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Die
Erfindung betrifft die Verwendung eines Metall-Druckgussstückes, hergestellt
durch Vakuumgießen,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Im
Automobilbau werden hohe Anforderungen an die Qualität von Außenhautteilen
gestellt, da diese nach einem Lackiervorgang das optische Erscheinungsbild
eines Fahrzeugs bestimmen. Um günstige
Bedingungen für
das Aufbringen einer gleichmäßig dünnen Lackschicht
zu erhalten, wird für die
Oberfläche
derartiger Außenhautteile
eine sogenannte Klasse A-Oberfläche
gefordert.
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Derartige
Außenhautteile
werden in der Regel als Kunststoffspritzgussteile, als Blechform-
und Schmiedeteile oder als Metall-Druckgussteile hergestellt.
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Kunststoffspritzgussteile
weisen eine Reihe von Nachteilen auf. So sind Kunststoffspritzgussteile nicht
lichtecht und weisen eine geringe UV-Beständigkeit auf. Des weiteren
neigen faserverstärkte Kunststoffe
beim Lackieren zum Ausgasen. Ebenso weisen Kunststoffspritzgussteile
nur eine ungenügende
Maßhaltigkeit
bei Temperaturänderungen
sowie eine nur ungenügende
Formstabilität
auf. Zudem weisen Kunststoffspritzgussteile auch noch eine geringe
Festigkeit und aufgrund des niedrigen Elastizitätsmoduls von Kunststoff eine
gerin ge Steifigkeit auf. Somit sind bei der Kunststoffspritzgusstechnik die
erforderlichen dünnen
Wandstärken
bei gleichzeitiger Steifigkeit nicht zu realisieren.
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Blechform-
und Schmiedeteile können
gut und einfach mit einer erwünschten
dünnen
Lackschicht beschichtet werden, da ihre Oberfläche auch bei hohen Temperaturen
ihre Struktur nicht verändert.
So können
derartige Blechform- und
Schmiedeteile bei hohen Temperaturen oberflächenvorbehandelt und -beschichtet
werden, z. B. mittels einer für erwünschte dünne Schichtdicken
besonders vorteilhaften katalytischen Tauchlackierung. Nachteilig
bei den Blechform- und Schmiedeteilen ist jedoch, dass diese eine
stark eingeschränkte
Gestaltungsfreiheit aufweisen und daher nicht geeignet sind für komplexe,
funktionsintegrierte Bauteile.
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Druckgussteile
aus Metall zeichnen sich durch eine besonders hohe Gestaltungsfreiheit
aus und sind daher hervorragend geeignet für komplexe, funktionsintegrierte
Bauteile, bei denen insbesondere auch dünne Wandstärken auf einfache Weise realisierbar
sind. Nachteilig bei diesen Metall-Druckgussteilen ist jedoch, dass
diese nach dem Gießen eine
gewisse Porosität
durch im Verlauf des Druckgießens
eingeschlossene Gase aufweisen. Eine erforderliche Oberflächenvorbehandlung
vor der Decklackierung kann bei Druckgussteilen nur bei niedrigen
Temperaturen durchgeführt
werden, da sonst die Gefahr von Ausgasungen aufgrund der Porosität der Druckgussteile
besteht. Eine erwünschte
Oberflächenvorbehandlung
bei hohen Temperaturen ist somit bei derartigen Druckgussteilen
aus Metall im Gegensatz zu den Blechform- und Schmiedeteilen nicht möglich. Deshalb
müssen
die Gussteile vor dem Aufbringen der Decklackierung einer aufwendigen
und teuren Oberflächenvorbehandlung
durch Pulverbeschichtung bei niedrigen Temperaturen unterzogen werden.
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Konkret
werden die Druckgussteile im Rahmen der Vorbehandlung vor der Lackierung
getempert, um die Druckgussteile im oberflächennahen Bereich zu entgasen.
