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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundgussteiles, insbesondere einer Verbundguss-Bremsscheibe für Scheibenbremsen von Kraftfahrzeugen.
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Eine Verbundguss-Bremsscheibe sowie ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer solchen Bremsscheibe beschreibt beispielsweise die
US 2007/0246314 A1 , bei der zunächst in einer verlorenen Sandgussform ein Reibring aus einem höher schmelzenden Werkstoff, insbesondere Grauguss, gegossen wird, der radial nach innen ragende Mitnehmer aufweist. Die Sandgussform ist so gestaltet, dass sich eine mittlere Teilungsebene ergibt, die sich zwangsläufig am Außenumfang und an den Mitnehmern abzeichnet. Nach einer Bearbeitung des Reibringes wird dieser in einer Dauerform mit einer oberen und einer unteren Kokillenhälfte eingelegt und es wird ein nabenförmiges Gussteil aus einem niedriger schmelzenden Werkstoff bzw. einer Aluminiumlegierung hergestellt, wobei gleichzeitig die Mitnehmer des Reibringes mit umgossen werden. Nach einer spanenden Endbearbeitung ist das Verbundgussteil fertiggestellt.
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Aus der
DE 10 2006 043 853 B3 ist ein Verbundgussteil bekannt, das aus mindestens einem Einsatzteil und einem dieses Einsatzteil zumindest teilweise umgebenden Gussmaterial besteht. Aus der weiteren
DE 10 2008 033 998 A1 ist ein Verfahren zum Gießen eines gedämpften Bauteils mit Einsatz bekannt, bei dem das Positionieren des Einsatzes in einer vertikalen Form mit einem ersten Formteil und einem zweiten Formteil erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die in erhöhtem Maße durch die Teilung der Sandgussform verursachte Teilungstoleranzen (Teilungsversätze) am Bauteil bzw. am Reibring zulässt und ohne eine spanende Bearbeitung der Mitnehmer eine zuverlässige Positionierung und Abdichtung des Bauteiles in der Dauerform ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass beim Gießen des Bauteiles an dessen der oberen Formhälfte zugewandten Oberfläche Zentriermittel angegossen werden, die mittelbar oder unmittelbar mit der parallel zur Teilungsebene schwimmend angeordneten, oberen Formhälfte der Dauerform zusammenwirken. Vereinfacht ausgedrückt wird nach dem Einlegen des Bauteiles bzw. Reibringes in die untere Formhälfte der Dauerform die obere Formhälfte zum Bauteil über die angeformten Zentriermittel derart zentriert, dass der ggf. vorliegende Teilungsversatz am Bauteil auf die Formhälfte übertragen wird. Dies stellt sicher, dass die in die Dauerform einragenden Mitnehmer des Bauteiles ohne Verzwängungen und absolut dicht umschlossen werden und damit ein problemloses Umgießen der Mitnehmer sicherstellen.
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Als Zentriermittel können besonders bevorzugt zumindest drei symmetrisch über den Umfang des ringförmigen Bauteiles verteilte, achsparallel abstehende Führungsstifte angegossen werden, die mit zumindest drei an einer Aufspannplatte angeordneten, parallel zur Teilungsebene der Dauerform verschieblichen Zentrierungsschiebern zusammenwirken. Damit werden in herstellungstechnisch günstiger Weise nach dem Einlegen des Bauteiles in die untere Form- bzw. Kokillenhälfte die Zentrierungsschieber eingefahren und damit dessen der oberen Form- bzw. Kokillenhälfte zugewandter Teilungsversatz kompensiert.
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Ferner weisen die Zentrierungsschieber weitere Zentruerungsmittel auf, die in deren geschlossener Position mit der oberen Kokillenhälfte zusammenwirken und somit die Kokillenhälfte entsprechend dem Teilungsversatz des Bauteiles nachführen.
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Insbesondere können die drei kreissegmentförmigen Zentrierungsschieber in deren geschlossener Position einen geschlossenen Kreiszylinder bilden, in den dann die Kokillenhälfte mit einem korrespondierenden Zylinderabschnitt einfahren kann. Die Kokillenhälfte ist dadurch besonders stabil und passgenau in den Zentrierungsschiebern und diese an der Aufspannplatte gehalten.
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Der Kreiszylinder der geschlossenen Zentrierungsschieber und der korrespondierende Zylinderabschnitt der oberen Kokillenhälfte können besonders zweckmäßig mit Vorzentrierungsschrägen versehen werden, die ein schnelles, problemloses Einfahren der oberen Kokillenhälfte ermöglichen.
