EP3771506B1 - Gussverfahren mit einer formgebenden kontur zur herstellung eines kernes, bauteil und system zur herstellung eines bauteils - Google Patents

Gussverfahren mit einer formgebenden kontur zur herstellung eines kernes, bauteil und system zur herstellung eines bauteils Download PDF

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EP3771506B1
EP3771506B1 EP20189046.4A EP20189046A EP3771506B1 EP 3771506 B1 EP3771506 B1 EP 3771506B1 EP 20189046 A EP20189046 A EP 20189046A EP 3771506 B1 EP3771506 B1 EP 3771506B1
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EP
European Patent Office
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core
ribs
profile
casting
cast
Prior art date
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Franz-Josef Wöstmann
Jonas KLEI
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B22C9/24—Moulds for peculiarly-shaped castings for hollow articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0063—Casting in, on, or around objects which form part of the product finned exchangers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0072—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making objects with integrated channels

Definitions

  • the present property right relates to a casting process in which a shaping contour is used to produce a core.
  • the property right also relates to a corresponding component and a system for its production.
  • Casting processes for producing components with cavities are known from the prior art, in which cores are produced from salt or from other inorganic molding materials.
  • the cores are subject to deformation during cooling, which leads to a deviation of the geometry from the target geometry.
  • the pamphlet EP 2 949 413 A1 shows a casting method comprising casting a metal heat exchanger by a die casting process onto a core, the core having a salt component soluble in a water solvent and a metal component not soluble in the solvent.
  • the soluble salt core component is integrally cast onto the surface of the metal core component to form a desired shape.
  • the insoluble core component and the soluble core component are in direct contact with the molten metal and remain in the solidified metal casting.
  • the method further includes dissolving the soluble salt portion with the water solvent to form one or more cavities and/or channels of the desired shape in the heat exchanger casting.
  • the pamphlet DE 10 2010 051 356 A1 shows a method for producing an insert for producing at least one cavity in a cast component, the insert having at least one salt core and a metallic molded element at least partially surrounding the salt core.
  • the metallic mold element and a salt layer forming the salt core are first arranged one above and/or next to one another. Subsequently, the metallic shaped element is subjected to a forming force, by which the metallic shaped element is plastically deformed to form a profile. As a result of the plastic deformation of the shaped element, the salt layer is deformed and/or compressed to form a salt core that forms the cavity in the cast component.
  • the pamphlet U.S.A. 4,574,865 Figure 12 shows a hollow metal shell of a cast finned recuperator tube being cast with preformed inner fins and outer fins connected thereto.
  • a sand core is formed around the preformed inner ribs with portions of the ribs protruding from the sand core, and a sand mold becomes a cavity for receiving the sand core molded with the preformed outer ribs embedded in the sand mold with portions of the ribs protruding therefrom into the cavity.
  • the sand core is placed in the sand mold at a distance from it, so that a free space is created between the sand core and the sand mold, into which the sections of the inner ribs and the outer ribs extend.
  • Molten metal is poured into the gap and solidifies on cooling to form the shell with the inner fins and outer fins fused integrally thereto.
  • An intermediate product is thus typically produced in the method, which comprises the profile with the ribs and the core arranged thereon.
  • This is typically distinguished by advantageous mechanical properties, which, among other things, can enable the production of filigree structures, in which case complex post-processing or subsequent joining operations can be dispensed with. Furthermore, complex components can also be manufactured inexpensively.
  • profile is produced by extrusion.
  • the profile is produced together with the ribs in an extrusion process.
  • the profile can be made of metal, in particular aluminum. But it can also be made of plastic.
  • the profile is designed as a hollow cylinder.
  • the ribs then extend on the outside of a lateral surface of the hollow cylinder.
  • the ribs run in the axial direction along the outside of the hollow cylinder.
  • a A component with such a profile can then, in addition to the cavities formed by the chambers, also have one or more other cavities--in particular the additional cavity located inside the hollow cylinder.
  • the ribs can be shorter than an overall length of the profile and/or interrupted. This allows adjacent chambers to exist due to the discontinuities or the shorter design Passages be fluidly connected to each other. As will be explained later, such an embodiment can be particularly advantageous in the production of electric motors.
  • the core can be arranged in particular on the outside of the profile.
  • a form fit is produced between the ribs and the core casting tool.
  • the ribs it is possible in particular for the ribs to protrude from the core. This can be achieved, for example, by the above-mentioned form fit between the ribs and the core casting tool, with those sections of the ribs that produce the form fit with the core casting tool being inaccessible to the core material. Sections of the ribs that protrude from the core can then produce a further positive fit with the cast shell, as a result of which an improved connection to the cast shell and thus a more robust component overall can be achieved.
  • the core can contain, for example, salt and/or sand and/or a temperature-stable molding compound.
  • the core can be formed in particular from a molten salt.
  • the core can be produced in a casting process, for example in a low-pressure casting process.
  • the profile can be heated and/or cooled during the process.
  • the profile can be heated before casting the core and/or the profile can be cooled during casting and/or after casting.
  • the core may include a gate.
  • the gate is removed prior to pouring the casting shell.
  • the cast jacket can be produced, for example, in a die-casting process.
  • the cast casing can also be produced, for example, in a low-pressure casting process or in a gravity die casting process or in a sand casting process.
