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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Aussparung in einem Gussbauteil, bei dem ein Gussmaterial in eine von einer Gussform und einem Kern gebildete Kavität gegeben wird, das Gussmaterial in der Kavität zum Gussbauteil erstarrt und schließlich Gussform und Kern vom dem Gussbauteil entfernt werden.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Aussparung in einem Gussbauteil zur Durchführung des Verfahrens umfassend eine Gussform und einen in der Gussform positionierten Kern, wobei durch den Abstand von Gussform und Kern eine Kavität gebildet ist.
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Ein Verfahren der genannten Art ist aus der Druckschrift
DE 199 18 228 A1 bekannt, bei dem mittels eines Kerns ein endloser, nahtloser Rohrrohling erzeugt wird, vom welchem nach dem Erstarren ein Abschnitt der gewünschten Länge erzeugt wird und dessen endformnahe Innen-Querschnittsgeometrie nachbearbeitet wird.
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Die Druckschrift
JP 63033150 A zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Aussparung mit einer einheitlichen Innenwand in einem Gussbauteil, bei der ein Kern in Richtung der axialen Erstreckung der Aussparung während des Gießvorgangs oszillierend gehalten ist. Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der Druckschrift
US 5,664,619 A bekannt.
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Die
DE 40 23 737 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von nahtlosen Hohlkörpern. Hierzu wird ein den Kern bildender Dorn von einem Magnetfeld gehalten und durch wechselnde Magnetfelder in schnelle Vibration bzw. longitudinale Schwingungen versetzt, wobei sich der Dorn dabei in die Stirnseite des Strangs einschlägt und durch Nachführen des Strangs durch ein Treibrollensystem einen endlosen Hohlkörper bildet. Der Dorn hat in Bezug auf den Strang nur eine einzige Schlagrichtung.
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Die
US 3,486,550 A betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Strangguss von hohlen Metallrohren mit einem Formkern, der axial relativ zu einer Form einstellbar ist. Der Kern ist relativ zu der Form drehbar oder alternativ in Schwingungen, insbesondere durch Umkehrung der Drehrichtung nach jeder Umdrehung, zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung versetzbar.
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Die
DE 199 18 228 A1 betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rohlingen für Zylinderlaufbuchsen. Hierzu wird ein rohrförmiger Gussstrang unmittelbar aus der Schmelze im Stranggussverfahren gegossen. Der Kern ist in Hublagern axial beweglich geführt, damit dieser zur Erleichterung des Durch- und Austritts des Gussstrangs aus dem Stranggusskopf kleine oszillierende Axialbewegungen ausführen kann. Zusätzlich kann der Kern eine kontinuierliche oder intermittierende bzw. hin- und hergehende rotierende Bewegung durchführen.
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Aus der
DE 24 34 850 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Rohrluppen großer Längen bekannt, bei dem in die vom Gießen noch plastische oder flüssige Querschnittkernzone des erstarrenden Gussstücks ein Dorn in Längsrichtung eingestoßen wird. Hierzu wird die Schmelze nach dem Gießen in eine Kokille in die Horizontale geschwenkt und dann langsam um ihre Längsachse bewegt. Das Gussstück kann zusammen mit dem Dorn einem Lösewalzwerk zugeführt werden, in dem das Gussstück zur Rohrluppe aufgeweitet wird, sodass der Dorn nur noch lose in der Mittelbohrung liegt und leicht aus der Luppe herausgezogen werden kann.
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Es ist weiterhin durch die Druckschrift
US 2007/0157693 A1 eine Vorrichtung zum Schmieden beziehungsweise Prägen eines Metallpulvers zu einem festen, zylinder- oder rohrförmigen Werkstück bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist ein Kern axial und rotatorisch um eine Mittelachse beweglich gelagert.
