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Die Erfindung betrifft ein Gussgehäuse, insbesondere Kupplungs- und/oder Getriebegehäuse, mit einem ersten ein druckdichtes Gefüge aufweisenden Gehäuseabschnitt und einem zweiten ein druckdichtes Gefüge aufweisenden Gehäuseabschnitt, wobei das Gefüge des zweiten Gehäuseabschnittes eine größere Druckdichtigkeit aufweist als das Gefüge des ersten Gehäuseabschnittes.
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Aus der
DE 10 2005 016 402 A1 ist bereits ein Druckgussbauteil mit einem darin durch Umspritzen integrierten Bauteil bekannt. Das als Sensor oder Aktuator ausgebildete Bauteil ist dabei von einem Mantelmaterial umgeben, welches mit einem das Gussbauteil bildenden Material infiltriert ist. Das als Gewebe oder Gitter ausgebildete Mantelmaterial ist dafür vorgesehen, die beim Einspritzen des zumindest teilweise flüssigen Gussbauteilmaterials in die Gießform auftretenden erheblichen Kräfte so weit zu dämpfen, dass der Sensor oder Aktuator nicht zerstört wird.
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Die
DE 101 35 358 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteiles, welches aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff besteht. Hierbei wird eine keramische Preform im Gießwerkzeug mit Aluminium verbunden, wobei das flüssige Aluminium Poren der Preform infiltriert.
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Außerdem ist aus der
EP 1 440 749 B1 ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblockes im Verbundguss bekannt. Hierbei werden mehrere in Reihe einstückig miteinander verbundene Zylinderrohre aus einer Aluminium-Legierung als ein gegossenes Insert in einer ein Zylinderblock-Gehäuse ausbildenden Gießform mit einer Magnesiumlegierung umgossen.
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Als Kupplungs- und/oder Getriebegehäuse ausgebildete Gussgehäuse der eingangs genannten Art dienen zur Aufnahme eines Getriebes und/oder einer Kupplung und weisen einen ersten Gehäuseabschnitt mit einer definierten Druckdichtigkeit auf, um zu verhindern, dass in dem Gehäuse insbesondere zur Schmierung vorgesehenes Öl an die Umwelt abgegeben wird. Außerdem weist ein derartiges Gussgehäuse Kanäle, insbesondere Druckölkanäle auf, durch welche ein unter Druck stehendes Betriebsmittel, beispielsweise Hydrauliköl, durch das Gehäuse hindurch zu den jeweiligen hydraulischen Bauteilen geleitet wird. Diese Kanäle sind in einem zweiten Gehäuseabschnitt des Gussgehäuses angeordnet, welcher deshalb eine höhere Druckdichtigkeit aufweisen muss als der erste Gehäuseabschnitt. Die größere Druckdichtigkeit ist erforderlich, um den für die Funktion der hydraulischen Bauteile erforderlichen Druck prozesssicher zur Verfügung stellen zu können und um einen Austritt von Öl an die Umwelt und in das Innere des Gussgehäuses zu verhindern. Üblicherweise muss der erste Gehäuseabschnitt einem Prüfdruck von etwa 1 bar und der zweite Gehäuseabschnitt einem Prüfdruck von 15–30 bar standhalten.
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Um die erforderliche Druckdichtigkeit im zweiten Gehäuseabschnitt gewährleisten zu können, weist der zweite Gehäuseabschnitt eine gegenüber dem ersten Gehäuseabschnitt wesentlich größere Wanddicke auf. Üblicherweise hat der erste Gehäuseabschnitt eines als Getriebegehäuse ausgebildeten Gussgehäuses eine Wanddicke von etwa 2 bis 5 mm, während der zweite Gehäuseabschnitt je nach konstruktiver Ausgestaltung des aufzunehmenden Getriebes eine Wanddicke von etwa 10 bis 20 mm aufweist.