Größere Poren
werden dabei mittels einem Füllmaterial
geschlossen. Auf das Tempern folgt ein Cromatieren der Druckgussteile,
um diese für
die anschließende
Pulverbeschichtung haftbar zu machen. Anschließend wird eine Pulverbeschichtung
mit einer Schichtdicke von ca. 100 μm vorgenommen, an die sich dann
zur Herstellung einer Klasse A-Oberfläche ein Schleifvorgang anschließt, bei
dem ca. 10 μm
von der Pulverbeschichtungsschicht abgetragen werden. Ein derartiger
Vorbehandlungsprozess ist ersichtlich aufwendig und damit teuer.
Zudem ergeben sich bei einer derartigen Pulverbeschichtung unerwünscht hohe
Schichtstärken
im Bereich von ca. 100 μm,
die nachteiligerweise keine detailgetreue Wiedergabe der Oberflächenstruktur
nach dem gesamten Lackiervorgang, d. h. nach erfolgter Decklackierung,
ermöglichen,
da die Lackierschicht dann insgesamt eine hohe Schichtstärke aufweist.
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Insgesamt
ist somit festzustellen, dass das Druckgießen zwar ein besonders wirtschaftliches Verfahren
zur Herstellung gerade auch von kompliziert geformten Werkstücken ist
und in der Regel eine hohe Produktionsleistung, d. h. Gussstückausbringung,
ermöglicht.
Als nachteilig erweist sich aber, dass in einer Füllkammer
bzw. in einem Formhohlraum einer Druckgießmaschine enthaltene Gase und sonstige
Verunreinigungen während
des Gießens
in der Metallschmelze eingeschlossen werden. Dies führt zu porigen
und verunreinigten Gefügebereichen,
die in Abhängigkeit
vom Grad der Porosität
die Weiterverarbeitung erheblich erschweren oder gegebenenfalls
sogar unmöglich
machen können.
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Zur
Herstellung porenarmer Metall-Druckgussteile ist das Vakural-Druckgießverfahren
bekannt. Ein derartiges Druckgießverfahren ist z. B. aus der
DE 42 39 558 A1 bekannt.
Ein ähnliches
Verfahren mit einem ähnlichen
Aufbau ist auch aus der
DE 41
23 463 A1 bekannt, bei der an die Füllkammer und den Formhohlraum
der Gießform
ein Unterdruck bis zum Ende des Formfüllvorgangs angelegt wird.
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Aus
der
DE 30 41 340 C2 ist
weiter ein Druckgießverfahren
zur Herstellung von Gussstücken
bekannt, bei dem ein nicht bis zum Ende der Formfüllphase
aufrechterhaltenes Vakuum an die Füllkammer und den Formhohlraum
der Gießkammer
angelegt wird. Für
eine Absaugung der Gase und/oder Dämpfe ist hier weiter vorgesehen,
ein zusätzliches
Vakuum im Spalt zwischen dem Gießkolben und der Füllkammer
anzulegen.
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Weiter
ist aus der
DE 196
05 727 A1 eine Vakuum-Druckgussmaschine bekannt, bei der
die Formhälften
mittels einer Dichtungsanordnung gegeneinander abgedichtet sind.
Beim Zusammenfahren der Formhälften
entsteht aufgrund der überstehenden
Dichtung ein zu komprimierendes Luftvolumen, wobei eine Verdrängung der
so eingeschlossene Luft bis in die Metallschmelze des Warmhalteofens
hier dadurch vermieden werden soll, dass der Gießkolben während dieses Vorgangs das Ansaugrohr
verschließt.
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Aus
der
DE 36 05 529 C2 ist
ein Druckgießverfahren
und eine Druckgießmaschine
bekannt, bei der ein zwischen einer Gießkammer und einem Gießkolben
umfangsmäßig ausgebildeter
Spalt evakuiert und schließlich
das Metall in den Formhohlraum eingegossen wird. Ein Schaltventil
zur Verbindung des Formhohlraumes mit einer Evakuierungsvorrichtung weist
hier ein Zeitsteuergerät
auf, welches das Schalten des Schaltventils gegenüber dem
Schaltventil für die
Evakuierung des Spaltes um eine vorgegebene Zeit verzögert.
