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Die
Erfindung betrifft ein Gussteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteiles nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 7.
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Es
ist bekannt, Stahlrohre in ein Aluminium-Druckgussteil einzugießen,
d. h. die Stahlrohre sind vom Gusswerkstoff umgossen. Damit lassen sich
in dem Druckgussteil beliebig geformte Durchflusskanäle
darstellen. Beim Gießen werden die Rohre in eine Gießform
eingelegt und dort fixiert – dafür weisen die
Rohre einen Rohrüberstand auf, der nach dem Gießen über
die Gusshaut des Rohlings hinaussteht und entfernt werden muss.
Problematisch dabei ist, dass Stahl und Aluminium bzw. die Aluminiumdruckgusslegierung
stark unterschiedliche Zerspanungseigenschaften besitzen und daher
mit unterschiedlichen Werkzeugen bearbeitet werden müssen,
was die Fertigungskosten erhöht.
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Durch
die
DE 30 13 745 C2 der
Anmelderin wurde ein Gussteil mit umgossenen Rohren bekannt, wobei
die Rohrenden einen Abstand zur Gusshaut aufweisen, so dass bei
einer spangebenden Bearbeitung des Gussrohlings nur Material des
Druckgusswerkstoffes abzutragen ist, d. h. es ist keine Bearbeitung
eines Rohrendes aus Stahl mit einem speziellen Werkzeug erforderlich.
In der vorgenannten Druckschrift wird auch ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben,
wobei die Rohrenden durch eingesteckte Einlegestifte oder -bolzen
beim Gießen abgedichtet und gegenüber der Gießform
gehalten (arretiert) werden. Nach dem Herausnehmen des Rohlings
aus der Gießform werden die Einlegestifte oder -bolzen
aus den Rohrenden herausgezogen. Die Stirnflächen der Rohrenden
sind dann gegenüber der Gusshaut versenkt, d. h. sie liegen
mit einem Abstand für die Bearbeitung unter der Gusshaut.
Als nachteilig bei dem bekannten Verfahren könnte man ansehen,
dass spezielle Stifte oder Arretierbolzen als zusätzliche
Teile für die Druckgussform benötigt werden, d.
h. die Vorrichtungskosten und damit die Fertigungskosten würden sich
dadurch erhöhen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gussteil der eingangs
genannten Art derart zu gestalten, dass die Rohre während
des Gieß- bzw. Druckgießvorganges gegen die Schmelze
abgedichtet und einfach in der Gussform bzw. Druckgussform gehalten
sind. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs
genannten Art bereitzustellen, durch welches eine kostengünstige
Herstellung des Gussteiles möglich ist.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche
1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß werden
die Rohrenden von einer Verschlusskappe umschlossen, wobei die Verschlusskappe
einen verlorenen Fortsatz aufweist, der sich über die Gusshaut
des Rohlings nach außen erstreckt und später entfernt
wird, und dass die Verschlusskappe aus dem gleichen Werkstoff wie
das Gussteil, insbesondere einer Druckgusslegierung und ganz bevorzugt
aus einer Aluminium-Druckgusslegierung hergestellt ist. Die Verschlusskappe
weist zwei Funktionen auf: Einerseits verschließt sie die Rohrenden
gegenüber der Schmelze beim Gießvorgang und andererseits
dient der verlorene Fortsatz der Verschlusskappe zur Halterung und
Positionierung der Rohre in der Gussform, insbesondere der Druckgussform.