  • the cast jacket can also be produced in an injection molding process.
  • the cast jacket can be made of metal, for example aluminum.
  • the cast jacket can also be made of plastic, for example.
  • one or more cover plates can be provided on the cast jacket.
  • at least one cover plate can be cast together with the cast shell and thus represent part of the cast shell.
  • the cast jacket can then have a cup shape.
  • a further cover plate can then, for example, be added in a further process step after the cast jacket has been cast.
  • both cover plates can also be added later.
  • At least one contact opening can be provided in at least one of the cover plates.
  • the at least one contacting opening can preferably be arranged in the radially exposed area of the cover plate, in which the cavity extending between the profile and the cast jacket extends.
  • a first contact opening can produce a fluidic connection to one of the chambers.
  • a further contacting opening can produce a fluidic connection to a further chamber.
  • the cavity can be contacted via the contacting opening or the contacting openings by a cooling medium, which can be supplied and discharged through the openings.
  • the invention also relates to a component with a cavity, which is produced by a method as described above.
  • the component includes a profile with a plurality of ribs and a cast casing.
  • the cavity extends between the profile and cast jacket and the ribs extend into the cavity.
  • the cast jacket is connected to the ribs.
  • the cavity can thus be separated into several chambers by the ribs, the chambers being able to be connected to one another, for example, by interruptions in the ribs or by the ribs being shortened on one or both sides, so that a cooling medium can flow between the various chambers.
  • the ribs can be shortened at alternately opposite ends or in the vicinity of these Ends be interrupted so that a passage from one chamber to the next is provided alternately at opposite ends of the component and a substantially meandering gap is formed.
  • the profile and the cast casing can be formed, for example, from a metal, such as aluminum, or from plastic.
  • the cast jacket can have a hollow-cylindrical section.
  • the cast shell may include a cast cover plate.
  • the cast shell may alternatively or additionally include an attached cover plate.
  • One or more contact openings for a cooling medium can be arranged in at least one of the cover plates of the cast casing.
  • the one or more contacting openings can be arranged in such a way that they enable access to the cavity, in particular one of the chambers, between the profile and the cast casing.
  • the component can represent a component of an electric motor.
  • it can be a motor housing.
  • it can be a motor housing of a medium-cooled electric motor.
  • the embodiment with the fluidically connected chambers and the one or more contacting openings is particularly suitable for this.
  • the component can also be a structural component with a cavity.
  • a support structure can be present, which can be represented in particular by the profile with the ribs.
  • the invention also relates to a system for manufacturing a component with a cavity.
  • it can be a system for producing the component described above or a system for carrying out the method described above.
  • the system includes a profile with ribs and a core casting tool for receiving the profile with the ribs, wherein the core casting tool can have one or more rib receiving recesses. At least some of the ribs can be partially inserted into the rib receiving recesses, so that a form fit can be produced between the core casting tool and the inserted ribs.
  • the system can also include a casting tool, which is set up to receive the profile with the ribs and a core arranged thereon.
  • Figures 1a and b show different views of a profile 1 with ribs 2, which is produced in an extrusion process.
  • the profile 1 is produced in the extrusion process together with the ribs 2, as a result of which production costs are kept low.
  • Figure 1a shows a perspective view and Figure 1b a side view.
  • the profile 1 has a hollow-cylindrical shape, with the ribs 2 being arranged on the outside of a lateral surface of the hollow cylinder and extending in the axial direction.
  • the ribs do not extend over the entire length of the hollow cylinder, but are shortened at the ends, with adjacent ribs being shortened at opposite ends, so that a meandering intermediate space is formed.
  • figure 2 shows how the profile looks Figure 1a and Figure 1b is used in a core casting tool 3, which comprises two tool halves which can be joined together in such a way that the profile 1 with the ribs 2 can be arranged in a cavity of the core casting tool 3.
  • a surface of the core casting tool that delimits the cavity has rib receiving recesses 4 into which the ribs 2 of the profile used can be inserted.
  • the ribs 2 form a form fit 10 with the rib receiving recesses 4.
  • a gap 11' between the profile 1 and the core casting tool 3 is delimited on the inside by the hollow cylindrical inner part of the profile 1, on the outside by the core casting tool 3 and also laterally bounded by two of the ribs 2.
  • the core can then be produced in this intermediate space 11' by introducing a core material, in particular a molten salt, there.
  • figure 3 now an intermediate product comprising the profile and the core 5 arranged thereon.
  • the core 5 extends on the outside of the essentially cylindrical profile 1 and has the ribs 2 passing through it.
  • the core 5 has a chamfer 6 which extends axially on one side of the cylindrical profile 1 . Sections of the ribs 2 lying radially on the outside protrude radially from the core 5 . Gate 6 can be removed in one step of the process.
  • Figure 4a now shows the intermediate product figure 3 , with the profile 1 and the salt core 5 arranged thereon, wherein the gate 6 has been removed and a cast casting jacket is also arranged on the outside of the intermediate product.
  • the intermediate product is placed in a casting tool and the cast casing 7 is then produced in a pressure casting process, a low-pressure casting process, a gravity die casting process, a sand casting process or an injection molding process.
  • the cast jacket 7 encloses the intermediate product and is also essentially cylindrical. It also includes a cover plate 8, which was cast in one go.
