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Die Erfindung betrifft ein
Herstellungsverfahren von Werkstücken aus
Gusslegierung, insbesondere aus Aluminium
(Aluminiumlegierung mit Verstärkungszone).
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Die Erfindung ist dem technischen Bereich der
Herstellung von Teilen aus Gusslegierungen
- insbesondere aus Aluminium, Kupfer oder anderen
Werkstoffen - zuzuordnen, die durch Gießen, Schmieden
oder ähnliche Verfahren erzeugt werden.
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Durch Gieß- und Schmiedetechniken können
vielgestaltige Werkstücke für unterschiedliche Zwecke
hergestellt werden. Das Gießen von Legierungen, z.B.
mit Aluminium, weist insbesondere den Vorteil auf,
dass unter gleichzeitiger Berücksichtigung der
anwendungsbedingten Härteparameter und -kriterien
leichtgewichtige Werkstücke erzielt werden. Bei
diesen Werkstücken kann es sich z.B. um Pleuelstangen
für Kraftfahrzeuge oder um Kurbeln für Fahrradteile
handeln.
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Diese Teile weisen Verbindungsbereiche mit
anderen Bauteilen oder Vorrichtungen wie Achsbolzen
o.Ä. auf und sind daher mit Öffnungen versehen.
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Je nach der Beanspruchung der fraglichen Teile
kann es notwendig sein, eine Verstärkung der
Verbindungs- und Kupplungsbereiche vorzusehen, um bei
der Kraftübertragung eine Materialverformung zu
vermeiden. Nach der beim Gießen bekannten Technik
werden dafür Einsätze aus Metall oder einem anderen
Werkstoff verwendet, die z.B. ringförmig sind und in
die vorgenannten Öffnungen des Werkstücks eingeführt
werden. Um deren Halt und Befestigung zu
gewährleisten, werden Legierungen - z.B. mit
Aluminium - gegossen, die beim Erkalten den Einsatz
fixieren. Letzterer kann Streifen am Außenrand oder
Rillen für die Materialverankerung aufweisen, um eine
stabile Lage im Werkstück zu gewährleisten.
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Dieses Verfahren ist weit entwickelt, besitzt
aber eine Reihe von Nachteilen bzw. Beschränkungen.
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Das Verfahren ist im wesentlichen auf das
Anbringen eines einzigen Einsatzes am Werkstück
begrenzt. Da das Gießen der Legierung, insbesondere
beim Aluminium, unter Wärme erfolgt, kommt es zu
Maßabweichungen des Materials, und es ist nahezu
unmöglich, den Einbauabstand mehrerer Einsätze mit
hoher Genauigkeit zu kontrollieren.
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Außerdem müssen die Einsätze aus einem
Material bzw. Werkstoff beschaffen sein, der mit der
Temperatur der Gusslegierungen und insbesondere mit
dem Aluminium vereinbar ist.
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Diese Hauptnachteile verhindern daher das
Einbetten mehrerer Einsätze in Aluminiumgussteilen
und Werkstücken aus sonstigen Legierungen, wie z.B.
bei Pleuelstangen für Kraftfahrzeuge, die an jedem
Ende verkuppelt sind, um mit den Kurbelwellen und den
Kolben des Motorblocks zusammenzuwirken.
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Es liegt auf der Hand, dass diese Nachteile
auch bei anderen vergleichbaren Anwendungen
auftreten.
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Die Erfindung verfolgt den Zweck, diesen
Nachteilen abzuhelfen.
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Der Antragsteller hat im übrigen ein Verfahren
für die Herstellung von Aluminiumgussteilen
entwickelt, das insbesondere im europäischen Patent
Nr. 119365 beschrieben ist. Dieses Verfahren besteht
in der Herstellung von Gussrohlingen, die unter Kälte
bzw. bei niedriger Temperatur einem zusätzlichen
Pressvorgang unterzogen werden, wobei die Rohlinge in
Matrizennestern zu liegen kommen, deren Abmessungen
leicht geringer sind als beim Formgießen.
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Im Rahmen seiner ergänzenden Forschungen und
in Anbetracht der ursprünglichen Aufgabenstellung hat
der Antragsteller ein besonderes Verfahren für das
Einbetten von Einsätzen in Teile aus Gusslegierungen
und insbesondere aus Aluminium entwickelt, das
einfach ist, schnell umgesetzt werden kann und die
gleichzeitige Einführung von einem oder mehreren
Einsätzen am gleichen Werkstück ermöglicht, wobei die
Nachteile der älteren Technik vermieden werden.
