DE19943247C1 - Druckgußform zur Herstellung von Werkstücken mit teilweise umgossenen Einlegeteilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckgußform für die Herstellung eines Werkstücks, insbesondere eines Leichtmetall-Druckgußteils, das ein Einlegeteil enthält, welches von Druckgußwerkstoff teilweise umgossen ist. Um einen Bereich des Einlegeteils gezielt vom Umgießen auszusparen, wird dieser Bereich des Einlegeteile mit einer Dichtfläche versehen, die formschlüssig mit einer Dichtfläche in der Druckgußform zusammentrifft. Beim Einsetzen des Einlegeteils in die Druckgußform teilen die aufeinandertreffenden Dichtflächen den Innenraum der Druckgußform in zwei getrennte Bereiche, von denen einer während des Gießvorgangs mit Druckgußwerkstoff gefüllt wird, während der andere leer bleibt. Die erfindungsgemäße Gestaltung der Druckgußform bzw. des Einlegeteils vermeidet eine nachträgliche Freilegung der aus dem Gußwerkstück herausragenden Bereiche des Einlegeteils und gestattet es somit, die herausragenden Bereiche des Einlegeteils mit spezifischen geometrischen bzw. Oberflächenmerkmalen zu versehen, deren Freilegung bzw. Nacharbeit im fertig gegossenen Werkstück nicht - oder nur mit erheblichem Aufwand - möglich wäre.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckgußform für die Herstellung eines Werkstücks, insbesondere eines Leichtmetalldruckgußteils, das ein Einlegeteil enthält.

Aus Gründen der Gewichtsersparnis werden im Motoren- und Getriebebau in zunehmendem Maße Bauteile aus Leichtmetallegierungen eingesetzt. Um - insbesondere im Bereich von La­ gern - spezielle Festigkeitsanforderungen zu erfüllen und die Wärmedehnung der Lagerkompo­ nenten aneinander anzupassen, werden die Bauteile im Bereich der Lager durch Einlegeteile aus Eisenmetall verstärkt. Für die Herstellung verstärkter Druckguß-Werkstücke müssen die Einlegeteile hochgenau im Werkzeug positioniert werden und während des Druckgußprozesses mit Hilfe von Spannwerkzeugen stabil in dieser Lage gehalten werden. Ein Druckgußwerkzeug zur Herstellung solcher verstärkter Bauteile ist z. B. in der DE 44 29 575 A1 beschrieben.

Nach der Entnahme des Druckguß-Werkstücks aus der Gußform ist das Einlegeteil - außer an den Angriffsstellen der Spannwerkzeuge - vollständig mit Gußwerkstoff umhüllt. Enthält das Einlegeteil ein Lager, das nach dem Eingießen durch Bruchtrennung geteilt werden soll, so darf im Bruchtrennbereich nur der spröde Werkstoff des Einlegeteils vorliegen. Das verstärkte Druckguß-Werkstück muß daher vor der Bruchtrennung spanend bearbeitet werden, um den Gußwerkstoff vollständig aus dem Bruchtrennbereich zu entfernen. Diese spanende Bearbeitung ist zeitaufwendig und bei komplexen Lagergeometrien oft sehr schwierig zu bewerkstelligen.

Um eine vollständige Umhüllung des Werkstücks während des Gießens zu vermeiden, wird in der DE 196 26 974 A1 vorgeschlagen, das Einlegeteil mit einem verformbaren Dichtvorsprung zu versehen, welcher mit der Gießform zusammenwirkt: Dieser Dichtvorsprung soll beim Schlie­ ßen der Gießform so verformt werden, daß eine ringförmige Dichtfläche zwischen Gießform und Einlegeteil entsteht, die das Eindringen von Gußwerkstoff in das Innere des Einlegeteils verhin­ dern soll. Dies setzt allerdings eine hochgenaue Zentrierung des Einlegeteils in der Gießform voraus; weiterhin muß der Dichtvorsprung durch die Einwirkung der Gießform ohne hohen Ver­ schleiß der Gießform verformbar sind, wodurch das Spektrum der für das Einlegeteil in Frage kommenden Werkstoffe erheblich limitiert wird.

