DE4329812A1 - Spulenkörper aus einer Aluminiumlegierung und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spulenkörper aus einer Aluminiumlegierung und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 10.

Aus der DE 39 08 223 C2 ist ein derartiger Spulenkörper für fadenförmiges Wickelgut bekannt, wobei zwei Spulenkörperhälften aus einer Aluminiumlegierung an ihren stumpf aneinander angesetzten Kernrohrenden durch eine Reibschweißnaht fest miteinander verbunden sind. Die Spulenkörperhälften sind hierbei durch Fließpressen hergestellt, wobei jedoch relativ aufwendige Fließpreßwerkzeuge erforderlich sind. Zudem sind der Gestaltung des Spulenkörpers durch das Fließpreßverfahren bestimmte geometrische Grenzen gesetzt.

Aus der DE 92 12 895 U1 ist des weiteren ein Spulenkörper bekannt, der einstückig durch gleichzeitiges Umformen der beiden Enden eines zylindrischen Spulen-Rohlings insbesondere durch Schmieden hergestellt wird. Obwohl hierbei eine besonders hohe Qualität und Festigkeit erreicht werden kann, liegen die Herstellungskosten relativ hoch, da die Gesenke einem hohen Verschleiß unterworfen sind, so daß bei hohen Stückzahlen erhebliche Werkzeugkosten entstehen.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, insbesondere für hohe Stückzahlen einen Spulenkörper und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, das eine für den üblichen Gebrauch ausreichende Festigkeit bei geringen Herstellungskosten aufweist, sowie die Ausbildung von beliebig großen Flanschdurchmessern ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Spulenkörper gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 10.

Durch die Anwendung des zum Gießen von Automobilteilen an sich bekannten Thixocasting-Verfahrens wird insbesondere eine sehr gute Konturschärfe ermöglicht, so daß eine endabmessungsnahe Formgebung möglich ist und daß für die nachfolgende spanende Bearbeitung nur sehr geringe Aufmaße erforderlich sind. Dies gilt insbesondere gegenüber der erstgenannten Druckschrift, da durch das nunmehr vorgeschlagene Gießverfahren, insbesondere hohe Rundlaufgenauigkeit bereits als Gußteil erreicht wird. Darüberhinaus wird gegenüber den bekannten Druckguß- oder Kokillengußverfahren eine bedeutend höhere Festigkeit erreicht, die sich durch Wärmebehandlung noch zusätzlich steigern läßt. Außerdem liegt die Produktivität des Thixocasting-Verfahrens gegenüber den üblichen Gußverfahren höher, da die Erstarrung des teilflüssigen-teilfesten Aluminiums wesentlich rascher erfolgt, so daß der Durchsatz erheblich gesteigert werden kann.

Von besonderem Vorteil ist dabei, daß komplizierte Formen mit hoher Maßgenauigkeit erreicht werden, so daß hierdurch beispielsweise Sitze für später aufzubringende Schutzringe mit ausgebildet werden können. Von besonderer Zweckmäßigkeit ist hierbei, daß in die Thixocasting-Form im Bereich des Außenumfanges der Flansche Ringe, insbesondere Edelstahlringe mit eingelegt werden können, die dann beim Gießen fest mit dem Spulenkörper verbunden werden. Dadurch werden die besonders empfindlichen Ränder der Spulenflansche geschützt, wobei durch das Miteingießen beim Herstellen des Spulenkörpers eine besonders kostengünstige Fabrikationsweise erreicht wird. Außerdem können im Bereich der Spulenaufnahme auf einer Spindel der Wickelmaschine ebenfalls Konusringe mit eingegossen werden, die ebenfalls eine höhere Härte als der Spulenkörper selbst aufweist, so daß an diesen verschleißgefährdeten Stellen auf einfache Weise ein kostengünstiger Verschleißschutz aufgebracht werden kann. Das Einlegen derartiger Edelstahlringe ist hierbei wesentlich kostengünstiger als beispielsweise die sonst übliche Beschichtung mit Keramikmaterialien.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines Spulenkörpers und das Herstellungsverfahren hierzu anhand der Zeichnung näher erläutert und beschrieben.

