DE102014206088A1

DE102014206088A1 - Gussform, Einlegeteil für eine Gussform, ein Gussteil und Gussverfahren dafür

Info

Publication number: DE102014206088A1
Application number: DE102014206088.5A
Authority: DE
Inventors: Tobias Beyer; Michael Stumpf; Francisco TOVAR; Marco Haesche; Franz-Josef Wöstmann; Christoph Pille; Michael Heuser
Original assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH; Fraunhofer Institut fuer Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Current assignee: Boellhoff Verbindungstechnik De GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-10-01

Abstract

Vorliegende Erfindung beschreibt ein Metallgussverfahren und ein Kunststoffspritzgussverfahren, bei dem ein Einlegeteil in einer Materialschmelze derart umgossen wird, ohne dass Materialschmelze in das Innere des Einlegeteils eindringt. Bei der Nutzung eines Drahtgewindeeinsatzes als Einlegeteil hat dies den Vorteil, dass beispielsweise in einem Aluminiumgussteil bereits im Rahmen des Gießvorgangs Gewindelöcher hergestellt werden können. Zu diesem Zweck offenbart vorliegende Erfindung die passende Gussform, das Einlegeteil sowie das Gussverfahren.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Metallgussform und eine Kunststoffspritzgussform, ein Einlegeteil, das in ein Metallgussteil oder ein Kunststoffspritzgussteil einformbar ist, ein Gussvorbereitungsverfahren zur Vorbereitung der Herstellung des Metallguss- oder Kunststoffspritzgussteils ein Metallgussverfahren und ein Kunststoffspritzgussverfahren, sowie ein damit hergestelltes Gussteil.
2. Hintergrund der Erfindung
Metall- und Kunststoffschmelzen, die zum Gießen von Bauteilen eingesetzt werden, weisen im Temperaturbereich des schmelzflüssigen Zustands eine sehr niedrige Viskosität auf. Diese Eigenschaft führt dazu, dass bereits kleinste Spalte und Hohlräume, beispielsweise in einem Einlegeteil oder in einer Gussform, beim Vergießen dieser Schmelzen infiltriert werden. Dies ist gerade bei druckunterstützten Gießverfahren der Fall, wie beispielsweise beim Aluminiumdruckguss oder bei Spritzgussverfahren für Kunststoffe. Beim Ein- und Umgießen von Einlegeteilen, wie beispielsweise Gewindeeinsätzen, mit einer Metallschmelze oder mit flüssigem Kunststoff besteht somit die Gefahr, dass die flüssigen Werkstoffe in das Einlegeteil, beispielsweise den Gewindegang des oben genannten Gewindeeinsatzes, infiltriert werden und dadurch die spätere Funktion des Einlegeteils beeinträchtigen. Zur nachträglichen Einbringung von Innengewinden bei gegossenen Bauteilen, beispielsweise aus Metall oder Kunststoff, besteht grundsätzlich die Möglichkeit, dass diese in einem nachfolgenden Prozessschritt durch spanende Fertigungsverfahren eingearbeitet werden. Beim nachträglichen Einarbeiten des Gewindes in das Gussmaterial kann es allerdings zur Freilegung von im Gussmaterial vorhandener Porositäten kommen, die die Belastbarkeit des Gewindes schwächen und zu Ausschuss führen.
Eine Möglichkeit zur Erzeugung von Innengewinden während des Gießprozesses ist die Verwendung von sogenannten Einfallkernen. Diese Technik kommt aus dem Kunststoffspritzguss und konnte auf den Zinkdruckguss übertragen werden. Die Einfallkerne besitzen die abzubildende Struktur radial auf der Kernoberfläche. Durch eine Segmentierung des Kerns ist es möglich, den Einfallkern nach Erstarrung der Schmelze „einzufalten” und das Bauteil auf diese Weise zu entformen.
Sowohl beim Metalldruckguss als auch beim Sand- oder Kokillenguss können Innengewinde auch durch das nachträgliche Einbringen von Gewindebuchsen erzeugt werden. Etabliert haben sich zum Beispiel selbstschneidende Gewindebuchsen aus gehärtetem Stahl, die direkt in vorgegossene Bohrungen eingedreht werden können. Eine breite Anwendung finden auch Drahtgewindeeinsätze, bei denen in eine vorgegossene Bohrung ein Muttergewinde eingeschnitten wird, in welches anschließend der Drahtgewindeeinsatz eingeschraubt werden kann. Die Vorteile sind ein sicherer Flankenkontakt über die komplette Länge des Gewindes und eine Erhöhung der Festigkeit der gesamten Verbindung um 25–30%. Diese Vorteile können konstruktiv bezüglich kleiner Einbautiefen bzw. kleiner Gewindedurchmesser genutzt werden.
Das Eingießen von Einlegeteilen, wie beispielsweise metallische Einsätze, in Metallschmelzen oder Kunststoffschmelzen ist bekannt und wird unter dem Begriff „Werkstoffverbunde” oder „Verbundguss” beschrieben. In Motorkolben aus Aluminiumguss werden beispielsweise Kolbenringsitze aus einer Eisen-Nickel-Legierung eingegossen. Das Eingießen von stahlbasierten Gewindeeinsätzen im Aluminiumguss verfolgt das Ziel, eine höhere Belastbarkeit zu erreichen, als es ein in Aluminium eingeschnittenes Gewinde bietet. Der Sitz des eingegossenen Einsatzes erfolgt durch einen form- und kraftschlüssigen Verbund, der durch Aufschrumpfen des erstarrenden Gussmetalls erreicht wird.
Die Patentschrift EP 1 046 446 B1 beschreibt ein gießtechnisch hergestelltes Metallgussteil mit direkt eingegossener, lückenlos gewickelter Drahtwendel. Die Drahtwendel fungiert als Gewindegang im Gussteil und ist von beiden Seiten frei zugänglich. Die gießtechnische Integration erfolgt derart, dass eine Formhälfte eines zweiteiligen Gießwerkzeugs einen festen zylindrischen Kernstift hat, auf den die zweiseitig offene, lückenlose Drahtwicklung (ähnlich einer Spirale) mit eng anliegenden Wicklungen aufgesteckt wird. Anschließend wird das Formwerkzeug geschlossen und von der anderen Seite wird ebenfalls ein zylindrischer Kernstift in die Drahtwicklung eingeschoben. Beide Kernstifte sind zum Ende der Wicklungen hin leicht konisch aufgeweitet, so dass sie beim Schließen des Formwerkzeuges die Drahtwicklung leicht auseinander dehnen und somit ein dichtes Anpressen des Kernstiftes auf die Drahtwicklung gewährleisten. Nichtsdestotrotz hat sich ein stirnseitges Eindringen von Metallschmelze während des Gießens als nachteilig erwiesen, da dadurch Gewindegänge blockiert werden.
Des Weiteren lässt sich mit dem hier beschriebenen technischen Lösungsansatz lediglich ein durchgehendes, beidseitiges offenes Gewinde in einem Gussteil erzeugen. Es ist jedoch kein Gewindegrundloch herstellbar, das nur einseitig offen ist. Zudem wird kein Lösungsweg beschrieben, um das Eindringen von Metallschmelzen in den freiliegenden Gewindegang des Drahtgewindeeinsatzes, also am Eingang und am Ausgang des Drahtgewindeeinsatzes, prozesssicher zu verhindern.
In US 3,945,070 ist ein Verfahren zum Eingießen eines Drahtgewindeeinsatzes in Metallschmelze beschrieben. Während des Gussverfahrens ist der Drahtgewindeeinsatz auf einem Stift angeordnet. Das Erstarren der Metallschmelze nach dem Gussverfahren führt zu einer Materialschrumpfung, die die Gewindesteigung des Drahtgewindeeinsatzes verändert. Diese Materialveränderung wird bewusst in die Gewindesteigung des Drahtgewindeeinsatzes einberechnet, sodass sich nach Erstarren des Gussteils die gewünschte Steigung des Gewindes ergibt. US 3,945,070 liefert aber keine Informationen dazu, wie das seitliche und das stirnseitige Eindringen von niedrigviskoser Materialschmelze verhindert werden kann.
In US 3,112,540 wird die Herstellung eines Sacklochs mit Drahtgewindeeinsatz in einem Gussteil offenbart. Der Drahtgewindeeinsatz wird dazu auf einen Haltekern mit Gewinde aufgeschraubt und nachfolgend in die Metallschmelze eingeformt. Um eine bessere Festigkeit des Drahtgewindeeinsatzes im ausgehärteten Gussteil zu erzielen, werden mehrere Gewindegänge an der geschlossenen Seite des Sacklochs in die Metallschmelze eingegossen.
In US 2,672,070 wird ein Drahtgewindeeinsatz in ein Gussteil eingeformt, ohne dass das flüssige Material des Gussteils in radialer Richtung in das Innere des Drahtgewindeeinsatzes eindringen kann. Zu diesem Zweck sind die Querschnitte benachbarter Windungen derart geformt, dass sie ähnlich einer Labyrinthdichtung aneinander anliegen. Des Weiteren ist im Verlauf dieser Labyrinthdichtung ein Hohlraum vorgesehen, in dem möglicherweise eingedrungene Materialschmelzen erstarren können. Diese erstarrte Schmelze blockiert dann zusätzlich zur Labyrinthdichtung das Eindringen des flüssigen Materials in das Innere des Drahtgewindeeinsatzes. Neben der aufwendigen Herstellung derartiger Drahtgewindeeinsätze ist das hier beschriebene Lösungskonzept nicht für Metallgussverfahren beschrieben.
DE 10 2009 048 160 A1 beschreibt einen Drahtgewindeeinsatz zum Einformen in ein Gussteil aus Metall- oder Kunststoffschmelze, der zumindest an einer axialen Stirnseite einen gewickelten Flansch aufweist. Mithilfe dieses Drahtgewindeeinsatzes sind sowohl Durchgangslöcher wie auch Sacklöcher in einem Gussteil herstellbar. Um ein radiales Eindringen von Kunststoff oder Metallschmelze in das Innere des Drahtgewindeeinsatzes zu vermeiden, liegen benachbarte Windungen ähnlich einer Labyrinthdichtung flächig aneinander an oder die radiale Außenseite des Drahtgewindeeinsatzes ist durch eine geeignete und von außen aufgebrachte Dichtmasse abgedichtet.