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Bei den bekannten Gießverfahren wird zur Herstellung einer gebrauchsfertigen Aussparung in einem Gussteil ein Kern verwendet, der entweder mehrteilig ist oder einen sich in axialer Richtung verjüngenden Querschnitt aufweist. Derartige Ausführungen dienen dazu, den Kern aus dem erstarrten und erkalteten Gussbauteil leicht und möglichst schadenfrei ausformen zu können. Die so erzeugte Aussparung wird nach dem Ausformen mechanisch nachbearbeitet. Eine derartige Aussparung ist beispielsweise eine Zylinderlaufbuchse an einem Querlenker einer Vorderachse eines Fahrzeugs. An die Lage und die Oberflächengüte der Aussparung werden in der Regel hohe Ansprüche gestellt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei in einem Gussbauteil eine Aussparung mit hoher Anforderung an die Genauigkeit der Lage und die Oberfläche der Aussparung hergestellt werden kann, ohne dass eine Nachbearbeitung der Oberfläche der Aussparung erforderlich ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zum Herstellen einer Aussparung in einem Gussbauteil vorgesehen, bei dem während der Erstarrung des Gussmaterials der Kern parallel zu einer Ebene und relativ zu der Gussform translatorisch bewegt wird, wobei die Ebene orthogonal zur axialen Erstreckung des Kerns und/oder orthogonal zur axialen Erstreckung der Aussparung orientiert ist. Hierdurch ist es möglich, eine Aussparung in einem Gussbauteil mit hoher Genauigkeit zu erzeugen, ohne dass an der Aussparung nach dem Ausformen eine insbesondere mechanische Nachbearbeitung notwendig ist. Die Aussparung wird sozusagen beim Guss gebrauchsfertig erzeugt. Das betrifft sowohl die Position und die Ausrichtung der Aussparung als auch die Beschaffenheit der Oberfläche der Aussparung. Die Aussparung kann als ein einfaches Sack- oder Durchgangsloch in dem Gussbauteil dienen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es aber auch ohne Nacharbeit möglich, Laufbuchsen oder Aufnahmen für Lager zu erzeugen. Dies wird vor allem dadurch möglich, dass die erfindungsgemäß erzeugte Aussparung gegenüber einer nach dem Stand der Technik erzeugten Aussparung keine Formschrägen mehr aufweist und diese somit auch nicht entfernt werden müssen.
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Es hat sich als besonders günstig erwiesen, dass die Bewegung des Kerns eine oszillierende Schwingung ist. Dabei wird der Kern um Bruchteile von Millimetern bis zu wenigen Millimetern aus seiner Ruheposition herausbewegt. In der Ruheposition ist der Kern konzentrisch zu der zu erzeugenden Ausnehmung in der Gussform angeordnet. Die Mittelachse des Kerns wird dabei radial um 0,01 bis 10 Millimeter, vorzugsweise mit einer Amplitude von 0,1 bis 1 Millimeter, bewegt. Der Antrieb des Kerns erfolgt mechanisch, beispielsweise mittels einer exzentrischen Anregung, oder durch eine magnetische Anregung. Dabei wird der Kern von einem Magnetfeld ausgelenkt. Zur Bewegung des Magnetfelds werden entweder Magneten mechanisch bewegt oder Elektromagnete derart angesteuert, dass sich das von ihnen erzeugte Magnetfeld relativ zu der Gussform bewegt. Der Kern kann auch elektromechanisch, beispielsweise mittels piezoelektrischer Elemente, angeregt werden. Die Geschwindigkeit der Bewegung wird in Abhängigkeit des Erstarrungsverhaltens des Gussmaterials gewählt. Dabei haben sich als günstig Frequenzen im Bereich von 1 Hertz bis 900 Megahertz, insbesondere jedoch das Frequenzspektrum von 25 Hertz bis 500 Megahertz, vorzugsweise 100 Hertz bis 200 Megahertz, erwiesen.
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Vorteilhaft ist es, dass der Kern zur Erzeugung der Aussparung rotatorisch um eine Rotationsachse bewegt wird. Die Rotationsachse ist bevorzugt parallel zu der Mittelachse des Kerns angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine gegenüber der zu erzeugenden Oberfläche der Aussparung wälzende Bewegung. Diese wälzende Bewegung gewährleistet eine gleichmäßige Bearbeitung des Gussmaterials und mindert zugleich den Verschleiß an dem Kern.
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Der Querschnitt des Kerns ist erfindungsgemäß kleiner als der Querschnitt der zu erzeugenden Aussparung. Um die Aussparung zu erzeugen, wird der Kern und/oder die Rotationsachse translatorisch entlang einer zur axialen Erstreckung des Kerns orthogonalen Ebene orientierten Bahn bewegt. Während der Erstarrung des Gussmaterials wird der Kern dabei derart bewegt, dass er den vollständigen lichten Innenraum der Aussparung zumindest einmal überstrichen, also abgefahren hat. Günstig ist es, wenn eine rotatorische Bewegung des Kerns mit einer translatorischen Bewegung des Kerns überlagert wird. So ist es zur Bearbeitung des erstarrenden Gussmaterials sowohl möglich, eine Druckkraft senkrecht zur Oberfläche der Aussparung zu erzeugen und so energiesparend das erstarrende Gussmaterial zu verdrängen, als auch die vorstehend genannten Vorteile der Wälzbewegung zu nutzen. Bei einer überlagerten Bewegung können Rotationsachse und Mittelachse des Kerns identisch sein.