  • the cast casing 7 engages in the ribs 2 in a form-fitting manner. This is made possible by the fact that these, as described above, protrude a little from the core material and thus a form-fitting connection can be produced for the protruding section.
  • Figure 4b shows a section through the in Figure 4a arrangement shown. Here it can be seen again that some of the ribs 2 do not extend over the entire length of the profile 1 or the cast casing 7 .
  • Figures 5a to c show the component from the previous figures, wherein the core 5 has been removed.
  • the core can be removed in particular by dissolving it out.
  • the component is a housing of an electric motor, with a cavity 11 lying between the profile 1 and the cast casing 7, which is divided into several chambers by the ribs 2 which are connected to one another due to the shortened ribs 2 at the ends of the component.
  • the cavity 11 can be acted upon by a cooling medium which can flow through the cavity, following its meandering shape.
  • the housing of the electric motor is made of metal, in particular aluminum.
  • Figure 5b shows a rear side of the component, where a cover plate 8 of the cast jacket 7 can be seen. In a radially outer area, at the height of the cavity 11, it has contacting openings 9, through which the cavity 11 can be contacted with the cooling medium. On the opposite side can be done in one step.
  • a cover plate can also be arranged during the process; this can be attached, for example.
  • Figure 5c shows the form fit 10 'between the ribs 2 and the cast jacket 7 in an enlarged view.
  • Figures 6a to c refer to a structural component that can be made of plastic, for example.
  • the production of the structural component is analogous to the production of the engine housing, which was described above.
  • Figure 6a shows a profile 1 with external ribs 2.
  • the profile is cylindrical and the ribs 2 are arranged on its outside thereof.
  • Figure 6b shows the profile 1 with the core 5 arranged on the outside. This again represents the intermediate product known from the manufacturing process of the electric motor.
  • Figure 6c finally shows the finished structural component, with a cavity 11 which extends between the cylindrical part of the profile 1, the cast casing 7 and the ribs 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

  • Das vorliegende Schutzrecht betrifft ein Gussverfahren, bei dem eine formgebende Kontur zur Herstellung eines Kernes verwendet wird. Ebenso betrifft das Schutzrecht ein entsprechendes Bauteil sowie ein System zu seiner Herstellung.
  • Aus dem Stand der Technik sind Gussverfahren zur Herstellung von Bauteilen mit Hohlräumen bekannt, bei denen Kerne aus Salz oder aus anderen anorganischen Formmassen hergestellt werden.
  • Die Kerne unterliegen einerseits einer Verformung bei der Abkühlung, was zu einer Abweichung der Geometrie von der Sollgeometrie führt. Andererseits gibt es geometrische Restriktionen, die aus den mechanischen Eigenschaften der Kernmaterialien bzw. der Kernstrukturen resultieren. So sind beispielsweise im Stand der Technik erreichbare Verhältnisse von Querschnitt zu Länge limitiert. Diese Verfahren sind daher nur bedingt für filigrane Strukturen geeignet. Demgemäß weisen auch die aus dem Stand der Technik bekannten Bauteile entsprechende Unzulänglichkeiten auf oder sind nur mit verhältnismäßig großem Aufwand herstellbar.
  • Die Druckschrift EP 2 949 413 A1 zeigt eine Gießmethode, die das Gießen eines metallischen Wärmetauschers mittels eines Druckgussverfahrens auf einen Kern umfasst, wobei der Kern eine in einem Wasserlösungsmittel lösliche Salzkomponente und eine in dem Lösungsmittel nicht lösliche Metallkomponente aufweist. Die lösliche Salzkernkomponente wird einstückig auf die Oberfläche der Metallkernkomponente gegossen, um eine gewünschte Form zu bilden. Während des Gießens stehen die unlösliche Kernkomponente und die lösliche Kernkomponente in direktem Kontakt mit dem geschmolzenen Metall und verbleiben in dem erstarrten metallischen Gussteil. Das Verfahren umfasst ferner das Auflösen des löslichen Salzanteils mit dem Wasserlösungsmittel, um einen oder mehrere Hohlräume und/oder Kanäle der gewünschten Form in dem Wärmetauschergussstück zu bilden.
  • Die Druckschrift DE 10 2010 051 356 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Einlegeteils zur Erzeugung wenigstens eines Hohlraums in einem Gussbauteil, wobei das Einlegeteil zumindest einen Salzkern und ein den Salzkern zumindest abschnittsweise umgebendes, metallisches Formelement aufweist. Bei dem Verfahren werden zunächst das metallische Formelement und eine den Salzkern bildende Salzschicht über- und/oder nebeneinander angeordnet. Anschließend wird das metallische Formelement mit einer Umformkraft beaufschlagt, durch welche das metallische Formelement ein Profil bildend plastisch verformt wird. Durch die plastische Verformung des Formelements wird die Salzschicht zu einem den Hohlraum im Gussbauteil abbildenden Salzkern verformt und/oder verdichtet.