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Des
weiteren ist aus der
DE
30 02 886 C2 eine Druckgießmaschine mit einer Absaugvorrichtung
zum gesteuerten Evakuieren eines Formhohlraums bekannt, bei der
in einer der Gießformhälften ein
Vakuumventil integriert ist. Dieses Vakuumventil umfasst einen Steuerungsbolzen,
der die Saugverbindung zwischen einem Vakuum-Absaugkanal und dem
Formhohlraum am Ende der Vorlaufphase, d. h. vor dem eigentlichen
Formfüllvorgang,
unterbricht. Aus diesem Grund können
die noch vorliegenden Gase und/oder Dämpfe bzw. die während des
Formfüllvorgangs
entstehenden Gase nicht mehr abgesaugt wer den, wodurch Druckgussteile
hergestellt werden, die eine zu hohe Porosität aufweisen.
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Die
EP 0 936 009 A1 zeigt
einen konkreten Ventilaufbau, der für den Einsatz in Verbindung
mit Hochgeschwindigkeits-Druckgussverfahren eine sehr kurze Schließzeit ermöglichen
soll.
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Die
DE 197 00 319 A1 betrifft
keine Druckgussteile, sondern die Behandlung und Beschichtung von
Blechteilen, während
die
EP 0 436 135 B1 ein Verfahren
zur Herstellung einer Katalysatorpaste für kathodisch abscheidbare Elektrotauchlacke
betrifft.
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Ferner
ist aus der
DE 197
46 167 A1 ein Leichtmetallbauteil für Kraftfahrzeuge bekannt, das als
Gussteil hergestellt ist, wobei hier ein Einlegeteil mit zusätzlichen
Anbauelementen verbunden wird.
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Aus
der
DE 35 27 729 C2 ist
ein Tauchgehänge
für eine
Elektro-Tauchlackierungsanlage
zum Lackieren von Fahrzeugkarosserien bekannt, während aus der
DE 689 17 583 T2 hydrophobe
Farbstoffe enthaltende, kathodisch abscheidbare Elektro-Tauchlackierungen
bekannt sind. Die
DE
41 23 462 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Gussstücken mittels
einer Druckgießmaschine
und in Gießerei-Praxis,
17 bis 18, 1994, Seiten 424 bis 426 ist unter anderem das Vakural-Druckgießverfahren beschrieben.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verwendung eines Metall-Druckgussstückes, hergestellt
durch Vakuumgießen,
vorzuschlagen, mittels dem Außenhaut-Karosserieteile
für Kraftfahrzeuge
mit einer hervorragenden Oberflächenqualität zur Verfügung gestellt
werden können.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Gemäß Patentanspruch
1 ist die Verwendung eines Metall-Druckgussstückes vorgesehen, hergestellt
durch Vakuumgießen
mit einer Vakuum-Druckgussmaschine mit einem selbsttätig schließbaren Vakuumventil
zur Abführung
von Gasen und/oder Dämpfen
aus einer Füllkammer
und/oder einer Gießform
der Druckgussmaschine, anschließender
kathodischer Tauchlackierung (KTL) bei hohen Temperaturen bis 250°C und anschließender Lackierung
zur Herstellung eines beschichteten Außenhaut-Karosserieteils für Kraftfahrzeuge.
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Dadurch
können
Außenhaut-Karosserieteile zur
Verfügung
gestellt werden, die auch nach der Gesamtlackierung, d. h. auch
nach dem Aufbringen der Decklackierung noch eine sehr detailgetreue
Wiedergabe der Oberflächenstruktur
des Karosserieteils ermöglichen.
Darüber
hinaus weisen derartige besonders porenarme Gussteile auch sehr
gute Schweißeigenschaften
auf.
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Weitere
vorteilhafte Verwendungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Anhand
einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Druckgießmaschine,
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2 ein
Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Fertigungsablaufs für Druckgussteile,
und
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3 ein
Blockschaltbild eines Fertigungsablaufs gemäß dem Stand der Technik bei
herkömmlichen
Druckgussstücken.
