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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung für die Herstellung eines Gussbauteils.
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Werkzeugvorrichtungen für die Herstellung von Gussbauteilen sind grundsätzlich bekannt. Sie weisen häufig zumindest zwei Werkzeughälften auf, welche zusammen eine Kavität für das Gussbauteil ausbilden. Beim Durchführen des Gussverfahrens werden die beiden Werkzeughälften geschlossen und damit die Kavität ausgebildet. Anschließend wird das Gussmaterial in fließfähiger Form eingefüllt bis ein vollständiges Ausfüllen der Kavität vorliegt. Nach dem Aushärten des Gussmaterials kann die Entformung des Gussbauteils stattfinden. Hierzu wird eine Trennung der beiden Werkzeughälften herbeigeführt, wobei die beiden Werkzeughälften entgegengesetzt zueinander bewegt werden. Die beiden Entformungsrichtungen liegen dabei üblicherweise auf einer Achse, sind also unmittelbar entgegengesetzt zueinander ausgerichtet. Beispielsweise zeigt die
WO 2009/150019 ein derartiges Werkzeug. Dabei sind jedoch für höchstkomplexe geometrische Ausführungsformen von Gussbauteilen zusätzliche Werkzeugteilabschnitte in Form von Schiebern ausgebildet. So können zwar komplexere Gussbauteile hergestellt werden, jedoch erhöhen sich automatisch auch die Komplexität und damit der Kostenaufwand für die Herstellung der Werkzeughälften und für die Herstellung des Gussbauteils. Auch aus der
DE 199 56 877 C1 ist grundsätzlich ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils bekannt. In der
DE 100 41 505 A1 wird ein Werkzeug für die Herstellung von Gusskernen beschrieben. Die
DE 101 29 975 A1 zeigt eine mehrteilige Gießform für komplexe Gussstrukturen und in der
US 2006/02922005 A1 wird die Herstellung einer Turbinenschaufel beschrieben. Zudem beschreiben die
US 3 595 301 A ,
EP 2 139 627 B1 ,
WO 2011/132 081 A1 ,
US 2 464 051 A ,
US 89 005 A und
DE 10 2009 037 981 B3 diverse Werkzeugvorrichtungen zur Herstellung von Gussbauteilen.
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Nachteilhaft bei bekannten Werkzeugvorrichtungen ist die Einschränkung der Konstruktionsbauweise des Gussbauteils. So sind für Gussbauteile unterschiedliche konstruktive Einschränkungen zu beachten. Eine entscheidende Einschränkung ist das Vorsehen von Ausformschrägen für das Gussbauteil, um nach dem Erstarren des Gussmaterials eine saubere Trennung von der zugehörigen Teilkontur der Werkzeughälfte gewährleisten zu können. Die Ausformschrägen des Gussbauteils sind dabei üblicherweise um ca. 3° zur jeweiligen Entformungsrichtung der Werkzeughälfte geneigt. Bei bekannten Werkzeugvorrichtungen, bei welchen die beiden Werkzeughälften exakt entgegengesetzt zueinander bewegt werden, führt dies zu einer Einschränkung für das gesamte Gussbauteil. Bei komplexen Geometrien des Gussbauteils muss somit für alle Seiten der Geometrie des Gussbauteils diese eine Entformungsachse beachtet werden. Mit Bezug auf diese Entformungsachse sind die beschriebenen Ausformschrägen notwendig, um den Prozess durchführbar zu gestalten. Dies kann dazu führen, dass deutlich mehr Material und damit ein höheres Gewicht notwendig werden, um das Gussbauteil herstellbar zu machen. Insbesondere beim Einsatz des Gussbauteils in einem Fahrzeug führt das erhöhte Gewicht zu Nachteilen im Fahrverhalten und zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch. Um das Gewicht wieder zu reduzieren, müsste beispielsweise ein zusätzlicher und kostenintensiver Schritt einer spanenden Bearbeitung durchgeführt werden. Auch dies ist ein großer Nachteil bekannter Werkzeugvorrichtungen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges Werkzeug zur Verfügung zu stellen, mit welchem eine möglichst große Freiheit bei der konstruktiven Gestaltung des Gussbauteils erzielt werden kann. Insbesondere soll möglichst viel Material bei der Konstruktion des Gussbauteils eingespart werden können.