  • Die Druckschrift US 4 574 865 A zeigt, dass ein hohler Metallmantel eines gerippten Guss-Rekuperatorrohrs mit vorgeformten Innenrippen und damit verbundenen Außenrippen gegossen wird. Um die vorgeformten Innenrippen wird ein Sandkern geformt, wobei Teile der Rippen aus dem Sandkern herausragen, und eine Sandform wird zu einem Hohlraum zur Aufnahme des Sandkerns geformt, wobei die vorgeformten Außenrippen in die Sandform eingebettet werden, wobei Teile der Rippen daraus in den Hohlraum herausragen. Der Sandkern wird in die Sandform in einem Abstand zu dieser eingelegt, so dass ein Freiraum zwischen dem Sandkern und der Sandform entsteht, in den sich die Abschnitte der Innenrippen und der Außenrippen erstrecken. In den Zwischenraum wird geschmolzenes Metall gegossen, das beim Abkühlen erstarrt, um die Hülle mit den Innenrippen und den Außenrippen zu bilden, die einstückig mit ihr verschmolzen sind.
  • Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Gussverfahren und ein entsprechendes Bauteil vorzuschlagen, wodurch die im Stand der Technik auftretenden Probleme zumindest teilweise behoben werden können. Vorzugsweise sollen kostengünstig auch komplexe Hohlstrukturen ermöglicht werden.
  • Dies wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 erreicht. Ebenso werden die erfindungsgemäßen Vorteile durch ein Bauteil gemäß dem Anspruch 10 sowie durch ein System zur Herstellung eines Bauteils gemäß dem Anspruch 14 realisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens, des Bauteils und des Systems ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
  • Demgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem Hohlraum vorgeschlagen, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst:
    • Herstellen eines Profils mit Rippen, wobei das Profil als Hohlzylinder ausgebildet ist und die Rippen sich außen an einer Mantelfläche des Hohlzylinders erstrecken und in axialer Richtung verlaufen und wobei das Profil mitsamt den Rippen durch Strangpressen hergestellt wird,
    • Anordnen des Profils in einem Kerngusswerkzeug, sodass sich die Rippen in einem Zwischenraum zwischen Profil und Kerngusswerkzeug erstrecken,
    • Herstellen eines Kerns in dem Zwischenraum zwischen Profil und Kerngusswerkzeug,
    • Entnehmen des Profils mit dem daran angeordneten Kern aus dem
    • Kerngusswerkzeug,
    • Anordnen des Profils mit dem Kern in einem Kerngusswerkzeug,
    • Gießen eines Gussmantels, wobei der Gussmantel Kontakt zu dem Kern und zumindest abschnittsweise Kontakt zu zumindest einem Teil der Rippen hat,
    • Entfernen des Kerns.
  • In dem Verfahren wird also typischerweise ein Zwischenprodukt hergestellt, welches das Profil mit den Rippen und den daran angeordneten Kern umfasst. Dieses zeichnet sich typischerweise durch vorteilhafte mechanische Eigenschaften aus, die unter anderem die Herstellung filigraner Strukturen ermöglichen kann, wobei auf aufwändige Nachbearbeitung oder nachträgliche Fügeoperationen verzichtet werden kann. Ferner können auch komplexe Bauteile kostengünstig hergestellt werden.
  • Die Schritte werden beispielsweise in der oben gezeigten Reihenfolge ausgeführt.
  • Zwischen den Rippen, dem Profil und dem Gussmantel verbleibten dort, wo während des Gießens der Kern angeordnet ist, nach dem Entfernen des Kerns typischerweise mehrere Kammern, die zu dem Hohlraum des Bauteils gehören.
  • In dem Verfahren wird Profil durch Strangpressen hergestellt. Das Profil wird mitsamt den Rippen in einem Strangpressprozess herstellt.
  • Das Profil kann aus Metall gefertigt sein, insbesondere aus Aluminium. Es kann aber auch aus Kunststoff gefertigt sein.
  • Bei dem Verfahren ist das Profil als Hohlzylinder ausgebildet. Die Rippen erstrecken sich dann außen an einer Mantelfläche des Hohlzylinders. Die Rippen verlaufen in axialer Richtung entlang der Außenseite des Hohlzylinders. Ein Bauteil mit einem solchen Profil kann dann neben den durch die Kammern gebildeten Hohlräumen auch einen oder mehrere weitere Hohlräume aufweisen - insbesondere den im inneren des Hohlzylinders liegenden weiteren Hohlraum.
  • Die Rippen können alternativ oder zusätzlich zum oben Beschriebenen in möglichen Ausführungen kürzer sein als eine Gesamtlänge des Profils und/oder unterbrochen sein. Dadurch können benachbarte Kammern durch aufgrund der Unterbrechungen oder der kürzeren Ausgestaltung vorhandener Durchgänge fluidisch miteinander verbunden sein. Wie später noch dargelegt wird, kann eine solche Ausführung insbesondere bei der Herstellung von Elektromotoren vorteilhaft sein.
  • In dem Verfahren kann der Kern, wie erwähnt, insbesondere außen an dem Profil angeordnet werden. In dem Verfahren kann es vorgesehen sein, dass zwischen den Rippen und dem Kerngusswerkzeug ein Formschluss hergestellt wird. In dem Verfahren ist es insbesondere möglich, dass die Rippen aus dem Kern herausragen. Dies kann beispielsweise durch den zuvor erwähnten Formschluss zwischen den Rippen und dem Kerngusswerkzeug erreicht werden, wobei diejenigen Abschnitte der Rippen, die den Formschluss mit dem Kerngusswerkzeug herstellen dem Kernmaterial nicht zugänglich sind. Abschnitte der Rippen, die aus dem Kern herausragen, können anschließend einen weiteren Formschluss mit dem Gussmantel herstellen, wodurch eine verbesserte Verbindung zu dem Gussmantel und somit ein insgesamt robusteres Bauteil erreicht werden kann.