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Aus dem vorherigen Stand der Technik nach dem
US-Patent 3443617 ist der Einbau von Einsätzen in
Gussteile bekannt, wobei dieses Patent ein Verfahren
beschreibt, bei dem der Einsatz unter Kraftaufwand
eingepasst und durch Kriechen eingepresst wird. Bei
diesem Verfahren unterliegt der Herstellungsprozess
zahlreichen Zwängen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Anspruch
1 beschrieben.
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Ein Beispiel für die Umsetzung des
erfindungsgemäßen Verfahrens und weitere
Präferenzmerkmale gehen aus der weiteren Beschreibung
hervor, die auf folgende Abbildungen Bezug nimmt:
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- Die Abbildung 1 ist eine schematische
Vorderansicht der verfahrenstypischen Elemente vor
dem Fließpressen.
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- Die Abbildung 2 ist gemäß Abbildung 1 eine
Ansicht des nach dem Fließpressen erzielten
Werkstücks.
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- Die Abbildung 3 illustriert die
Positionierung des Werkstückrohlings in der
formgebenden Matrize vor dem Pressen.
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- Die Abbildung 4 ist gemäß Abbildung 3 eine
Ansicht des Werkstücks nach dem Fließpressen
innerhalb der Einheit aus Matrize und Stempel.
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- Die Abbildung 5 ist eine Teilansicht zur
Illustrierung einer in das Fertigteil eingefügten
Einsatzform nach der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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- Die Abbildung 6 ist eine Teilansicht zur
Illustrierung einer Variante des Einsatzteils.
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- Die Abbildung 7 ist eine Schnittdraufsicht
einer anderen Einsatzform mit Außenrandrillen in der
Längsebene.
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- Die Abbildung 8 zeigt als Variante ein
anderes Einsatzprofil.
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Um den Gegenstand der Erfindung noch
anschaulicher zu machen, wird im Folgenden unter
Bezugnahme auf die Abbildungen der Zeichnungen eine
Ausführungsform beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in der
Herstellung von Werkstücken in anwendungsspezifischen
Formen und Profilen aus Gusslegierungen, insbesondere
mit Aluminium, wobei Rohlinge zum Einsatz kommen, die
insgesamt mit (1) bezeichnet werden.
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Die Abbildung 1 zeigt einen Rohling, der
beispielsweise eine ausführende Öffnung (1.1) und ein
Grundloch (1.2) besitzt. Natürlich kann der besagte
Rohling mehrere ausführende Öffnungen und/oder
Grundlöcher aufweisen. Das Profil und die Abmessungen
der Öffnungen und/oder Grundlöcher werden je nach den
Bedürfnissen und den anwendungstechnischen Maßgaben
der roh bearbeiteten Teile in zweckmäßiger Weise
ausgeführt. Der Rohling kann auf einer seiner Flächen
auch beliebige Aussparungen mit der erforderlichen
Form- und Profilgebung aufweisen.
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Der Rohling besitzt damit eine vorgegeben
Länge (L) und Dicke (E).
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Die Öffnungen und/oder Löcher und/oder
Aussparungen besitzen vorteilhafterweise ein nahezu
konisches Innenprofil mit einem Winkel (α) von
einigen Grad, um die Vorpositionierung des Rohlings
und die Aufnahme eines oder mehrerer Einsätze (2) mit
ergänzendem Profil zu ermöglichen, die vorher auf
einer aufnehmenden Arbeitsmatrize (3) angeordnet und
vorgelegt wurden. Beschaffenheit und Profil der
Matrize richten sich nach den Formen des bearbeiteten
Rohlings.
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Die Matrize besitzt einen oder mehrere direkt
im Material ausgebildete oder angesetzte Stifte (4)
zum Zentrieren und Aufnehmen der Einsätze (2).
Letztere werden mit Spiel bzw. lose auf den Stift
(die Stifte) (4) gesetzt. In einer
Ausführungsvariante kann die Matrize unmittelbar für
das Zentrieren und Positionieren der Einsätze (2)
ausgebildet sein.
