur ner oberen Stand-by-Stellung,
gezeigt in 1, und in einer unteren Gussstellung,
gezeigt in 2, bewegt werden.
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Die
Herstellungsvorrichtung umfasst ferner eine Vielzahl (36 Stifte
in der vorliegenden Ausführungsform)
von geneigten Stiften 14, die an einem Sicherungsabschnitt
(nicht gezeigt), der unter der Abstützplatte 11 vorgesehen
ist, abgestützt
und befestigt sind. Die geneigten Stifte 14 sind in gleichmäßigem Abstand
um die zentrale Achse C der Vorrichtung angeordnet. Jeder der Stifte 14 ist
geneigt, sodass das sein oberes Ende weiter von der zentralen Achse
C in einer äußeren radialen
Richtung der unteren Gussform 10 entfernt ist. Die Stützplatte 11 ist mit
sich radial erstreckenden länglichen
Löchern oder
Nuten 15 ausgebildet, die so viele sind wie es der Anzahl
der geneigten Stifte 14 entspricht. Die Anordnung der geneigten
Stifte 14 in diesen länglichen Löchern bzw.
Nuten 15 verhindert eine Interferenz zwischen der Stützplatte 11 und
jedem geneigten Stift 14 in Folge der vertikalen Bewegung
der unteren Gussform 10.
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Gleiter 17,
die so viele sind wie es der Anzahl der geneigten Stifte 14 entspricht,
werden auf der Oberseite der unteren Gussform 10 (horizontale
Führungsfläche 16)
platziert. Die Gleiter 17 sind um die zentrale Achse C
der Vorrichtung in einem gleichmäßigen Abstand
und in radialer Weise angeordnet. Jeder Gleiter 17 ist
mit einem geneigten Führungsloch 17a ausgebildet,
dass sich hindurch erstreckt und durch das der entsprechende geneigte
Stift 14 gelegt ist. Alle Gleiter 17 sind in einer
radialen Richtung (eine Richtung auf die zentrale Achse C zu und
von dieser weg) der Vorrichtung in Synchronisation miteinander bei
einer Aufwärts- oder Abwärtsbewegung der
unteren Gussform 10 basierend auf der Führungsbeziehung zwischen den
Führungslöchern 17a und
den geneigten Stiften 14 gleitbar. Insbesondere gleitet
jeder Gleiter 17 in einer äußeren radialen Richtung (eine
Richtung weg von der zentralen Achse C), wenn sich die untere Gussform 10 aufwärts bewegt, und
gleitet in einer inneren radialen Richtung (eine Richtung auf die
zentrale Achse C zu), wenn sich die untere Gussform abwärts bewegt.
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Ein
Kernsegment ist integral mit dem Ende jedes Gleiters 17 geformt,
das der zentralen Achse C nahe ist. Wie in 4 gezeigt,
weist das Kernsegment 21 einen blockförmigen Hauptkörper 22 mit
einer vertikalen Vorderseite 23, einem vorspringenden Abstützabschnitt 24,
vorgesehen an der vertikalen Vorderseite 23, und einem
Belüftungsloch
formenden Abschnitt 25 auf, der von dem vorspringenden
Abstützabschnitt 24 in
einer Richtung nach vorne vortritt. Die obere Endseite 24a des
vorspringenden Abstützabschnitts 24 schneidet
die vertikale Vorderseite 23 im rechten Winkel. Wenn die
Kernsegmente 21 auf der horizontalen Führungsfläche 16 zusammen mit
den Gleitern 17 angeordnet sind, stellen die oberen Endseiten 24a der
vorspringenden Abstützabschnitte 24 einen
horizontalen Abschnitt zum Abstützen
des Vorformlings zur Verfügung.
Die bewegliche Kerneinrichtung wird durch die Anordnung einer Vielzahl
von Kernsegmenten 21 gebildet, die mit den Gleitern 17 in
einer ringförmigen
Weise um die zentrale Achse C herum integral sind.