  • Der Kern kann beispielsweise Salz und/oder Sand und/oder eine temperaturstabile Formmasse enthalten. Der Kern kann insbesondere aus einer Salzschmelze gebildet werden.
  • Der Kern kann in einem Gussverfahren, beispielsweise in einem Niederdruckgussverfahren, hergestellt werden. Die Herstellung des Kernes ist aber nicht auf derartige Verfahren limitiert. Das Profil kann während des Verfahrens erhitzt und/oder gekühlt werden. Beispielsweise kann das Profil vor dem Gießen des Kerns erhitzt werden und/oder das Profil kann während des Gießens und/oder nach dem Gießen gekühlt werden.
  • Bei dem Verfahren kann der Kern einen Anschnitt umfassen. In möglichen Ausführungen wird der Anschnitt vor dem Gießen des Gussmantels entfernt.
  • Bei dem Verfahren kann der Gussmantel beispielsweise in einem Druckgussverfahren hergestellt werden. Der Gussmantel kann beispielsweise auch in einem Niederdruckgussverfahren oder in einem Schwerkraftkokillengussverfahren oder in einem Sandgussverfahren hergestellt werden. Der Gussmantel kann auch in einem Spritzgießverfahren hergestellt werden.
  • Bei dem Verfahren kann der Gussmantel aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, hergestellt werden. Der Gussmantel kann aber beispielsweise auch aus Kunststoff hergestellt werden.
  • Bei dem Verfahren kann eine Bereitstellung von einer oder mehreren Deckplatten an dem Gussmantel vorgesehen sein. Beispielsweise kann zumindest eine Deckplatte zusammen mit dem Gussmantel gegossen werden und so einen Teil des Gussmantels darstellen. Der Gussmantel kann dann eine Tassenform aufweisen. Eine weitere Deckplatte kann dann beispielsweise nach dem Gießen des Gussmantels in einem weiteren Verfahrensschritt angefügt werden. In einer anderen Ausführung können auch beide Deckplatten nachträglich angefügt werden.
  • Bei dem Verfahren kann in zumindest einer der Deckplatten mindestens eine Kontaktierungsöffnung bereitgestellt werden. Die mindestens eine Kontaktierungsöffnung kann vorzugsweise in dem radial ausliegenden Bereich der Deckplatte angeordnet werden, in dem sich der zwischen Profil und Gussmantel erstreckende Hohlraum erstreckt. Etwa kann eine erste Kontaktierungsöffnung eine fluidische Verbindung zu einer der Kammern herstellen. Eine weitere Kontaktierungsöffnung kann eine fluidische Verbindung zu einer weiteren Kammer herstellen. So kann der Hohlraum über die Kontaktierungsöffnung oder die Kontaktierungsöffnungen durch ein Kühlmedium, welches durch die Öffnungen zu- und abgeleitet werden kann, kontaktiert werden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Bauteil mit einem Hohlraum, welches durch einen wie oben beschriebenes Verfahren hergestellt ist. Das Bauteil umfasst ein Profil mit einer Mehrzahl Rippen sowie einen Gussmantel. Der Hohlraum erstreckt sich zwischen Profil und Gussmantel und die Rippen erstrecken sich in dem Hohlraum. Dabei ist der Gussmantel mit den Rippen verbunden. Der Hohlraum kann also durch die Rippen in mehrere Kammern getrennt sein, wobei die Kammern beispielsweise durch Unterbrechungen in den Rippen oder dadurch, dass die Rippen einseitig oder beidseitig verkürzt sind miteinander verbunden sein können, sodass ein Kühlmedium zwischen den verschiedenen Kammern strömen kann. Insbesondere können die Rippen dabei an abwechselnd entgegengesetzten Enden verkürzt oder in der Nähe dieser Enden unterbrochen sein, sodass ein Durchgang von einer Kammer zur nächsten abwechselnd an entgegengesetzten Enden das Bauteils bereitgestellt wird und einen im wesentlichen mäanderförmiger Zwischenraum gebildet wird.
  • Bei dem Bauteil kann zwischen den Rippen und dem Gussmantel ein Formschluss bestehen.
  • Das Profil und der Gussmantel können beispielsweise aus einem Metall, etwa aus Aluminium, oder auch aus Kunststoff gebildet sein.
  • Bei dem Bauteil kann der Gussmantel einen hohlzylindrischen Abschnitt aufweisen. Der Gussmantel kann eine gegossene Deckplatte umfassen. Der Gussmantel kann alternativ oder zusätzlich eine angefügte Deckplatte umfassen.
  • In zumindest einer der Deckplatten des Gussmantels können eine oder mehrere Kontaktierungsöffnungen für ein Kühlmedium angeordnet sein. Beispielsweise können die eine oder die mehreren Kontaktierungsöffnungen derart angeordnet sein, dass sie einen Zugang zu dem Hohlraum, insbesondere einer der Kammern, zwischen Profil und Gussmantel ermöglichen.