Die Beschreibung des Standes der Technik zeigt, dass insbesondere bei gegossenen Bauteilen aus Nichteisenmetall der Einsatz von Gewindeeinsätzen technische Vorteile bietet, v. a. hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit des Gewindes. Hierzu bestehen Verfahren zum nachträglichen Einbringen von Gewindeeinsätzen mittels mechanischer Bearbeitung des Gussteils (z. B. bei Verwendung von Drahtgewindeeinsätzen), deren zwei- oder mehrstufiger Prozess nachteilig und wirtschaftlich aufwendig ist. Ein weiterer Ansatz ist das direkte Eingießen von Gewindeeinsätzen im Metallgussverfahren. Es bestehen jedoch keine technischen Beschreibungen zum prozesssicheren Verhindern des Eindringens von Metallschmelze oder Kunststoffschmelze in den Gewindegang eines Einlegeteils beim Ein- oder Umgießen der Schmelze.
Eine direkte Integration von Einlegeteilen, bspw. Drahtgewindeeinsätze, im Gießprozess bietet wirtschaftliche und technische Vorteile, v. a. aufgrund der kostengünstigen Herstellung des Gewindeeinsatzes im Drahtwickelverfahren. Jedoch besteht insbesondere bei Verwendung von Drahtgewindeeinsätzen die Gefahr, dass nicht nur über die eine bzw. die zwei offenen Stirnseiten des Gewindeeinsatzes Materialschmelze in den Gewindegang infiltrieren kann, sondern darüber hinaus auch durch die einzelnen Gewindegänge, die lediglich durch Anpressen dicht aneinander liegen. Dieser Aspekt wird v. a. beim Ein- oder Umgießen von Drahtgewindeeinsätzen in druckunterstützen Metallgussverfahren und Kunststoffspritzgussverfahren kritisch. Eine technische Lösungsbeschreibung hierzu besteht nach aktuellem Stand der Technik nicht.
Es ist daher die Aufgabe vorliegender Erfindung, eine gießtechnische Integration von Einlegeteilen, insbesondere von Drahtgewindeeinsätzen, während der Gießprozesse mittels Metallschmelze oder Kunststoffschmelze bereitzustellen, wobei prozesssicher ein Einfließen von Metall- oder Kunststoffschmelze in das Innere der Einlegeteile verhindert ist.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Die obige Aufgabe wird durch eine Metallgussform gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, eine Kunststoffspritzgussform gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 2, durch ein Einlegeteil gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 8, durch ein Gussvorbereitungsverfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 13, durch ein Metallgussverfahren oder ein Kunststoffspritzgussverfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 19 sowie durch ein Gussteil aus Metall oder Kunststoff gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 23 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen vorliegender Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, den begleitenden Zeichnungen sowie den anhängenden Patentansprüchen hervor.
Vorliegende Erfindung umfasst eine Metallgussform, insbesondere für ein druckunterstütztes Metallgussverfahren, mit der ein Gussteil herstellbar ist. Die erfindungsgemäße Metallgussform weist die folgenden Merkmale auf: einen Formhohlraum, der durch eine Mehrzahl von Innenwänden definiert ist und eine Form des Gussteils vorgibt, eine Positioniervorrichtung für mindestens ein Einlegeteil, die durch mindestens eine Innenwand der Metallgussform derart gehalten ist, dass das Einlegeteil innerhalb des Formhohlraums positionierbar ist, wobei an oder nahe der Positioniervorrichtung sowie zwischen der mindestens einen Innenwand der Metallgussform und dem Einlegeteil ein vorzugsweise flexibles Dichtelement angeordnet ist, mit dem das Einlegeteil gegen das Eindringen von Metallschmelze zumindest teilweise abdichtbar ist. In ähnlicher konstruktiver Ausgestaltung umfasst vorliegende Erfindung eine Kunststoffspritzgussform, mit der ein Kunststoffteil herstellbar ist. Diese Kunststoffspritzgussform weist die folgenden Merkmale auf: einen Formhohlraum, der durch eine Mehrzahl von Innenwänden definiert ist und eine Form des Kunststoffteils vorgibt, eine Positioniervorrichtung für mindestens ein Einlegeteil, die durch mindestens eine Innenwand der Kunststoffspritzgussform derart gehalten ist, dass das Einlegeteil innerhalb des Formhohlraums positionierbar ist, wobei an oder nahe der Positioniervorrichtung sowie zwischen der mindestens einen Innenwand der Kunststoffspritzgussform und dem Einlegeteil ein vorzugsweise flexibles Dichtelement angeordnet ist, mit dem das Einlegeteil gegen das Eindringen von flüssigem Kunststoff zumindest teilweise abdichtbar ist.
Die erfindungsgemäße Metallgussform sowie die erfindungsgemäße Kunststoffspritzgussform zeichnen sich durch verwandte konstruktive Merkmale aus. Daher sind die beschriebenen konstruktiven Merkmale, beispielsweise der Metallgussform, in gleicher Weise auf die Kunststoffspritzgussform übertragbar. Die Metallgussform und die Kunststoffspritzgussform werden aus diesem Grund zusammenfassend als Gussform bezeichnet. Die erfindungsgemäßen Gussformen sind auf das Einformen von zumindest einem Einlegeteil, wie beispielsweise ein Drahtgewindeeinsatz, abgestimmt. Daher weisen diese Gussformen eine Positioniervorrichtung auf, die das mindestens eine Einlegeteil im vordefinierten Formhohlraum geeignet positioniert und festhält, während eine flüssige Materialschmelze, wie beispielsweise eine Metallschmelze oder eine Kunststoffschmelze, in den Formhohlraum eingebracht wird. Die Metallschmelze oder Kunststoffschmelze zeichnet sich je nach dem Temperaturbereich der Schmelze und den Materialeigenschaften durch eine niedrige Viskosität aus. Des Weiteren ist es bevorzugt, die Materialschmelzen unter Druck stehend in die Gussform einzugießen. Da die Materialschmelze die Eigenschaft hat, in kleinste Zwischenräume einzudringen, ist es erforderlich, einen inneren Hohlraum eines Einlegeteils, beispielsweise ein Innengewinde in einem Drahtgewindeeinsatz, von dieser Materialschmelze zumindest teilweise freizuhalten. Aufgrund der Fließfähigkeit der Materialschmelze dringt diese beispielsweise an der stirnseitigen Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und einer Innenwand des Formhohlraums der Metallgussform in das Einlegeteil ein. Daher wird erfindungsgemäß zwischen der Innenwand der Metallgussform und dem Einlegeteil ein Dichtelement angeordnet, welches aufgrund seiner bevorzugten Flexibilität Spalte und/oder Hohlräume an dieser Grenzfläche schließt und auf diese Weise das stirnseitige Eindringen von Materialschmelze in einen Innenraum des Einlegeteils verhindert. Dabei zeichnet sich das flexible Dichtelement durch seine Temperatur- und Druckbeständigkeit mindestens im Hinblick auf die bereitgestellte Dichtfunktion aus, die während des Gussverfahrens erhalten bleibt. Des Weiteren ist das Dichtelement vorzugsweise nach dem Entformen des Gussteils aus der Gussform vom Gussteil entfernbar, sodass es das Einlegeteil und/oder das Gussteil weder in seiner Funktion noch in seiner Konstruktion negativ beeinflusst. In gleicher Weise ist es bevorzugt, das Dichtelement in der Gussform oder am fertigen Gussteil zu belassen, falls dadurch die weitere Verarbeitung und/oder Nutzung des Gussteils oder die weitere Nutzung des Gussform nicht beeinträchtigt werden.
Um das Dichtelement zwischen einer Innenwand der Gussform und dem Einlegeteil wirksam anordnen zu können, weist die Positioniervorrichtung der Gussform einen lösbar oder fest in der Metallgussform angeordneten Haltekern auf, an dem das Einlegeteil und das Dichtelement befestigbar sind. Dieser Haltekern besteht vorzugsweise aus Metall, Kunststoff, Keramik oder aus einer Kombination einer Auswahl dieser Materialien.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung ist das Dichtelement ringförmig ausgebildet. Es umgibt den Haltekern, auf dem das Einlegeteil angeordnet ist, und besteht aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk (Gummi) oder allgemein aus einem oder mehreren Elastomeren oder Kunststoffen oder aus einer Kombination dieser Materialien. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung ist das Dichtelement ein vom Haltekern und vom Einlegeteil getrenntes Element, welches auf dem Haltekern angeordnet wird. Zur Befestigung dieses separaten Dichtelements wird beispielsweise der Haltekern mit aufgeschraubtem oder aufgestecktem Einlegeteil in eine Öffnung in der Innenwand des Formhohlraums gesteckt. Vor dem Befestigen des Haltekerns wird das Dichtelement zwischen der Innenwand und dem Einlegeteil angeordnet und dementsprechend in dieser Position festgeklemmt. Es ist ebenfalls möglich, das Einlegeteil auf einem fest im Formhohlraum angeordneten Haltekern anzuordnen. Bevor das Einlegeteil auf dem Haltekern befestigt wird, wird das separate Dichtelement zur Abdichtung zwischen Innenwand und Einlegeteil auf den Haltekern aufgesteckt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung weist das Einlegeteil stirnseitig und angrenzend an die Wand der Gussform einen umlaufenden flexiblen Kragen auf, der das Dichtelement bildet. In dieser Ausführungsform vorliegender Erfindung ist das Einlegeteil, beispielsweise ein eng gewickelter oder ein auf Block gewickelter Drahtgewindeeinsatz, in seinem axialen Hohlraum durch eine Kunststoffbeschichtung oder eine Kunststofffüllung radial auswärts abgedichtet. Diese Kunststoffbeschichtung oder Kunststofffüllung des Inneren des Einlegeteils wird vorzugsweise bis zu einer Stirnseite des Einlegeteils ausgedehnt, um dort einen umlaufenden und die Stirnseite des Einlegeteils abdeckenden Kragen auszubilden. Es ist ebenfalls bevorzugt, den Kragen getrennt von der Kunststoffbeschichtung oder -füllung an der Stirnseite des Einlegeteils bzw. Drahtgewindeeinsatzes anzuformen. Dieser Kragen besitzt die gleiche Funktion wie der ebenfalls beschrieben Dichtring oder die Dichtscheibe.
