DE19751473A1 - Verfahren zum Reparieren eines Druckgußmetallteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren eines Druckgußmetallteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Druckgießen von Metallteilen wird unter einem hohen Druck geschmolzenes Metall in eine Stahlform gepreßt, die zu Beginn des Verfahrens auf eine Temperatur deutlich unterhalb der Schmelztemperatur des Gußmetalls erwärmt und während des Betriebs zum Verfestigen des Gußmetalls gekühlt wird. Hierzu sind in der Metallform Bohrungen vorgesehen, durch die die Temperierflüssigkeit geführt wird. Insbesondere bei den sogenannten Kaltkammermaschinen, die für höherschmelzende Legierungen eingesetzt werden, ist hinsichtlich der Formkühlung ein hoher Aufwand zu treiben, da einerseits durch die Kühlung der Form deren Lebensdauer beeinflußt wird und andererseits über die Kühlung auch das innere Gefüge des Druckgußmetallteiles und damit auch dessen Eigenschaften beeinflußt werden. Entsprechend gibt es eine Vielzahl von Verfahrens- und Vorrichtungsvorschlägen zur Temperierung des Gießwerkzeuges, beispielsweise DE-U 74 17 610, DE 26 47 039 A, DE 28 05 215 B, DE 30 07 802 A, DE 33 23 328 C und DE 22 33 132 A. Diese beschreiben Kühlvorrichtungen, die mit den Werkzeugen und/oder der Druckkolben/Zylindereinheit zur Temperierung derselben verbunden werden. Die Temperierflüssigkeit wird hierbei durch Bohrungen in den Werkzeugen durchgeleitet. Die letzten beiden Schriften beschreiben spezielle Kühlkanäle in den Druckkolben, an die ebenfalls hohe Kühlforderungen gestellt werden.

All diesen Werkzeugen ist gemeinsam, daß die Druckgußformen, insbesondere durch die Bildung von Haarrissen, die sich in die Kühlkanäle erstrecken, in ihrer Lebensdauer begrenzt sind. Bei einigen Ausführungsformen ist es möglich, die durch Haarrisse unbrauchbar gewordene Druckgußform wieder bedingt funktionstüchtig zu machen, indem der lecke Kanal entweder gesperrt (bei mehreren Kanälen) oder durch Einbringen von Zusatzbohrungen und Blindschließen der defekten Stelle ein Reparaturkanal geschaffen wird. Mit dieser Reparatur geht meist auch eine deutliche Verschlechterung der Kühlleistung einher, so daß längere Abkühlzeiten des Gußteils wegen der geringeren Kühlleistung resultieren. Dies gilt insbesondere, wenn der Kühlkreis auf Luft gelegt werden muß.

Aus der DE 196 06 380 A ist eine weitere Druckgußform bekannt, die einen in eine Feinzinkgußlegierung eingegossenen Kühlkanal enthält. Solche Druckgußformen sind vom Bauprinzip her deutlich geringer anfällig für zerstörerische Haarrißbildung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Druckgußform, bei der ein Kühlkanal durch eine Rißbildung leckt, zu reparieren.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Ausführungsformen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Druckgußform, bei der ein Kühlkanal durch einen Formteilriß, durch den Kühlmittel austreten kann, unbrauchbar geworden ist, dadurch repariert, daß ein Rohr in den Kanal eingelegt wird, wobei das Rohr durch den gesamten Kanal oder auch nur durch einen Teil desselben geführt sein kann, jedoch zumindest in dem Bereich des Risses liegt. Anschließend wird das eingelegte Rohr mit einem Gießmetall in den Kühlkanal eingegossen, wobei das Gießmetall den Riß verschließt.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Kühlung der leckgeschlagenen Druckgußform dadurch sichergestellt, daß ein Rohr in den lecken Kanal und/oder in eine andere, bestehende oder neu geschaffene Öffnung der Druckgußform mit einem Gießmetall eingegossen wird. Hierfür kann als Öffnung eine neu geschaffene Sackbohrung vorgesehen werden, es können jedoch auch Ein- und/oder Auslaß des leckgeschlagenen Kühlkanals verwendet werden. Hierbei muß das Rohr nicht über den Rißbereich gelegt werden, sondern wird nur mehr oder weniger nahe an diesen herangeführt. Bei diesem Reparaturverfahren wird das Kühlfluid durch das neu eingesetzte Rohr vorteilhaft möglichst tief in den Kanal bzw. die Öffnung eingebracht und dann zurückgeführt.