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Eine weitere überlagerte Bewegung des Kerns ist es, wenn der Kern rotatorisch um eine exzentrische Rotationsachse und zugleich rotatorisch um die Mittelachse bewegt wird. Die beiden Rotationsbewegungen können denselben oder einen gegenläufigen Drehsinn haben. Dabei wird der Kern um die Rotationsachse mit der gleichen oder bevorzugt mit einer anderen Winkelgeschwindigkeit als um die Mittelachse bewegt.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass die Oberfläche des Kerns bei der Bewegung eine Hüllkurve beschreibt, die dem lichten inneren Querschnitt der Aussparung entspricht. Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, schon während der Erstarrungsphase des Gussbauteils eine Aussparung zu fertigen, die der endgültigen Form mit hoher Genauigkeit, insbesondere hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit, entspricht. Die Hüllkurve, auch Einhüllende oder Enveloppe genannt, ist die Kurve, die eine Kurvenschar aus den Endlagen der maximalen Auslenkung des Kerns und der Kernoberfläche einhüllt. Erfindungsgemäß erreicht der Kern beziehungsweise die Oberfläche des Kerns die Endlagen durch eine translatorische Bewegung parallel zu einer Ebene und/oder durch eine rotatorische Bewegung um eine Rotationsachse. Dabei ist die Ebene orthogonal und die Rotationsachse parallel zu der Mittelachse der Aussparung beziehungsweise des Kerns orientiert.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Aussparung in einem Gussbauteil vorgesehen, bei der einem Kern ein Antrieb zugeordnet ist und/oder der Kern parallel zu einer Ebene und relativ zu der Gussform beweglich gelagert ist, wobei die Ebene orthogonal zur axialen Erstreckung und/oder der Aussparung des Kerns orientiert ist. Hierdurch ist es möglich, in einem Gussbauteil eine Aussparung mit hoher Anforderung an die Genauigkeit der Lage und die Oberfläche der Aussparung herzustellen, ohne dass eine Nachbearbeitung der Oberfläche der Aussparung erforderlich ist. Die Erzeugung der Aussparung erfolgt dabei prozesssicher und endkonturgetreu innerhalb der vorgegebenen Toleranz.
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Dazu ist es günstig, dass der Querschnitt des Kerns um ein Bewegungsmaß kleiner als der lichte innere Querschnitt der Aussparung ist. Dieses Größenverhältnis muss nicht nur auf den Querschnitt oder gar nur auf die Querschnittsfläche bezogen sein. So sind beim Kern auch der Umfang oder die Spannweite beziehungsweise die lichte Erstreckung in allen Richtungen senkrecht zur Mittelachse um ein Bewegungsmaß kleiner als bei der zu erzeugenden Aussparung. Das Bewegungsmaß umfasst einen Bereich von 0,01 bis 20 Millimeter, vorzugsweise einen Bereich von 0,1 bis 2 Millimeter.
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Bei einer besonders praxistauglichen Ausführungsform der Vorrichtung ist der Querschnitt des Kerns über die axiale Erstreckung des Kerns deckungsgleich, das heißt, der Querschnitt des Kerns ist über die Länge des Kerns identisch. Vorzugsweise ist der Kern von zylindrischer Form mit einem kreisrunden Querschnitt. Der Kern kann aber auch eine andere Querschnittsform, wie beispielsweise die eines Ovals oder eines Polygons, haben. Hierdurch ist es möglich, Aussparungen mit einer entsprechenden Geometrie zu erzeugen. Bei einem drehbeweglichen Kern ist die Rotationsachse bevorzugt die Mittelachse des Kerns.