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Die
bewegliche Kerneinrichtung 20 nimmt einen expandierten
Zustand oder einen zusammengefahrenen Zustand in Abhängigkeit
der Höhenanordnung
der unteren Gussform 10 ein. Das heißt, wenn alle Gleiter 17 und
die Kernsegmente 21 in einer äußeren radialen Richtung der
Vorrichtung dadurch bewegt sind, dass die untere Gussform 10 in
einer oberen Standby-Stellung gemäß 1 angeordnet
wird, nehmen sie den ausgefahrenen Zustand ein, in dem alle Kernsegmente
am weitesten von einander entfernt sind. Wenn in Gegensatz dazu
alle Gleiter 17 und die Kernsegmente 21 in eine
innere radiale Richtung dadurch bewegt sind, dass die untere Gussform 10 in
einer unteren Gussstellung gemäß 2 angeordnet
ist, nehmen sie einen zusammengefahrenen Zustand ein, in dem die
Kernsegmente 21 am nächsten
zueinander bewegt sind. Im zusammengefahrenen Zustand werden die
vertikalen Vorderseiten 23 der Kernsegmente 21 zusammengeführt, um
eine innere periphere Seitenwandung eines Formhohlraums 18 zum
Gießen
eines Scheibenrotors zu formen. Zu dieser Zeit bildet die untere
Gussform 10 die untere Wandung der Kavität 18.
Die zentrale Achse des Formhohlraums 18 ist in Linie mit
der zentralen Achse C der Vorrichtung. Andererseits sind im expandierten
Zustand alle Kernsegmente 21 bis zur äußersten Grenze ausgedehnt.
Es wird möglich
oder leicht, Vorformlinge 4, 5 aus einer externen
Stellung in einen Hohlraumbereich einzuführen, der von den Kernsegmenten 21 umgeben
ist.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, sind die obere Gussform 30 und
der Preformbeeinflussungsmechanismus 40 über der
unteren Gussform 10 und der beweglichen Kerneinrichtung 20 angeordnet.
Die obere Gussform 30 weist ein Gehäuse 31 und einen zylindrischen
Druck- und Formabschnitt 32 auf, der aus dem Boden des
Gehäuses 31 hervortritt.
Der Druck- und Formabschnitt 32 hat einen Durchmesser,
der vorbestimmt geringfügig
kleiner als der Durchmesser der zentralen Löcher der ringförmigen Vorformlinge 4, 5 ist.
Die obere Gussform 30 ist zur Wirkverbindung mit einem
oberen Gussformantriebsmechanismus 33 verbunden, so dass
die obere Gussform 30 aufwärts oder abwärts entlang
der zentralen Achse C der Vorrichtung durch den oberen Gussformantriebsmechanismus 33 bewegt
werden kann. Wenn die obere Gussform 30 sich auf oder ab bewegt,
bewegt sich der Druck- und Formabschnitt 32 in den Formhohlraum 18 hinein
oder aus dem Formhohlraum 18 heraus, der durch die untere
Gussform 10 und die bewegliche Kerneinrichtung 20 im zusammengefahrenen
Zustand definiert ist. Daher dient der obere Gussformantriebsmechanismus 33 auch
als Antriebsmechanismus für
den Druck- und Formabschnitt
zur Bewegung des Druck- und Formabschnitts 32 auf den Formhohlraum 18 zu
oder von ihm weg.
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Der
zylindrische Druck- und Formabschnitt 32 ist an seiner
Peripherie mit einem ringförmigen Positionierungselement 41 versehen.
Gemäß 5 ist
das Positionierelement 41 mit einem zentralen Loch 41a mit
einem Innendurchmesser ausgebildet, der dem Durchmesser des Druck-
und Formabschnitts 32 entspricht, und erstreckt sich durch
das Element 41. Das Positionierelement 41 ist äußerlich
an den Druck- und Formabschnitt 32 in so einer Weise angepasst,
dass der Druck- und Formabschnitt in das zentrale Loch 41a (vergleiche 1)
eingefügt
wird. Das Positionierelement 41 ist vertikal entlang dem
Druck- und Formabschnitt 32 unabhängig von dem Druck- und Formabschnitt 32 beweglich.
Das heißt,
der Druck- und Formabschnitt 32 ist, wie die Druckmittel
zum unter Druck Setzen des geschmolzenen Metalls, angeordnet im
zentralen Abschnitt der oberen Form 30, um in dem Formhohlraum
bewegbar zu sein. Das Positionierelement 41 für den Vorformling
hat eine ringförmige
Form und ist um den Druck- und Formabschnitt 32 in der
oberen Gussform 10 angeordnet, um vertikal bewegbar zu
sein. Das Positionierelement 41 hat einen Durchmesser,
der vorbestimmt ist, um im Wesentlichen dem des Formhohlraum 18 zu
entsprechen, der durch die zusammengefahrene bewegliche raum 18 zu
entsprechen, der durch die zusammengefahrene bewegliche Kerneinrichtung 20 definiert
ist (das heißt,
der Abstand zwischen den vertikalen Vorderseiten 23 von
zwei Kernsegmenten 21, die einander radial gegenüberliegen).