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In
der 1 ist schematisch eine Vakuum-Druckgießmaschine 1 dargestellt.
Diese Vakuum-Druckgießmaschine 1 umfasst
einen Vorratsbehälter 2 für Schmelze 6,
der über
ein Steigrohr 3 mit einer Füllkammer 4 verbunden
ist. Als Schmelze 6 wird hier z.B. eine Aluminiumlegierung
als Metallschmelze verwendet.
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In
der Füllkammer 4 ist
ein Gießkolben 5 formschlüssig und
verschiebbar geführt.
Der Gießkolben 5 ist
in der Darstellung der 1 in einer, eine Befüllung der
Füllkammer 4 mittels
der Schmelze 6 erlaubenden Gießkolbenposition dargestellt.
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Ferner
umfasst die Vakuum-Druckgießmaschine 1 eine
Gießform 8,
die aus einer festen Formhälfte 7 und
einer beweglichen Formhälfte 9 aufgebaut
ist. Im Bereich einer Trennebene 10 ist ein Formhohlraum 11 entsprechend
der Kontur des zu gießenden
Druckgussteils ausgebildet. Dieser Formhohlraum 11 steht
mit einem hinteren Ende der Füllkammer 4,
das in der festen Formhälfte 7 der
Gießform 8 integriert
ist, in Verbindung.
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Die
feste Formhälfte 7 und
die bewegliche Formhälfte 9 der
Gießform 8 sind
mittels einer Dichtung 12 vollständig nach außen hin
abgedichtet, wie dies in der 1 lediglich
schematisch dargestellt ist.
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Der
Formhohlraum 11 ist weiter mit einem Anschlusskanal 13 zu
einem an der Gießform 8 angeordneten
Vakuumventil 14 geführt,
das einen hier lediglich schematisch dargestellten Metallsensor 15 umfasst
und bei einem Schmelzenkontakt am Ende eines Formfüllvorgangs
selbsttätig
geschlossen wird.
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Das
Vakuumventil 14 steht über
eine Saugleitung 16 mit einem Vakuumspeicher 17 in
Verbindung, dessen Volumen groß gegenüber dem
Volumen des Formhohlraums 11 und der Füllkammer 4 ist. Der
Vakuumspeicher 17 selbst ist wiederum mit einer Vakuumpumpe 18 verbunden.
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In
der beweglichen Formhälfte 9 ist
ferner eine Auswerfervorrichtung 19 vorgesehen, das zum Auswerfen
von fertig gegossenen Druckgussstücken einen Auswerfer 20 mit
Auswerferplatte umfasst.
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Die
Funktionsweise dieser Vakuum-Druckgießmaschine 1 wird nachfolgend
ebenfalls anhand der 1 näher erläutert.
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Zu
Beginn des Gießvorgangs
wird die Gießform 8 geschlossen,
wobei sich der Gießkolben 5 in der
in der 1 dargestellten Grundstellung befindet. Durch Öffnen des
Vakuumventils 14 wird nun der Formhohlraum 11 und
die Füllkammer 4 mit
dem Vakuumspeicher 17 verknüpft und ein entsprechend einstellbarer
Unterdruck an die Füllkammer 4 und den
Formhohlraum 11 angelegt. Dadurch werden zum einen die
in der Füllkammer 4 und
in dem Formhohlraum 11 befindlichen Gase schnell abgesaugt und
andererseits die Schmelze 6 über das Steigrohr in die Füllkammer 4 gesaugt.
Nach einer vorgegebenen Dosierzeit fährt der Gießkolben 5 nach vorne
in Richtung Gießform 8 und überfährt dabei
eine in die Füllkammer 4 mündende Steigrohröffnung des
Steigrohrs 3, wodurch die Schmelzedosierung unterbrochen
wird.
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Anschließend wird
die in dosierter Menge in die Füllkammer
gesaugte Schmelze 6 in der Formfüllphase unter weiterer Absaugung
der Gase und/oder Dämpfe über das
Vakuumventil 14 durch den Gießkolben 5 in den Formhohlraum 11 eingepresst.
