-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Ein solches Verfahren ist der
DE 10 2008 035 432 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei diesem Verfahren wird wenigstens eine erste Komponente des Bauelements durch Gießen hergestellt. Die erste Komponente wird anschließend zumindest teilweise mit einem Gusswerkstoff zum Herstellen wenigstens einer zweiten Komponente des Bauelements umgossen.
-
Dieses Verfahren wird zwar in einem kombinierten Gießwerkzeug durchgeführt, in welches jedoch zum Gießen der unterschiedlichen Komponenten unterschiedliche Einrichtungen integriert sind.
-
Die
DE 10 2007 023 060 A1 offenbart ein Verfahren, bei welchem ein Leichtmetall- oder Kunststoff-Zylinderkurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine in einer Closed-Deck-Bauweise hergestellt wird. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein sogenannter Zylinderliner unter Verwendung von Salzkernen gegossen, wobei die Salzkerne zumindest den Hohlräumen der Wassermäntel entsprechen. Anschließend wird der vorgegossene Zylinderliner im Druckgießverfahren mit einer Leichtmetallschmelze zur Darstellung des Zylinderkurbelgehäuses in Closed-Deck-Bauweise umgossen. Ferner ist vorgesehen, dass der Zylinderliner beim Umgießen zumindest in den Wassermänteln noch die Salzkerne enthält.
-
Des Weiteren offenbart die
DE 10 2009 015 984 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns für Metallgussverfahren zur Erzeugung eines Formhohlraums in einem Metallgussteil. Dabei wird der Salzkern in einem Druckgussverfahren aus einer Salzschmelze hergestellt, die in eine Druckgussform gedrückt wird.
-
Schließlich ist aus der
DE 10 2004 033 362 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Verbund-Bauteils mit einer Trägerkomponente aus Kunststoff, einer Deckkomponente aus Kunststoff und einer zwischen der Trägerkomponente und der Deckkomponente angeordneten Armierungskomponente aus Metall bekannt. Dabei wird zunächst die Armierungskomponente hergestellt und anschließend in einer Spritzguss-Form eines Spritzgusswerkzeugs bereitgestellt. Daraufhin wird ein Mehrkomponenten-Spritzgießen der Trägerkomponente und der Deckkomponente in der Spritzgussform durchgeführt. Schließlich wird das Verbund-Bauteil aus der Spritzguss-Form entnommen.
-
Es hat sich gezeigt, dass die Herstellung eines Bauelements mit wenigstens zwei Komponenten zeit- und somit kostenaufwändig ist.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines zumindest zwei Komponenten umfassenden Bauelements, insbesondere für einen Kraftwagen, der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Verfahren besonders zeit- und kostengünstig durchführbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Bei einem solchen Verfahren zum Herstellen eines Bauelements, insbesondere für einen Kraftwagen, wird wenigstens eine erste Komponente des Bauelements durch Gießen hergestellt. Anschließend wird die erste Komponente zumindest teilweise mit einem Gusswerkstoff zum Herstellen wenigstens einer zweiten Komponente des Bauelements umgossen.
-
Um das Verfahren besonders zeit- und kostengünstig durchzuführen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sowohl zum Gießen der ersten Komponente als auch zum Gießen der zweiten Komponente dasselbe Werkzeugteil oder dieselben Werkzeugteile eines Gießwerkzeugs verwendet wird bzw. werden. Dies bedeutet, dass beide Komponente mittels desselben Werkzeugteils sowie mittels desselben Werkzeugs hergestellt werden, so dass es nicht vorgesehen und nicht vonnöten ist, die erste Komponente zeitlich nach ihrem Gießen aus einem ersten Werkzeug zu entnehmen, zumindest teilweise in einem zweiten Werkzeug anzuordnen und mittels des zweiten Werkzeugs die zweite Komponente zu gießen. Im Gegensatz dazu kann die erste Komponente nach ihrem Gießen im und/oder an dem Werkzeugteil bzw. den Werkzeugteilen verbleiben, welches bzw. welche auch zum Gießen und somit zum Herstellen der zweiten Komponente verwendet wird bzw. werden.