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Beim Gießen von Bauteilen mit unterschiedlichen bzw. uneinheitlichen Wanddicken ergeben sich jedoch Probleme, insbesondere verursacht durch unterschiedliche Abkühlraten in den beiden Gehäuseabschnitten. Während dünnwandige Gehäuseabschnitte relativ schnell erstarren, bleiben dickwandige Gehäuseabschnitte länger heiß und damit auch länger flüssig. Wenn diese Abschnitte dann auch noch von einer möglichen Nachversorgung von flüssigem Metall isoliert sind, bilden sich beim Abkühlen bzw. bei der Erstarrung Fehlstellen aus. Diese Fehlstellen, beispielsweise Schwindungsporosität und Mikrolunker, sind dann die Ursache für Undichtigkeiten und damit für Ausschussteile oder für eine notwendige Nacharbeit der Gussgehäuse.
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Um die Problematik beim Gießen von Bauteilen mit uneinheitlichen Wanddicken in den Griff zu bekommen, ist bereits daran gedacht worden, Pinolen zur Materialverdrängung und/oder zur Kühlung oder sogenannte Squeezer einzusetzen. Die Pinolen, welche das Material in den dickwandigen Gehäuseabschnitten verdrängen sollen, sind jedoch sehr dünn, heizen sich während des Gießprozesses stark auf und verschleißen sehr schnell. Pinolen mit integrierter Kühlung sind in der Größe stark begrenzt, sehr aufwendig herzustellen und ebenso aufwendig in die Gießform einzusetzen. Die Squeezer (Druckstempel) können aufgrund ihrer Größe und des eingeschränkten zur Verfügung stehenden Bauraumes nur unter erheblichem technischen und finanziellen Aufwand in die Druckgießform eingesetzt werden.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gussgehäuse zur Verfügung zu stellen, welches ein hinsichtlich der Druckdichtigkeit optimales Gefüge aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Gussgehäuse gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also ein Gussgehäuse vorgesehen, bei welchem in dem zweiten Gehäuseabschnitt zumindest ein insbesondere metallisches Einlegeteil ein- oder angegossen ist, wobei ein Gefüge des Einlegeteiles die gegenüber dem Gefüge des ersten Gehäuseabschnittes größere Druckdichtigkeit aufweist. Durch das Vorsehen eines Einlegeteiles weist das Gussgehäuse in den Bereichen des ersten und des zweiten Gehäusewandabschnittes annähernd gleiche bzw. einheitliche Wanddicken auf, sodass diese gleichmäßig abkühlen bzw. erstarren. Die Entstehung von Fehlstellen, beispielsweise Schwindungsporosität und Mikrolunker, kann durch die identischen Abkühlraten in den beiden Gehäuseabschnitten wirksam verhindert werden. Die in dem zweiten Gehäuseabschnitt erforderliche Druckdichtigkeit wird durch das eingegossene Einlegeteil dargestellt und gewährleistet. Hierdurch können die Produktivität und die Prozesssicherheit des Herstellungs- bzw. Gießprozesses gesteigert und der Anteil an Ausschuss- und Nacharbeitsteilen reduziert werden. Gleichzeitig wird eine hohe Reproduzierbarkeit gewährleistet.
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In diesem Fall erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass das Einlegeteil stoffschlüssig mit einem Gussgehäusematerial verbunden ist. Das in einer Gießform angeordnete Einlegeteil wird beim Einbringen des flüssigen Materials für das Gussgehäuse von diesem umspült und verbindet sich dann beim Abkühlen und Erstarren des flüssigen Materials stoffschlüssig mit dem Material des Einlegeteiles. In vorteilhafter Weise wird durch das als flüssige Schmelze eingebrachte Gussgehäusematerial eine oberflächennahe Randschicht des Einlegeteiles an- bzw. aufgeschmolzen, sodass sich das Gussgehäusematerial und das Einlegeteilmaterial in diesem Bereich vermischen.