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Des Weiteren können die Zentriermittel zur Zentrierung der oberen Kokillenhälfte so ausgeführt sein, dass beim Aufsetzen der oberen Kokillenhälfte eine Zentrierung vor dem Umschließen der Mitnehmer des Bauteiles durch die obere Kokillenhälfte erfolgt. Dies stellt einen Verfahrensablauf sicher, bei dem zuerst eine Zentrierung der oberen Kokillenhälfte und erst dann ein Einfahren der die Mitnehmer des Bauteiles umschließenden Wandbereiche der Kokillenhälfte erfolgt.
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Um eine genaue Positionierung in Umfangsrichtung der oberen Kokillenhälfte zu erreichen, wird des Weiteren vorgeschlagen, dass die schwimmend angeordnete Kokillenhälfte an drei an den Zentrierungsschiebern in deren Verschieberichtung ausgerichteten Führungsleisten in Umfangsrichtung geführt wird.
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Sofern die an dem Bauteil vorgesehenen Zentriermittel die Funktion des gefertigten Verbundgussteiles beeinträchtigen, wird ferner vorgeschlagen, dass die Zentriermittel bei einer nach dem Umgießen des Bauteiles erfolgenden, spanenden Endbearbeitung des Verbundgussteiles abgearbeitet werden.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine in zwei Kokillenhälften unterteilte Dauerform und eine Aufspannplatte mit zumindest drei symmetrisch umfangsverteilten Zentrierungsschiebern auf, die parallel zur Teilungsebene der Dauerform verschiebbar sind und die in der geschlossenen Position eine Zentrierung der schwimmend zur Aufspannplatte angeordneten, oberen Kokillenhälfte relativ zum Bauteil bewirken.
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Des Weiteren können zur Erzielung einer fertigungstechnisch günstigen und robusten Konstruktion der Dauerform die segmentförmigen Zentrierungsschieber in der geschlossenen Position einen geschlossenen Kreiszylinder bilden, dessen Innenumfang Ausnehmungen zum Zentrieren von an dem zu umgießenden Bauteil abragenden Zentriermitteln aufweist und zugleich zentrierend einen korrespondierenden Zylinderabschnitt der oberen Kokillenhälfte umschließt.
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Schließlich können die Zentrierungsschieber zur oberen Kokillenhälfte abragende, in Verschieberichtung ausgerichtete Führungsleisten tragen, die in komplementäre Führungsnuten der oberen Kokillenhälfte einragen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der beiliegenden, schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine Verbundguss-Bremsscheibe für Scheibenbremsen in Kraftfahrzeugen, mit einer ringförmigen Bremsscheibe und einem nabenförmigen Gussteil;
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2 ein Prinzipbild der ringförmigen Bremsscheibe, an der Zentriermittel in Form von Führungsstiften angeformt sind;
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3 die Bremsscheibe nach den 1 und 2 mit Darstellung eines Teilungsversatzes und einem von drei Zentrierungsschiebern, die mit den Führungsstiften zusammenwirken;
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4 einen Längsschnitt durch die Dauerform des Gießwerkzeuges zur Herstellung der Verbundguss-Bremsscheibe mit der unteren und der oberen Kokillenhälfte und den Zentrierungsschiebern;
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5 eine raumbildliche Ansicht von oben auf die noch geöffneten Kokillenhälften, auf die drei Zentrierungsschieber und auf die an den Zentrierungsschiebern angeordneten Führungsstege für die obere Kokillenhälfte; und
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6 eine analoge, raumbildliche Ansicht auf die Kokillenhälften von unten mit Darstellung der mit den Führungsstegen der Zentrierungsschieber zusammenwirkenden Führungsnuten in der oberen Kokillenhälfte.
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Die 1 zeigt als Verbundgussteil eine innenbelüftete Bremsscheibe 10 einer Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge, mit einem radial äußeren Reibring 12 und daran angeformten, radial nach innen ragenden Mitnehmern 14, die in ein topfförmiges, rotationssymmetrisches Gussteil 16 eingegossen sind. Das Gussteil 16 setzt sich aus einem Nabenabschnitt 16a und einem Flanschabschnitt 16b zusammen.
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Der Reibring 12 (vereinfacht und ohne Mitnehmer 14 in 2 gezeigt) ist aus einem bei größerer Temperatur schmelzenden Werkstoff bzw. aus einer Graugusslegierung in einer zweischaligen, verlorenen Form im Sandgussverfahren gegossen. Durch die Teilung der Sandgussform in einer hier beispielhaft mittigen Teilungsebene 11 entsteht prozessbedingt durch unvermeidliche Toleranzen an der Sandgussform am Reibring 12 ein Teilungsversatz Δt (in den 2, 3 und 4 übertrieben dargestellt), der auch an den nach innen ragenden Mitnehmern 14 (3) vorliegt. Es entstehen quasi zwei Reibringhälften 12a, 12b, deren Mittelpunkte M, M' um den Teilungsversatz versetzt sind und die zueinander entsprechend versetzten Mitnehmern 14a, 14b aufweisen.