-
Bei dem Verfahren kann die erste Komponente unter Bildung des Bauelements zumindest teilweise mit dem Gusswerkstoff der zweiten Komponente umgossen werden. Dies bedeutet, dass das Bauelement durch das Umgießen der ersten Komponente mit der zweiten Komponente gebildet wird. An dieses Gießen des Bauelements kann sich dann gegebenenfalls wenigstens eine Nachbearbeitung, insbesondere eine mechanische Nachbearbeitung, des gegossenen Bauelements anschließen.
-
Es kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass jeweilige Gießvorgänge zum Gießen der jeweiligen Komponenten zumindest im Wesentlichen ohne zeitlichen Verzug stattfinden, so dass zumindest die erste Komponente nach einem Erstarren ihres Gusswerkstoffs nur einer geringen oder zumindest im Wesentlichen gar keinen Abkühlung ausgesetzt ist.
-
Mit anderen Worten ist vorzugsweise vorgesehen, dass sich das Werkzeugteil und die erste Komponente selbst nicht oder nur geringfügig abkühlen. Bevorzugt wird das Verfahren derart durch geführt, dass das Gießwerkzeug nach dem Gießen der ersten Komponente nur so weit abgekühlt wird, bis der zunächst flüssige und somit als Schmelze vorliegende Gusswerkstoff der ersten Komponente erstarrt. Unmittelbar darauf wird das Gießwerkzeug mit der erstarrten ersten Komponente für das Gießen der zweiten Komponente vorbereitet, und die zweite Komponente wird unter Bildung des Bauelements abgegossen. Da die erste Komponente bis zum Gießen der zweiten Komponente nur eine vergleichsweise geringe Abkühlung erfährt, findet auch nur eine vergleichsweise geringe Schwindung aufgrund des thermischen Ausdehnungskoeffizienten statt.
-
Die nur geringe thermische Schwindung hat den Vorteil, dass die erste Komponente keinen größeren inneren mechanischen Spannungen ausgesetzt wird. Insbesondere bei Verwendung von spröden Gusswerkstoffen für die erste Komponente und/oder bei großen und filigranen Geometrien können mechanische Spannungen, die zu einer Rissbildung führen können, vermieden werden.
-
Das Bauelement ist beispielsweise ein Kurbelgehäuse, insbesondere ein Zylinderkurbelgehäuse, für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, wobei durch die erste Komponente zum Beispiel Brennräume und/oder Laufflächen für Kolben der Verbrennungskraftmaschine gebildet sind, während die zweite Komponente ein Gehäuseelement eines Kurbelgehäuses der Verbrennungskraftmaschine bildet, in welchem die erste Komponente als Einlegeteil (Insert) zumindest bereichsweise aufgenommen ist.
-
Eine Ausgestaltung des Gießwerkzeugs sieht vor, dass zumindest drei Werkzeugteile verwendet werden, wobei ein erstes und ein zweites der Werkzeugteile außen liegen (Auswerferseiten). Das dritte Werkzeugteil ist innen zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil angeordnet. Die erste Komponente wird zunächst in eine Gießkavität eingegossen, welche durch das erste äußere und das dritte innere Werkzeugteil gebildet wird. Danach werden das erste und das dritte Werkzeugteil auseinander gefahren, und das dritte innere Werkzeugteil mit der an dem dritten Werkzeugteil angeordneten und noch heißen, ersten Komponente wird zum zweiten äußeren Werkzeugteil gedreht und/oder verfahren. Hierauf werden das dritte innere Werkzeugteil mit der ersten Komponente und das zweite äußere Werkzeugteil aufeinander zu gefahren und geschlossen, wobei dann das dritte innere und das zweite äußere Werkzeugteil eine weitere Gießkavität für die zweite Komponente bilden. Die zweite Komponente bzw. ihr Gusswerkstoff wird dann als Schmelze in die weitere Gießkavität eingegossen.