Zur Abschottung des Innenraums rohrförmiger Einlegeteile gegenüber dem Gußwerkstoff wäh­ rend des Gießens ist aus der DE 297 23 083 eine Gießform mit konischen Hohlräumen be­ kannt, in die die Enden der Einlegeteile eingelegt und mit Hilfe eines Druckelements so hinein­ gedrückt werden, daß eine umlaufende Dichtung zwischen den Enden des Einlegeteils und der Gießform gebildet wird. Diese Art der Dichtung beschränkt sich allerdings auf Einlegeteile, die im auszusparenden Bereich zylindrisch gestaltet sind und weiterhin eine so hohe Verformbarkeit aufweisen, daß sie ein eine Aussparung mit einem nach dem Toleranzbereich kleinsten Durch­ messer eingepreßt werden und dabei eine dichte Verbindung bilden können.

Aus der JP 09 094 650 A ist weiterhin eine Gießform bekannt, die ein bewegliches Verschluß­ mittel für Gießwerkstoff enthält, das verhindern soll, daß während des Angießens eines Einlege­ teils flüssiger Gießwerkstoff in eine Aussparung eindringt. Die dort gezeigte Gießform stellt je­ doch eine sehr komplexe aufwendige Vorrichtung dar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache Druckgußform vorzuschlagen, mit Hilfe derer Druckguß-Werkstücke mit Einlegeteilen aus unterschiedlichsten Werkstoffen so her­ gestellt werden können, daß die Einlegeteile nur abschnittsweise von Druckgußwerkstoff um­ gossen sind und daß insbesondere Lagerbereiche vom Umgießen mit Druckgußwerkstoff aus­ genommen werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Danach ist auf der Druckgußform ein umlaufender Dichtungsbereich vorgesehen, der formnega­ tiv zu einem Dichtungsbereich auf dem Einlegeteil ist. Der Dichtungsbereich auf dem Einlegeteil umgibt ringförmig den Bereich, der vom Umgießen mit Druckgußwerkstoff ausgenommen wer­ den soll. Das Einlegeteil wird so in die Druckgußform eingelegt, daß sein Dichtungsbereich formschlüssig auf dem Dichtungsbereich der Druckgußform zu liegen kommt. Mit Hilfe eines in der Druckgußform vorgesehenen Anpressers wird das Einlegeteil in dieser Position fixiert. Wird nun der Druckgußwerkstoff in die Druckgußform eingeschossen, so umgießt er das gesamte Einlegeteil mit Ausnahme des durch den Dichtungsbereich begrenzten ausgesparten Bereiches.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Druckgußform gestattet somit das partielle Umgießen von Einlegeteilen. Die vom Umgießen ausgesparten Bereiche des Einlegeteils werden während des Gießens nicht verändert; sie können daher bereits bei der Herstellung des Einlegeteils in ihre endgültige Form gebracht werden. Somit entfällt eine spanende Nachbearbeitung dieser Bereich nach dem Gießen. Das selektive Aussparen bestimmter Bereiche, die nicht umgossen werden, bietet insbesondere dann Vorteile, wenn diese Bereiche komplizierte Strukturen ent­ halten, die - aus bearbeitungstechnologischen Gründen oder aufgrund ihrer Zugänglichkeit - auf dem Einlegeteil wesentlich leichter zu erstellen sind als auf dem fertigen Druckgußteil.

Um eine günstige Kräfteverteilung und somit einen zuverlässigen Verschluß der Dichtflächen während des Druckgießens sicherzustellen, ist es vorteilhaft, die Vorschubachse des Anpressers so zu wählen, daß die Vorschubachse des Anpressers näherungsweise senkrecht zu einer Aus­ gleichsebene der Dichtfläche verläuft, und daß der Flächenschwerpunkt der Dichtfläche nahe an der Vorschubachse des Anpressers liegt (siehe Anspruch 2). Dadurch wird gewährleistet, daß die Dichtfläche des Einlegeteils frontal gegen die Dichtfläche der Druckgußform gedrückt wird.