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Werkzeugvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung gemäß Hauptanspruch beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Unteransprüchen und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung dient der Herstellung eines Gussbauteils. Diese Werkzeugvorrichtung weist eine erste Werkzeughälfte und eine zweite Werkzeughälfte auf. Diese beiden Werkzeughälften bilden miteinander eine Kavität aus, in welcher das Gussbauteil ausgeformt werden kann. Eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Werkzeughälfte eine erste Teilkontur der Kavität mit genau einer ersten Entformungsrichtung aufweist. Die zweite Werkzeughälfte weist eine zweite Teilkontur der Kavität mit genau einer zweiten Entformungsrichtung auf. Dabei schließen die beiden Entformungsrichtungen miteinander einen Entformungsdifferenzwinkel von mehr als 0° miteinander ein.
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Eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung dient der Herstellung eines Gussbauteils, insbesondere zur anschließenden Verwendung in einem Fahrzeug. Kern der vorliegenden Erfindung ist es, dass die beiden Entformungsrichtungen der beiden Werkzeughälften zueinander gerade nicht exakt entgegengesetzt, also koaxial verlaufen. Vielmehr schließen sie miteinander einen Entformungsdifferenzwinkel von mehr als 0° ein. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass der Wert des Entformungsdifferenzwinkels wesentlich von 0° abweicht. Vorzugsweise liegt der Entformungsdifferenzwinkel also z.B. bei mehr als ca. 5°. Nach oben ist der Entformungsdifferenzwinkel grundsätzlich offen, wobei er selbstverständlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung nie 180° erreichen würde. Dies würde wieder eine koaxiale Ausrichtung der beiden Entformungsrichtungen miteinander bedeuten. Somit kann der Entformungsdifferenzwinkel vorzugsweise grundsätzlich zwischen ca. 5° und ca. 175° ausgebildet sein. Jedoch sind Winkel für den Entformungsdifferenzwinkel insbesondere im Bereich von ca. 10° bis ca. 30° von besonderem Vorteil.
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Bei einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung ist es möglich, für jede Werkzeughälfte eine eigene Anpassung der gusstechnischen Anforderungen des Gussbauteils durchzuführen. Das bedeutet, dass nicht mehr eine übergeordnete gemeinsame Entformungsrichtung beachtet werden muss, sondern vielmehr jede Werkzeughälfte an die entsprechenden geometrischen Erfordernisse des Gussbauteils angepasst sein kann. Dadurch, dass die beiden Entformungsrichtungen zueinander unterschiedlich ausgerichtet sind, können dementsprechend auch komplexere Formen der Gussbauteile erzeugt werden, ohne dass gemeinsame Ausformschrägen für eine gemeinsame Entformungsrichtung vorgesehen werden müssen. Dies führt zu deutlich größerer Freiheit bei der Gestaltung des Gussbauteils. Gleichzeitig kann das Gussbauteil auch bei komplexen Formen mit weniger Material hergestellt werden, so dass ein Zusatzaufwand durch spanende Bearbeitung bzw. das Zusatzmaterial und hohes Gewicht am Gussbauteil vermieden wird.