-
Im Rahmen des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Komponenten relativ zueinander bewegbar miteinander verbunden werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das die Komponenten durch das Gießen der zweiten Komponente stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Hierdurch ist eine besonders feste Verbindung der Komponenten miteinander realisiert.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Komponenten durch Druckgießen hergestellt wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass beide Komponenten durch Druckgießen hergestellt werden. Das Gießwerkzeug ist somit als Druckgusswerkzeug ausgebildet, mittels welchem beide Komponenten durch Druckgießen hergestellt werden. Dadurch sind relativ komplexe Geometrien sowie dünne Wandstärken des Bauelements auf einfache Weise herstellbar. Es kann vorgesehen sein, dass es sich bei jeweiligen Gießverfahren, durch welche die Komponenten hergestellt werden, um die gleichen Gießverfahren handelt. Werden die Komponente aus voneinander unterschiedlichen Gießwerkstoffen hergestellt, so kann durch das Druckgusswerkzeug ein Mehrkomponenten-Druckgießen durchgeführt werden, in dessen Rahmen die aus den unterschiedlichen Gusswerkstoffen gebildeten oder zu bildenden Komponenten miteinander verbunden werden.
-
Es hat sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Komponenten durch voneinander unterschiedliche Gießverfahren hergestellt werden. Dadurch ist es möglich, die entsprechenden Gießverfahren an jeweilige Gusswerkstoffe der Komponenten anzupassen und diese dennoch mittels desselben Werkzeugteils herzustellen.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die Komponenten aus voneinander unterschiedlichen Gusswerkstoffen hergestellt. Dadurch ist es möglich, die Vorteile beider Gusswerkstoffe zu nutzen und mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache Weise miteinander zu verknüpfen.
-
Als Gusswerkstoffe können Leichtmetalle wie Aluminium, Magnesium etc. bzw. Leichtmetalllegierungen wie Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen etc. sowie Kunststoffe verwendet werden. Ebenso können anderweitige Legierungen, insbesondere metallische Legierungen wie beispielsweise eine Zinklegierung als Gusswerkstoff verwendet werden.
-
Beispielsweise ist es möglich, als einen Gusswerkstoff für eine der Komponenten eine Aluminiumlegierung mit hohem Siliziumanteil und als einen anderen Gusswerkstoff für die andere Komponente eine Aluminiumlegierung mit hohem Kupferanteil zu verwenden. Insbesondere ist es auch mögliche, einen metallischen Gusswerkstoff mit einem Gusswerkstoff aus Kunststoff zu kombinieren.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Fig. alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 drei schematische Schnittansichten eines Gießwerkzeugs in Form eines Druckgusswerkzeugs zum Herstellen eines zwei Komponenten umfassenden Bauelements, wobei die Komponenten jeweils durch Gießen hergestellt werden und wobei wenigstens ein Werkzeugteil des Gießwerkzeugs zum Herstellen beider Komponenten verwendet wird;
-
2 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform des Bauelement, welches ein Kurbelgehäuses für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ist;
-
3 eine schematische Perspektivansicht des Kurbelgehäuses;
-
4 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des Bauelement, welches ein Gießkern beispielsweise zum Herstellen eines Wassermantels eines Kurbelgehäuses für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ist;
-
5 eine schematische und perspektivische Schnittansicht des Gießkerns; und
-
6 ausschnittsweise eine weitere schematische und perspektivische Schnittansicht des Gießkerns.
-
1 zeigt ein Werkzeugteile 10, 12, 14 umfassendes Gießwerkzeug in Form eines Druckgusswerkzeugs zum Durchführen eines Verfahrens zum Herstellen eines wenigstens zwei Komponenten 26, 32 umfassenden Bauelements. 2 bis 6 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen des mittels des Verfahrens herzustellenden Bauelements. Gemäß 2 und 3 ist das Bauelement als ein Kurbelgehäuse 16 für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens ausgebildet. Gemäß 4 bis 6 ist das Bauelement als ein verlorener Kern 17 ausgebildet, welcher zum Herstellen eines Wassermantels eines Kurbelgehäuses für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens durch Gießen verwendet wird.