Besonders günstige Verhältnisse in bezug auf Herstellung und Instandhaltung der Dichtfläche sind gegeben, wenn die Dichtfläche eine planare Ringfläche darstellt (siehe Anspruch 3). Diese geometrische Form der Dichtflächen kann sowohl auf dem Einlegeteil als auch in der Druck­ gußform durch einfache spanende Bearbeitung hergestellt bzw. nachgearbeitet werden. Auch wenn das Einlegeteil geringfügig relativ zur Druckgußform verrutscht, kann bei dieser Form der Dichtfläche noch eine zuverlässige Dichtung sichergestellt werden. Zur Optimierung der Kräfte­ verhältnisse bei der Fixierung des Einlegeteils in der Druckgußform wird hierbei die Lage des Anpressers zweckmäßigerweise so gewählt, daß die Vorschubrichtung des Anpressers nähe­ rungsweise senkrecht zu der planaren Dichtfläche und näherungsweise durch den Flächen­ schwerpunkt der Dichtfläche verläuft (siehe Anspruch 4).

Weiterhin ist es günstig, den Anpresser als Auswerfer zu gestalten, so daß der Anpresser einer­ seits das Einlegeteil während des Gußvorganges fixiert, andererseits die Entnahme des fertigen Druckguß-Werkstücks unterstützt (siehe Anspruch 5).

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei­ spieles näher erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 eine Schnitt-Ansicht eines druckgegossenen Werkstücks mit Einlegeteil;

Fig. 2 eine Schnitt-Ansicht der Druckgußform mit eingesetztem Einlegeteil für die Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Werkstücks;

Fig. 3 eine perspektivische Detailansicht eines Einlegeteils mit einem Anpresser.

Fig. 1 zeigt ein druckgegossenes Werkstück 1 aus einem Leichtbauwerkstoff (z. B. einer Alumi­ niumlegierung), in das ein Einlegeteil 2 aus einem hochfesten Werkstoff eingebettet ist. Das Einlegeteil 2 dient zur Versteifung und Verstärkung eines auf dem Werkstück 1 vorgesehenen Lagers 3 und weist eine von einer Dichtfläche 4 umgebene Freifläche 5 auf, im Bereich derer das Einlegeteil 2 aus dem Werkstück 1 herausragt, während die restliche Oberfläche des Einle­ geteils 2 eine Benetzungsfläche 6 darstellt, im Bereich derer das Einlegeteil 2 von Druckguß­ werkstoff umgossen ist. Die Dichtfläche 4 hat eine planare ringförmige Gestalt und trennt auf dem Eingußteil 2 die Benetzungsfläche 6 von der Freifläche 5.

Zur Herstellung des Werkstücks 1 mit dem partiell umgossenen Eingußteil 2 wird eine Druck­ gußform 7 erfindungsgemäß so gestaltet, daß die Freifläche 5 und somit auch das Lager 3 des Eingußteils 2 während des Gießprozesses von einer Benetzung mit Druckgußwerkstoff ausge­ nommen wird. Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung einer solchen Druckgußform 7, die ein feststehendes Formteil 8 und ein bewegliches Formteil 9 umfaßt. Das Einlegeteil 2 wird mittels eines das feststehende Formteil 8 durchdringenden Anpressers 10 an das bewegliche Formteil 9 angedrückt. Das bewegliche Formteil 9 weist eine Aussparung 11 auf, die den nicht zu um­ gießenden, von der Freifläche 5 umgebenen Bereich 12 des Einlegeteils 2 aufnehmen kann. Diese Aussparung 11 ist von einer planaren ringförmigen Dichtfläche 13 umgeben, welche mit der Dichtfläche 4 auf dem in die Druckgußform 7 eingesetzten Einlegeteil 2 zusammentrifft. Die aufeinandertreffenden ringförmigen Dichtflächen 4, 13 zwischen Druckgußform 7 und Einlegeteil 2 teilen somit den Innenraum der Druckgußform 7 in zwei voneinander getrennte Bereich: Da­ bei entsteht einerseits ein Hohlraum 14, der von der Innenwand 15 der Aussparung 11 auf dem beweglichen Formteil 9 und der Freifläche 5 des Einlegeteils 2 eingeschlossen wird; und ande­ rerseits ein Gießraum 16, der von der restlichen Innenwand 17 des beweglichen Formteils 9, der Innenwand 18 des festen Formteils 8 und der Benetzungsfläche 6 des Einlegeteils 2 einge­ schlossen wird.