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Um diesen ggf. auftretenden Teilungsversatz Δt zu kompensieren, sind an eine Seite des Reibringes 12 drei achsparallel ausgerichtete und symmetrisch umfangsverteilte Führungsstifte 18 z. B. ovalen Querschnittes angeformt, deren Mittelachsen auf einem Kreis mit dem gleichen Mittelpunkt M' wie die entsprechend versetzte Reibringhälfte 12a liegen. Die Führungsstifte 18 sind in der korrespondierenden Sandgussformhälfte entsprechend im Negativ ausgeführt und werden beim Gießen des Reibringes 12 mit angegossen.
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Das topfförmige Gussteil 16 der Bremsscheibe 10 wird in einer Dauerform mit einer fest angeordneten unteren Kokillenhälfte 20 (vgl. 4 bis 6) und einer schwimmend dazu gelagerten oberen Kokillenhälfte 22 aus einem niedriger schmelzenden Werkstoff bzw. aus einer Aluminiumlegierung im Schwerkraft-Kokillenguss-Verfahren hergestellt, wobei die Mitnehmer 14 der Bremsscheibe 12 teilweise mit umgossen werden. Alternativ zum Schwerkraft-Kokillenguss können auch andere Gussverfahren durchgeführt werden, die mit Dauerformen arbeiten, etwa ein Niederdruck-Kokillenguss-Verfahren.
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Die obere Kokillenhälfte 22 des Gießwerkzeuges, das nur soweit beschrieben ist, als dies für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, kann auf die untere Kokillenhälfte 20 aufgesetzt werden, wobei die Kokillenhälften 20, 22 im geschlossenen Zustand (4) die schraffiert dargestellte Außenform des Gussteiles 16 als Negativform nachbilden und in der gleichen Teilungsebene 11 aneinander angrenzen. Die obere Kokillenhälfte 22 ist dabei wie ausgeführt relativ zu der unteren Kokillenhälfte 20 in nicht dargestellter Weise horizontal bzw. parallel zu der besagten Teilungsebene 11 der Bremsscheibe 12 schwimmend gelagert.
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Ferner sind gemäß der 4 in den Kokillenhälften 20, 22 durch Ausnehmungen 24 unterbrochene, stegförmige Wandabschnitte 26 vorgesehen, die die Mitnehmer 14 der Bremsscheibe 12 jeweils bis zu der besagten Teilungsebene 11 von beiden Seiten umschließen.
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Liegt wie vorbeschrieben ein Teilungsversatz Δt an den Mitnehmern 14 vor, so ist zu einem problemlosen und absolut dichten Umschließen der Mitnehmer 14 auch ein entsprechender Versatz an der oberen Kokillenhälfte 22 relativ zu der unteren Kokillenhälfte 20 herzustellen.
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Dazu sind an einer nicht dargestellten Aufspannplatte des Gießwerkzeuges drei kreissegmentförmige Zentrierungsschieber 28 vorgesehen, von denen in der 3 nur einer gestrichelt dargestellt ist. Die Zentrierschieber 28 sind anliegend an der mit den Zentrierstiften 18 versehenen Seite der Bremsscheibe 12 in drei jeweils um 120 Grad versetzte und durch die Mittelachsen der Zentrierstifte 18 und durch den Mittelpunkt M' verlaufende Schieberichtungen (vgl. Pfeile 30 der 3) verschiebbar.
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In der geschlossenen Position der Zentrierungsschieber 28 liegen diese in Umfangsrichtung aneinander an und bilden einen Kreisring (5) mit einer Innenumfangsfläche 28a.
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In diese Innenumfangsfläche 28a sind je Zentrierungsschieber 28 mit Zentrierschrägen 28b versehene Ausnehmungen 28c eingearbeitet, die die Zentrierstifte 18 formschlüssig umfassen und somit zu der den Teilungsversatz Δt aufweisenden „Bremsscheibenhälfte” 12a fixieren und zentrieren.
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An der oberen Kokillenhälfte 22 ist gemäß der 4 ein rotationssymmetrischer Zylinderabschnitt 32 mit einer konisch sich verjüngenden Vorzentrierungsschräge 32a ausgeführt, der bei sich absenkender oberen Kokillenhälfte 22 zunächst in die Innenumfangsfläche 28a der geschlossenen Zentrierungschieber 28 einfährt und in dieser geführt ist. Auch an der Innenumfangsfläche 28a ist dazu eine korrespondierende, konische Vorzentrierungsschräge 28d angeordnet (vgl. 4).