Je nach Ausführungsweise erfolgt das Verschließen der Leckage durch das Gießmetall oder durch Blindschließen (Rausschrauben) des lecken Bereiches. Sofern eine neue Öffnung für den neuen Kühlkanal in das Formteil eingebracht (insbesondere durch Bohren) wird, kann der Riß ggf. auch unverschlossen bleiben.

Wenn das Rohr nicht durch den lecken Kanal hindurchgezogen wird, insbesondere bei der zweiten Verfahrensvariante, dann kommen als Rohr vorteilhaft Schleifen oder Sackrohre zum Einsatz. Als Schleifen kommen vorteilhaft eine Einfachschleife (180°-Biegung des Rohres) oder auch gewickelte Rohre (in Art eines Tauchsieders) zum Einsatz. Als Sackrohr kommt ein Rohr zum Einsatz, bei dem ein kleines Rohr in ein größeres, das an einem Ende verschlossen ist, eingesetzt ist, so daß das einströmende Kühlfluid bis zum verschlossenen Ende des größeren Rohres und von dort wieder zurückströmt.

Das eingegossene Rohr ist vorteilhaft aus Metall und gewünschtenfalls flexibel ausgebildet. Der Querschnitt des Rohres kann beliebig ausgebildet sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet Einsatz bei einem Verfahren zum Herstellen eines Druckgußmetallteiles. Hierbei wird geschmolzenes Gußmetall in eine Druckkolben-Zylinder-Ein­ heit gefüllt und durch Verschieben des Druckkolbens in einen Hohlraum einer aus einem Metall gefertigten und erfindungsgemäß reparierten Form gepreßt. Das Gußmetall wird üblicherweise unter einem Druck zwischen 500 bis 1 500 bar und insbesondere im Bereich 800 bis 1 000 bar in die Form eingeschossen. Das Gußmetall hat hierbei eine Temperatur von über 600°C, meist über 650°C und insbesondere über 700°C, wobei das Gußmetall insbesondere eine Legierung ist. Besonders geeignet ist das Verfahren für Aluminium- und/auch Magnesiumlegierungen. Entsprechend wird das Verfahren insbesondere mit Kaltkammermaschinen durchgeführt. Die Form, die mindestens zwei Formteile aufweist, wird durch Durchführen einer Kühlflüssigkeit durch mindestens eines der Formteile, vorzugsweise durch die Mehrzahl der Formteile oder durch alle gekühlt, um das eingepreßte Gußmetall zu verfestigen. Nach dem Erstarren des Gußmetalls wird die Form geöffnet und das Druckgußmetallteil entnommen. Erfindungsgemäß erfolgt das Kühlen nicht wie bisher üblich im wesentlichen allein durch Durchleiten einer Kühlflüssigkeit durch Bohrungen, sondern zumindest in einem Formteil durch Durchleiten der Kühlflüssigkeit durch einen Kanal, der in das Formteil mit einem Gießmetall eingegossen ist, das einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das Material des Formteils. Ein solcher eingegossener Kanal unterscheidet sich von Kanalbohrungen dadurch, daß er geometrisch anders gelegt werden kann, als Bohrungen, insbesondere kann der eingegossene Kanal eine oder mehrere Krümmungen, insbesondere Windungen enthalten, so daß eine größere Kanallänge in das Formteil und entsprechend eine größere Wärmeübertragungsfläche eingebracht werden kann, als mit Bohrungen allein. Neben dem eingegossenen Kanal können noch intakte übliche Bohrungen in dem Formteil zur weiteren Kühlung (und/oder Aufheizung) vorgesehen sein.