Zur Herstellung des Werkstücks 1 wird das Einlegeteil 2 in die geöffnete Druckgußform 7 einge­ setzt. Mit Hilfe des Anpressers 10 wird das Einlegeteil 2 in der Druckgußform 7 fixiert. Dabei wird die Dichtfläche 4 des Einlegeteils 2 gegen die Dichtfläche 13 des beweglichen Formteils 9 gedrückt. Dann wird die Druckgußform 7 geschlossen und über eine (in Fig. 2 nicht dargestell­ te) Angußöffnung Druckgußwerkstoff in den Gießraum 16 injiziert. Der Druckgußwerkstoff füllt den gesamten Gießraum 16 und umgießt somit das Einlegeteil 2 im gesamten Benetzungsbe­ reich 6. Die Außenkontur des Gießbereichs 16 bestimmt somit die Gestalt des gegossenen Werkstücks 1. Die Dichtflächen 4, 13 zwischen Einlegeteil 2 und beweglichem Formteil 9 verhin­ dern das Eindringen des Druckgußwerkstoffs in den Hohlraum 14 zwischen der Freifläche 5 des Einlegeteils 2 und der Aussparung 13 im beweglichen Formteil 9 und bewirken somit, daß die Freifläche 5 des Einlegeteils 2 nicht von Druckgußwerkstoff benetzt wird.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausgestaltung, bei der das Einlegeteil 2 mit Hilfe eines das feststehende Formteil 8 durchdringenden Anpressers 10 an die Dichtfläche 13 des beweglichen Formteils 9 gedrückt wird, ist besonders günstig, da in diesem Fall der Anpresser 10 gleichzeitig als Teil der (in Fig. 2 gestrichelt gezeichneten) Auswerfereinrichtung 19 genutzt werden kann: Wird näm­ lich beim Öffnen der Druckgußform 7 nach Abschließen des Gießprozesses das bewegliche Formteil 9 vom feststehenden Formteil 8 wegbewegt, so verbleibt das gegossene Werkstück 1 in dem feststehenden Formteil 8 haften und kann durch eine Ausstoßbewegung des Auswer­ fereinrichtung 19 aus dem feststehenden Formteil 8 gelöst werden; ist der Anpresser 10 als Auswerfer 19' ausgebildet, so greift er dabei am Einlegeteil 2 an und drückt dieses zusammen mit dem restlichen Werkstück 1 aus dem feststehenden Formteil 8 heraus. In Abhängigkeit von der geometrischen Gestaltung des Werkstücks 1 sind noch weitere Auswerfer 19" vonnöten.

Ist der Anpresser 10 Teil der Auswerfereinrichtung 19, so ist es günstig, den Anpresser 10 hy­ draulisch zu betreiben, um eine aktive Steuerung des Anpressers 10 bzw. Auswerfers 19' wäh­ rend des Gußvorgangs zu ermöglichen. Eine preiswerte Alternative hierzu ist ein federbetriebe­ ner Anpresser 10; die Federkraft bestimmt hierbei, in welchem Maße der Anpresser 10 zum Auswerfen des fertigen Druckgußwerkstücks 1 beitragen kann.