In der Zeichnung ist das Endprodukt des vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens dargestellt, nämlich ein hantelförmiger Spulenkörper 1, der im wesentlichen aus zwei stirnseitigen Flanschen 2 besteht, die durch einen rohrförmigen Wickelkörper 3 miteinander verbunden sind. Die Außenform des Spulenkörpers 1 wird durch eine Form 4 bestimmt, die zweckmäßigerweise in Horizontalebene geteilt ist. Das Verfahren zur Herstellung des Spulenkörpers 1 kann jedoch auch bei einer vertikal angeordneten Form durchgeführt werden. Ebenso kann die Form 4 auch mehrfach geteilt sein. An dem hier linken Ende ist eine Gießkammer 5 angesetzt, in der ein Gießkolben 6 die punktiert angedeutete Aluminiumlegierung, nachfolgend auch als Rohling 7 bezeichnet, in die Form 4 einfüllt bzw. einpreßt.

Dieser Rohling 7 aus Aluminiumlegierung wird vorzugsweise in Bolzenform hergestellt, um dann in die Gießkammer 5 eingesetzt zu werden. Vorzugsweise ist der Rohling 7 unter elektromagnetischem Rühren stranggegossen, um eine feinkörnige Aluminiumlegierung zu erhalten. Der in die Gießkammer 5 einzusetzende Rohling 7 weist dabei das jeweils benötigte Schußgewicht, d. h. das Gewicht des Spulenkörpers inclusive ggfs. erforderlicher Angüsse und Überläufe auf. Der Rohling 7 wird vorzugsweise in der Gießkammer 5 induktiv erhitzt, und zwar bis zu einer Temperatur, die höher ist als die Erstarrungstemperatur, jedoch niedriger als die Schmelztemperatur der Aluminiumlegierung. Dabei beträgt der Flüssiganteil im aufgeheizten Rohling 7 vorzugsweise etwa ein Drittel, während der Rest der Aluminiumlegierung feinverteilt noch in der festen Phase vorliegt. Es sei darauf hingewiesen, daß das Erhitzen der jeweiligen Rohlingabschnitte auch außerhalb der Gießkammer 5 in einem Induktivofen erfolgen kann und dann jeweils in die Gießkammer 5 eingelegt wird. Der teilflüssige­ teilfeste Rohling 7 wird durch das Verfahren des Gießkolben 6 (hier nach rechts) in den Hohlraum der Form 4 gepreßt, wobei die thixotropen Eigenschaften der Aluminiumlegierung so gewählt sind, daß eine ausreichende Viskosität und Fließeigenschaft des teilflüssigen-teilfesten Materials erreicht wird, um die Form 4 vollständig zu füllen. Beim Einpressen des Rohlings 7 umfließt dieser einen vorzugsweise gekühlten Dorn 8, der zugleich eine Bohrung im rohrförmigen Wickelkörper 3 ausbildet, mit der dann später der Spulenkörper 1 auf eine Wickelspindel aufgesetzt wird. Der Dorn 8 kann mehrfach abgestuft sein, um beispielsweise auch bereits Lagersitze vorzuformen. Es sei darauf hingewiesen, daß aufgrund des Thixocasting-Verfahrens der Spulenkörper 1 sehr rasch erstarrt, so daß die Schrumpfung des Spulenkörpers 1 relativ gering ist, wodurch eine endabmessungsnahe Formgebung erreicht wird. Da zudem nur etwa ein Drittel des erhitzten Rohlings 7 flüssig ist, ergibt sich ein besonders feinkörniges Gefüge mit einem sehr geringen Anteil von Lufteinschlüssen. Aufgrund dieser geringen Porosität kann der Spulenkörper anschließend im Gegensatz zu vielen üblichen Gußverfahren einer Wärmebehandlung mit erheblicher Festigkeitssteigerung unterzogen werden.

Von besonderem Vorteil ist die Möglichkeit, beim Gießen des Spulenkörpers 1 am Außenumfang oder am Rand der Flansche 2 Ringe 9 einzulegen, wie dies an dem hier rechten Flansch in der unteren Hälfte angedeutet ist. Ein solcher Ring 9 ist bevorzugt aus Chromnickelstahl hergestellt, so daß dieser mit dem Gießen des Spulenkörpers 1 auf diesem sicher befestigt ist. Durch einen solchen Ring 9 ist der Spulenflansch 2 bei der oft rauhen Umgangsweise beim Bestücken der Wickelmaschinen vor Verschleiß, insbesondere Kerbenbildung geschützt. Ähnliches gilt für den hier am rechten Flansch dargestellten Konusring 11, der ebenfalls mit in die Form 4 eingelegt werden kann und beispielsweise durch einen entsprechend geformten Konus am Dorn 8 zentriert ist. Hierdurch wird später bei der Handhabung des Spulenkörpers 1 ein Verschleißschutz, insbesondere ein Ausschlagen der Steckaufnahme auf einer Spindel erreicht, so daß die Rundlaufgenauigkeit des Spulenkörpers 1 über sehr lange Zeit sichergestellt ist.