-
Mit S0 ist in 1 ein Ausgangszustand der Werkzeugteile 10, 12 gezeigt, welche auch als Formhälften bezeichnet werden. In diesem Ausgangszustand S0 sind die Formhälften voneinander beabstandet. Das Werkzeugteil 10 (erste Formhälfte) weist eine erste Kavität 22 auf. Das Werkzeugteil 12 (zweite Formhälfte) weist eine zweite Kavität 24 auf.
-
In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens werden die Werkzeugteile 10, 12 aufeinander zu bewegt, d. h. zusammengefahren, so dass die Kavitäten 22, 24 allumseitig abgedichtet sind. Im Rahmen eines ersten Gießverfahrens wird die erste Komponente 26 des Bauelements hergestellt, indem ein erster Gusswerkstoff in die miteinander kommunizierenden Kavitäten 22, 24 eingebracht wird.
-
Bei dem ersten Gießverfahren zum Herstellen der ersten Komponente 26 handelt es sich um ein Druckgussverfahren. Im Anschluss daran werden die Werkzeugteile 10, 12 auseinander gefahren und das Werkzeugteil 12 wird um eine Schwenkachse 28 geschwenkt.
-
In einem sich daran anschließenden, zweiten Schritt S2 des Verfahrens werden die Werkzeugteile 12, 14 aufeinander zu bewegt, d. h. zusammengefahren. Dabei ist auch das Werkzeugteil 14 eine dritte Formhälfte und weist eine dritte Kavität 27 auf, welche im zusammengefahrenen Zustand der Werkzeugteile 12, 14 mit der zweiten Kavität 24 kommuniziert, wobei beide Kavitäten 24, 27 abgedichtet sind.
-
Im Rahmen eines zweiten Gießverfahrens wird ein zweiter Gusswerkstoff über einen 1 erkennbaren Zulauf 30 des Werkzeugteils 14 in die Kavitäten 24, 27 eingebracht. Dabei sind die Gusswerkstoffe voneinander unterschiedlich, wie noch im Folgenden erläutert wird. Durch das zweite Gießverfahren, wobei es sich ebenfalls um ein Druckgussverfahren handelt, wird die zweite Komponente 32 unter Bildung des Bauelements gegossen.
-
Dabei wird – wie 1 zu entnehmen ist – die erste Komponente 26 im zweiten Schritt S2 zumindest teilweise mit dem zweiten Gusswerkstoff zum Herstellen der zweiten Komponente 32 umgossen. Dabei sind beide Komponenten 26, 32 Teile des fertigen Bauelements, welche beide eine Funktion des Bauelements erfüllen und miteinander verbunden sind. Durch den Einsatz der voneinander unterschiedlichen Gusswerkstoffe können jeweilige Vorteile dieser Gusswerkstoffe beim Bauelement verknüpft werden.
-
Wie es anhand von 1 erkennbar ist, wird sowohl zum Gießen der ersten Komponente 26 als auch zum Gießen der zweiten Komponente 32 dasselbe Werkzeugteil 12 des Gießwerkzeugs und somit dasselbe Gießwerkzeug verwendet. Mit anderen Worten werden sowohl die erste Komponente 26 als auch die zweite Komponente 32 im selben Gießwerkzeug durch Gießen hergestellt.
-
Infolge der Verwendung desselben Werkzeugteils 12 zum Gießen beider Komponenten 26, 32 können unterschiedliche Komponenten aus unterschiedlichen Gusswerkstoffen bzw. aus unterschiedlichen Schmelzen im Rahmen eines Mehrkomponenten-Druckgussverfahren auf zeit- und kostengünstige Weise miteinander verbunden werden.