Da die Verschlusskappe aus dem gleichen Werkstoff wie die Schmelze,
vorzugsweise aus einem Aluminiumwerkstoff besteht, geht die Verschlusskappe
einschließlich Fortsatz mit der Schmelze eine metallurgische
Verbindung ein, d. h. die Verschlusskappe einschließlich
des umgossenen Fortsatzes wird stofflich integrierter Teil des Gussteiles. Es
findet ein Anschmelzen der von der Gussschmelze benetzten Oberfläche
der Verschlusskappe statt, wodurch die stoffliche Verbindung hergestellt
wird. Durch eine Aufrauhung oder Vergrößerung
der Oberfläche der Verschlusskappe kann dieser Effekt noch verstärkt
werden. Bei entsprechender Gestaltung der Oberfläche kann
auch ein Formschluss durch Ein- bzw. Umgießen erreicht
werden, so dass sich die Verschlusskappe nach dem Gießvorgang
nicht aus dem Rohling lösen kann.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verschlusskappe
auf das Rohrende aufgepresst, d. h. zwischen Innenwandung der Verschlusskappe und
der Außenfläche des Rohrendes besteht ein Presssitz.
Dadurch wird eine sichere Abdichtung des Rohrendes erreicht, d.
h. während des Gussvorganges kann keine Gussschmelze in
das Rohrinnere gelangen. Darüber hinaus sind die Rohrenden
in der Verschlusskappe kraftschlüssig gehalten und das Rohr
ist in der Gießform positioniert.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Sacklochbohrung
als Stufenbohrung mit einem Absatz ausgebildet, welcher beim Fügen,
insbesondere beim Aufpressen der Verschlusskappe auf das Rohrende
als Anschlag dient. Damit ergibt sich als Vorteil eine Fertigungsvereinfachung.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verschlusskappe
einschließlich ihres Fortsatzes eine zylindrische Außenfläche
auf, insbesondere eine kreiszylindrische Mantelfläche.
Damit ergibt sich als Vorteil ein einfach herzustellendes, d. h. kostengünstiges
Teil, wodurch die Fertigungskosten des Gussteiles gesenkt werden
können.
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung des Gussteiles werden zunächst
die Verschlusskappen auf die Rohrenden aufgesteckt, insbesondere
aufgepresst, anschließend werden die Rohre mit den aufgepressten
Verschlusskappen in eine Gussform eingelegt und durch Fixieren der
Fortsätze in der Gussform während des Gieß-
bzw. Druckgussvorganges positioniert und gehalten. Anschließend
werden die Rohre einschließlich der Verschlusskappen mit
Fortsatz von der Schmelze umgossen und in den Druckgusswerkstoff
eingeschlossen. Danach wird der Rohling spangebend bearbeitet, wobei
die verlorenen Fortsätze, die über die Gusshaut
vorstehen, abgetrennt werden. Nach spangebender Abtragung einer äußeren
Gussschicht werden die Rohre geöffnet, wobei die geöffnete
Sacklochbohrung der Verschlusskappe die Verbindung vom Rohrinneren
nach außen herstellt. Damit liegt die Stirnfläche
des Rohrendes immer noch unterhalb der bearbeiteten Außenfläche. Vorteilhaft
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass
keine zusätzlichen Vorrichtungsteile – wie z. B.
Arretierbolzen beim eingangs genannten Stand der Technik – benötigt
werden. Die Vorrichtung zur Herstellung des Gussteiles, d. h. das
Gusswerkzeug wird somit vereinfacht. Für die spangebende
Bearbeitung des Gussrohlings ist nur ein Werkzeug für den
Guss- bzw. Druckgusswerkstoff erforderlich. Die im Gussteil eingeschlossenen
und eingegossenen Rohre bedürfen keiner abschließenden
spangebenden Bearbeitung.