Sobald die Schmelzefront den Metallsensor 15 des Vakuumventils
erreicht, wird das Vakuumventil innerhalb kürzester Zeit, z. B. 2 ms, selbsttätig geschlossen,
so dass keine Schmelze 6 in das Vakuumsystem gelangen kann.
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Nach
dem Erstarren der Schmelze im Formhohlraum 11 wird die
bewegliche Formhälfte 9 von der
festen Formhälfte 7 weggefahren
und das erstarrte Gussstück
mittels des Auswerfers 20 der Auswerfervorrichtung 19 ausgeworfen.
Anschließend
kann der eben beschriebene Gießzyklus
wieder von vorne beginnen.
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Ein
Mikroschliff durch ein mit einem derartigen Vakuum-Druckgussverfahren
hergestelltes Gussstück
zeigt eine extreme Porenarmut, so dass derartige Druckgussstücke insgesamt
eine Klasse A-Oberfläche
aufweisen.
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Mit
einer derartigen Klasse A-Oberfläche wird
erreicht, dass das Druckgussstück
einer Hochtemperatur-Oberflächenvorbehandlung
unterworfen werden kann, wie dies bisher für Druckgussstücke nicht
für möglich gehalten
wurde.
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Ein
derartiges Verfahren zur Beschichtung von Druckgussstücken ist
schematisch als Blockschaltbild in der 2 dargestellt.
Nach dem eben beschriebenen Vakuum-Druckgießvorgang 21 können die
Druckgussstücke
einem Stanzvorgang 22 und einem Schleifvorgang 23 unterworfen
werden, wobei bei letzterem die Oberfläche geschliffen wird, um letzte
Unebenheiten zu beseitigen. Anschließend wird in einem Oberflächenvorbehandlungsschritt 24 eine
Oberflächenbeschichtung
in Form einer kathodischen Tauchlackierung gegebenenfalls mit einem Zwischenschliff
bei Temperaturen von vorzugsweise bis 250°C, bevorzugt bei Temperaturen
bis 220°C durchgeführt, wodurch
eine erwünschte
dünne Lackbeschichtung
mit einer Schichtstärke
von ca. 20 μm bis
25 μm erreicht
wird.
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Nach
dieser kathodischen Tauchlackierung folgt dann in einem Behandlungsschritt 25 eine
Decklackierung und in einem Behandlungsschritt 26 eine Vormontage,
an die sich schließlich
in einem Behandlungsschritt 27 eine Montage anschließt.
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In
der 3 ist schematisch ein Fertigungsablauf gemäß dem Stand
der Technik dargestellt, bei dem als Vorbehandlung eine aufwendige
und teure Pulverbeschichtung bei niedrigen Temperaturen durchgeführt wird.
Im Unterschied zum Vorbehandlungsschritt 24 der 2 werden
die Druckgussteile im Rahmen der Vorbehandlung vor der Decklackierung
getempert, um die Druckgussteile im oberflächennahen Bereich zu entgasen.
Größere Poren werden dabei
mittels einem Füllmaterial
aufgefüllt bzw.
geschlossen. Auf das Tempern folgt ein Cromatieren der Druckgussteile,
um diese für
die anschließende
Pulverbeschichtung haftbar zu machen. Anschließend wird eine Pulverbeschichtung
mit einer Schichtdicke von ca. 100 μm vorgenommen, an die sich dann
zur Herstellung einer Klasse A-Oberfläche ein Schleifvorgang zwingend
anschließt,
bei dem ca. 10 μm
von der Pulverschicht abgetragen werden. Mit einer derartigen Pulverbeschichtung
ergeben sich unerwünscht
hohe Schichtstärken
im Bereich von z. B. 100 μm
und mehr, die nachteiligerweise keine detailgetreue Wiedergabe der
Oberflächenkontur
nach dem Lackiervorgang insgesamt ermöglichen.