Selbst wenn sich demgemäß die bewegliche
Kerneinrichtung 20 in einem zusammengefahrenen Zustand
befindet, ist das Positionierelement 41 vertikal entlang
der inneren umfangsmäßigen Seitenwandung
des Formhohlraums 18 gleitbar, die durch die bewegliche
Kerneinrichtung 20 definiert ist. Das Positionierelement 41 ist
an seiner unteren Seite mit einer vorzugsweise ebenen Einflussfläche 41b ausgebildet,
die in unmittelbaren Kontakt mit der oberen flachen Seite des zweiten Vorformlings 5 (innerer
Vorformling) ist. Die Einflussfläche 41b des
Positionierelements 41 hat eine identische Größe und Form
wie die obere flache Seite des zweiten Vorformlings 5,
so dass sie in vollem Kontakt miteinander sein können.
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Die
hydraulischen Aktuatoren 42 und eine Betätigungsplatte 43,
die von den hydraulischen Aktuatoren 42 aufwärts oder
abwärts
bewegt wird, sind im Gehäuse 31 der
oberen Gussform vorgesehen. Eine Vielzahl von Betätigungsstangen 44 (vier
Stangen in der vorliegenden Ausführungsform),
die nach unten aus der unteren Seite des Gehäuses 31 hervortreten,
sind an der Betätigungsplatte 43 befestigt. Das
Positionierelement 41 ist mit der Betätigungsplatte 43 über die
Betätigungsstange 44 verknüpft. Die
Betätigungsplatten 43 hindern
das Positionierelement 41 am Herabfallen vom Druck- und Formabschnitt 32 und übertragen
auf das Positionierelement 41 eine Druckkraft, die von
einer Hydraulikdruckversorgung von einer Hydraulikpumpe P auf die Hydraulikaktuatoren 42 erzeugt
wird. Demgemäss bilden
der Hydraulikaktuator 42, die Betätigungsplatte 43,
die Betätigungsstangen 44 und
die Hydraulikpumpe P einen Antriebsmechanismus für das Positionierelement, der
das Positionierelement 41 in einer Richtung auf die zentral
Achse C antreibt. Der Antriebsmechanismus für das Positionierelement und das
Positionierelement 41 bilden den Preformbeeinflussungsmechanismus 40.
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Diese
Herstellungsvorrichtung umfasst ferner Kontrollmittel mit einem
Sensor 45 zum Messen des aufgebrachten Drucks, der im oberen
Gussformantriebsmechanismus 33 mitumfasst ist, und eine Kontrolleinrichtung 46 mit
einem darin befindlichen Mikrocomputer. Der Drucksensor 45 erfasst
einen Druck, der von der oberen Gussform 30 aufgebracht wird,
das heißt,
einen Druck der auf das geschmolzene Metall im Formhohlraum durch
den Druck- und Formabschnitt 32 aufgebracht wird, basierend
auf der Größe der mechanischen
Last, wenn der obere Gussformantriebsmechanismus 33 betätigt wird,
und wandelt den erfassten Druck in ein elektrisches Signal um und
gibt ihn an die Kontrolleinrichtung 46 aus. Die Kontrolleinrichtung 46 ist
elektrisch mit dem oberen Gussformantriebsmechanismus 33 und
der Hydraulikpumpe P zur elektrischen Steuerung oder Regelung derselben
verbunden, um eine Folgeregelung der Anordnung der oberen Gussform 30 und
des Positionierelements 41 in Übereinstimmung mit dem Herstellungsablauf
der Scheibenrotoren durchzuführen.
Die Kontrolleinrichtung 46 führt eine geschlossene Regelung
der Fördermenge
der Hydraulikpumpe P durch, das heißt, der Druck des Positionierelements 41,
der von den hydraulischen Aktuatoren 42 hinsichtlich der
Informationen über
den Druck erzeugt wird, der von der oberen Gussform 30 aufgebracht
wird, wird vom Drucksensor 45 eingegeben, wenn ein Druck
auf das geschmolzene Metall durch den Druck- und Formabschnitt 32 der
oberen Gussform aufgebracht wird.