Sobald das Einlegeteil auf einem Haltekern angeordnet ist, ist dieser umlaufende Kragen, der aus einem vorzugsweise flexiblen Dichtmaterial besteht, an der Grenzfläche zwischen Innenwand des Formhohlraums und dem Einlegeteil angeordnet. Diese Konstruktion des Einlegeteils hat den Vorteil, dass das Einlegeteil mit Dichtelement als eine Einheit vorliegt, und daher nicht mehrere Einzelteile in der Gussform positioniert werden müssen. Die im Inneren des Einlegeteils angeordnete Kunststoffbeschichtung oder Kunststofffüllung umfasst gemäß einer Ausführungsform vorliegender Erfindung eine geringere Flexibilität oder Shore-Härte als der Kragen, da dadurch eine ausreichende innere Abdichtung gewährleistet werden kann. In diesem Fall wird das Einlegeteil durch eine Kunststoffkombination mit Kunststoffen unterschiedlicher Flexibilität am Kragen und im Inneren des Einlegeteils gebildet. Es ist ebenfalls bevorzugt, den Kragen und die Kunststoffbeschichtung des Einlegeteils durch nur einen Kunststoff zu bilden. In diesem Fall ist vorzugsweise der Anpressdruck zwischen Einlegeteil und Innenwand der Form und/oder die Konstruktion der Innenwand der Form im angrenzenden Bereich zwischen Forminnenwand und Einlegeteil an die Materialeigenschaften des Kunststoffs, bspw. seine Flexibilität bzw. Shore-Härte, angepasst.
Vorliegende Erfindung umfasst zudem ein Einlegeteil, insbesondere einen Gewindeeinsatz, das in ein Metallgussteil oder ein Kunststoffspritzgussteil einformbar ist. Dieses erfindungsgemäße Einlegeteil weist die folgenden Merkmale auf: eine zumindest teilweise durchbrochene Außenwand und einen inneren Hohlraum, eine Innenwand des inneren Hohlraums ist zumindest teilweise mit Kunststoff beschichtet oder der innere Hohlraum ist teilweise mit Kunststoff versehen, sodass der innere Hohlraum gegen ein Eindringen von Metallschmelze oder Kunststoff von außen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, abgedichtet ist. Es ist beispielsweise von Vorteil, an der der Innenwand der Gussform abgewandten Stirnseite des Einlegeteils oder Drahtgewindeeinsatzes ein teilweises Eindringen von Materialschmelze zu gestatten. Dadurch verankert sich das Einlegeteil im erstarrten Material, ohne die Funktionalität des Einlegeteils zu beeinträchtigen. Derartige Einlegeteile stellen beispielsweise Gewindeeinsätze oder Verbindungseinsätze dar, mit denen später durch ein passendes Verbindungselement, wie ein Gewindebolzen, eine Verbindung im Gussteil herstellbar ist.
Diese Einlegeteile, wie beispielsweise ein Drahtgewindeeinsatz, zeichnen sich aufgrund der gewickelten Drahtwendel durch radiale Zwischenräume aus. Des Weiteren umfasst ein Drahtgewindeeinsatz an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils eine Öffnung, durch die ebenfalls Materialschmelze in das Innere des Drahtgewindeeinsatzes eindringen kann. Das Gleiche gilt für andere Gewindeeinsätze, beispielsweise ein hülsenförmiger Gewindeeinsatz aus Messing mit einem Innengewinde, der zumindest zwei gegenüberliegende stirnseitige Öffnungen umfasst. Ebenfalls denkbar ist eine Kupplung eines Bajonettverschlusses, die entsprechende Öffnungen in der radialen Außenwand aufweisen kann, durch die Materialschmelze während eines Gussverfahrens eindringen könnte.
Um den inneren Hohlraum des Einlegeteils von innen gegen das Eindringen von Materialschmelze von außen abzudichten, wird vorzugsweise die Innenseite des Hohlraums des Einlegeteils mit einer Kunststoffschicht versehen oder zumindest teilweise mit Kunststoff gefüllt. Der Kunststoff schließt Spalte und Zwischenräume, sodass Materialschmelze nicht durch die radiale Außenwand in den inneren Hohlraum des Einlegeteils eindringen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung ist einseitig stirnseitig ein angeformter Kunststoffkragen am Einlegeteil vorgesehen, der in Wirkverbindung mit einer Wand einer Gussform, insbesondere einer Gussform gemäß einer der oben beschrieben Ausführungsformen, ein Dichtelement gegen Metallschmelze oder Kunststoffschmelze bildet. Dieser als Dichtelement ausgebildete Kunststoffkragen weist vorzugsweise eine unterschiedliche radiale Ausdehnung auf. Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich der Kunststoffkragen in radialer Richtung bis zum oder über den äußeren Umfang des Einlegeteils hinaus. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kunststoffkragen ringförmig ausgebildet und legt sich vorzugsweise mit seiner inneren Öffnung an einen Haltekern an.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einlegeteils ist dessen innerer Hohlraum vollständig mit Kunststoff gefüllt, wobei sich der ausgeformte Kunststoff stiftartig und einseitig über das Einlegeteil hinaus erstreckt. Auf diese Weise wird funktionell der abdichtende Kunststoff im Inneren des Einlegeteils derart gestaltet, dass er ebenfalls einen in der Gussform positionierbaren Haltekern bildet. Während der Haltekern eine ausreichende Stabilität während des Gussverfahrens aufweist, ist er rückstandslos aus dem Einlegeteil entfernbar, nachdem das Gussverfahren abgeschlossen ist.
Es ist des Weiteren bevorzugt, den inneren Hohlraum des Einlegeteils nur teilweise mit Kunststoff auszufüllen. Im Rahmen dieser Kunststofffüllung des inneren Hohlraums des Einlegeteils wird ein zylindrisch und/oder konisch geformter Innenraum ausgebildet, in dem ein Haltekern komplementärer Ausgestaltung oder ähnlicher Ausgestaltung aufnehmbar ist. Auf diese Weise ist das Einlegeteil sicher auf einem Haltekern positionierbar, während gleichzeitig der Haltekern die Kunststofffüllung des Einlegeteils radial nach außen drückt. Dieser radiale Druck auswärts unterstützt die abdichtende Funktion gegen das Eindringen von Materialschmelze.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung ist das erfindungsgemäße Einlegeteil ein gewickelter Drahtgewindeeinsatz, vorzugsweise ein auf Block gewickelter Drahtgewindeeinsatz.
Vorliegende Erfindung umfasst zudem ein Gussvorbereitungsverfahren, mit dem ein Einlegeteil einer Gussform, d. h. einer Metallgussform oder einer Kunststoffspritzgussform, an ein entsprechendes Metallgussverfahren oder ein Kunststoffspritzgussverfahren angepasst wird. Das Gussvorbereitungsverfahren bereitet das Einlegeteil dahingehend vor, dass beim Gießen einer Metallschmelze oder Kunststoffschmelze in die entsprechende Gussform ein Eindringen von Kunststoff- oder Metallschmelze in das Einlegeteil während des Gussverfahrens zumindest teilweise verhindert ist. Eine derartige Vorbereitung des Einlegeteils reduziert die Taktzeiten eines Gussverfahrens. Das erfindungsgemäße Gussvorbereitungsverfahren weist die folgenden Schritte auf: zumindest teilweise Ausspritzen eines inneren Hohlraums des Einlegeteils mit abdichtendem Kunststoff und vorsehen eines einseitig stirnseitig und umlaufenden Kragens am Einlegeteil, der ein Dichtelement zu einer Wand einer Gussform bildet.
Wie oben bereits angedeutet worden ist, sind verschiedene Einlegeteile für Metallgussteile oder Kunststoffspritzgussteile bekannt, die eine zumindest teilweise durchbrochene Außenwand aufweisen. Betrachtet man in diesem Zusammenhang beispielsweise einen Drahtgewindeeinsatz, dann weist dieser an seiner radialen Außenseite in Abhängigkeit von seiner Konstruktion mehr oder weniger große Abstände zwischen benachbarten Windungen auf. Des Weiteren sind an den axialen Stirnseiten des Drahtgewindeeinsatzes Öffnungen vorhanden, um beispielsweise zumindest von einer Seite in den im Gussteil installierten Drahtgewindeeinsatz einen Gewindebolzen einschrauben zu können. Somit weisen die radialen Außenseiten und die Stirnseiten des Drahtgewindeeinsatzes, die hier als Außenwand betrachtet werden, zumindest teilweise Durchbrüche auf, die gegen das Eindringen von Materialschmelze beim späteren Gussverfahren zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, abgedichtet werden müssen. Denn nur dadurch kann vermieden werden, dass Kunststoff- oder Metallschmelze in das Innere des Einlegeteils, beispielsweise eine Gewindehülse, ein Drahtgewindeeinsatz oder auch eine Verstärkungshülse für eine spätere Durchgangsöffnung, eindringt und dadurch die spätere Funktion des Einlegeteils blockiert.
Zur Vorbereitung des Einlegeteils auf das Gussverfahren wird der innere Hohlraum des Einlegeteils durch eine Kunststoffbeschichtung an der Innenwand des Einlegeteils abgedichtet. Diese Kunststoffbeschichtung füllt Hohlräume und Spalte abdichtend aus, sodass Verbindungen zwischen dem inneren Hohlraum und der Umgebung des Einlegeteils durch die Außenwand unterbrochen sind. Diese Kunststoffbeschichtung wird gemäß einer Ausführungsform durch eine dünne Schicht gebildet, indem beispielsweise der innere Hohlraum mit dem abdichtenden Kunststoff ausgespritzt wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung wird der innere Hohlraum des Einlegeteils vollständig mit Kunststoff ausgespritzt, sodass kein innerer Hohlraum mehr im Einlegeteil vorliegt. Während das Aufbringen der abdichtenden Kunststoffschicht an der Innenwand des Hohlraums des Einlegeteils die möglichen stirnseitigen Öffnungen des Einlegeteils immer noch offen lässt, sorgt ein vollständiges Füllen des Innenraums des Einlegeteils für eine vollständige Abdichtung der gesamten möglicherweise durchbrochenen Außenwand des Einlegeteils. Aber auch im Zusammenhang mit der Kunststoffbeschichtung ist es bevorzugt, zumindest eine stirnseitige Öffnung des Einlegeteils durch eine Kunststoffwand zu verschließen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen vorliegender Erfindung sehen vor, dass die innere abdichtende Kunststoffbeschichtung oder Kunststofffüllung im Drahtgewindeeinsatz mit einem einseitig und stirnseitig umlaufend angeordneten Kragen kombiniert wird. Dieser Kragen bildet ein mit der Kunststofffüllung oder Kunststoffbeschichtung zusammenhängendes Teil oder er ist separat von dieser Kunststofffüllung oder Kunststoffbeschichtung an der Stirnseite des Drahtgewindeeinsatzes oder allgemein des Einlegeteils angeformt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird gleichzeitig mit dem vollständigen Füllen des inneren Hohlraums des inneren Hohlraums des Einlegeteils ein Kunststoffhaltekern ausgeformt, der sich aus dem inneren Hohlraum zumindest einseitig stirnseitig über das Einlegeteil hinaus erstreckt. Dieser Haltekern ist in einer Gussform befestigbar, sodass das Einlegeteil angrenzend an die Innenwand eines Formhohlraums einer Metallguss- oder einer Kunststoffspritzgussform angeordnet ist.