  • Das Bauteil kann eine Komponente eines Elektromotors darstellen. Insbesondere kann es sich um ein Motorgehäuse handeln. Insbesondere kann es sich um ein Motorgehäuse eines mediengekühlten Elektromotors handeln. Insbesondere hierfür eignet sich die Ausführung mit den fluidisch verbundenen Kammern und der einen oder den mehreren Kontaktierungsöffnungen.
  • Es kann sich bei dem Bauteil aber auch um ein Strukturbauteil mit einem Hohlraum handeln. Dabei kann eine Stützstruktur vorhanden sein, die insbesondere durch das Profil mit den Rippen dargestellt sein kann.
  • Die Erfindung bezieht sich auch ein System zur Herstellung eines Bauteils mit einem Hohlraum. Insbesondere kann es sich um ein System zur Herstellung des oben beschriebenen Bauteils bzw. ein System zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens handeln.
  • Das System umfasst ein Profil mit Rippen sowie ein Kerngusswerkzeug zur Aufnahme des Profils mit den Rippen, wobei das Kerngusswerkzeug eine oder mehrere Rippenaufnahmeausnehmungen aufweisen kann. In die Rippenaufnahmeausnehmungen ist zumindest ein Teil der Rippen teilweise einführbar, so dass ein Formschluss zwischen Kerngusswerkzeug und den eingeführten Rippen herstellbar ist. Ein Zwischenraum zwischen dem Profil und dem Kerngusswerkzeug - in dem sich auch die nicht eingeführten Abschnitte der Rippen sowie möglich nicht eingeführte Rippen erstrecken - bleibt dabei frei. Dieser Zwischenraum ist dann mit dem Kernmaterial erfüllbar. Das Kernmaterial kann dann die freigebliebenen Zwischenräume zwischen den Rippen füllen.
  • Das System kann weiterhin ein Gusswerkzeug umfassen, welches zur Aufnahme des Profils mit den Rippen und einem daran angeordneten Kern eingerichtet ist.
  • Es sei betont, dass Merkmale, die hier nur im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, entsprechend auch für das Bauteil sowie das System beansprucht werden können und umgekehrt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren weiter erläutert.
  • Darin zeigen
    • Figuren 1a, b
    ein Profil mit Rippen, in einer perspektivischen Ansicht (a) und einer Seitenansicht (b),
    Figur 2
    ein Gusswerkzeug in geöffnetem Zustand mit teilweise eingesetztem Profil und in einer vergrößerten Ansicht eine Darstellung eines Formschlusses des Gusswerkzeugs mit dem Profil,
    Figur 3
    das mit Profil mit gegossenem Kern,
    Figur 4a, b
    eine perspektivische Ansicht eines Gussteils vor dem Entkernen, umfassend das Profil, einen Gussmantel (a) und den Kern, sowie eine Schnittansicht desselben Gussteils (b),
    Figuren 5a-c
    das als Motorgehäuse ausgebildete Gussteil nach dem Entkernen, von zwei entgegengesetzten Seiten (a, b) sowie in einer vergrößerten Ansicht (c),
    Figur 6a
    ein komplex geformtes Profil als Stützstruktur für ein Strukturbauteil,
    Figur 6b
    das Profil aus Figur 6a mit daran angeordnetem Kern,
    Figur 6c
    das entkernte Strukturbauteil, das Profil aus Figuren 6a und b umfassend, sowie einen gegossenem Gussmantel.
  • Figuren 1a und b zeigen unterschiedliche Ansichten eines Profils 1 mit Rippen 2, welches in einem Strangpressprozess hergestellt ist. Das Profil 1 ist dabei in dem Strangpressprozess mitsamt den Rippen 2 hergestellt, wodurch ein Fertigungsaufwand gering gehalten wird. Figur 1a zeigt eine perspektivische Ansicht und Figur 1b eine Seitenansicht. Das Profil 1 hat eine hohlzylindrische Form, wobei die Rippen 2 außen an einer Mantelfläche des Hohlzylinders angeordnet sind und sich in axialer Richtung erstrecken. Wie in beiden Figuren 1a und 1b erkennbar ist, erstrecken sich die Rippen nicht über eine gesamte Länge des Hohlzylinders, sondern sind an den Enden verkürzt, wobei benachbarte Rippen an entgegengesetzten Enden verkürzt sind, sodass ein mäanderförmiger Zwischenraum entsteht.
  • Figur 2 zeigt, wie das Profil aus Figur 1a und Figur 1b in ein Kerngusswerkzeug 3 eingesetzt wird, welches zwei Werkzeughälften umfasst, die derart zusammenfügbar sind, dass das Profil 1 mit den Rippen 2 in einer Kavität des Kerngusswerkzeugs 3 angeordnet werden kann. Eine Fläche das Kerngusswerkzeug, die die Kavität begrenzt, weist dabei Rippenaufnahmeausnehmungen 4 auf, in die die Rippen 2 des eingesetzten Profils eingeführt werden können. Wie in der rechts in der Figur 2 dargestellten vergrößerten Ansicht erkennbar ist, bilden die Rippen 2 mit den Rippenaufnahmeausnehmungen 4 einen Formschluss 10. Ein Zwischenraum 11' zwischen Profil 1 und Kerngusswerkzeug 3 wird dabei von dem hohl zylinderförmigen inneren Teil des Profils 1 innen begrenzt, von dem Kerngusswerkzeug 3 außen begrenzt und außerdem seitlich von zwei der Rippen 2 begrenzt. In diesem Zwischenraum 11' kann dann der Kern hergestellt werden, indem ein Kernmaterial, insbesondere eine Salzschmelze dort eingebracht wird.