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(Verfahren
zur Herstellung eines Scheibenrotors) Ein Verfahren zur Herstellung
eines Scheibenrotors durch die oben genannte Herstellungsvorrichtung
wird jetzt beschrieben. Als Vorbereitung des Betriebs der Vorrichtung
werden der untere Gussformhauptkörper 12,
der Druck- und Formabschnitt 32 der oberen Gussform und
die ersten und zweiten Vorformlinge 4,5 zur Bildung
der äußeren und
inneren Verbundmaterialabschnitte 64, 65 des Scheibenrotors
bis zu einer vorbestimmten Temperatur (z.B. 200 bis 500 °C) aufgeheizt.
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Wenn
die ersten und zweiten Vorformlinge 4,5 in Stellung
in der Vorrichtung gebracht sind, wie in 1 gezeigt,
wird die untere Gussform 10 nach oben in eine obere Standby
Stellung durch die Antriebsaktuatoren 13 bewegt und die
bewegliche Kerneinrichtung 20 wird in einen expandierten
Zustand gebracht, indem die Gleiter 17 und die Kernsegmente 21 in
eine äußere radiale
Richtung hinsichtlich des unteren Gussformhauptkörpers 12 bewegt sind,
während
die obere Gussform 30 nach oben von der unteren Gussform 10 und
von der beweglichen Kerneinrichtung 20 getrennt ist. Da
alle Kernsegmente 21 von der zentralen Achse C im auseinandergefahrenen
Zustand entfernt sind, werden die inneren peripheren Vorsprünge (24, 25)
jedes Kernsegments 21 nicht zum Hindernis, so dass die
Vorformlinge 4,5 in den zentralen Bereich der
beweglichen Kerneinrichtung 20 eingeführt werden können. Dann
wird der erste Vorformling auf der Stufe 12a des unteren Gussformhauptkörpers unter
Verwendung eines Roboterarms (nicht gezeigt) platziert. Der zweite
Vorformling wird auf einer Ebene im Abstand über dem ersten Vorformling 4 durch
den Roboterarm gehalten. Während
der zweite Vorformling auf solch einer Höhe gehalten wird, wird die
untere Form 10 durch die Antriebsaktuatoren 13 nach
unten bewegt, so dass die bewegliche Kerneinrichtung 20 in
einen zusammengefahrenen Zustand gebracht wird, in dem die Gleiter 17 und
die Kernsegmente 21 in einer inneren radialen Richtung
relativ zum unteren Gussformhauptkörper 12 bewegt sind.
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Dann
wird, wie in 2 gezeigt, ein Teil jedes Kernsegments 21 auf
die Oberseite des ersten Vorformlings 4 bewegt. Die umfangsmäßige Kante der
Oberseite des Vorformlings 4 wird von den Kernsegmenten 21 so
beeinflusst, dass der Vorformling 4 von der Stufe 12a des
unteren Gussformhauptkörpers
nicht gelöst
werden kann (nicht bewegbar in vertikaler Richtung). In Synchronisation
damit wird die innere periphere Wandung des Gusshohlraums 18 zum
Gießen
des Scheibenrotors durch die vertikalen Vorderseiten 23 der
Kernsegmente 21 definiert, die in einer Stellung versammelt
sind, die in einem vorgegebenen Abstand von der zentralen Achse
C angeordnet ist, so dass der Formhohlraum 18, der sich nach
oben öffnet,
erscheint und der vorspringende Stützabschnitt des Kernsegments 21 nach
innen unter die äußere umfangsmäßige Kante
des zweiten Vorformlings 5 bewegt wird, der von dem Roboterarm gehalten
ist. Die äußere periphere
Kante des zweiten Vorformlings 5 wird auf der oberen Endseite 24a des vorspringenden
Stützabschnittes
jedes Kernsegments durch Trennung des Vorformlings 5 vom
Roboterarm platziert. Nachfolgend wird der Roboterarm aus dem Formhohlraum 18 entfernt.
Die vorgenannte Betriebsweise ermöglicht eine feste Positionierung des
ersten Vorformlings 4 und die vorläufige Positionierung des zweiten
Vorformlings 5 innerhalb des zu vervollständigenden
Formhohlraums 18.