Um ergänzend zur abdichtenden Wirkung der Kunststoffbeschichtung oder Kunststofffüllung im inneren Hohlraum des Einlegeteils eine Abdichtung an zumindest einer der stirnseitigen Flächen des Einlegeteils zu realisieren, weist das Einlegeteil ergänzend zur Kunststoffbeschichtung oder Kunststofffüllung einen zumindest einseitig stirnseitig angeordneten umlaufenden Kunststoffkragen auf. Dieser Kunststoffkragen ist vorzugsweise ringförmig oder scheibenförmig mit mittigem Durchbruch ausgebildet und deckt zumindest teilweise eine Stirnseite des Einlegeteils ab. Sobald das Einlegeteil in einer Metallgussform angeordnet wird, sorgt dieser stirnseitige Kragen für eine Abdichtung des Einlegteils gegen ein stirnseitiges Eindringen von Materialschmelze. Denn der Kragen wird zwischen dem Einlegeteil und einer Innenwand des Formhohlraums der Metallgussform oder der Kunststoffspritzgussform eingeklemmt, sodass durch das flexible oder kompressible oder verformbare Material des Kragens Spalte und Hohlräume an der Grenzfläche zwischen der Innenwand des Formhohlraums und dem Einlegeteil verschlossen werden. Dieser Kragen ist vorzugsweise sowohl mit einer abdichtenden Kunststoffbeschichtung im Innenraum des Einlegeteils sowie mit einer vollständigen Kunststofffüllung beispielsweise in Form eines Haltekerns, des Einlegeteils kombinierbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung wird ein innerer Hohlraum des Einlegeteils derart ausgespritzt, dass ein zumindest teilweise zylindrisch und/oder konisch geformter Aufnahmeraum für einen Haltekern entsteht. Ist beispielsweise ein in die Gussform einsteckbarer oder dort permanent installierter Haltekern vorgesehen, dann wird vorzugsweise die Form des Hohlraums der inneren abdichtenden Kunststofffüllung des Einlegeteils an die äußere Gestalt des Haltekerns angepasst. Eine derartige Formanpassung des Innenraums der Kunststofffüllung des Einlegeteils sorgt für einen festen Halt und eine Positionsstabilität des Einlegeteils während des Gussverfahrens. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlraum in der Kunststofffüllung des Einlegeteils zumindest teilweise komplementär zur äußeren Formgestaltung des Haltekerns ausgebildet. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist dieser Hohlraum im Einlegeteil untermaßig im Vergleich zu den äußeren Dimensionen des Haltekerns ausgebildet, sodass nach Aufstecken des Einlegeteils auf den Haltekern dieses Einlegeteil dort durch einen Presssitz gehalten wird. In gleicher Weise sorgt ein konisch geformter Innenraum des Einlegteils dafür, dass das Einlegeteil auf einem ebenfalls konisch geformten Haltekern durch Presssitz befestigt werden kann. Neben einer stabilen Befestigung sorgt ein derartiger Presssitz dafür, dass die innere Kunststoffbeschichtung des Einlegeteils radial nach außen gedrückt wird. Auf diese Weise wird die abdichtende Funktion der inneren Kunststofffüllung des Einlegeteils unterstützt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung wird das Einlegeteil auf einen Haltekern mit Außengewinde aufgeschraubt oder auf einen Haltekern ohne Außengewinde aufgesteckt. Gemäß eines weiteres bevorzugten Schritts des Gussvorbereitungsverfahrens wird der einseitig stirnseitig umlaufende Kragen an einer Seite des Einlegeteils angespritzt.
Vorliegende Erfindung offenbart ebenfalls ein Metallgussverfahren oder ein Kunststoffspritzgussverfahren, mit dem mindestens ein Einlegeteil in einem Metallgussteil oder einem Kunststoffspritzgussteil befestigbar ist. Zusammenfassend werden das Metallgussverfahren und das Kunststoffspritzgussverfahren als Gussverfahren bezeichnet. Dieses Gussverfahren weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen einer Gussform, vorzugsweise eine Gussform gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen, mit einem Formhohlraum, Bereitstellen eines Einlegeteils, vorzugsweise ein Einlegeteil gemäß den oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder vorbereitet mit dem Gussvorbereitungsverfahren, Positionieren des mindestens einen Einlegeteils innerhalb des Formhohlraums mithilfe einer Positioniervorrichtung, Anordnen eines Dichtelements zwischen dem Einlegeteil und einer Innenwand des Formhohlraums, mit dem das Einlegeteil zumindest teilweise gegen ein Eindringen von Metall- oder Kunststoffschmelze abdichtbar ist, Ausgießen des Formhohlraums mit einer Metall- oder Kunststoffschmelze und Entformen des Gussteils.
Im Rahmen des Metallgussverfahrens oder des Kunststoffspritzgussverfahrens wird das eingesetzte Dichtelement zwischen dem Einlegeteil und der Innenwand des Formhohlraums durch ein separates, vorzugsweise ring- oder scheibenförmiges und flexibles Dichtelement oder durch einen an das Einlegeteil angeformten Kragen gebildet. Durch das Anordnen des Einlegeteils in Kombination mit diesem Dichtelement, sei es lose oder an das Einlegeteil angeformt, wird das Dichtelement zwischen der Stirnseite des Einlegeteils und der Innenwand des Formhohlraums zumindest so weit komprimiert, dass das Dichtelement seine abdichtende Wirkung an der Grenzfläche zwischen dem Einlegeteil und der Innenwand des Formhohlraums entfaltet. Zur Positionierung des Einlegeteils im Formhohlraum dient ein einsteckbarer Haltekern oder ein fest installierter Haltekern, wie er in seinen unterschiedlichen Ausführungsformen bereits oben erwähnt worden ist. So weist der Haltekern vorzugsweise ein Gewinde zum Aufschrauben des Einlegeteils oder eine zylindrische oder konische Form auf, auf die das Einlegeteil aufgesteckt werden kann.
Sollte die Gussform keine permanent installierte Positioniervorrichtung aufweisen, ist es bevorzugt, dass eine Positioniervorrichtung aus einem Haltekern aus Metall oder Kunststoff oder Keramik vorgesehen wird, die in einer Öffnung der Innenwand des Formhohlraums lösbar, vorzugsweise gesteckt, oder anderweitig befestigt werden kann. Im Rahmen des Gussverfahrens erfolgt dann vorzugsweise ein Befestigen des Haltekerns mit aufgestecktem oder aufgeschraubtem Einlegeteil mit einseitig stirnseitig umlaufendem Kragen als Dichtelement im Formhohlraum oder ein Befestigen des Haltekerns mit aufgestecktem oder aufgeschraubtem Einlegeteil im Formhohlraum, wobei zwischen dem Einlegeteil und der Innenwand des Formhohlraums ein separates Dichtelement angeordnet wird. Alternativ zu der eben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist es ebenfalls denkbar, dass als Positioniervorrichtung ein permanent an der Innenwand des Formhohlraums befestigter Haltekern aus Metall oder Kunststoff oder Keramik vorgesehen ist. Entsprechend wird im Rahmen des Gussverfahrens das Einlegeteil mit einseitig stirnseitigem umlaufenden Kragen als Dichtelement auf den Haltekern im Formhohlraum aufgesteckt oder aufgeschraubt oder das Einlegeteil wird derart auf den Haltekern im Formhohlraum aufgesteckt oder aufgeschraubt, dass zwischen dem Einlegeteil und der Innenwand des Formhohlraums ein separates flexibles Dichtelement angeordnet ist.
Diese bevorzugten Verfahrensschritte sind von ihrer Funktionalität ähnlich ausgestaltet, wie das Befestigen eines Einlegeteils mit bereits darin angeordnetem Haltekern in einem Formhohlraum. Nur ist hier bereits der Haltekern oder eine andere geeignete Positioniervorrichtung im Formhohlraum permanent installiert, sodass während des Gussverfahrens bzw. kurz vor dem Eingießen der Materialschmelze zunächst das Einlegeteil auf dieser Positioniervorrichtung, beispielsweise einem Haltekern mit oder ohne Gewinde, befestig werden muss.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung ist das oben beschriebene Gussverfahren ein druckunterstützes Metallgussverfahren, vorzugsweise ein Druckgussverfahren für Aluminium, Magnesium, eine Legierung mit diesen Metallen oder ein anderer ähnlicher Metallwerkstoff.
Vorliegende Erfindung umfasst zudem ein Gussteil aus Metall oder Kunststoff, insbesondere ein Kunststoffspritzgussteil oder ein Metallgussteil, mit einem integrierten Einlegeteil, insbesondere ein Drahtgewindeeinsatz, dessen Einlegeteil einen von ausgehärteter Materialschmelze zumindest teilweise freien inneren Hohlraum und zumindest einseitig stirnseitig eine Eingangsöffnung ohne ausgehärtete Materialschmelze aufweist. Das Metallgussteil zeichnet sich daher durch die bevorzugte Wirkung der oben beschriebenen abdichtenden Maßnahmen des Einlegeteils vor dem Gussverfahren aus. Denn sowohl das flexible Dichtelement an zumindest einer der Stirnseiten des Einlegeteils sowie die Kunststoffbeschichtung oder Kunststofffüllung im Hohlraum des Einlegeteils bewirken, dass der Innenraum des Einlegeteils und zumindest ein stirnseitiger Eingang in das Einlegeteil von ausgehärteter Materialschmelze freigehalten werden. Dies ist insbesondere bei einem Drahtgewindeeinsatz oder einem anders gearteten Gewindeeinsatz als Einlegeteil relevant, da die ersten Gewindegänge nicht durch ausgehärtete Materialschmelze blockiert werden. Dies ist gerade dann von Bedeutung, wenn das Gussverfahren mit einer niedrigviskosen Materialschmelze oder mit einer unter Druck stehenden Materialschmelze durchgeführt wird, die gerade bei bisher bekannten Gussverfahren in kleinste Spalte und Öffnungen eindringt und dadurch die Funktion von Einlegeteilen zumindest teilweise blockiert oder eine aufwendige Nachbearbeitung erforderlich macht. Bevorzugt ist das Gussteil mit dem oben beschriebenen Gussverfahren hergestellt. Während bisher das Erzeugen eines Gussteils mit einseitig zugänglichem Einlegeteil, bspw. ein Drahtgewindeeinsatz, beschrieben worden ist, ist es ebenfalls bevorzugt, in dem beschriebenen Gussverfahren eine Durchgangsöffnung mit einem Einlegeteil auszustatten. In diesem Fall wird das Einlegeteil angrenzend an mindestens zwei Innenwände des Formhohlraums durch jeweils das lose Dichtelement (siehe oben) oder den angeformten Kragen (siehe oben) abgedichtet. Die oben beschriebenen konstruktiven und funktionellen Besonderheiten, die oben im Hinblick auf die einseitige Abdichtung beschrieben worden sind, gelten daher analog auch für die mehrseitige Abdichtung des Einlegeteils.