Im Gegensatz zu bekannten Verfahren, bei denen der lecke Kanal in dem Formteil gesperrt wird (beispielsweise durch Blindschließen), ist das erfindungsgemäße nachträgliche Eingießen eines Kanals mit einem verhältnismäßig niedrig schmelzenden Gießmetall wesentlich einfacher und effektiver durchzuführen und erlaubt außerdem mehr Gestaltungsfreiheit.

Für das Formmaterial wird üblicherweise ein Metall, vorteilhaft ein Stahl verwendet, insbesondere ein Warmfeststahl, beispielsweise 12344 Warmfeststahl, und besonders vorteilhaft wird dieser noch gehärtet. Das Gießmetall hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt <260°, meist über 300° und insbesondere über 350°. Außerdem wird das Gießmetall (unter "Metallen" wird in der vorliegenden Erfindung meist eine Legierung verstanden) derart in das Formmaterial eingebracht, daß es einen Druckstreß auf die mit ihm verbundenen Teile, insbesondere Formteile ausübt. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß das Gießmetall, insbesondere eine Zinklegierung wie beispielsweise Feinzinklegierungen für Gießzwecke, in die erwärmte Gießform unter Umgießen des Rohres eingefüllt wird, wobei sich beim anschließenden Abkühlen die Form stärker zusammenzieht als die erstarrende Zinklegierung, so daß ein Druckstreß zwischen der Zinklegierung und der Form entsteht. Vorzugsweise wird mit dem Gießmetall eine Kühlschlange eingegossen, insbesondere eine solche, die mehrere Windungen enthält (beispielsweise in der Form eines Tauchsieders). Auch hier übt die Zinklegierung vorteilhaft den oben beschriebenen Druckstreß auf die Kühlschlange aus. Für das Material der Kühlschlange eignet sich beispielsweise einfaches Stahlrohr (ST 37 . . .), vorzugsweise ein gezogenes Rohr. Weiterhin können die oben beschriebenen Formen des Rohres eingesetzt werden, beispielsweise eine Schleife oder ein Sackrohr.

Vorteilhaft wird das Formteil im Gießbetrieb bei einer Temperatur von maximal 170°C (gemessen im Formteil nahe an der Kühlschlange) betrieben, auch höhere Betriebstemperaturen bis etwa 220°C sind möglich. Kurzfristig darf die Temperatur auch 250°C erreichen und unter Umständen maximal 350°C. Vor dem Eingießen der Kühlschlange wird das Formteil vorteilhaft auf eine Temperatur höher als die vorgesehene Betriebstemperatur, vorzugsweise höher als die vorgesehene kurzzeitige Betriebstemperatur und insbesondere auf mindestens 370° erwärmt (vorteilhaft ebenso die Kühlschlange) und dann das Gießmetall eingegossen. Als Gießmetall kommt hier eine solche Legierung zum Einsatz, die sich beim vorgesehenen Betrieb des Formteils nicht verflüssigt.