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Die Steigerung der Prozesssicherheit und die Minimierung der Ausschuss- und Nacharbeitsteile wird auch dadurch gewährleistet, dass das Einlegeteil vollständig von dem Gussgehäusematerial umschlossen ist. In vorteilhafter Weise weisen die das Einlegeteil umschließenden Wandabschnitte des Gussgehäuses eine annähernd identische Wanddicke auf. Zur Gewährleistung von einheitlichen Abkühlraten innerhalb des Gussgehäuses sollten die das Einlegeteil umschließenden Wandabschnitte in etwa die Wanddicke des ersten Gehäuseabschnittes des Gussgehäuses aufweisen.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Einlegeteil und das Gussgehäuse aus dem gleichen Material bestehen. Hierdurch entstehen keine Probleme mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungen während des Einsatzes des Getriebes und mit unterschiedlichen Abkühlraten beim Erstarren bzw. Abkühlen des Gussgehäusematerials bzw. des zumindest teilweise aufgeschmolzenen Einlegeteilmaterials.
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Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, dass das Einlegeteil und das Gussgehäuse jeweils aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Hierdurch kann das Material des Einlegeteiles in Abhängigkeit der konstruktiven Ausgestaltung des Gussgehäuses und in Abhängigkeit der erforderlichen Druckdichtigkeit des Gussgehäuses ausgewählt und angepasst werden.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung des Gussgehäuses wird auch dadurch erreicht, dass das Einlegeteil formschlüssig mit dem Gussgehäusematerial verbunden ist. Je nach verwendeten Materialien für das Gussgehäuse bzw. das Einlegeteil kann es vorteilhaft sein, dass das Einlegeteil alternativ oder zusätzlich auch formschlüssig mit dem umgebenden Gussmaterial verbunden ist.
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In einem solchen Fall erweist es sich als zweckmäßig, wenn das Einlegeteil Hinterschneidungen aufweist, in welchen das Gussgehäusematerial angeordnet ist. Dabei sind die Hinterschneidungen derart ausgebildet, dass das flüssige Material des Gussgehäuses beim Einbringen in die Gießform in diese Hinterschneidungen gespült wird, wobei sich die formschlüssige Verbindung dann beim Abkühlen bzw. beim Erstarren des Gussmaterials ausbildet.
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Eine Möglichkeit der Funktionsintegration wird auch dadurch geschaffen, dass in dem zweiten Gehäusewandabschnitt zumindest ein Kanal für ein fluides, unter Druck stehendes Medium, insbesondere ein Druckölkanal angeordnet ist, welcher sich zumindest teilweise durch das Einlegeteil hindurch erstreckt. Hierbei erweist es sich hinsichtlich der Produktivität in der Gießerei als besonders vorteilhaft, wenn der Kanal bereits vor dem Gießen in dem Einlegeteil eingebracht ist. Hierdurch können die mechanische Nachbearbeitung des Gussgehäuses nach dem Gießen minimiert und die Produktivität in der Gießerei gesteigert werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht das Gussgehäuse und/oder das Einlegeteil aus Aluminium, Magnesium, Zink oder Legierungen davon und wird durch ein Druckguss-, Kokillenguss-, Sandguss- oder Feingussverfahren hergestellt. Die genannten Verfahren sind alle bekannt und werden gut beherrscht. Die Verarbeitung der genannten Materialien für das Gussgehäuse ist durch diese Verfahren problemlos möglich. Deren Anwendung bedarf keines zusätzlichen Forschungs- und Entwicklungsaufwands. Ein unter Verwendung der vorgenannten Verfahren hergestelltes Gussgehäuse lässt sich mit einem darin integrierten Einlegeteil einfach und kostengünstig herstellen.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
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1 ein Gussgehäuse in einer perspektivischen Ansicht;
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2 eine Prinzipdarstellung eines Gussgehäuses mit einem integrierten Einlegeteil in einer geschnittenen Seitenansicht;
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3 ein Einlegeteil in einer geschnittenen Seitenansicht.