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Anschließend wird
ein geschmolzenes Metall aus Aluminium oder seinen Legierungen,
die eine Matrix aus MMC wird, in den Formhohlraum 18 mittels
eines Gießmechanismus
(nicht gezeigt) gegossen (vergleiche 3A ) Das
ge schmolzene Metall wird in den Formhohlraum 18 geladen,
bis es die Höhe
des zweiten Vorformlings 5 erreicht. Daraufhin wird die
obere Gussform 30 auf die untere Gussform 10 und
die bewegliche Kerneinrichtung 20 hin bewegt, während die
Achse des Druck- und Formabschnittes 32 mit der zentralen
Achse 32C des Formhohlraum 18 in Übereinstimmung
gebracht wird. Dann werden, wie in 3A gezeigt,
die obere Gussform 30 und der ihr zugeordnete Preformbeeinflussungsmechanismus 40 durch
den oberen Gussformantriebsmechanismus 33 nach unten bewegt, um
dafür zu
sorgen, dass die Einflussfläche 41b des Positionierelements 41 sich
an der Oberseite (flache Fläche)
des zweiten Vorformlings 5 abstützt. Die periphere Kante des
zweiten Vorformlings 5 wird dann zwischen der äußeren peripheren
Kante der Einflussfläche 41b und
der oberen Endseite 24a des vorspringenden Stützabschnitts
jedes Kernsegments 21 eingeklemmt, so dass sich der Vorformling 5 nicht vertikal
bewegen kann. Damit ist der Vorformling 5 fest in der Kavität 18 positioniert.
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Dass
heißt,
die obere Endseite 24a jedes Kernsegments (der Stützabschnitt
für den
Vorformling 5) hat eine ringförmige Oberfläche, die
in unmittelbaren Kontakt mit einem äußeren Umfang einer unteren
Seite des Vorformling 5 mit ringförmiger Form kommt. Das Positionierelement 41 hat
eine ringförmige
Oberfläche
, die in einen unmittelbaren Kontakt mit einer vollen oberen Fläche des
Vorformlings 5 mit ringförmiger Form kommt.
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Wenn
eine feste Positionierung des zweiten Vorformlings 5 durch
das Positionierelement 41 abgeschlossen ist, wird der äußere Umfang
des Positionierelements 41 in engen Kontakt mit den vertikalen Vorderseiten 23 (4)
jedes Kernsegments 21 gebracht und die Unterseite des Druck-
und Formabschnitts 32 der oberen Gießform schließt das zentrale
Loch 41a des Positionierelements und wird in das zentrale
Loch des zweiten Vorformlings 5 bewegt und darin angeordnet.
Als Folge davon, wird der Formhohlraum 18, der mit dem
geschmolzenen Metall gefüllt
ist, hermetisch abgedichtet (die Form umfassend die untere Gießform 10,
Kern 20 und obere Gussform 30 wird geschlossen),
so dass die Anwendung eines Drucks auf das geschmolzene Metall vorbereitet
worden ist (vergleiche 3A).
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Im
Folgenden wird der Druck- und Formabschnitt 32 der oberen
Gussform tief in den Formhohlraum 18 zum Aufbringen eines Drucks
auf das geschmolzene Metall durch eine weitere Bewegung der oberen
Gussform 30 nach unten mittels des oberen Gussformantriebsmechanismus 33 bewegt, wie
in 3B gezeigt. Da der Formhohlraum 18, wie oben
erwähnt,
hermetisch abgedichtet ist, wird das geschmolzene Metall gezwungen,
in die Innenseite der Vorformlinge 4, 5 einzudringen
und der Druck, der auf das geschmolzene Metall aufgebracht wird, (das
heißt,
der Innendruck im Formhohlraum 18) wird allmählich erhöht, wenn
der Druck- und Formabschnitt 32 in den Formhohlraum 18 bewegt wird.