4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen
Die bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine bevorzugte Ausführungsform eines Einlegeteils in Form eines Drahtgewindeeinsatzes,
2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Einlegeteils vorbereitet für ein Gussverfahren,
3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Einlegeteils vorbereitet für ein Gussverfahren,
4 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Gussform mit einer Positionieranordnung des Einlegeteils gemäß 2,
5 eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Gussform mit einer Positionieranordnung des Einlegeteils gemäß 3,
6 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Anordnung eines Einlegeteils auf einem Haltekern,
7 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Gussform mit einer Positionieranordnung des Haltekerns mit Einlegeteil gemäß 6,
8 eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Anordnung eines Einlegeteils auf einem Haltekern,
8a eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Dichtelements mit konischem Bereich,
9 eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Gussform mit einer Positionieranordnung des Haltekerns mit Einlegeteil gemäß 8,
10 eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Gussform mit einer Positionieranordnung für einen Haltekern mit Einlegeteil,
11 eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Gussform mit einer Positionieranordnung eines Haltekerns mit einem Einlegeteil,
12 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Gussvorbereitungsverfahrens und
13 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Metallgussverfahrens oder Kunststoffspritzgussverfahrens.
5. Bevorzugte Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Einlegeteils 1, das bei der Herstellung eines Bauteils mithilfe eines Metallguss- oder Spritzgussverfahrens in diesem Bauteil befestigt werden soll. Zu derartigen Einlegeteilen 1 zählen Gewindeeinsätze, hülsenförmige Steckverbinder, Drahtgewindeeinsätze mit (siehe 1) oder ohne stirnseitigen Flansch und auch elektrische Verbinder ähnlich einer Buchse. Ein derartiges Einlegeteil 1 wird in einem Formhohlraum einer Metallguss- oder einer Kunststoffspritzgussform positioniert, die nachfolgend mit Metallschmelze oder Kunststoffschmelze ausgegossen wird. Die Gussform ist schematisch in den 4, 5, 7, 9–11 dargestellt. Auf diese Weise werden beispielsweise Motorblöcke oder Getriebegehäuse im Aluminiumdruckguss oder Kunststoff-Gerätegehäuse im Kunststoffspritzguss hergestellt. Vorzugsweise werden im Metallgussverfahren Leichtmetalle, insbesondere Aluminium, Magnesium und deren Legierungen, sowie Zink, Gusseisen, Kupfer, Stahl und deren Legierungen verarbeitet. Beim Kunststoffspritzguss werden vorzugsweise bekannte Thermoplaste, Duroplaste und/oder Elastomere eingesetzt, wie beispielsweise Polyamid (PA), Polyoxymethylen (POM), Polyetheretherketon (PEEK) oder Polystyrol PS).
Um Taktzeiten bei der Herstellung von Gussteilen zu reduzieren und ein optimales Ausgießen des Formhohlraums 50 der Metallgussform zu gewährleisten, wird vorzugsweise die Metallschmelze mit einem Druck von bis zu 2000 bar, vorzugsweise 400 bis 1200 bar, eingegossen. Die Metallschmelze erreicht dazu in der Metallgussform eine Metallgeschwindigkeit von bis zu 100 m/s, vorzugsweise 20 bis 60 m/s. Die Viskosität der Metallschmelze wird vorzugsweise auf bis zu 1 Pas eingestellt. Im druckunterstützten Metallguss und im Druckguss nutzt man gemäß einer Ausführungsform Viskositäten im Bereich von 0,8 bis 1,5 mPas.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung werden Bauteile mit Einlegeteil 1 in einem druckunterstützten Aluminiumgussverfahren oder in einem Aluminiumdruckgussverfahren hergestellt. Es ist ebenfalls bevorzugt, das oben genannte Semi-Solid-Metalcasting (SSM) als Urformverfahren bei der Verarbeitung von Metallen einzusetzen. Bei dieser Form des Metallgussverfahrens wird ein Metall oder eine Legierung bis zur Übergangstemperatur zwischen fest und flüssig erhitzt. Der auf diese Weise erreichte thixotrope Zustand des Metalls unterstützt das Einbringen der Metallschmelze in die Metallgussform. In diesem Verfahren werden beispielsweise Aluminium- und Magnesiumlegierungen sowie Stähle verarbeitet. Für Semi-Solid-Verfahren findet bevorzugt ein Viskositätsbereich von 0,01 bis 1 Pas Anwendung. Für das bevorzugte Kunststoffspritzgussverfahren werden gängige Werkstoffe verwendet, wie vorzugsweise die folgenden Materialien einzeln oder in Kombination: Polystyrol (PS), Polycarbonat (PC), Polyamid (PA), Polyetheretherketon (PEEK), Polyimid (PI), Polyamidimid (PAI), Liquid Crystal Polymer (LCP), Polyoxymethylen (POM) und Polymethylmethacrylat (PMMA).
Das Einlegeteil 1 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Drahtgewindeeinsatz. Die Eigenschaften des Einlegeteils 1 werden beispielgebend anhand des in 1 dargestellten Drahtgewindeeinsatzes erläutert. Dieser Drahtgewindeeinsatz besteht aus benachbarten Windungen 2, die aneinander anliegen. Die Windungen 2 bilden eine zusammenhängende Spirale 4, die einen Hohlraum 6 definiert. Diese Spirale 4 ist an den Stirnseiten offen, wobei eine Stirnseite in einen sich radial aufweitenden Flansch 8 übergeht. Die radiale Außenseite und die Stirnseiten der Spirale 4 bilden die Außenwand des Drahtgewindeeinsatzes, die teilweise durchbrochen ist und dadurch eine Verbindung zwischen dem Hohlraum und der Umgebung des Drahtgewindeeinsatzes herstellt. Es ist in gleicher Weise auch ein Drahtgewindeeinsatz ohne Flansch 8 oder mit zwei stirnseitig angeordneten Flanschen (nicht gezeigt) bevorzugt.
Wird der Drahtgewindeeinsatz als Einlegeteil 1 in ein Gussteil eingearbeitet, besteht die Gefahr, dass Metall- oder Kunststoffschmelze während des Gussverfahrens in den Hohlraum 6 eindringt. Um dies zu vermeiden, wird die zumindest teilweise durchbrochene Außenwand des Drahtgewindeeinsatzes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung vor der Durchführung des Gussverfahrens abgedichtet. Die Abdichtung erfolgt in radialer und stirnseitiger Richtung, in dem der Hohlraum 6 durch einen abdichtenden Kunststoff zumindest teilweise ausgegossen wird. Das Ausgießen erfolgt vorzugsweise durch ein Spritzgussverfahren, wodurch gemäß einer Alternative eine Innenwand des Hohlraums 6 zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, abdichtend mit einer Kunststoffschicht versehen wird (Schritt S1 des Gussvorbereitungsverfahrens, 12). Diese Kunststoffschicht streckt sich vorzugsweise über die dem Flansch 8 abgewandte Stirnseite des Drahtgewindeeinsatzes. Die Kunststoffbeschichtung an der Innenwand des Hohlraums 6 ist gemäß einer Ausführungsform so dünn ausgebildet, dass der Drahtgewindeeinsatz immer noch auf einen Haltekern 40c mit Gewinde aufgeschraubt oder auf einen zylindrischen Haltekern 40d ohne Gewinde aufgesteckt werden kann (siehe unten).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform vorliegender Erfindung wird der beschichtende und abdichtende Kunststoff derart in den Hohlraum 6 eingebracht (Schritt S2 des Gussvorbereitungsverfahrens, 12), dass der Hohlraum durch die Kunststoffschicht 10 eine an einen Haltekern 40a angepasste Form erhält (siehe 2). Die Kunststoffschicht 10 bildet daher einen Aufnahmeraum 12 für den Haltekern 40a. Der Aufnahmeraum 12 ist zylindrisch oder konisch geformt, um einen zylindrisch und/oder konisch ausgebildeten Haltekern 40a aufzunehmen.
Die Kunststoffschicht 10, die gleichzeitig eine Kunststoffhülle für den Haltekern 40a im Drahtgewindeeinsatz darstellt, realisiert vorzugsweise eine vollständige Abdichtung des Drahtgewindeeinsatzes in radialer Richtung und in Richtung der flanschabgewandten Stirnseite. Des Weiteren wird der Drahtgewindeeinsatz durch das Aufstecken auf den Haltekern 40a exakt und kraftschlüssig durch einen Presssitz in der Gussform positioniert. Da der Haltekern 40a die Kunststoffschicht 10 radial auswärts verdrängt, wird dadurch ein abdichtender Sitz der Kunststoffschicht 10 an den Windungen 2 unterstützt.
Der Kunststoff der Kunststoffschicht 10 wird vorzugsweise im Spritzguss, Schwerkraftguss oder im Vakuumgussverfahren in den Drahtgewindeeinsatz eingebracht.
Weiterhin bevorzugt weist der Drahtgewindeeinsatz an seiner flanschseitigen Stirnseite einen abdichtenden Kragen 14 auf. Der Kragen 14 ist vorzugsweise mit der Kunststoffschicht 10 verbunden und bildet dadurch ein zusammenhängendes Abdichtelement im Drahtgewindeeinsatz (siehe 2). In gleicher Weise ist es bevorzugt, den Kragen 14 getrennt von der Kunststoffschicht 10 oder -füllung anzuformen (nicht gezeigt). Bevorzugt wird der Kragen 14 angespritzt (Schritt S4, 12). Gemäß 2 ist der Kragen 14 ringförmig oder scheibenförmig ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Kragen 14 die radiale Ausdehnung des Flansches 8, wobei er sich aber auch radial über diesen Flansch 8 hinaus erstrecken kann. Der Kragen 14 dichtet die Grenzfläche zwischen einer Innenwand 52 einer Gussform und dem Flansch 8 gegen das Eindringen von Materialschmelze ab (siehe 4). Daher hat der Kragen 14 vorzugsweise eine Stärke von 0,1 mm bis 5 mm in axialer Richtung des Einlegeteils bzw. Drahtgewindeeinsatzes oder senkrecht zur Innenwand 52 des Formhohlraums 50. Zudem ist der Kragen 14 bevorzugt flexibel ausgebildet, sodass er sich an Unebenheiten an der Grenzfläche zwischen der Innenwand 52 und dem Flansch 8 des Drahtgewindeeinsatzes optimal anpasst.