Aus gießtechnischen Gründen kann es günstig sein, die Druckgußform 7 so zu gestalten, daß das feststehende Formteil 8 mit der Dichtfläche 13 versehen ist, während der Anpresser 10 das bewegliche Formteil 9 durchdringt und die Dichtfläche 4 des Einlegeteils 2 gegen eine Dichtflä­ che 13' auf dem feststehenden Formteil 8 drückt. In diesem Fall ist zur Entnahme des Werk­ stücks 1 aus der Gußform 7 eine vom Anpresser 10 getrennte Auswerfereinrichtung 19 nötig.

Die Dichtfläche 13 kann sich in einer beliebigen Position auf dem beweglichen bzw. dem fest­ stehenden Formteil 9 bzw. 8 befinden, und die Flächennormale 20 der Dichtfläche 13 kann eine beliebige Richtung gegenüber der Öffnungsrichtung 21 der Druckgußform 7 einnehmen. Die Dichtfläche 4 umgibt den nicht zu umgießenden Bereich 12 und ist daher ringförmig. Sie braucht aber - wie in Fig. 3 gezeigt - keineswegs kreisrund sein, sondern kann eine beliebige ebene Form haben, solange sie den nicht zu umgießenden Bereich 12 umschließt und auf dem gesamten Umfang eine ausreichende Überdeckung mit dem der gegenüberliegenden Dichtflä­ che 13 auf dem Formteil 9 bzw. 8 aufweist, um ein Eindringen des Gußwerkstoffs in den Hohl­ raum 14 zu verhindern.

Um eine gleichmäßige Kräfteverteilung entlang der ringförmigen Dichtfläche 13 sicherzustellen und somit eine stabilen Sitz der Dichtfläche 4 des Einlegeteils 2 auf der Dichtfläche 13 des Formteils 9, 8 zu gewährleisten, wird - wie im Detail in Fig. 3 gezeigt - die Vorschubrichtung 22 des Anpressers 10 so gewählt, daß sie näherungsweise kollinear zur Flächennormalen 23 der Dichtfläche 4 auf dem Einlegeteil 2 liegt. Weiterhin wird der Anpresser 10 so gestaltet, daß der Flächenschwerpunkt 24 der Dichtfläche 4 möglichst nah an der Anpresserachse 25 zu lie­ gen kommt. So wird sichergestellt, daß der Anpresser 10 die gesamte Dichtfläche 4 des Einle­ geteils 2 in Normalenrichtung und gleichförmig gegen die Dichtfläche 13 auf dem Formteil 9, 8 drückt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 stellt die Dichtfläche 4 bzw. 13 auf Einlegeteil 2 bzw. Formteil 9 eine ebene Ringfläche dar; diese Ausführungsform ist herstellungs­ technisch besonders einfach zu realisieren und hat den Vorteil, daß auch bei geringfügigen seit­ lichen Verschiebungen des Einlegeteils 2 in der Druckgußform 7 die beiden Dichtflächen 4, 13 formschlüssig aufeinandertreffen und so ein Eindringen des Druckgußwerkstoffs in den Hohl­ raum 14 verhindern. Im Allgemeinfall können jedoch die gegenüberliegenden Dichtflächen 4, 13 auch durch andere Ringflächen wie z. B. Teile von Kegelmänteln, Teile einer Kugelfläche oder ringförmige Freiformflächen realisiert sein, wobei - zur Gewährleistung einer guten Dichtung - die Dichtfläche 13 auf dem Formteil 9 formnegativ zur Dichtfläche 4 auf dem Einlegeteil 2 aus­ gestaltet sein muß. Um einen guten gegenseitigen Sitz der Dichtflächen 4, 13 auf Einlegeteil 2 und Formteil 9 zu gewährleisten, sollte - in Verallgemeinerung der in Fig. 3 gezeigten Positio­ nierung des Anpressers 10 gegenüber der Dichtfläche 4 - die über die gesamte Dichtfläche 4 gemittelte Flächennormale 23 näherungsweise kollinear zur Vorschubrichtung des Anpressers 10 liegen, und der Flächenschwerpunkt 24 der Dichtfläche 4 sollte möglichst nah an der An­ presserachse 25 zu liegen kommen.