-
Das Werkzeugteil 12, welches die erste Komponente 26 vom Werkzeugteil 10 an das Werkzeugteil 14 übergibt, kann beispielsweise ein Drehteller, ein Drehwerkzeug, ein Drehkreuz, ein Drehkern oder ein Verschiebewerkzeug sein. Zum Übergeben können auch Umsetz- oder Einlegetechniken sowie die sogenannte Core-Back-Technik verwendet werden.
-
2 und 3 zeigen ein mittels des anhand von 1 veranschaulichten Verfahrens hergestelltes Bauelement in Form eines Kurbelgehäuses 16 für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Personenkraftwagens. Das Kurbelgehäuse 16 dient zur Lagerung einer in 2 nicht gezeigten Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine und ist vorliegend als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet, da es auch vier Brennräume in Form von Zylindern 34 aufweist. Die Zylinder 34 sind dabei in Reihe angeordnet, so dass die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine als Vier-Zylinder-Reihenmotor ausgebildet ist.
-
Wie aus 2 und 3 zu erkennen ist, ist durch die erste Komponente 26 ein erstes Gehäuseelement 36 des Kurbelgehäuses gebildet, welches die Zylinder 34 sowie einen Wassermantel 38 zum Kühlen der Zylinder 34 aufweist.
-
Durch die in 3 transparent dargestellte, zweite Komponente 32 ist ein zweites Gehäuseelement 40 des Kurbelgehäuses 16 gebildet. Dabei ist die erste Komponente 26 zumindest bereichsweise in der zweiten Komponente 32 aufgenommen, so dass die erste Komponente 26 ein Einlegeteil oder ein sogenanntes Insert für die zweite Komponente 32 darstellt. Durch die zweite Komponente 32 sind dabei Lagerstellen zum Lagern der Kurbelwelle zumindest teilweise gebildet.
-
Die Gehäuseelemente 36, 40 sind vorliegend aus voneinander unterschiedlichen Gusswerkstoffen durch Druckgießen hergestellt. Das Gehäuseelement 36 ist beispielsweise aus einer übereutektischen Aluminiumlegierung gebildet, während das Gehäuseelement 40 beispielsweise aus einem demgegenüber leichteren und/oder kostengünstigeren Werkstoff, einer Aluminium-Sekundärlegierung, einer Magnesium-Legierung oder aus einem Kunststoff gebildet ist.
-
Mittels des Verfahrens können zum Beispiel auch anderweitige Bauelemente für einen Kraftwagen, wie Strukturteile, Ölwannen, Getriebegehäuse etc. ausgebildet werden, welche jeweils wenigstens zwei Komponenten aus voneinander unterschiedlichen Gusswerkstoffen und durch Mehrkomponenten-Druckgießen hergestellte Komponenten wie die Komponenten 26, 32 umfassen.
-
Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren die Herstellung von anderweitigen Bauelementen, wie beispielsweise einen in 4 bis 6 dargestellten, verlorenen Kern 17 zur Herstellung eines Wassermantels eines Kurbelgehäuses. Wie aus 5 und 6 erkennbar ist, ist durch die erste Komponente 26 ein Innenteil 42 des verlorenen Kerns 17 gebildet, während durch die zweite Komponente 32 ein Außenteil 44 des verlorenen Kerns 17 dargestellt ist, welches das Innenteil 42 allumseitig umgibt. Das Innenteil 42 ist beispielsweise aus einem Kunststoff, einem metallischen Werkstoff oder aus einem nichtmetallischen Werkstoff hergestellt, während das Außenteil 44 aus einem vom Werkstoff des Innenteils 42 unterschiedlichen Werkstoff hergestellt ist. Beim Werkstoff des Außenteils 44 kann es sich um einen Kunststoff, einen nichtmetallischen Werkstoff oder um einen metallischen Werkstoff handeln. Auch der verlorene Kern 17 ist im Rahmen eines Mehrkomponenten-Druckgussverfahrens, wie es anhand von 1 erläutert ist, zeit- und kostengünstig hergestellt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008035432 A1 [0002]
- DE 102007023060 A1 [0004]
- DE 102009015984 A1 [0005]
- DE 102004033362 A1 [0006]