Vorzugsweise wird ein temperaturbeständiger Kunststoff für die Kunststoffschicht 10 und den Kragen 14 eingesetzt. Geeignete Kunststoffe für den Metallguss sind beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK), Polyamiimid (PAI), Polyimid (PI), Liquid Crystal Polymer (LCP), Polybenzimidazol (PBI), Polysulfon (PSU), Dentalkunststoffe, Silikone, Fasern oder Verbundmaterialien. Es handelt sich daher bevorzugt um Elastomere in Form von Silikon und silikonbasierten Werkstoffen. Zudem bevorzugt sind Thermoplaste, wie bspw. TPE, mit einer erhöhten Glasübergangstemperatur.
Eine Positionierung des Drahtgewindeeinsatzes im Formhohlraum 50 der Metallguss- oder Kunststoffspritzgussform zeigt 4. Der Haltekern 40a bildet eine Positioniervorrichtung, um den Drahtgewindeeinsatz im Formhohlraum 50 stabil anzuordnen. Da der Haltekern 40a vorzugsweise konisch geformt ist, unterstützt er gleichzeitig in Kombination mit der Kunststoffschicht 10 und dem Kragen 14 die Positionierung, Fixierung und Abdichtung des Drahtgewindeeinsatzes im Formhohlraum 50. Die konische Steigung des Haltekerns 40a (vorzugsweise 1/20) wird bevorzugt so ausgestaltet, dass eine Selbsthaftung des Drahtgewindeeinsatzes auf dem Haltekern 40a erzielt wird.
Der in 2 dargestellte Drahtgewindeeinsatz ist durch den eingebrachten Kunststoff an den Stirnseiten und an der Umfangsseite, also an seiner Außenwand, vor der einfließenden Metall- oder Kunststoffschmelze geschützt. Der innen liegende konische Aufnahmebereich ermöglicht das Aufstecken und Fixieren mit gleichzeitigem Abdichten des Drahtgewindeeinsatzes in der Gussform. In Abstimmung mit dem Haltekern 40a wird die Abdichtung im Gewindeeinsatz so ausgeführt, dass eine Fixierung des Drahtgewindeeinsatzes über das Prinzip der Selbsthemmung auf dem Haltekern erzielt wird. Die Abdichtung erfolgt dabei vorzugsweise nicht durch ein Nachdrücken über den Haltekern 40a oder durch eine zusätzliche Nachverdichtung per Luftdruck, wird aber vorzugsweise dadurch unterstützt. Der eingespritzte Kunststoff fließt an der Innenseite des Hohlraums 6 des Drahtgewindeeinsatzes direkt bis in die Gewindegänge, sodass auf diese Weise das Abdichten des Drahtgewindeeinsatzes nach außen erzielt wird. Da der Kunststoff vorzugsweise in flüssiger Form direkt in den Hohlraum 6 des Drahtgewindeeinsatzes eingebracht wird, ist auch keine zusätzliche Montagehilfe zum Einbringen einer Abdichtung in den Hohlraum 6 erforderlich.
Durch die Positionierung des Drahtgewindeeinsatzes auf dem Haltekern 40a wird eine hohe Positionierungstreue des Drahtgewindeeinsatzes erreicht. Daher ist diese Konstruktion gerade bei der Verwendung von Drahtgewindeeinsäzen im Aluminiumdruckgießprozess mit Füllgeschwindigkeiten von 20 bis 60 m/s, im Magnesiumdruckgießprozess mit Füllgeschwindigkeiten von 20 bis 100 m/s und jeweils mit Nachverdichtungsdrücken von 400 bis 2000 bar, insbesondere 400–1200 bar, bevorzugt. Nach dem Entformen (SVIII) des Bauteils mit dem abgedichteten Drahtgewindeeinsatz aus der Gussform ergibt sich vorzugsweise durch den bündigen Abschluss des Flansches 8 mit der Bauteiloberfläche, das keine Materialrückstände oder Überstände über die Bauteilwand durch nachträglich auszuführende Bearbeitungsschritte entfernt werden müssen. Zudem gewährleistet die Kunststoffabdichtung im Drahtgewindeeinsatz bis zu deren Entfernung einen sicheren Schutz des Inneren des Drahtgewindeeinsatzes vor einer Beschädigung oder Verschmutzung.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des nach außen abgedichteten Drahtgewindeeinsatzes als Einlegeteil 1 zeigt schematisch in einer Schnittansicht 3. Der Drahtgewindeeinsatz ist in gleicher Weise durch eine innere Kunststoffschicht im Hohlraum 6 und durch den Kragen 14 gegen das Eindringen von Materialschmelze, d. h. flüssiges Metall oder Kunststoff, abgedichtet, wie es in Bezug auf die Ausführungsform gemäß 2 beschrieben worden ist. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 2 ist der Drahtgewindeeinsatz gemäß 3 vollständig durch Kunststoff gefüllt worden (Schritt S3, 12). Dadurch ist der Drahtgewindeeinsatz an seiner radialen Außenseite und den Stirnseiten gegen das Eindringen von Materialschmelze geschützt.
Zudem wurde der eingebrachte abdichtende Kunststoff zu einem Haltekern 40b ausgeformt. Der Haltekern 40b erstreckt sich in axialer Richtung über den Flansch 8 hinaus. Er besitzt eine Form, sodass er in oder an der Innenwand 52 des Formhohlraums 50 befestigbar ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Gussform ist der Haltekern 40b in eine Öffnung 56 der Innenwand 52 einsteckbar. Die vorzugsweise konische Form des Haltekerns 40b sorgt für einen entsprechenden Halt im Formhohlraum 50, beispielsweise durch einen Presssitz. Dies ist in 5 gezeigt. Der Haltekern 40b ist bevorzugt auch zylindrisch geformt und die entsprechende Halterung im Formhohlraum 50 daran angepasst. In gleicher Funktionalität und Ausgestaltung wie die Ausführungsform aus 2 weist der Drahtgewindeeinsatz mit Haltekern 40b einen Kragen 14 auf.
Der Haltekern 40b besitzt zudem eine Passung 42. Die Passung 42 dient als Aufnahme für ein Werkzeug, d. h. als Antriebsmittel, um nach dem Eingießen (SVII) des Drahtgewindeeinsatzes in das Gussteil den Haltekern 40b und die Kunststoffdichtung 10 aus dem Drahtgewindeeinsatz zu entfernen.
Zur Herstellung des Gussteils wird der Haltekern 40b mit dem Drahtgewindeeinsatz in der Öffnung 56 der Innenwand 52 befestigt. Da sich der Drahtgewindeeinsatz mit seinem Kragen 14 an der Innenwand 52, vorzugsweise in der Vertiefung 54 abstützt, ist er gegen das Eindringen von Materialschmelze abgedichtet. Nachfolgend fließt Materialschmelze in den Formhohlraum 50 ein (SVII) und härtet dort aus. Nach dem Entformen (SVIII) des Gussteils wird mit einem Werkzeug der Haltekern 40b mit Kunststoffdichtung 16 aus dem Drahtgewindeeinsatz entfernt (SIX).
Gemäß einer weiteren in 6 und 7 gezeigten bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung wird der Drahtgewindeeinsatz auf einen Haltekern 40c mit Gewinde 44 aufgeschraubt. Der Haltekern 40c besteht vorzugsweise aus Metall, wobei hier auch Materialien, wie temperaturbeständige Kunststoffe oder Keramik, einsetzbar sind. Der Haltekern 40c umfasst zudem eine Passung 42 mit den gleichen Eigenschaften, wie sie oben bereits beschrieben worden sind im Hinblick auf die Ausführungsform der 3 und 5. Durch das Aufschrauben des Drahtgewindeeinsatzes auf den Haltekern 40c verschließt das Gewinde 44 mögliche Zwischenräume zwischen benachbarten Windungen 2.
Zudem blockiert der Haltekern 40c ein Einfließen von Materialschmelze an den Stirnseiten des Drahtgewindeeinsatzes. Um diese Dichtfunktion des Haltekerns 40c mit Gewinde 44 zu unterstützen, wird vorzugsweise die Innenseite des Drahtgewindeeinsatzes und/oder das Gewinde 44 mit einer zusätzlich abdichtenden Kunststoffschicht überzogen.
Zur Abdichtung zwischen dem Flansch 8 und der Innenwand 52 des Formhohlraums 50 der Gussform ist ein ringförmiges oder scheibenförmiges Dichtelement 60 ähnlich dem Kragen 14 vorgesehen. Das ringförmige Dichtelement 60 besteht bevorzugt aus einem verformbaren oder flexiblen Material, um Unebenheiten an der Grenzfläche zwischen dem Flansch 8 des Drahtgewindeeinsatzes und der Innenwand 52, bevorzugt der Vertiefung 54, auszugleichen. Das Dichtelement 60 ist ein loses Element mit einer radialen Ausdehnung größer oder gleich der radialen Ausdehnung des Flansches 8 oder der Stirnseite des Drahtgewindeeinsatzes ohne Flansch 8. Die innere Öffnung des Dichtelements 60 ist an den Durchmesser des Haltekerns 40c angepasst, um hier ein Eindringen von Materialschmelze zu vermeiden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung sind das Dichtelement 60 und der Kragen 14 (lose oder in Verbindung mit der inneren Kunststoffbeschichtung- oder -füllung) in radialer Richtung flächig ausgebildet, so dass sie in axialer Richtung eine konstante Stärke aufweisen. Alternativ dazu ist es bevorzugt, den Kragen 14 und das Dichtelement 60 angrenzend an die Innenwand 52 flächig und angrenzend an den Drahtgewindeeinsatz 1 bzw. das Einlegeteil konisch auszubilden (konischer Bereich 62). Der konische Verlauf ist derart, dass die Stärke des Kragens 14 und des Dichtelements 60 radial einwärts zunimmt, so dass der Kragen 14 und das Dichtelement 60 im Querschnitt trichterförmig ausgebildet sind. Dadurch läuft der konische Bereich des Kragens 14 oder des Dichtelements 60 zumindest teilweise in den Drahtgewindeeinsatz 1 hinein oder wird in diesen abdichtend hinein gedrückt. Diese bevorzugten Ausführungsformen sind beispielgebend anhand des Dichtelements 60 in 8a illustriert. Es ist des weiteren bevorzugt, dass sich an den konischen Bereich 62 des Dichtelements 60 oder des Kragens 14 (nicht gezeigt) in axialer Richtung eine umlaufende Dichtlippe 64 anschließt. Diese Dichtlippe 64 legt sich zusätzlich abdichtend an einen der gezeigten Haltekerne 40 an und realisiert eine zusätzlich Abdichtung des Drahtgewindeeinsatzes. In diesem Zusammenhang besteht eine bevorzugte Ausgestaltung des Haltekerns 40 darin, am Haltekern 40 auf Höhe des Dichtlippe 64 eine Absenkung vorzusehen, in die der konische Bereich 62 mit Dichtlippe 64 ausläuft.