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Des Weiteren sind an den Zentrierungsschiebern 28 (5) je eine zur Kokillenhälfte 22 ragende Führungsleiste 34 befestigt, die in korrespondierende Führungsnuten 36 eines oberen Ringflansches 38 der Kokillenhälfte 22 einragen und die jeweils in der Verschieberichtung 30 der Zentrierungsschieber 28 ausgerichtet sind. Die Führungsleisten 34 bilden eine Führung der oberen Kokillenhälfte 20 in Umfangsrichtung bzw. eine genaue Positionierung der Ausnehmungen 24 und der Wandabschnitte 26 in der oberen Kokillenhälfte 22 relativ zu den Mitnehmern 14.
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Der Verfahrensablauf beim Verbundgießen des Gussteiles 16 mit den Mitnehmern 14 der Bremsscheibe 12 ist wie folgt:
Nach dem Gießen der Bremsscheibe 12 wird zur Herstellung des Verbundgusses mit dem Gussteil 16 die Bremsscheibe 12 mit den Führungsstiften 18 nach oben in die untere Kokillenhälfte 20 der Dauerform eingelegt, wobei die Ausnehmungen 24 und die stegförmigen Wandabschnitte 26 der unteren Kokillenhälfte 20 die Mitnehmer 14 (exakt die Abschnitte 14b) des Reibringes 12 (12b) bis zur Teilungsebene 11 dicht umschließen.
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Sodann werden bei noch geöffneter Kokille 20, 22 die Zentrierungsschieber 28 in Richtung der Pfeile 30 eingefahren und auf die dem Teilungsversatz Δt entsprechende Desachsierung M' ausgerichtet.
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Anschließend wird die Kokillenhälfte 22 nach unten abgesenkt, wobei zunächst deren zylindrischer Abschnitt 32 über die Vorzentrierungsschrägen 28d und 32a in die Innenumfangsfläche 28a der Zentrierungsschieber 28 einfährt. In diesem Zustand liegt noch kein Kontakt zwischen der Kokillenhälfte 22 und den oberen Mitnehmerabschnitten 14a vor.
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Über die Führungsleisten 34 der Zentrierschieber 28, die in die Führungsnuten 36 im Flanschabschnitt 38 der oberen Kokillenhälfte 22 eingearbeitet sind, wird die schwimmend gelagerte Kokillenhälfte 22 in Umfangsrichtung präzise auf die Position der Mitnehmer 14 ausgerichtet.
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Durch weiteres Absenken der oberen Kokillenhälfte 22 umschließen schließlich die in die Kokillenhälfte 22 analog zur unteren Kokillenhälfte 20 eingearbeiteten Ausnehmungen 24 und stegförmigen Wandabschnitte 26 die Mitnehmer 14 (14a) und liegen in der Teilungsebene 11 an der unteren Kokillenhälfte 20 entsprechend an.
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Schließlich wird durch Zuführen der flüssigen Aluminiumlegierung in die Kokille 20, 22 in an sich bekannter Weise das Gussteil 16 gegossen bzw. gießtechnisch die Verbundguss-Bremsscheibe 10 hergestellt.
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Nach dem Gießverfahren werden bei einer spanenden Endbearbeitung der Bremsscheibe 10 die Führungsstifte 18 mit abgearbeitet.
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Aufgrund der Anpassung der oberen Kokillenhälfte 22 auf einen ggf. vorliegenden Teilungsversatz an der Bremsscheibe 12 kann sowohl auf eine vorhergehende, einen Teilungsversatz eliminierende Bearbeitung der Mitnehmer 14 oder aber auf zusätzliche Abdichtungen in der Kokille 20, 22 verzichtet werden. Ferner sind durch den Teilungsversatz ggf. auftretende Schäden beim Zusammenfahren der Kokillenhälften 20, 22 ausgeschlossen.
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Zudem ist beim Gießen des topfförmigen Gussteiles 16 sichergestellt, dass im Teilungsbereich beim Umgießen der Mitnehmer 14 kein flüssiges Gießmaterial austritt oder sich Gießfehler (unsaubere Trennungsstellen, etc.) einstellen.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Anstelle einer Bremsscheibe 10 können auch andere Verbundgussteile mit einer ähnlichen Geometrie und Problematik hergestellt werden.
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Mögliche Gießverfahren zum Herstellen des Gussteiles 16 sind auch Druckgussverfahren, Counter Pressure Casting (CPC), Squeeze Casting, etc.