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Zu
diesem Zeitpunkt erfasst der angewandte Drucksensor 45 den
Druck, der auf das geschmolzene Metall aufgebracht wird (das heißt, den
Innendruck innerhalb des Formhohlraums 18), der auf der Größe der mechanischen
Last des oberen Gussformantriebsmechanismus 33 basiert,
der als eine Folge der Reaktion des Drucks erzeugt wird, der auf
das geschmolzene Metall durch den Druck- und Formabschnitt 32 aufgebracht
wird. Die Kontrolleinrichtung 46 ändert die Kraft, die auf den
zweiten Vorformling 5 durch das Positionierelement 41 aufgebracht
wird, durch Anpassen der Leistung der Hydraulikpumpe P in Übereinstimmung
mit der Änderung
im Druck, der auf das geschmolzene Metall aufgebracht wird und der
durch den angewandten Drucksensor 45 nach dem Schritt der
Druckaufbringung erfasst wird. Der geschlossene Regelkreis der Kapazität oder Fördermenge
der Hydraulikpumpe P (das heißt,
der Einflusskraft des Positionselements 41) wird insbesondere
so durchgeführt,
dass der Druck des geschmolzenen Metalls, der auf den zweiten Vorformling 5 in
einer Richtung einwirkt, um ihn vom vorspringenden Stützabschnitt 24 abzuheben, konstant
gleich dem Druck ist, der auf die obere Seite des zweiten Vorformlings 5 von
der Einflussfläche 41b des
Positionierelements aufgebracht wird, der in eine Richtung entgegen
der des Anhebdrucks während
des Schritts wirkt, indem der Druck aufgebracht wird ( Druckerhöhungsschritt).
Damit wird ein Verschieben des zweiten Vorformlings 5 infolge
seines Anhebens am Auftreten gehindert, ohne dass der zweite Vorformling 5 beschädigt wird,
in dem die Druckdifferenz zwischen der oberen und der unteren Seite
des zweiten Vorformlings 5 am Auftreten gehindert wird.
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Wenn
der Druck, der auf das geschmolzene Metall angewandt wird, (der
Innendruck im Formhohlraum 18) einen vorgegebenen gewünschten Wert
erreicht, wird die Abwärtsbewegung
der oberen Gussform 30 gestoppt, um das Ansteigen des Innendrucks
im Formhohlraum zu stoppen und um auch das Ansteigen des Druck szu
stoppen, der auf die obere Seite des zweiten Vorformlings 5 von
der Einflussfläche 41b des
Positionierelements aufgebracht wird. Danach wird der Druckzustand
aufrecht erhalten, bis das geschmolzene Metall vollständig verfestigt
ist. Nach Beendigung der Verfestigung werden die obere Gussform 30 und
der Preformbeeinflussungsmechanismus 40 nach oben von der
unteren Gussform 10 und der beweglichen Kerneinrichtung 20 angehoben
und die untere Gussform 10 wird von der unteren Gussstellung
in die obere Standby Stellung überführt, um
die bewegliche Kerneinrichtung 20 auseinander zu fahren
(d.h., die Gussform wird geöffnet.)
Dies ermöglicht
es, den druckgegossenen Artikel (das Scheibenrotor-Zwischenprodukt)
zu entfernen. Der druckgegossene Artikel hat eine Vielzahl von Belüftungslochabschnitten,
die Zeichen der Abschnitte 25 jedes Kernsegments sind,
die die Lüftungslöcher formen,
und eine zentrale Ausnehmung, die ein Zeichen des Druck- und Formabschnittes 32 sind.
Ein Aluminium-MMC-Scheibenrotor, der in 6 als Endprodukt
gezeigt ist, kann erhalten werden, indem der Gussartikel von der
Vorrichtung entfernt einer Nachbearbeitung wie z.B. einem Oberflächenschleifen
und Polieren unterworden wird.
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(Effekte der Ausführungsform)
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Die
Vorformlinge 4,5 die aus porösem Metall hergestellt sind,
um die Verbundmaterialabschnitte 64,65 des Scheibenrotors
zu bilden, ein spezifisches Gewicht haben, das im Allgemeinen leichter
ist als das des geschmolzenen Metalls, können die Vorformlinge ( insbesondere
der zweite Vorformling im Ausführungsbeispiel)
im Formhohlraum 18 angehoben werden, was zu seiner Verschiebung
führt,
wenn ein Druck auf das geschmolzene Metall aufgebracht wird, um
die Vorformlinge mit dem geschmolzenen Metall zu imprägnieren.
