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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Druckgussteilen,
bei welchem vor einem Befüllen einer Druckgussform mit
einem ersten Gussmaterial mindestens ein Einlegeteil in der Druckgussform
angeordnet wird.
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Aus
der
DE 103 35 911
A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Druckgussteilen
bekannt, bei welchem ein hohles, mittels Innenhochdruckumformung
hergestelltes Einlegeteil in einer mit Gussmaterial zu befüllenden
Druckgussform angeordnet wird. Dabei ist zur Abstützung
gegen ein Kollabieren des Einlegeteils während der Befüllung
der Druckgussform mit dem Gussmaterial ein den Hohlraum des Einlegeteils
zumindest teilweise einnehmendes Medium vorgesehen, wobei das Medium
rieselfähig, auflösbar und/oder fließfähig
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem
Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung von Druckgussteilen
anzugeben, mittels welchem komplexe Druckgussteile hoher Güte
herstellbar sind.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren
gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale
aufweist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung
von Druckgussteilen wird vor einem Befüllen einer Druckgussform
mit einem ersten Gussmaterial mindestens ein Einlegeteil in der
Druckgussform angeordnet. Erfindungsgemäß wird
zur Bildung des Einlegeteiles in einem vorangegangenen Gussprozess
auf einen Kern ein zweites Gussmaterial den Kern allseitig umschließend
aufgebracht.
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Aus
der Erzeugung des Einlegeteils in dem Gussprozess resultiert insbesondere
der Vorteil, dass komplexe Formen, wie beispielsweise Hinterschneidungen
oder Bohrungen bzw. Kanalkonturen in beliebigen Querschnittsgeometrien,
beispielsweise quadratisch, rechteckig, dreieckig, trapezförmig, rund
oder elliptisch, direkt durch die entsprechende Ausgestaltung des
Kerns am Einlegeteil erzeugbar sind und somit auch auf einfache
Art und Weise en einem späteren Druckgussteil. Folglich
sind in gewinnbringender Weise keine aufwändigen mechanischen Bearbeitungen
der Druckgussteile notwendig, woraus eine Zeit- und Kostenersparnis
resultiert. Prinzipiell sind dabei zur Erzeugung des Einlegeteils
alle Gussprozesse anwendbar, vorzugsweise sind jedoch Sand- oder
Kokillengießen oder auch Druckgießen besonders
geeignet, da sie eine weitgehende Gestaltungsfreiheit hinsichtlich
der Geometrie des Einlegeteils mit den wirtschaftlichen Vorteilen
des entsprechenden Gussprozesses vorteilhaft verbinden und gleichzeitig
die Wahl eines entsprechendes Gussmaterials nicht wesentlich einschränken.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden das Einlegeteil und das Druckgussteil aus dem
gleichen Gussmaterial gebildet, so dass das Einlegeteil und das
Druckgussteil den gleichen Elastizitätsmodul aufweisen. Daraus
resultiert wiederum der Vorteil, dass Spannungen im Druckgussteil
minimiert werden und aufgrund der Homogenität des Gussmaterials
eine Beschädigung der Verbindungsstelle zwischen dem Einlegeteil
und dem Druckgussteil bei mechanischer Bearbeitung vermieden wird.
Auch ist bei einem Recycling des Materials keine zusätzliche
Materialtrennung erforderlich.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher
erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 schematisch
ein Druckgussteil,
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2 schematisch
eine Schnittdarstellung des Druckgussteiles mit einem integrierten
Kanal,
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3A schematisch
einen Sandkern,
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3B schematisch
ein Einlegeteil,
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3C schematisch
eine Teilschnittdarstellung des Einlegeteiles gemäß 3B,
und
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4 schematisch
das in das Druckgussteil eingebrachte Einlegeteil.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 stellt
ein in einem Druckgussprozess erzeugtes Druckgussteil 1 dar,
bei welchem es sich um ein Kupplungsgehäuse eines Fahrzeuges
handelt. Alternativ sind auch weitere Druckgussteile mittels des
im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens
und dessen Weiterbildungen erzeugbar. Das Druckgussteil 1 ist
dabei einteilig ausgebildet und weist viele Konturen auf, welche
durch die Anwendung eines Druckgussverfahrens bei der Herstellung
des Druckgussteiles 1 einfach und sehr genau realisierbar
sind.
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Das
Druckgussteil 1 ist aus einem ersten Gussmaterial, vorzugsweise
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Alternativ
sind in Abhängigkeit von einer vorgesehenen Verwendung des
Druckgussteiles 1 auch andere Gussmaterialien, wie z. B.
Zink oder Magnesium, zu dessen Bildung im Druckgussverfahren anwendbar.