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Die 1 und 2 zeigen unterschiedliche Ansichten eines erfindungsgemäßen, durch ein Druckgussverfahren hergestellten Gussgehäuses 1. Das als Getriebegehäuse ausgebildete Gussgehäuse 1 weist einen ersten Gehäuseabschnitt 2 mit einem druckdichten Gefüge und einen zweiten Gehäuseabschnitt 3 mit einem druckdichten Gefüge auf, wobei das Gefüge des zweiten Gehäusewandabschnittes 3 eine größere Druckdichtigkeit aufweist als das Gefüge des ersten Gehäusewandabschnittes 2. Eine Wanddicke 4 des zweiten Gehäuseabschnittes 3 ist dabei wesentlich größer als eine Wanddicke 5 des ersten Gehäuseabschnittes 2. In dem zweiten Gehäuseabschnitt 3 weist das Gussgehäuse 1, wie in 2 zur erkennen ist, mehrere als Druckölkanäle ausgebildete Kanäle 6 zur Führung eines unter Druck stehenden Fluides auf. In 1 sind diese Kanäle 6 als Ausnehmungen 7 in dem zweiten Gehäuseabschnitt 3 dargestellt. Durch eine mechanische Nachbearbeitung werden diese Ausnehmungen 7 dann als Kanäle 6 ausgebildet.
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In dem zweiten Gehäuseabschnitt 3 ist ein metallisches Einlegeteil 8 eingegossen, wobei ein Gefüge des Einlegeteiles 8 die gegenüber dem Gefüge des ersten Gehäuseabschnittes 2 größere Druckdichtigkeit aufweist. Das Einlegeteil 8 ist vollständig von dem Material des Gussgehäuses 1 umschlossen und stoffschlüssig mit diesem verbunden. Eine Wanddicke der das Einlegeteil 8 umschließenden Wandabschnitte 9 entspricht in etwa der Wanddicke 5 des ersten Gehäuseabschnittes 2. Hierdurch wird die Entstehung von Fehlstellen beim Abkühlen und Erstarren des Gussmaterials verhindert und es bildet sich in den beiden Gehäuseabschnitten 2, 3 ein optimales Gefüge aus.
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Zur Herstellung des in den 1 und 2 dargestellten Gussgehäuses 1 wird zunächst das in 3 dargestellte Einlegeteil 8, welches durch Gießen, Fräsen, Pressen, Sintern oder Schmieden in einem separaten und vorgelagerten Prozess hergestellt wurde, in die Gießform eingelegt. Nach dem Schließen der Gießform wird dann das Gussgehäusematerial in flüssiger Form als Metallschmelze und unter Druck in die Gießform eingebracht. Hierbei wird das Einlegeteil 8 vollständig von der Metallschmelze umschlossen. Nach dem Erstarren und Abkühlen der Metallschmelze kann das Gussgehäuse 1 mit dem darin eingebetteten Einlegeteil 8 dann aus der Gießform entnommen und der mechanischen Nachbearbeitung zugeführt werden. Im Rahmen der mechanischen Bearbeitung werden dann unter anderem auch die Bohrungen für die Kanäle 6 in den zweiten Gehäuseabschnitt 3 des Gussgehäuses 1 eingebracht. Alternativ können die Bohrungen für die Kanäle 6 allerdings auch schon vor dem Einsetzen des Einlegeteiles 8 in die Gießform in das Einlegeteil 8 eingebracht werden. Außerdem kann das Einlegeteil 8 zur Optimierung des Gießprozesses vor der Anordnung in der Gießform vorgewärmt werden.
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Das Gussgehäuse 1 kann nicht nur durch ein Druckgussverfahren, sondern auch durch alle anderen gängigen Gießverfahren, wie beispielsweise durch ein Kokillenguss-, Sandguss- oder Feingussverfahren hergestellt werden. Das Gussgehäuse 1 und/oder das Einlegeteil 8 bestehen dabei vorzugsweise aus Aluminium, Magnesium, Zink oder Legierungen davon, wobei das Gussgehäuse 1 und das Einlegeteil 8 aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gussgehäuse
- 2
- erster Gehäuseabschnitt
- 3
- zweiter Gehäuseabschnitt
- 4
- Wanddicke
- 5
- Wanddicke
- 6
- Kanal
- 7
- Ausnehmung
- 8
- Einlegeteil
- 9
- Wandabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005016402 A1 [0002]
- DE 10135358 A1 [0003]
- EP 1440749 B1 [0004]