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Nach
einer bevorzugten Verfahrensvariante werden die Verschlusskappen
in axialer Richtung (Längsachse der Rohrenden) mit Untermaß der Sacklochbohrung
bzw. Übermaß des Außendurchmessers des
Rohrendes gefügt, so dass sich ein Presssitz ergibt. Dabei
werden die Verschlusskappen bis zum Anschlag, d. h. bis zum Anschlagen
der Stirnfläche des Rohrendes an den Absatz der Stufenbohrung
aufgepresst. Das Verschließen der Rohrenden vor dem Gießvorgang
ist somit mit einfachen Mitteln, d. h. kostengünstig durchführbar.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei
sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale
und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen:
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1 ein
Rohr mit Verschlusskappen,
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2 einen
Gussrohling mit eingegossener Verschlusskappe (Rohrende geschlossen),
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3 den
bearbeiteten Gussrohling mit geöffnetem Rohr,
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4 eine
vergrößerte Darstellung einer Einzelheit aus 2 und
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5 ein
Einbaubeispiel für ein eingegossenes Rohr in einem fertig
bearbeiteten Druckgussteil.
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1 zeigt
ein Rohr 1, welches vorzugsweise als Stahlrohr ausgebildet
ist und zwei Rohrenden 1a, 1b aufweist. Das Rohr 1,
welches einen teilweise gekrümmten Durchflusskanal, vorzugsweise
für ein flüssiges Medium wie z. B. Öl
bildet, wird in ein hier nicht dargestelltes, später zu
beschreibendes Druckgussteil, vorzugsweise aus einer Aluminium-Druckgusslegierung
hergestellt, eingegossen. Die Rohrenden 1a, 1b sind
daher durch erfindungsgemäße Verschlusskappen 2, 3 verschlossen.
Die Verschlusskappen 2, 3, welche unten noch ausführlicher
beschrieben werden, sind auf die Rohrenden 1a, 1b aufgepresst,
so dass das Innere des Stahlrohres 1 abgedichtet ist. Die
Verschlusskappen 2, 3 sind aus einem Aluminiumwerkstoff
hergestellt.
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2 zeigt
einen Gussrohling 4, im Folgenden auch kurz Rohling 4 genannt,
mit einer Lagerbohrung 5. Der Rohling 4 ist im
Druckgussverfahren aus einer Aluminium-Druckgusslegierung hergestellt und
weist eine unbearbeitete Oberfläche auf, die im Folgenden
als Gusshaut 4a bezeichnet wird. In den Rohling 4 ist
das Rohr 1 (vgl. 1) eingegossen, dessen
Rohrende 1a durch die Verschlusskappe 2 verschlossen
ist, wobei die Verschlusskappe 2 mit ihrem Fortsatz 2a über
die Gusshaut 4a in die Lagerbohrung 5 hineinragt.
Das Rohrende 1a ist somit noch geschlossen.
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3 zeigt
den Rohling 4 gemäß 2 nach
einer spangebenden Bearbeitung als fertig bearbeitetes Druckgussteil 6,
im Folgenden auch kurz Gussteil 6 genannt. Der Fortsatz 2a der
Verschlusskappe 2 ist hier entfernt worden, und das Rohr 1 bzw. dessen
Rohrende 1a ist geöffnet, d. h. das Rohr 1 kommuniziert
mit der bearbeiteten Lagerbohrung 5. Der Fortsatz 2a besteht
aus dem gleichen Werkstoff wie das Gussteil 6 und kann
daher mit dem gleichen Werkzeug bearbeitet werden, wie die abzutragende Gusshaut 4a.
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4 zeigt
in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus 2,
d. h. das Rohrende 1a, welches durch die Verschlusskappe 2 nach
außen abgeschlossen ist. Die Verschlusskappe 2 ist
zylindrisch ausgebildet und weist eine als Stufenbohrung ausgebildete
Sacklochbohrung 7 mit einer äußeren,
größeren Bohrung 7b, einer inneren, kleineren
Bohrung 7a und einem Absatz 7c zwischen den beiden
Bohrungen 7a, 7b auf. Das Rohrende 1a weist
eine Längsachse a auf und sitzt mit Presssitz in der Bohrung 7a. Zur
Herstellung des Presssitzes wird die Verschlusskappe 2 in
Richtung der Längsachse a auf das Rohrende 1a aufgepresst.