Die Kühlschlange bzw. das Rohr werden vorteilhaft in einer (neu geschaffenen) Sackbohrung in dem Formteil untergebracht, wobei Bohrlochdurchmesser ≧20 mm, meist ≧30 mm und insbesondere ≧40 mm vorteilhaft sind. Üblicherweise ist der Bohrlochdurchmesser aus Festigkeitsgründen auf 150 mm und insbesondere auf maximal 100 mm beschränkt. Die Sackbohrung wird außerdem vorzugsweise so in das Formteil eingebracht, daß sie über einen größeren (insbesondere überwiegenden) Bereich zwischen 20 und 150 mm, insbesondere zwischen 35 und 100 mm von der Außenhaut des Formteils entfernt liegt, die die Kontur des Druckgußmetallteiles bestimmt. Insbesondere kommt für die vorliegende Erfindung als Formteil ein sogenanntes Kernteil in Betracht, das heißt ein Teil das einen Hohlraum in dem Druckgußmetallteil definiert, wobei vorteilhaft die Sackbohrung in Richtung auf den Hohlraum des Druckgußmetallteils eingebracht ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kommt insbesondere bei größeren Gegenständen, das heißt solchen mit einem Gewicht über 500 g und insbesondere über 1 kg zum Einsatz, wie beispielsweise bei Gehäusen für Getriebe, insbesondere Schalt- oder Automatikgetriebe für Kraftfahrzeuge. Entsprechend findet das Verfahren Einsatz vorteilhaft bei Druckgußmetallteilen, die in einem Minutentakt gefertigt werden, wobei insbesondere 2 bis 10 Minuten für einen Schuß benötigt werden.

Die erfindungsgemäße Druckgußmetallform ist aufgebaut aus mindestens zwei Formteilen und hat einen Einlaß für geschmolzenes Gußmetall, das eine Temperatur <600°C hat. Der Einlaß steht mit einem Hohlraum der Druckgußmetallform in Verbindung, der zur Herstellung eines Druckgußmetallteils mit dem geschmolzenen Gußmetall über den Einlaß füllbar ist. Zur Kühlung des in den Hohlraum eingebrachten geschmolzenen Gußmetalls enthält mindestens eines der Formteile mindestens einen mit einer Kühlflüssigkeit befüllbaren Kanal, der mit einem Gießmetall in das Formteil eingegossen ist, wobei das Gießmetall einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das Formteilmaterial. Der Kanal wurde in das Formteil eingegossen nachdem ein bereits vorhandener Kanal, z. B. durch Rißbildung, leckgeschlagen ist. Im übrigen weist die Druckgußmetallform vorteilhaft die Merkmale auf wie sie oben bei dem Verfahren beschrieben sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Die Figur zeigt einen Kern einer Druckgußmetallform.

Ein Kern 1 bestimmt mit seinem vorderen Abschnitt 2 den Innenraum eines Wandlers eines Automatikgetriebes und ist aus einem 12344 Warmfeststahl 3 hergestellt. Im Betrieb schließt der Kern 1 mit einem mittleren Bereich 4 mit einer Form ab.

Zur Kühlung des Kerns 1 sind in diesen Bohrungen 10 bis 14 eingebracht, die miteinander kommunizieren und (nach dem Verschließen einiger offener Enden) ein Kühlkanalsystem bilden. Durch Rißbildung 15 leckt der Kühlkreislauf und ist unbrauchbar geworden. Um das Formteil 1 weiter benutzen zu können, wurde in dieses eine 60 mm Bohrung 5 von außen bis kurz vor die Spitze des Kerns bis in die Bohrung 11 eingebracht und eine Kühlschlange 6 aus gezogenem Stahlrohr in die Bohrung 5 eingelegt. Zu- und Ablauf der Kühlschlange sind im hinteren Bereich des Kerns 1 durch die vorhandenen Bohrungen 13 und 14 nach außen geführt 7. Für eine gute Wärmeübertragung zwischen der Kühlschlange 6 und dem Warmfeststahl 3 sind die Bohrungen 5 und 11 sowie teilweise die Bohrungen 10 und 12 mit einer Feinzinkgußlegierung 8, Schmelzbereich 390°C, ausgegossen. Die Feinzinkgußlegierung 8 ist hierbei so gewählt, daß ihr Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist als der des Warmfeststahls 3. Vor dem Ausgießen der Bohrungen werden der Warmfeststahl 3 und die Kühlschlange 6 auf ca. 400°C erwärmt, die Feinzinklegierung in die Bohrung 5 eingegossen und das ganze Abkühlen gelassen.

Die Bohrung 5 hat einen minimalen Abstand zur Außenhaut, die mit dem flüssigen Aluminium in Kontakt kommt, von ca. 30 mm und über einen größeren Bereich einen Abstand von ca. 50 mm.