Zur Herstellung eines Gussteils wird zunächst der Drahtgewindeeinsatz auf das Gewinde 44 des Haltekerns 40c aufgeschraubt. Dann wird das Dichtelement 60 auf den Haltekern 40c aufgesteckt oder in der bevorzugten Vertiefung 52 der Innenwand 50 der Gussform platziert. Danach wird der Haltekern 40c in der Öffnung 56 der Gussform befestigt, sodass der Drahtgewindeeinsatz über das Gewinde 44 und das Dichtelement 50 abgedichtet ist. Nach dem Ausgießen der Gussform mit Materialschmelze, Aushärten der Materialschmelze und Entformen des Gussteils wird der Haltekern 40c über die Passung 42 aus dem Drahtgewindeeinsatz herausgeschraubt.
Bei der Verwendung eines Haltkerns 40c aus Stahl bietet diese Ausführungsform vorliegender Erfindung eine sehr gute Positioniergenauigkeit des Drahtgewindeeinsatzes in der Gussform, eine hohe mechanische Stabilität sowie eine vollständige Abdichtung des Drahtgewindeeinsatzes gegenüber seiner Umgebung. Diese Vorteile machen dieses Konzept insbesondere interessant für die Anwendung beim Druckguss, da hier mit hohen Gießgeschwindigkeiten von bis zu 100 m/s und hohen Nachdrücken von bis zu 2000 bar in Metallschmelze, vorzugsweise Aluminiumschmelze, gearbeitet wird.
In den 8 und 9 ist eine bevorzugte Ausführungsform vorliegender Erfindung gezeigt, in der der Haltekern 40d kein Gewinde 44 aufweist. Zur Positionierung des Drahtgewindeeinsatzes 1 in der Gussform wird der Drahtgewindeeinsatz auf den Haltekern 40d aufgesteckt, bevor oder nachdem dieser in der Öffnung 56 der Gussform befestigt worden ist. Zur stirnseitigen Abdichtung des Drahtgewindeeinsatzes wird das Dichtelement 60 in gleicher Weise zwischen dem Drahtgewindeeinsatz 1 und der Innenwand 50 der Gussform angeordnet, wie es in Bezug auf die 6 und 7 beschrieben worden ist.
Der Haltekern 40d hat in diesem Fall nur die Positionierung des Drahtgewindeeinsatzes in der Gussform zur Aufgabe und bewirkt keinerlei Abdichtung. Die Abdichtung im stirnseitigen Bereich des Drahtgewindeeinsatzes wird durch das Dichtelement 60 erreicht. Dieses Dichtelement 60 verhindert im stirnseitigen Bereich des Drahtgewindeeinsatzes das Einfließen der Metall- oder Kunststoffschmelze in den Gewindegang und das Umfließen der Stirnseite bzw. des Flansches 8 des Drahtgewindeeinsatzes.
Nach dem Gießvorgang wird das Bauteil mit dem eingegossenen Drahtgewindeeinsatz der Gussform entnommen. Der Haltekern 40d kann anschließend mit einem geeigneten Werkzeug aus dem Drahtgewindeeinsatz entfernt werden.
Diese Ausführungsform besitzt in der beschriebenen Weise keine Abdichtung zur flanschabgewandten Stirnseite des Drahtgewindeeinsatzes und zum seitlichen Bereich des Drahtgewindeeinsatzes. Daher ist es bevorzugt bei Gießverfahren mit niedrigeren Drücken und Gießgeschwindigkeiten der Materialschmelze zu verwenden. Die konkreten Gießgeschwindigkeiten sind abhängig von der Gussteilgeometrie, Anschnitten, dem Volumen und dem Gussmaterial. So liegen die Verfahrensbedingungen vorzugsweise bei Gießgeschwindigkeiten in einem Bereich < 20 m/s und bei Drücken < 400 bar, insbesondere 0,1–10 bar.
Der in den 8 und 9 dargestellte Haltekern 40d kann sowohl als Vollmaterial als auch als Hohlmaterial (rohrförmig) ausgeführt sein. Erfindungsgemäß bevorzugt sind Haltekerne 40d, die aus Metall, Kunststoff, Keramik oder Kombinationen dieser Materialien bestehen. Bei derartigen Materialkombinationen als Haltekern 40d wird die mechanische Stabilität des Haltekerns über den metallischen Teil des Haltekerns erzielt, während ein weicher Kunststoff, der den metallischen Teil umgibt, die Abdichtung des Drahtgewindeeinsatzes nach außen realisiert.
Eine weitere Ausführungsform zur Abdichtung und Positionierung des Drahtgewindeeinsatzes innerhalb einer Gussform zur Verwendung in einem Metallguss- oder Kunststoffspritzgussverfahren zeigen die 10 und 11. In 10 wird der Drahtgewindeeinsatz direkt auf einen metallischen Haltekern 40e geschoben, der fest in der Gussform verbaut ist. Zur Verhinderung des Umfließens des Drahtgewindeeinsatzes und des Einfließens der Metall- oder Kunststoffschmelze in die Gewindegänge des Drahtgewindeeinsatzes wird zwischen der Innenwand 52, insbesondere der Vertiefung 54, des Formhohlraums 50 und dem Flansch 8 des Drahtgewindeeinsatzes das Dichtelement 60 angeordnet. Das Dichtelement 60 besteht dabei vorzugsweise aus Silikon mit einer bevorzugten Shore-Härte von 10 oder höher, vorzugsweise zwischen 15 und 90. Das Dichtelement 60 wird vor dem Aufstecken des Drahtgewindeeinsatzes auf den Haltekern 40e auf den Haltekern 40e geschoben. Gemäß einer weiteren Alternative ist es bevorzugt, das Dichtelement 60 auf dem Flansch 8 des Drahtgewindeeinsatzes zu platzieren und den Drahtgewindeeinsatz gemeinsam mit dem Dichtelement 60 auf den Haltekern 40e aufzuschieben. Diese zweite Verfahrensalternative ist in 11 schematisch veranschaulicht.
Nach dem Gießvorgang und der Entnahme des Bauteils wird das Dichtelement 60 von dem Gussteil entfernt, sodass der Drahtgewindeeinsatz freiliegt. Diese Ausführungsform besitzt in der beschriebenen Weise keine Abdichtung zur flanschabgewandten Stirnseite des Drahtgewindeeinsatzes und zum seitlichen Bereich des Drahtgewindeeinsatzes. Daher ist es für Gießverfahren mit geringen Drücken und geringen Gießgeschwindigkeiten geeignet, deren Verfahrensbedingungen bereits oben angegeben worden sind.
Bezüglich dieser Ausführungsform ist es ebenfalls bevorzugt, eine abdichtende Kunststoffschicht auf die Innenseite des Drahtgewindeeinsatzes aufzubringen, wie es bezüglich der Ausführungsform der 8 und 9 beschrieben worden ist.
Die in den verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen beschriebenen Dichtelemente 60 mit der bevorzugten Shore-Härte von 10 oder höher, vorzugsweise zwischen 15 und 90, werden vorzugsweise als vorgefertigte Flach-, Ring- oder Formdichtungen realisiert. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass Dichtelement 60 direkt als flüssiges Dichtungsmaterial auf den abzudichtenden Bereich des Drahtgewindeeinsatzes aufzutragen. Dies ist beispielsweise mit Silikon im Silikongussverfahren realisierbar.
Es ist ebenfalls bevorzugt, die in den Drahtgewindeeinsatz eingebrachte abdichtende Kunststoffbeschichtung im Inneren des Drahtgewindeeinsatzes zu belassen und später als Schraubensicherung für in den Drahtgewindeeinsatz eingeschraubte Gewindeelemente zu nutzen.
Die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung weisen verschiedene Vorteile auf, die im folgenden zusammengefasst werden sollen. Bei der spanenden Bearbeitung von Innengewinden in Metallgussteilen ist zur Erzeugung der Gewindegrundlöcher zusätzlich zur nutzbaren Gewindetiefe wegen des Gewindebohreranschnitts und als Spanauffangraum noch ein Grundlochüberhang erforderlich. Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, auf diesen Grundlochüberhang zu verzichten und die erforderliche Nutzgewindetiefe direkt im Metallgussbauteil herzustellen. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass die Herstellung von Gussteilen gemäß vorliegender Erfindung weitaus kostengünstiger ist als das Einschneiden eines Gewindes in ein Gussteil nach einem Gießprozess. Ebenfalls von Vorteil ist die abdichtende Kunststoffbeschichtung innerhalb des Drahtgewindeeinsatzes. Diese Kunststoffbeschichtung trägt ebenfalls zum Schutz des Gewindes vor Verschmutzung/Beschädigung bei, die beispielsweise nach dem Entformen des Gussteils und bei der weiteren Verarbeitung des Gussteils auftreten kann.
Zudem wurde festgestellt, dass das Eingießen des Drahtgewindeeinsatzes in ein Gussbauteil schneller geht als eine nach dem Gießprozess stattfindende mechanische Bearbeitung des Gussteils. Daher konnten basierend auf vorliegender Erfindung die Taktzeiten zur Herstellung eines Gussteils mit Gewinde verkürzt werden. Es ist ebenfalls auffällig, dass die eingegossenen Drahtgewindeeinsätze eine höhere Festigkeit zeigen als durch Bohren und Einschneiden in ein Gussteil eingebrachte Gewinde. Dies hat gleichzeitig zur Folge, dass ein Schraubendurchmesser für derartige Gewindebohrungen aufgrund der gesteigerten Tragfähigkeit des Gewindes reduziert werden kann. Zudem ist es mit vorliegender Erfindung möglich, den Bauraum für eine Gewindebohrung oder ein in einem Gussteil befestigtes Einlegeteils zu verringern.