  • Figur 3 nun ein Zwischenprodukt, welches das Profil und den daran angeordneten Kern 5 umfasst. Der Kern 5 erstreckt sich an der Außenseite des im Wesentlichen zylindrischen Profils 1 und wird von den Rippen 2 durchsetzt. Der Kern 5 weist einen Anschnitt 6 auf, der sich an einer Seite des zylindrischen Profils 1 axial erstreckt. Radial außenliegende Abschnitte der Rippen 2 ragen dabei radial aus dem Kern 5 heraus. Der Anschnitt 6 kann in einem Schritt des Verfahrens entfernt werden.
  • Figur 4a zeigt nun das Zwischenprodukt aus Figur 3, mit dem Profil 1 und dem daran angeordneten Salzkern 5, wobei der Anschnitt 6 entfernt wurde und außerdem an der Außenseite des Zwischenprodukts ein gegossener Gussmantel angeordnet ist. Zum Herstellen des Gussmantels 7 wird das Zwischenprodukt in ein Gusswerkzeug eingelegt und der Gussmantel 7 dann in einem Druckgussverfahren, einem Niederdruckgussverfahren, einem Schwerkraftkokillengussverfahren, einem Sandgussverfahren oder einem Spritzgießverfahren hergestellt. Der Gussmantel 7 umhüllt das Zwischenprodukt und ist seinerseits ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Er umfasst ferner eine Deckplatte 8, die in einem Zuge mitgegossen wurde. Der Gussmantel 7 greift formschlüssig in die Rippen 2.Das wird dadurch ermöglicht, dass diese, wie zuvor beschrieben, ein Stück aus dem Kernmaterial herausragen und somit ein Formschluss für den herausragenden Abschnitt hergestellt werden kann.
  • Figur 4b zeigt einen Schnitt durch die in Figur 4a gezeigte Anordnung. Hier ist nochmals erkennbar, dass einige der Rippen 2 sich nicht über die gesamte Länge des Profils 1 bzw. des Gussmantels 7 erstrecken.
  • Figuren 5a bis c zeigen das Bauteil aus den vorangegangenen Figuren, wobei der Kern 5 entfernt wurde. Das Entfernen des Kerns kann insbesondere durch Herauslösen geschehen. Es handelt sich bei dem Bauteil um ein Gehäuse eines Elektromotors, mit einem zwischen dem Profil 1 und dem Gussmantel 7 liegenden Hohlraum 11, der durch die Rippen 2 in mehrere Kammern unterteilt wird, die aufgrund der an den Enden des Bauteils verkürzten Rippen 2 miteinander verbunden sind. Der Hohlraum 11 kann zur Kühlung des Elektromotors mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden, welches dem Hohlraum, dessen Mäanderform folgend, durchströmen kann. Das Gehäuse des Elektromotors ist aus Metall, insbesondere aus Aluminium gefertigt.
  • Figur 5b zeigt eine Rückseite des Bauteils, wo eine Deckplatte 8 des Gussmantels 7 erkennbar ist. Sie weist in einem radial außenliegenden Bereich, auf Höhe des Hohlraums 11, Kontaktierungsöffnungen 9, durch welche der Hohlraum 11 mit dem Kühlmedium kontaktiert werden kann. Auf der entgegengesetzten Seite kann in einem Schritt. des Verfahrens ebenfalls eine Deckplatte angeordnet werden, diese kann beispielsweise angefügt werden.
  • Figur 5c zeigt in einer vergrößerten Darstellung den Formschluss 10' zwischen den Rippen 2 und dem Gussmantel 7.
  • Figuren 6a bis c beziehen sich auf ein Strukturbauteil, welches beispielsweise aus Plastik gefertigt sein. Die Herstellung des Strukturbauteils erfolgt analog zur Herstellung des Motorgehäuses, die oben beschrieben wurde.
  • Figur 6a zeigt ein Profil 1 mit außenliegenden Rippen 2.das Profil ist zylinderförmig und die Rippen 2 sind an seiner Außenseite davon angeordnet.
  • Figur 6b zeigt das Profil 1 mit dem außen daran angeordneten Kern 5. Dies stellt wieder das aus dem Herstellungsprozess des Elektromotors bekannte Zwischenprodukt dar.