Über ein Sperrenblech ist der Kern 1 kreuzförmig mit drei weiteren gleichartig aufgebauten Kernen verbunden, die im Betrieb zwischen zwei Außenformhälften liegen (Vierschieberform). Der Kern 1 ist insbesondere für Aludruckgußbetrieb ausgelegt für Drücke im Bereich von 500 bis 1 000 bar und einer Temperatur der Aluminiumlegierung von etwa 700 bis 750°C. Im Betrieb wird eine Temperatur von ca. 150°C in der Feinzinklegierung 8 erreicht.

Die anderen Formteile, mit denen der Kern zur Herstellung des Wandlergehäuses zusammenwirkt, sind mit den üblichen Labyrinthkühlbohrungen ausgerüstet, die Bohrungsdurchmesser von 16 bis 20 mm haben.

Im Gießbetrieb wird zum Aufheizen des Kerns 1 ein Wärmeträgeröl mit einer Temperatur von ca. 250°C durch die Kühlschlange 6 gepumpt, bis der Kern eine gewünschte Betriebstemperatur von 60 bis 200°C hat. Anschließend wird mittels einer Druckkolben- Zylinder-Einheit flüssiges Aluminium in den Formhohlraum um den vorderen Abschnitt 2 des Kerns 1 eingepreßt und die Temperatur des Wärmeträgeröls auf bis zu 40°C reduziert. Nach dem Erstarren des Aluminiums werden die äußeren Formhälften geöffnet und das Wandlergehäuse von dem Kern 1 abgezogen. Anschließend wird die Form für den nächsten Schuß wieder verschlossen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Reparatur einer Druckgußform, bei der ein von einem Kühlfluid durchströmbarer Kanal leckt, mit den Schritten:

• - Einlegen eines von dem Kühlfluid durchströmbaren Rohres in den lecken Kanal zumindest im Bereich der Leckage, und
• - Eingießen des eingelegten Rohres und Verschließen der Leckage mit einem Gießmetall.

2. Verfahren zur Reparatur einer Druckgußform, bei der ein von einem Kühlfluid durchströmbarer Kanal leckt, mit den Schritten:

• - Einlegen eines von dem Kühlfluid durchströmbaren Rohres in den lecken Kanal und/oder in eine andere, bestehende oder neu geschaffene Öffnung der Druckgußform,
• - Eingießen des eingelegten Rohres mit einem Gießmetall.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Schritt:

• - Verschießen oder Blindschließen der Leckage.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gießmetall verwendet wird, das niedriger schmilzt als das Material der Druckgußform.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr eingelegt wird, das als Schleife oder Sackrohr ausgebildet ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießmetall unter Bildung eines Druckstresses mit der Druckgußform in diese eingegossen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gießmetall verwendet wird, das einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als das Material der Druckgußform, und daß die Druckgußform beim Ausgießen mit dem Gießmetall auf eine höhere Temperatur, insbesondere eine Temperatur oberhalb 300°C, erwärmt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kernteil einer Druckgußform repariert wird.

9. Druckgußmetallform aus mindestens zwei Formteilen, mit einem Einlaß für geschmolzenes Gußmetall einer Temperatur <600°C, der mit einem Hohlraum der Druckgußmetallform in Verbindung steht, der vorgesehen ist das geschmolzene Gußmetall aufzunehmen und in dem dieses unter Bildung eines Druckgußmetallteils erstarrt, und mit mindestens einem Kanal in mindestens einem der Formteile, der vorgesehen ist ein Kühl- und/oder Heizfluid aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal mittels eines Gießmetalls in ein Formteil eingegossen ist, nachdem ein bereits vorhandener Kanal leckte, und daß das Gießmetall einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das Formmaterial.

10. Druckgußmetallform nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal eine Kühlschlange ist, die mindestens eine Krümmung, insbesondere mindestens eine Windung aufweist.