Durch die höhere Widerstandskraft des Gewindeeinsatzes im Vergleich zu Aluminium können Bauteile dieser Art auch bei häufig zu lösenden Verbindungen zum Einsatz kommen. Des Weiteren ist es bevorzugt, das Innere des Einlegeteils, insbesondere des Drahtgewindeeinsatzes, bei der weiteren Bearbeitung des Gussteils durch einen Kunststoffeinsatz zu schützen. Es ist des Weiteren zu erwarten, dass große Gewindeflächen von eingegossenen Drahtgewindeeinsätzen im Vergleich zu bekannten selbstschneidenden Gewindeeinsätzen mit flachen Gewinden deutlich bessere Auszugskräfte liefern.
Bezugszeichenliste

1: Einlegeteil, Drahtgewindeeinsatz
2: Windungen
4: Spirale
6: Hohlraum
8: Flansch
10: Kunststoffschicht
12: Aufnahmeraum
14: Kragen
16: Kunststoffdichtung
40: Haltekern
42: Passung
44: Gewinde
50: Formhohlraum
52: Innenwand
54: Vertiefung für Dichtung
56: Öffnung für Haltekern
60: Dichtelement
62: konischer Dichtbereich
64: Dichtlippe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1046446 B1 [0006]
US 3945070 [0008, 0008]
US 3112540 [0009]
US 2672070 [0010]
DE 102009048160 A1 [0011]

Claims

Metallgussform, insbesondere für ein druckunterstütztes Metallgussverfahren, mit der ein Gussteil herstellbar ist und die die folgenden Merkmale aufweist: einen Formhohlraum, der durch eine Mehrzahl von Innenwänden definiert ist und eine Form des Gussteils vorgibt, eine Positioniervorrichtung für mindestens ein Einlegeteil, die durch mindestens eine Innenwand der Metallgussform derart gehalten ist, dass das Einlegeteil innerhalb des Formhohlraums positionierbar ist, wobei an oder nahe der Positioniervorrichtung sowie zwischen der mindestens einen Innenwand der Metallgussform und dem Einlegeteil ein Dichtelement angeordnet ist, mit dem das Einlegeteil gegen das Eindringen von Metallschmelze zumindest teilweise abdichtbar ist.
Kunststoffspritzgussform, mit der ein Kunststoffteil herstellbar ist und die die folgenden Merkmale aufweist: einen Formhohlraum, der durch eine Mehrzahl von Innenwänden definiert ist und eine Form des Kunststoffteils vorgibt, eine Positioniervorrichtung für mindestens ein Einlegeteil, die durch mindestens eine Innenwand der Kunststoffspritzgussform derart gehalten ist, dass das Einlegeteil innerhalb des Formhohlraums positionierbar ist, wobei an oder nahe der Positioniervorrichtung sowie zwischen der mindestens einen Innenwand der Kunststoffspritzgussform und dem Einlegeteil ein flexibles Dichtelement angeordnet ist, mit dem das Einlegeteil gegen das Eindringen von flüssigem Kunststoff zumindest teilweise abdichtbar ist.
Gussform gemäß Patentanspruch 1 oder 2, in der die Positioniervorrichtung einen lösbar oder fest in der Wand der Metallgussform angeordneten Haltekern umfasst, an dem das Einlegeteil befestigbar ist.
Gussform gemäß Patentanspruch 3, deren Haltekern aus Metall, Kunststoff, Keramik oder einer Kombination einer Auswahl dieser Materialien besteht.
Gussform gemäß Patentanspruch 4, deren Dichtelement ringförmig ausgebildet ist, den Haltekern umgibt und aus Kunststoff, Gummi oder aus einer Kombination der Materialien besteht.
Gussform gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 2 bis 5, in der das Einlegeteil stirnseitig und angrenzend an die Wand der Gussform einen umlaufenden Kragen aufweist, der das Dichtelement bildet.
Gussform gemäß einem der Patentansprüche 2 bis 5, deren Haltekern zumindest teilweise konisch oder zylindrisch geformt ist oder ein Außengewinde aufweist.
Einlegeteil, insbesondere ein Gewindeeinsatz, das in ein Metallgussteil oder ein Kunststoffspritzgussteil einformbar ist und die folgenden Merkmale aufweist: eine zumindest teilweise durchbrochene Außenwand und einen inneren Hohlraum, eine Innenwand des inneren Hohlraums ist zumindest teilweise mit Kunststoff beschichtet oder der innere Hohlraum ist zumindest teilweise mit Kunststoff versehen, sodass der innere Hohlraum gegen ein Eindringen von Metallschmelze oder Kunststoff von außen abgedichtet ist.
Einlegeteil gemäß Patentanspruch 8, das einseitig stirnseitig einen angeformten Kunststoffkragen aufweist, der in Wirkverbindung mit einer Wand einer Gussform, insbesondere eine Gussform gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 7, ein Dichtelement gegen Metallschmelze oder Kunststoffschmelze bildet.
Einlegeteil gemäß Patentanspruch 8 oder 9, dessen innerer Hohlraum vollständig mit Kunststoff gefüllt ist, wobei sich der ausgeformte Kunststoff stiftartig und einseitig über das Einlegeteil hinaus erstreckt.
Einlegeteil gemäß Patentanspruch 8 oder 9, dessen innerer Hohlraum durch die Kunststoffbeschichtung zumindest teilweise konisch geformt ist.
Einlegeteil gemäß einem der Patentansprüche 8 bis 11, das ein gewickelter Drahtgewindeeinsatz, vorzugsweise ein auf Block gewickelter Drahtgewindeeinsatz, ist.
Gussvorbereitungsverfahren, mit dem ein Einlegeteil einer Gussform an ein Metallgussverfahren oder ein Kunststoffspritzgussverfahren anpassbar ist, so dass ein Eindringen von Kunststoff- oder Metallschmelze in das Einlegeteil während des Metallgussverfahrens oder des Kunststoffspritzgussverfahrens zumindest teilweise verhindert ist, und welches die folgenden Schritte aufweist: zumindest teilweise Ausspritzen eines inneren Hohlraums des Einlegeteils mit abdichtendem Kunststoff und Vorsehen eines einseitig stirnseitig umlaufenden Kragens, der ein Dichtelement zu einer Wand einer Gussform bildet.
Gussvorbereitungsverfahren gemäß Patentanspruch 13, wobei das Einlegeteil in dem inneren Hohlraum eine Innenwand aufweist, die beim Ausspritzen mit dem abdichtenden Kunststoff beschichtet wird.
Gussvorbereitungsverfahren gemäß Patentanspruch 13, wobei ein innerer Hohlraum des Einlegeteils vollständig ausgespritzt wird, sodass ein Kunststoffhaltekern gebildet wird, der sich stirnseitig über das Einlegeteil hinaus erstreckt.
Gussvorbereitungsverfahren gemäß Patentanspruch 13, wobei ein innerer Hohlraum des Einlegeteils derart ausgespritzt wird, dass ein zumindest teilweise zylindrisch und/oder konisch geformter Aufnahmeraum für einen Haltekern entsteht.
Gussvorbereitungsverfahren gemäß Patentanspruch 14, wobei das Einlegeteil auf einen Haltekern mit Außengewinde aufgeschraubt wird.
Gussvorbereitungsverfahren gemäß einem der Patentansprüche 14 bis 16, wobei der einseitig stirnseitig umlaufende Kragen an einer Stirnseite des Einlegeteils angespritzt wird.
Metallgussverfahren oder Kunststoffspritzgussverfahren, mit dem mindestens ein Einlegeteil in einem Gussteil befestigbar ist und das die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Gussform (SI), vorzugsweise gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 7, mit einem Formhohlraum, Bereitstellen eines Einlegeteils (SII), vorzugsweise gemäß einem der Patentansprüche 8 bis 12, Positionieren des mindestens einen Einlegeteils innerhalb des Formhohlraums mithilfe einer Positioniervorrichtung (SIII, SIV; SV, SVI), Anordnen eines Dichtelements zwischen dem Einlegeteil und einer Innenwand des Formhohlraums, mit dem das Einlegeteil zumindest teilweise gegen ein Eindringen von Metall- oder Kunststoffschmelze abdichtbar ist (SIII, SIV, SV, SVI) Ausgießen des Formhohlraums mit einer Metall- oder Kunststoffschmelze (SVII) und Entformen des Gussteils (SVIII).
Gussverfahren gemäß Patentanspruch 19, in dem die Positioniervorrichtung aus einem Haltekern aus Metall oder Kunststoff oder Keramik besteht, der in einer Öffnung der Innenwand des Formhohlraums lösbar, vorzugsweise gesteckt, befestigt ist, Befestigen des Haltekerns mit aufgestecktem oder aufgeschraubtem Einlegeteil mit einseitig stirnseitig umlaufenden Kragen als Dichtelement im Formhohlraum (SIII) oder Befestigen des Haltekerns mit aufgestecktem oder aufgeschraubtem Einlegeteil im Formhohlraum (SIV), wobei zwischen dem Einlegeteil und der Innenwand des Formhohlraums ein separates Dichtelement angeordnet wird.
Gussverfahren gemäß Patentanspruch 19, in dem die Positioniervorrichtung aus einem Haltekern aus Metall oder Kunststoff oder Keramik besteht, der in der Innenwand des Formhohlraums permanent befestigt ist, Aufstecken oder Aufschrauben des Einlegeteils mit einseitigem stirnseitigen umlaufenden Kragen als Dichtelement auf den Haltekern im Formhohlraum (SV) oder Aufstecken oder Aufschrauben des Einlegeteils auf den Haltekern im Formhohlraum (SVI), wobei zwischen dem Einlegeteil und der Innenwand des Formhohlraums ein separates Dichtelement angeordnet wird.
Gussverfahren gemäß einem der Patentansprüche 19 bis 21, das ein druckunterstütztes Metallgussverfahren ist, vorzugsweise ein Aluminiumdruckgussverfahren.
Gussteil aus Metall oder Kunststoff, insbesondere ein Kunststoffspritzgussteil oder ein Metallgussteil, mit einem integrierten Einlegeteil, insbesondere ein Drahtgewindeeinsatz, dessen Einlegeteil einen von ausgehärteter Materialschmelze zumindest teilweise freien inneren Hohlraum und zumindest einseitig stirnseitig eine Eingangsöffnung ohne ausgehärtete Materialschmelze aufweist.
Gussteil gemäß Patentanspruch 23, das mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 19 hergestellt ist.