Demgegenüber
wird in der vorliegenden Ausführungsform
der Druck, der auf das geschmolzene Metall durch den Druck- und Formabschnitt 32 aufgebracht
wird, konstant ausgeglichen mit der Einflusskraft, die auf den Vorformling 5 durch
das Positionselement 41 mittels der Einflussfläche 41b des
Positionierelements des Preformbeeinflussungsmechanismus 40 aufgebracht wird,
indem allmählich
die Kraft zur Beeinflussung der Oberseite des zweiten Vorformlings 5 in Übereinstimmung mit
einem Anwachsen im Druck erhöht
wird, der auf das geschmolzene Metall angewandt wird, wenn ein Druck
auf das geschmolzene, in dem Formhohlraum 18 aufgenommene
Metall durch den Druck- und Formabschnitt 32 der oberen
Gussform aufgebracht wird. Daher wird verhindert, dass eine Druckdifferenz zwischen
der Oberseite und der Unterseite des Vorformlings 5 auftritt.
Der Vorformling 5 kann in der gewünschten Stellung im Formhohlraum 18 zurückgehalten
werden, während
eine Beschädigung
des Vorformlings 5 infolge der Druckdifferenz verhindert
wird.
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Da
Positionierelement 41, das den Preformbeeinflussungsmechanismus 40 bildet,
in unmittelbarem Kontakt mit dem zweiten Vorformling 5 über die Einflussfläche 41b ist,
ist die Einflusskraft vom Preformbeeinflussungsmechanismus 40 nicht
auf einen örtlich
begrenzten Bereich des zweiten Vorformlings 5 konzentriert.
Daher besteht keine Gefahr, dass der Preformbeeinflussungsmechanismus 40 den
zweiten Vorformling 5 beschädigt.
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Da
das Positionierelement 41, dass den Preformbeeinflussungsmechanismus 40 bildet,
auf den zweiten Vorformling 5 zu und von ihm weg bewegt werden
kann, der vom vorspringenden Stützabschnitt 24 jedes
Kernsegments 21 abgestützt
ist, wird die Funktion des Positionierelements 41, den
zweiten Vorformling 5 in Zusammenarbeit mit jedem vorspringenden
Stützabschnitt 24 einzuklemmen
und zu halten, nicht beeinträchtigt,
wenn die Stärke
z.B. des zweiten Vorformlings 5 verändert wird. Das heißt, die Herstellungsvorrichtung
der vorliegenden Ausführungsform
hat einen hohen Freiheitsgrad, um mit einer Änderung der Stärke des
Vorformlings 5 fertig zu werden, und es ist leicht, mit Änderungen
in der Gestaltung des Scheibenrotors fertig zu werden. Die Vorrichtung
ermöglicht
es, mit Änderungen
der Stärke
des ersten Vorformlings 4 durch Austauschen des unteren
Gussformhauptkörpers 12 mit
einem neuem Hauptkörper 12 leicht
fertig zu werden, der eine Stufe 12a mit einer Tiefe hat,
die der Stärke
des ersten Vorformlings 4 entspricht.
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(Modifikation)
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Die
vorausgegangene Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann wie folgt modifiziert werden.
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Obwohl
der angewandte Drucksensor 45, der im oberen Gussformantriebsmechanismus 33 umfasst
ist, in der vorausgegangenen Ausführungsform verwendet wird,
können
Druckertassungsmittel, die unmittelbar den auf das geschmolzene
Metall aufgebrachten Druck erfassen, an der Innenwandung des Formhohlraums
vorgesehen werden (z.B. am unteren Gussformhauptkörper 12).
Obwohl ein Verfahren zur Herstellung eines Scheibenrotors der belüfteten Art
mit einer Vielzahl von Belüftungslöchern 63 im
vorausgegangenen Ausführungsbeispiel
beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung auch auf eine
Vorrichtung zur Herstellung eines üblichen Scheibenrotors der
soliden Art ohne Belüftungslöcher angewandt
werden und ebenso auf ein Verfahren zur Herstellung derselben. In
diesem Fall kann eine bewegliche Kerneinrichtung 20 verwendet werden,
in der die Belüftungslöcher formenden
Vorsprünge 25 von
jedem Kernsegment 21 entfernt sind.
-
Es
ist zu bemerken, dass andere Aufgaben, Merkmale und Aspekte der
vorliegenden Erfindung in der gesamten Offenbarung offensichtlich
werden und dass Änderungen
von den offenbarten Ausführungsbeispielen
vorgenommen werden können,
ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie sie in den
beigefügten
Ansprüchen
beansprucht ist, zu verlassen.
-
Es
ist auch zu bemerken, dass jede Kombination der offenbarten und/oder
beanspruchten Elemente, Inhalte und/oder Gegenstände unter die zuvor genannten
Modifikationen fallen kann.