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Eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung kann dahingehend weitergebildet sein, dass die beiden Werkzeughälften jeweils eine Kontaktfläche aufweisen, welche unter Ausbildung der Kavität kontaktierend aufeinander angeordnet sind. Die beiden Kontaktflächen dienen also sozusagen zur Umrandung bzw. zum Abdichten der Kavität nach außen. Die Kontaktflächen können eben ausgebildet sein. Jedoch sind auch andere geometrische Formen für die Kontaktflächen möglich. So sind einfach gekrümmte Kontaktflächen oder mehrfach gekrümmte Kontaktflächen im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. Die beiden Kontaktflächen sind sozusagen komplementär ausgebildet, so dass beim Aufeinanderzufahren und Schließen der beiden Werkzeughälften diese beiden Kontaktflächen komplett aufeinander zu liegen kommen. Sie bilden mit ihrer Kante zur jeweiligen Teilkontur der jeweiligen Werkzeughälfte eine Umrandung aus, wie sie später noch näher erläutert wird.
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Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung die Umrandung der beiden Teilkonturen jeweils zumindest abschnittsweise in einer Ebene ausgebildet ist. Das bedeutet, dass die Schnittkante zwischen der jeweiligen Teilkontur und z.B. einer umrandenden Kontaktfläche, wie sie im voranstehenden Absatz erläutert worden ist, eine Umrandungslinie oder Umrandungskante bzw. allgemein eine Umrandung ausbildet. Diese Umrandung ist vorzugsweise bei zumindest einer der beiden Teilkonturen in einer Ebene ausgebildet. Bevorzugt liegen beide Umrandungen in einer Ebene, welche insbesondere eine gemeinsame Ebene darstellt. Das bedeutet, dass die beiden Werkzeughälften einander komplett abschließen und die Kavität ausbilden. Die beiden Kontaktflächen bleiben also gegeneinander komplementär abgedeckt liegen, so dass ausschließlich die Teilkonturen die Kavität ausbilden. Bei einer solchen Ausführungsform, insbesondere bei einer Umrandung der beiden Teilkonturen, welche in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, ist die Entformung des Gussbauteils noch weiter vereinfacht. Mit Bezug auf die beiden Entformungsrichtungen ist diese gemeinsame Ebene ebenfalls im Wesentlichen frei angeordnet. Insbesondere ist sie zumindest zu einer der beiden Entformungsrichtungen nicht senkrecht ausgebildet, kann z.B. zu beiden Entformungsrichtungen einen Winkel von kleiner als 90 Grad aufweisen.
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Ein weiterer Vorteil wird erzielt, wenn bei einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung die Umrandung der beiden Teilkonturen wenigstens abschnittsweise an einem Knickabschnitt der Gesamtkontur der Kavität angeordnet ist. Das bedeutet, dass die Umrandung, wie sie im voranstehenden Absatz erläutert und definiert worden ist, in ihrer Anordnung mit einem Knickabschnitt der Gesamtkontur der Kavität korreliert. Dieser Knickabschnitt ist sozusagen der Wechsel der winkligen Anordnung einer Außenfläche des jeweiligen Gussbauteils. So kann dieser Knickabschnitt auch als ein Übergangsabschnitt zwischen zwei komplementär ausgerichteten Ausformschrägen des Gussbauteils verstanden werden. Der Knickabschnitt bildet also einen Knick in der Außenfläche aus, welcher in die eine Richtung der ersten Entformungsrichtung eine Ausformschräge und in die andere Richtung der zweiten Entformungsrichtung eine zweite Ausformschräge zur Verfügung stellt. Der Knickabschnitt weist also in Summe vorzugsweise einen Winkel auf, welcher die Summe des Winkels der beiden Entformungsrichtungen sowie zweimal der Entformungsschräge ist. Ist also beispielsweise der Entformungsdifferenzwinkel bei ca. 10° ausgebildet, und die Entformungsschräge mit ca. 3° vorgesehen, so liegt am Knickabschnitt der Gesamtkontur ein Gesamtwinkel von ca. 16° vor (oder 4°, je nachdem, welche Seite man betrachtet).