Das Aufpressen in axialer Richtung erfolgt bis zum Anschlag, d.
h. bis der Absatz 7c auf die Stirnfläche des Rohrendes 1a trifft. Durch
den Presssitz wird eine dichte Verbindung zwischen Rohrende 1a und
Verschlusskappe 2 hergestellt, so dass während
des Druckgussvorganges keine flüssige Schmelze in das Rohrinnere
eindringen kann. Aufgrund des Presssitzes ist das Rohr 1 auch in
der Verschlusskappe 2 fixiert. Die Verschlusskappe 2 umfasst
ferner einen massiven Fortsatz 2a, der ebenfalls zylindrisch
ausgebildet ist und sich über die Gusshaut 4a hinaus
nach außen erstreckt. Der Fortsatz 2a dient der
Fixierung des Rohres 1 in einer nicht dargestellten Guss-
oder Druckgussform. Damit ist das Rohr 1 über
beide Rohrenden 1a, 1b und beide Verschlusskappen 2, 3 (vgl. 1)
in der Gussform positioniert und kann anschließend umgossen werden,
so dass der Rohling 4 entsteht. Anschließend wird
der Fortsatz 2a durch spangebende Bearbeitung entfernt,
wobei zusätzlich eine Materialschicht von der Gusshaut 4a etwa
bis zu einer gestrichelt angedeuteten Linie b (Bearbeitungsgrenze)
abgetragen wird. Dadurch wird die Sacklochbohrung 7 mit
dem kleineren Durchmesser geöffnet, so dass eine Strömungsverbindung
nach außen hergestellt ist. Bei der mechanischen Bearbeitung
des Rohlings 4 wird also ausschließlich der weichere
Werkstoff des Rohlings 4 und der Verschlusskappe 2 abgetragen. Das
Rohrende 1a aus Stahl liegt mit seiner Stirnfläche
unterhalb der gestrichelten Linie b und wird daher nicht spangebend
bearbeitet. Die Verschlusskappe 2 kann – wie in
der Zeichnung angedeutet ist – eine geriffelte Oberfläche 2b aufweisen,
welche mit der Schmelze des Rohlings 4 eine formschlüssige, metallurgische
Verbindung eingehen kann. Grundsätzlich reicht jedoch die
sich beim Gussvorgang einstellende stoffliche Verbindung zwischen
dem Gusswerkstoff und dem Werkstoff der Verschlusskappe 2 aus,
um diese im Rohling 4 hinreichend zu verankern. Die flüssige
Aluminiumschmelze bewirkt eine Aufweichung oder ein „Anschmelzen” der
Aluminiumoberfläche der Verschlusskappe 2, wodurch
die metallurgische Verbindung beider Teile hergestellt wird.
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5 zeigt
ein Einbaubeispiel, welches im Wesentlichen der Darstellung gemäß 3 entspricht.
Das Rohrende 1a, d. h. dessen Stirnfläche ist durch
den Absatz 7c der Verschlusskappe 2 nach außen
abgedeckt. Die mit dem Innendurchmesser des Rohrendes 1a fluchtende
Bohrung 7b der Verschlusskappe 2 stellt die Verbindung
zwischen dem Rohr 1 und der Lagerbohrung 5 her.
Die Zylinderfläche der Lagerbohrung 5 kann unmittelbar
neben der Bohrung 7b bearbeitet werden, z. B. als Dichtfläche oder
als Ringnut für einen Sicherungsring.
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- 1
- Rohr
- 1a
- Rohrende
- 1b
- Rohrende
- 2
- Verschlusskappe
- 2a
- Fortsatz
- 2b
- geriffelte
Oberfläche
- 3
- Verschlusskappe
- 4
- Gussrohling
- 4a
- Gusshaut
- 5
- Lagerbohrung
- 6
- Gussteil
- 7
- Sacklochbohrung
- 7a
- kleine
Bohrung
- 7b
- große
Bohrung
- 7c
- Absatz
- a
- Längsachse
- b
- Bearbeitungsgrenze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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