Weiterhin können aufgrund der hohen Formgenauigkeit des Thixocasting-Verfahrens auch relativ filigrane Aufnahmen mit ausgeformt werden, beispielsweise ein am hier linken Flansch 2 in der unteren Hälfte dargestellter Sitz 10 für einen später aufzuziehenden Schutzring. Dieser Sitz 10 ist hierbei durch einen umlaufenden Steg gebildet, der nur einige Millimeter breit ist. Auf diesen Sitz-Steg 10 kann später ein nicht näher dargestellter Kunststoffring aufgezogen werden, der, ähnlich wie der Ring 9, neben der Stoßabsorption zugleich als Farbmarkierung für das jeweils aufgewickelte Synthetikgarn dienen kann. Es sei darauf hingewiesen, daß der hier nur beispielhaft gezeigte Sitz 10 auch als Nut oder sogar mit einer Hinterschneidung ausgeführt werden kann, wobei dann jedoch zweckmäßigerweise die Form 4 mehrfach geteilt ist.

Hinsichtlich des hier rechts dargestellten Flansches 2 kann der Konusring 11 auch einstückig mit dem Ring 9 am Außenumfang des Flansches 2 verbunden sein, beispielsweise durch mehrere, speichenförmig verlaufende Radialstege. In dieser rechts oben strichliert dargestellten Ausbildung kann der Ring 9 und der Konusring 11 somit als Stanzteil auf einfache Weise gefertigt werden, wobei dann dieses kombinierte Teil sowohl auf dem Dorn 8 als auch außen durch die in der Form 4 ausgebildeten Rille zentriert ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders exakte Formgebung, bei der der Ring 9 bzw. der Konusring 11 beim Einpressen der erhitzten Aluminium-Legierung nicht von der vorgesehenen Position verschoben werden kann. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß aufgrund des Thixocasting-Verfahrens auch gegenüber dem rohrförmigen Gießkörper 3 erheblich durchmessergrößere Flansche 1 verwirklicht werden können, so daß die somit hergestellten Spulenkörper auch für Seilereimaschinen und dgl. Verwendung finden können. Darüberhinaus können vorzugsweise an den äußeren Stirnseiten der Flansche 2 auch Markierungen oder Herstellernamen mit eingegossen werden.

Claims (14)

1. Spulenkörper aus einer Aluminiumlegierung, wobei der Spulenkörper einen zylindrischen Wickelkörper zur Aufnahme von Wickelgut, insbesondere Synthetikgarn, und demgegenüber durchmessergrößere Flansche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (1) nach dem Thixocasting-Verfahren gegossen ist.

2. Spulenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang der Flansche (2) je ein Ring (9) angeordnet ist, der eine größere Härte als die Aluminiumlegierung des Spulenkörpers (1) aufweist.

3. Spulenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (9) aus Edelstahl besteht, insbesondere Chromnickelstahl.

4. Spulenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang der Flansche (2) ein beim Gießen ausgebildeter Sitz (10) für einen auf dem Flansch (2) aufzuziehenden Schutzring vorgesehen ist.

5. Spulenkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzring aus Kunststoff besteht.

6. Spulenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum des Flansches (2) zur Spulenkörper-Aufnahme ein eingegossener Konusring (11) vorgesehen ist.

7. Spulenkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Konusring (11) mit dem Ring (9) des zugeordneten Flansches (2) einstückig ausgebildet ist.

8. Spulenkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (9) und der Konusring (11) als Stanzteil ausgebildet ist.

9. Spulenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (1) bei etwa 500°C bis zu einer Härte von etwa 120 HB wärmebehandelt ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Spulenkörpers aus einer Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenkörper-Form (4) mit einer teilfesten- teilflüssigen (thixotropen) Aluminiumlegierung gefüllt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Füllen der Form (4) am Außenumfang der zu bildenden Flansche (2) Ringe (9) in die Form (4) eingelegt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Füllen der Form (4) wenigstens ein eine Spulenaufnahme bildender Konusring (11) in die Form (4) eingelegt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssiganteil des in die Form (4) einzufüllenden Aluminiumlegierung-Rohlings (7) etwa ein Drittel beträgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial für den in die Form (4) einzufüllenden Aluminiumlegierung-Rohling (7) unter elektromagnetischem Rühren stranggegossen wird.