Um eine gute Dichtung zwischen den beiden Dichtflächen 4, 13 sicherzustellen, können geeig­ nete Dichtmittel zum Einsatz kommen. Dies sind z. B. Dichtpasten, die auf mindestens eine der Dichtflächen 4, 13 aufgetragen werden, oder asbestähnliche Papierdichtungen, oder auch hochtemperaturbeständige, geringfügig elastische und mit der Druckgußform 7 fest verbundene Dichtelemente.

Neben den oben beschriebenen eingegossenen Einlegeteilen 2 mit Bereichen 12, die vom Um­ gießen ausgespart werden sollen, kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Einlegeteile 2 bzw. der Formteile 8, 9 mit formnegativen Dichtflächen 4, 13 auf ein weiteres Spektrum weiterer gegossener Werkstücke 1 angewendet werden. Insbesondere können auf Druckgußteilen 1 mit Hilfe der Dichtflächen 4, 13 in lokal begrenzten Bereichen spezifische geometrische Formen, Oberflächeneigenschaften, Werkstoffzusammensetzungen, etc. realisiert werden, die ansonsten auf dem fertig gegossenen Druckgußteil 1 nicht hergestellt werden können. Dies sind z. B. lokale Beschichtungen einer fest vorgegebenen Dicke bzw. Oberflächenqualität, die auf großvolumige Druckgußteile nicht aufgebracht werden können. Weiterhin sind dies z. B. geometrische Formen, die in Nuten, Vertiefungen o. ä. des Druckgußteils 1 vorgesehen werden sollen, ohne daß auf dem fertigen Druckgußteil 1 ausreichender Freiraum zur (spanenden) Herstellung dieser For­ men zur Verfügung steht. Diese spezifischen Bereiche können im Vorfeld des Gießprozesses auf einem Einlegeteil 2 realisiert werden, das gemäß dem oben beschriebenen Verfahren partiell in das Druckgußwerkstück 1 eingegossen wird, wobei das Einlegeteil 2 so gestaltet wird, daß die gewünschten Merkmale während des Gießprozesses im Hohlraum 14 zu liegen kommen, der durch die Dichtflächen 4, 13 vom restlichen Gießraum 16 getrennt ist und daher nicht von Druckgußwerkstoff benetzt wird.

Claims (4)

1. Druckgußform für die Herstellung eines Werkstücks, insbesondere eines Leichtmetall­ druckgußteils, das ein Einlegeteil enthält,

• - wobei die Druckgußform ein feststehendes Formteil und ein bewegliches Formteil um­ faßt
• - und weiterhin eine Aufnahmevorrichtung für das Einlegeteil und eine Auswerfereinrich­ tung aufweist

dadurch gekennzeichnet,

• - daß das eine Formteil (9) eine umlaufende Dichtfläche (13) aufweist, die formnegativ zu einer auf dem Einlegeteil (2) vorgesehenen umlaufenden Dichtfläche (4) ist,
• - und daß das andere Formteil (8) einen Anpresser (10) zur Fixierung des Einlegeteils (2) enthält.

2. Druckgußform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenschwerpunkt (24) der Dichtfläche (4) des Einlegeteils (2) nahe an der Vor­ schubachse (25) des Anpressers (10) liegt, und daß die Vorschubachse (25) des Anpres­ sers (10) näherungsweise senkrecht zu einer Ausgleichsebene der Dichtfläche (4) verläuft.

3. Druckgußform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Dichtfläche (4) auf dem Einlegeteil (2) planar ausgestaltet ist.

4. Druckgußform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpresser (10) Teil der Auswerfereinrichtung (19) ist.