  • Figur 6c zeigt schließlich das fertige Strukturbauteil, mit einem Hohlraum 11, der sich zwischen dem zylindrischen Teil des Profils 1, dem Gussmantel 7 und den Rippen 2 erstreckt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Profil
    2
    Rippe
    3
    Kerngusswerkzeug
    4
    Rippenaufnahmeausnehmung
    5
    Kern
    6
    Anschnitt
    7
    Gussmantel
    8
    Deckplatte
    9
    Kontaktierungsöffnung
    10,10'
    Formschluss
    11, 11'
    Hohlraum, Zwischenraum

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem Hohlraum (11), zumindest die folgenden Schritte umfassend:
    - Herstellen eines Profils (1) mit Rippen (2), wobei das Profil (1) als Hohlzylinder ausgebildet ist und die Rippen (2) sich außen an einer Mantelfläche des Hohlzylinders erstrecken und in axialer Richtung verlaufen und wobei das Profil mitsamt den Rippen durch Strangpressen hergestellt wird,
    - Anordnen des Profils (1) in einem Kerngusswerkzeug (3), so dass sich die Rippen (2) in einem Zwischenraum (11') zwischen Profil (1) und Kerngusswerkzeug (3) erstrecken,
    - Herstellen eines Kerns (5) in dem Zwischenraum (11') zwischen Profil (1) und Kerngusswerkzeug (3),
    - Entnehmen des Profils (1) mit dem daran angeordneten Kern (5) aus dem Kerngusswerkzeug (3),
    - Anordnen des Profils (1) mit dem Kern (5) in einem Gusswerkzeug,
    - Gießen eines Gussmantels (7), wobei der Gussmantel (7) Kontakt zu dem Kern (5) und zumindest abschnittsweise Kontakt zu zumindest einem Teil der Rippen (2) hat,
    - Entfernen des Kerns (5).
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei zwischen den Rippen (2) und dem Gussmantel (7) ein Formschluss (10') hergestellt wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Profil (1) aus Metall gefertigt ist.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rippen (2) sich nicht über eine gesamte Länge des Profils (1) erstrecken und/oder unterbrochen sind.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den Rippen (2) und dem Kerngusswerkzeug (3) ein Formschluss (10) hergestellt wird und/oder wobei die Rippen (2) aus dem Kern (5) herausragen.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kern (5) außen an dem Profil angeordnet wird und/oder wobei der Kern (5) Salz und/oder Sand und/oder eine temperaturstabile Formmasse enthält, insbesondere aus einer Salzschmelze gebildet wird.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kern in einem Gussverfahren, insbesondere einem Niederdruckgussverfahren, hergestellt wird und/oder wobei das Profil (1) vor dem Gießen des Kerns (5) erhitzt wird und/oder das Profil (1) während oder nach dem Gießen gekühlt wird.
  8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kern (5) einen Anschnitt (6) umfasst, der vorzugsweise vor dem Gießen des Gussmantels entfernt wird und/oder wobei der Gussmantel (7) in einem Druckgussverfahren oder einem Niederdruckgussverfahren oder einem Schwerkraftkokillengussverfahren oder einem Sandgussverfahren oder in einem Spritzgießverfahren hergestellt wird.
  9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gussmantel (7) aus Aluminium oder aus Kunststoff hergestellt wird und/oder wobei eine Deckplatte (8) des Gussmantels (7) mitgegossen wird.
  10. Bauteil mit einem Hohlraum (11), hergestellt in einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ein Profil (1) mit einer Mehrzahl Rippen (2) und einen Gussmantel (7) umfassend,
    wobei das Profil (1) als Hohlzylinder ausgebildet ist und die Rippen (2) sich außen an einer Mantelfläche des Hohlzylinders erstrecken und in axialer Richtung verlaufen und wobei der Hohlraum (11) sich zwischen Profil (1) und Gussmantel (7) erstreckt und sich die Rippen (2) in dem Hohlraum (11) erstrecken, und wobei der Gussmantel (7) mit den Rippen (2) verbunden ist, wobei es sich vorzugsweise um eine Komponente, insbesondere ein Motorgehäuse, eines mediengekühlten Elektromotors oder um ein Strukturbauteil mit einem Hohlraum und einer Stützstruktur handelt.
  11. Bauteil gemäß Anspruch 10, wobei zwischen den Rippen (2) und dem Gussmantel (7) ein Formschluss (10') besteht und/oder wobei das Profil (1) und der Gussmantel (7) aus Aluminium oder Kunststoff gebildet sind.
  12. Bauteil gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei benachbarte Rippen (2) derart an entgegengesetzten Enden verkürzt oder unterbrochen sind, dass ein mäanderförmiger Zwischenraum zwischen den Rippen (2) gebildet wird.
  13. Bauteil gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Gussmantel (7) einen hohlzylindrischen Abschnitt und/oder eine Deckplatte (8) aufweist, wobei vorzugsweise in der Deckplatte des Gussmantels (7) Kontaktierungsöffnungen für ein Kühlmedium angeordnet sind.
  14. System zur Herstellung des Bauteils gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, umfassend
    das Profil (1) mit den Rippen (2),
    ein Kerngusswerkzeug (3) zur Aufnahme des Profils (1) mit den Rippen (2), wobei das Kerngusswerkzeug (3) eine oder mehrere Rippenaufnahmeausnehmungen (4) aufweist, in die zumindest ein Teil der Rippen (2) einführbar ist, so dass ein Formschluss (10) zwischen Kerngusswerkzeug (3) und den Rippen (2) herstellbar ist, und ein Zwischenraum zwischen dem Profil (1) und dem Kerngusswerkzeug (3) freibleibt, weiterhin vorzugsweise ein Gusswerkzeug umfassend, eingerichtet zur Aufnahme des Profils (1) mit den Rippen (2) und einem daran angeordneten Kern (5).
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