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Das
Druckgussteil 1 weist drei Kanäle K1 bis K3 auf,
bei welchen es sich bei der dargestellten Ausbildung des Druckgussteiles 1 als
Kupplungsgehäuse insbesondere um jeweils einen Druck-,
Saug- und Injektorkanal handelt.
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2 zeigt
eine Schnittdarstellung eines Ausschnittes des Druckgussteiles 1,
wobei ein interner Verlauf des dritten Kanals K3 dargestellt ist.
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Die
Kanäle K1 bis K3 werden in Form eines so genannten Einlegeteiles 2,
welches in 3B näher dargestellt
ist, während des Druckgussprozesses zur Erzeugung des Druckgussteiles 1 in
dieses eingebracht.
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Bei
dem Einlegeteil 2 handelt es sich ebenfalls um ein Gussteil,
welches in einem dem eigentlichen Druckgussprozess zur Herstellung
des Druckgussteiles 1 vorangegangenen ersten Gussprozess erzeugt
wird. Durch die Herstellung des Einlegeteiles 2 in dem
ersten Gussprozess ist eine strömungsgünstige
Auslegung und Optimierung der Kanäle K1 bis K3 möglich.
Dabei wird im vorangegangenen ersten Gussprozess auf in 3A dargestellte
Kerne 3.1 bis 3.3 ein zweites Gussmaterial aufgebracht,
so dass die Kerne 3.1 bis 3.3 allseitig von dem
zweiten Gussmaterial umgeben und somit verschlossen sind.
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Die
Kerne 3.1 bis 3.3 sind dabei vorzugsweise aus
Sand gebildet, können grundsätzlich aber auch
aus gängigen bekannten Kernmaterialien, wie beispielsweise
Salz oder ausschmelzbaren Metallen, gebildet sein. Die jeweiligen
Kerne 3.1 bis 3.3 werden in allgemein bekannten
und wirtschaftlichen Kernherstellungsverfahren, beispielsweise mittels
Kernschießen oder einem Sinterverfahren, hergestellt. Alternativ
können die Kerne 3.1 bis 3.3 auch in
einem so genannten Croning-Verfahren oder Maskenformgießen erzeugt
werden, wobei durch dieses eine sehr hohe Gussqualität
erzielt wird.
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Um
die feingliedrigen Kerne 3.1 bis 3.3 gegeneinander
zu stabilisieren, werden Drahtstifte 4, im dargestellten
Ausführungsbeispiel Runddrahtstifte aus Aluminium, an den
Enden, den so genannten Kernmarken oder Kernlagern, der Kerne 3.1 bis 3.3 eingebracht.
Dabei werden die Drahtstifte 4 sowohl als Verbindung zwischen
den Kernen 3.1 bis 3.3 als auch senkrecht in die
Enden eingebracht, so dass diese zur Fixierung der Kerne 3.1 bis 3.3 zueinander und
einer Vermeidung eines Aufschwimmens der Kerne 3.1 bis 3.3 in
einer nicht näher dargestellten Kanalkonturgussform während
des Gussprozesses des Einlegeteils 2 dienen.
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Während
des ersten Gussprozesses, d. h. bei der Herstellung des Einlegeteils 2,
zerfällt der aus Sand gebildete Kern 3.1 bis 3.3 in
seine Bestandteile und wird rieselfähig, so dass der Sand
aus den erzeugten Kanälen K1 bis K3 entweichen könnte.
Um eine hohe Stabilität des Einlegeteils 2 während
des eigentlichen Druckgussprozesses zur Herstellung des Druckgussbauteiles 1 sicherzustellen
und somit eine Verformung des Einlegeteiles 2 und somit
der Struktur der Kanäle K1 bis K3 zu vermeiden, sind die Kerne 3.1 bis 3.3 wie
bereits beschrieben vollständig mit dem zweiten Gussmaterial
umhüllt, so dass ein Entweichen des Sandes aus dem Einlegeteil 2 vermieden
wird.
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Zur
Bildung des Druckgussteiles 1 gemäß 1,
d. h. zur Integration der Kanäle K1 bis K3 in das Druckgussteil 1,
wird vor einem Befüllen einer nicht näher dargestellten
Druckgussform mit dem ersten Gussmaterial während des eigentlichen Druckgussprozesses
das in 3B dargestellte Einlegeteil 2 in
der Druckgussform angeordnet, wobei zumindest ein Teil der Drahtstifte 4 zur
Fixierung und/oder Ausrichtung des Einlegeteiles 2 in der Druckgussform
dienen. Nicht erforderliche Drahtstifte 4 können
vor der Anordnung des Einlegeteils 2 in der Druckgussform
mechanisch entfernt werden.
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In 3C ist
eine Teilschnittdarstellung des Einlegeteiles 2 gezeigt,
wobei die während des eigentlichen Druckgussprozesses zur
Herstellung des Druckgussteiles 1 in dem Einlegeteil 2 verbleibenden Kerne 3.1 bis 3.3 das
Einlegeteil 2 stabilisieren und somit die Verformung des
Einlegeteiles 2 und eine Zerstörung von dessen
Struktur vermieden werden.