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Eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung ist vorteilhafterweise dahingehend weitergebildet, dass der Entformungsdifferenzwinkel zwischen den beiden Entformungsrichtungen im Bereich zwischen ca. 10° und ca. 30° ausgebildet ist. Dabei handelt es sich um einen besonders vorteilhaften Bereich. Insbesondere können die Durchführung des Herstellvorgangs und auch die räumliche Anordnung der beiden Werkzeughälften besonders einfach erfolgen.Der Platzbedarf für die notwendige Öffnungsbewegung reduziert sich auf diese Weise. Grundsätzlich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch auch im Wesentlichen jeder beliebige Winkel, wie er bereits erläutert worden ist, als Entformungsdifferenzwinkel denkbar. Besonders vorteilhaft sind jedoch Entformungsdifferenzwinkel, welche in dem voranstehend genannten Bereich, insbesondere jedoch kleiner als ca. 45° ausgebildet sind. Jedoch kann bei einzelnen besonders komplexen Bauteilen auch ein größerer Entformungsdifferenzwinkel sinnvoll sein.
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Eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung ist vorteilhafterweise dahingehend weitergebildet, dass eine Ausstoßvorrichtung vorgesehen ist, welche wenigstens einen Ausstoßer in zumindest einer der beiden Werkzeughälften aufweist, um das Gussbauteil aus der jeweiligen Werkzeughälfte auszuschieben. Eine solche Ausstoßvorrichtung kann z.B. Schubstangen aufweisen, welche als Ausstoßer dienen. Dabei ist die Ausstoßrichtung vorzugsweise -parallel zur Entformungsrichtung oder sogar koaxial mit dieser ausgerichtet. Damit kann eine erleichterte Ausbringung durchgeführt werden, so dass sich die Taktzeiten bei der Verwendung einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung reduzieren lassen. Z.B. wird nach dem Öffnen der beiden Werkzeughälften das Gussbauteil in einer der beiden Werkzeughälften verbleiben. Nach Entfernen der ersten Werkzeughälfte kann durch die zweite Werkzeughälfte und eine darin angeordnete Ausstoßvorrichtung das Entformen des Gussbauteils in unterstützender Weise durchgeführt werden.
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Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung für Teilabschnitte wenigstens einer der beiden Teilkonturen zumindest ein Schieber vorgesehen ist. Damit können auch deutlich komplexere Formen hinsichtlich der geometrischen Ausbildung des Gussbauteils zur Verfügung gestellt werden. Dabei sind jedoch nur die Teilkonturen entscheidend, so dass die gesamte Teilkontur wieder die definierte Entformungsrichtung und in Summe für die Werkzeugvorrichtung wieder der definierte erfindungsgemäße Entformungsdifferenzwinkel erreicht werden. Selbstverständlich sind zusätzlich oder alternativ zu Schiebern auch die Verwendung von einem oder mehreren Kernen denkbar. Auch der Einsatz von verlorenen Kernen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich.
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Eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung ist vorteilhafterweise dahingehend weitergebildet, dass die Werkzeughälften ausgebildet sind, für die Durchführung wenigstens eines der folgenden Gussverfahren:
- - Kokillenguss
- - Sandguss
- - Aluminiumguss
- - Eisenguss
- - Stahlguss
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Bei der voranstehenden, nicht abschließenden Liste, handelt es sich um eine Aufzählung möglicher Beispiele für die Gussverfahren. Selbstverständlich kann eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung im Wesentlichen frei für beliebige Gussverfahren eingesetzt werden, um die erfindungsgemäß beschriebenen Vorteile zu erzielen. Bevorzugt wird eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung jedoch bei Gussverfahren für Metalle eingesetzt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1 eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung in geschlossenem Zustand mit aufgenommen Gussbauteil,
- 2 eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung mit entfernter zweiter Werkzeughälfte während der Entformung und
- 3 in perspektivischer Darstellung im Teilschnitt eine Ausführungsform einer ersten Werkzeughälfte.