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Der Kern ist zur mehrfachen Verwendung vorgesehen. Dabei ist es möglich, dass in dem Kern eine Kühleinrichtung angeordnet ist. Hierdurch kann der Kern den hohen Prozesstemperaturen besser widerstehen. Auch ist es mittels der Kühleinrichtung möglich, die Standzeit des Kerns zu verlängern und darüber hinaus das Abkühlverhalten des Gussbauteils zu beeinflussen. So kann beispielsweise eine gerichtete Erstarrung herbeigeführt werden.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 eine schematische Darstellung eines Gussbauteils mit einer Aussparung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch das Gussbauteil entlang der in 1 dargestellten Schnittebene A-A und einen Kern;
- 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsvariante der Bewegung des Kerns;
- 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsvariante der Bewegung des Kerns;
- 5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsvariante der Bewegung des Kerns;
- 6 eine schematische Darstellungen einer vierten Ausführungsvariante der Bewegung des Kerns;
- 7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsvariante des Kerns.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gussbauteils 1 mit einer Aussparung 2. Das Gussbauteil 1 ist ein Querlenker einer Vorderachse eines Fahrzeugs und die Aussparung 2 die Aufnahme für ein Lager. Die Aussparung hat eine innere Oberfläche 3 und einen kreisrunden Querschnitt mit einer Mittelachse 4. Zur Orientierung sind die Koordinatenachsen x und y eines kartesischen Koordinatensystems dargestellt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnitts durch das Gussbauteil entlang der in 1 dargestellten Schnittebene A-A. Zur Orientierung ist die Koordinatenachse z eines kartesischen Koordinatensystems dargestellt. Das Gussbauteil 1 wird in der Kavität einer Gussform 5 gegossen. Währen des Erstarrens des Gussmaterials zu dem Gussbauteil 1 wird ein Kern 6 oszillierend zu der Gussform 5 in der Gussform 5 bewegt. Die Bewegung des Kerns 6 erfolgt senkrecht zu der Mittelachse 4 der in 1 gezeigten Aussparung 2 und/oder rotatorisch um eine Rotationsachse 7. Die rotatorische Bewegung ist durch Pfeil 8 angedeutet.
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Die translatorische Bewegung ist durch Pfeil 9 angedeutet. Die Rotationsachse 7 ist parallel zu der Mittelachse 4 der in 1 dargestellten Aussparung 2 orientiert. Bei einer Überlagerung der rotatorischen und der translatorischen Bewegungen des Kerns 6 wird die Rotationsachse 7 des Kerns 6 translatorisch, orthogonal zu der Mittelachse 4 der in 1 dargestellten Aussparung 2 bewegt. Um den Kern 6 zur Bewegung anzuregen, ist ein Antrieb 13 vorgesehen. Der Antrieb 13 ist mit der Gussform 5 und/oder dem Kern 6 verbunden und wirkt auf den Kern 6 ein.
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Die 3, 4, 5 und 6 zeigen schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsvarianten der Bewegung des Kerns 6 in der durch ihre innere Oberfläche 3 definierte Aussparung 2.
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3 zeigt den Kern 6 in einer Ruhestellung. Dabei ist der Kern 6 konzentrisch zu der Aussparung 2 positioniert. Die Mittelachse 4 der Aussparung 2 und die Mittelachse 10 des Kerns 6 sind deckungsgleich.
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4 zeigt eine rotatorische Bewegung des Kerns 6 beziehungsweise der Mittelachse 10 des Kerns 6 um eine Rotationsachse 11. Die Rotationsachse 11 ist deckungsgleich mit der Mittelachse 4 der Aussparung 2. Die Bewegung ist durch Pfeil 8 angedeutet. Für die Auslenkung und Beabstandung der beiden Mittelachsen 4, 10 ist initial eine translatorische Bewegung notwendig. Erfolgt die translatorische Auslenkung der Mittelachse 10 des Kerns 6 über den Bewegungszeitraum verteilt, ergibt das eine Bewegung des Kerns 6 beziehungsweise der Mittelachse 10 des Kerns 6 entlang einer hier nicht dargestellten spiralförmigen Bahn.
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5 zeigt eine Überlagerung einer durch Pfeil 9 dargestellten translatorischen Bewegung des Kerns 6 mit einer rotatorischen Bewegung des Kerns 6 um eine Rotationsachse 12. Die Rotationsachse 12 ist deckungsgleich mit der Mittelachse 10 des Kerns 6. Die Rotation ist durch Pfeil 8 angedeutet. Die translatorische Bewegung erfolgt sternförmig zu der Mittelachse 4 der Aussparung 2 und wird mittels des Pfeils 9 dargestellt.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Kerns 6 mit einer polygonalen Form in der Ruhestellung. Zum Erzeugen der Aussparung 2 mit einer Oberfläche 3 wird der Kern 6 ausschließlich translatorisch bewegt. Dabei können unterschiedliche translatorische Bewegungen überlagert werden. Zwei unterschiedliche, senkrecht zu der Mittelachse 4 der Aussparung 2 orientierte translatorische Bewegungen sind durch die mit 9 bezeichneten Pfeile angedeutet.
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7 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsvariante des Kerns 6. In dem Kern 6 ist eine Kühleinrichtung 14 angeordnet. Diese Kühleinrichtung 14 besteht aus zumindest einem von Kühlmittel durchströmten Kühlkanal 15. Der Kühlkanal 15 ist schraubenförmig mit geringem Abstand zu der Oberfläche 16 des Kerns 6 im Inneren des Kerns 6 angeordnet.