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Bei
der Erzeugung des Druckgussteiles 1 aus dem ersten Gussmaterial
wird das zweite Gussmaterial, aus welchem das Einlegeteil 2 gebildet
ist, bis zu einer vorgegebenen Tiefe angeschmolzen, so dass zwischen
dem Einlegeteil 2 und dem Druckgussteil 1 eine
stoffschlüssige Verbindung entsteht.
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Um
ein zu weites Aufschmelzen der Oberfläche und somit eine
Verringerung der Festigkeit des Einlegeteiles 2 sowie eine
Verformung desselben zu vermeiden, wird die Wanddicke d auf die
Prozessparameter des eigentlichen Druckgussprozesses zur Herstellung
des Druckgussbauteiles 1, beispielsweise die Prozess- bzw.
Gießtemperatur, angepasst. Dadurch wird weiterhin ein die
Strömungsverhältnisse der Kanäle K1 bis
K3 negativ beeinflussendes Einschmelzen des die Kerne 3.1 bis 3.3 bildenden
Sandes in das zweite Gussmaterial des Einlegeteiles 2 vermieden.
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In
vorteilhafter Weise wird für das Einlegeteil 2 und
das Druckgussteil 1 das gleiche Gussmaterial verwendet,
so dass beide Teile ein homogenes Bauteil ergeben und an der Fügestelle
keine Spannungen auftreten. Alternativ ist es ebenso vorteilhaft
im Wesentlichen gleiche Gussmaterialien zu verwenden, welche sich
in ihren chemischen Zusammensetzungen, sowie in ihren physikalischen
und/oder mechanischen Eigenschaften ähnlich sind, zu verwenden,
wodurch sich ebenso ein homogenes Bauteil ergibt und an der Fügestelle
keine Spannungen bzw. lediglich sehr geringe Spannungen auftreten.
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Um
eine verbesserte Verbindung zwischen dem Einlegeteil 2 und
dem Druckgussteil 1 zu erzielen, wird in die Oberfläche
des Einlegeteiles 2 vorzugsweise zusätzlich eine
Struktur, beispielsweise ein Waffelmuster, eingebracht, um die Oberfläche des
Einlegeteiles 2 zu vergrößern.
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4 stellt
das Druckgussteil 1 mit dem in dieses eingebrachten Einlegeteil 2 dar,
wobei über das Druckgussteil 1 hinausragende Endbereiche
E1 und E2 des Einlegeteiles 2 und die in diesen angeordneten
Drahtstifte 4 nach einem Entnehmen des Druckgussteiles 1 aus
der Druckgussform mechanisch abgetrennt werden.
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Dadurch
kann der rieselfähige Sand aus dem Einlegeteil 2,
d. h. aus den Kanälen K1 bis K3 entweichen, wobei sowohl
der Sand als auch das abgetrennte zweite Druckgussmaterial des Einlegeteils 2 wieder
verwendbar sind und somit als Kreislaufmaterial der Herstellung
der Kerne 3.1 bis 3.3 bzw. des Einlegeteils 2 zugeführt
werden.
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In
einem abschließenden Schritt, insbesondere vor einer weiteren
Bearbeitung, werden das Druckgussteil 1 und die Kanäle
K1 bis K3 gereinigt.
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Zusammenfassend
ist es durch die Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und dessen Weiterbildungen möglich, ein homogenes
und einteiliges Druckgussteil 1 zu erzeugen, bei welchem zur
Erzeugung der Kanäle K1 bis K3 kein zusätzlicher
mechanischer Fertigungsaufwand, wie beispielsweise das Einbringen
von Hilfsbohrungen und/oder die Verwendung von so genannten Schiebern,
erforderlich ist.
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Auch
wird ein nachträgliches Verstopfen der Kanäle
K1 bis K3 vermieden, ein zusätzlicher Montageaufwand nach
der Erzeugung des Druckgussteiles 1 mit dem integrierten
Einlegeteil 1 entfällt und es ist keine zusätzliche
Dichtheitsprüfung der Kanäle K1 bis K3 erforderlich.
Somit wird auch die Gefahr von nicht erkannten Fehlern im Druckgussteil 1 und
den Kanälen K1 bis K3 reduziert, woraus wiederum eine Verringerung
eines Risikos von späteren Gewährleistungs- und
Kulanzfällen und eine daraus folgende hohe Kostenbelastung
vermieden werden.
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- 1
- Druckgussteil
- 2
- Einlegeteil
- 3.1
bis 3.3
- Kern
- 4
- Drahtstift
- d
- Wanddicke
- E1,
E2
- Endbereich
- K1
bis K3
- Kanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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