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In 1 ist schematisch im Querschnitt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung 10 dargestellt. Diese weist eine erste Werkzeughälfte 20 und eine zweite Werkzeughälfte 30 auf. Diese beiden Werkzeughälften 20 und 30 sind zueinander zusammengesetzt, so dass sich zwei jeweilige Kontaktflächen 24 und 34 kontaktierend berühren. Sie liegen aufeinander und sind hier zumindest zum Teil gekrümmt ausgebildet.
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Der 1 ist weiter zu entnehmen, dass im Inneren der Werkzeugvorrichtung 10 durch die beiden Werkzeughälften 20 und 30 eine Kavität 40 ausgebildet wird. Die Kavität 40 wird mit ihrer Gesamtkontur 42 durch zwei Teilkonturen 22 und 32 der beiden Werkzeughälften 20 und 30 ausgebildet. Innerhalb dieser Gesamtkontur 42 ist das Gussbauteil 100 schematisch dargestellt. Auch ist gut zu erkennen, dass die Umrandung 26 und 36 der beiden Werkzeughälften 20 und 30 hier entlang einer Knickstelle bzw. eines Knickabschnitts 43 der Gesamtkontur 42 verläuft. Dieser Knickabschnitt 43 definiert den Übergang zwischen zwei unterschiedlich ausgerichteten Ausformschrägen.
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Ebenfalls gut zu erkennen ist in 1 die Korrelation der beiden Entformungsrichtungen E1 und E2 zueinander. So sind diese beiden Entformungsrichtungen E1 und E2 hier mit zwei Pfeilen dargestellt. Sie weisen miteinander einen Entformungsdifferenzwinkel α auf, welcher größer als 0° ist. Hier liegt er im Bereich von ca. 10°. Ein Entformungsdifferenzwinkel α größer 0° ist insbesondere ein Entformungsdifferenzwinkel, welcher größer als ca. 5° ausgebildet ist. Die Vorteile der Entformung ergeben sich insbesondere mit Bezug auf die nachfolgende Erläuterung der 2.
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In 2 ist der Schritt der Entformung dargestellt. Nachdem die zweite Werkzeughälfte 30 bereits entlang der Entformungsrichtung E2 abgehoben worden ist, kann nun ein Ausstoßen des Gussbauteils 100 erfolgen. Bei dieser Ausführungsform erfolgt das Ausstoßen über eine Ausstoßvorrichtung 50 mit zwei Ausstoßern 52. Diese stoßen parallel zu der ersten Entformungsrichtung E1 aus. Durch die Korrelation der beiden Entformungsrichtungen E1 und E2 in winkliger Weise zueinander kann die geometrische Ausbildung des Gussbauteils 100 freier erfolgen. Insbesondere können Abschnitte, welche bei koaxial ausgerichteten Entformungsrichtungen E1 und E2 als Hinterschnitt ausgebildet wären, hier einfach und kostengünstig in der Werkzeugvorrichtung 10 dargestellt werden. So kann eine freiere geometrische Konstruktion und gleichzeitig der Verzicht auf mögliche Schieberbauteile innerhalb der Werkzeugvorrichtung 10 erzielt werden.
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3 zeigt die geöffnete Werkzeugvorrichtung 10 und davon die erste Werkzeughälfte 20. Hier ist gut die tatsächliche Anordnung der Umrandung 26 sowie der Abschnitt der Kontaktfläche 24 zu erkennen.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkzeugvorrichtung
- 20
- erste Werkzeughälfte
- 22
- erste Teilkontur
- 24
- erste Kontaktfläche
- 26
- Umrandung
- 30
- zweite Werkzeughälfte
- 32
- zweite Teilkontur
- 34
- zweite Kontaktfläche
- 36
- zweite Umrandung
- 40
- Kavität
- 42
- Gesamtkontur
- 43
- Knickabschnitt
- 50.
- Ausstoßvorrichtung
- 52
- Ausstoßer
- α
- Entformungsdifferenzwinkel
- E1
- erste Entformungsrichtung
- E2
- zweite Entformungsrichtung