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Die Einsätze werden von Hand durch den
Bediener oder im Rahmen einer automatisierten
Herstellung auch mit Manipulatoren und sonstigen
geeigneten Vorrichtungen für die Übergabe aus einer
Verteilerschale bzw. einer ähnlichen Vorrichtung auf
die Stifte oder unmittelbar auf die Matrize gesetzt.
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Auf der Abbildung 3 ist die Positionierung des
Rohlings in der Matrize dargestellt, wobei der
Rohling durch die Öffnung(en) und das Grundloch (die
Grundlöcher) mit Spielsitz eingepasst wird. Der
Rohling wird in einer Vertiefung auf der
Arbeitsmatrize zentriert, wobei seine Abmessungen
leicht geringer sind als das Innenprofil der
Einsenkung.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der
Rohling mit Hilfe eines Stempels (5) oder einer
ähnlichen Vorrichtung umgeformt, wobei in Richtung
des Pfeils F eine Kraft ausgeübt wird, die axial auf
der gleichen Ebene verläuft wie beim Aufsetzen der
Einsätze. Bei diesem Fließpressvorgang entsprechend
der Abbildung 4 wird der Rohling des behandelten
Werkstücks umgeformt; das Material umgibt die
Einsätze und sorgt durch Einpressen für ihre
endgültige Verbindung. Das Fertigteil besitzt dann
eine Abmessung (L1), die leicht größer ist als
diejenige (L) des Rohlings, und die Dicke (E1) ist
leicht geringer als diejenige (E) des Rohlings. Die
innere Vertiefung der aufnehmenden Matrize wird damit
vollständig durch das Fertigteil ausgefüllt.
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Unter Bezugnahme auf die Abbildung 2 sind bei
dem sich ergebenden Werkstück die Einsätze in der
(den) vorgenannten Öffnungen(en) und/oder dem
Grundloch (den Grundlöchern) und/oder den
Aussparungen (nicht dargestellt) eingebettet.
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Unter Bezugnahme auf die Abbildung 5 kann der
Einsatz die Form eines Ringes mit einem Bund (2.1)
besitzen. Bei dieser Ausführung ist die Höhe (H) des
Ringes leicht geringer als die Dicke (E1) des
Fertigteils; der Ring wird damit gleichzeitig auf
Höhe des Bundbereichs und im Bodenteil durch das
Material festgehalten. Bei der Einpassung des
Einsatzes in ein Grundloch besitzt der Einsatz eine
Bodenfläche (2.4).
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Unter Bezugnahme auf die Abbildungen 6 und 7
kann der Ring längs des Außenrandes auf ganzer oder
teilweiser Höhe kreisförmig angeordnete Riffelungen
(2.2) aufweisen. Der Ring kann auch auf dem ganzen
Rand oder teilweise eine oder mehrere Längsrillen
(2.3) besitzen. Die Riffelungen und Rillen bilden
damit Verankerungsmöglichkeiten für das Material des
Rohlings, das sich beim Fließpressen aus dem Umformen
desselben ergibt.
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Die Abbildung 8 zeigt eine andere Gestaltung
des Einsatzes, der eine kreuzförmige oder sonstige
Form besitzen kann.
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Die Form des Einsatzes (der Einsätze) ist
unbegrenzt; auf jedem herzustellenden Werkstück
können Einsätze unterschiedlicher Form angebracht
werden, ohne dass der Rahmen der Erfindung in der
beanspruchten Form verlassen wird.
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Der Einsatz (die Einsätze) kann (können) aus
jedem beliebigen metallischen, zusammengesetzten oder
sonstigen Werkstoff hergestellt werden.
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Nach dem Fließpressen wird der Stempel durch
beliebige geeignete Vorrichtungen angehoben, und das
Fertigteil wird ausgeworfen, bevor ein neuer
Arbeitstakt beginnt.
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Aus der Erfindung gehen die Vorteile deutlich
hervor. Hervorzuheben ist die neue Möglichkeit, einen
oder mehrere Einsätze zum Zweck der Einbettung sehr
einfach und schnell in einem Gußrohling zu
positionieren. Man kann damit in Abhängigkeit von dem
Bedarf und den verschiedenen Krafteinwirkungen auf
das Werkstück problemlos einzelne örtliche
Verstärkungszonen auf dem Rohling und dem
herzustellenden Werkstück anbringen. Man braucht dazu
bei der Fertigung des Rohlings nur eine oder mehrere
Öffnungen und/oder Aussparungen und/oder Grundlöcher
in jeder beliebigen zweckmäßigen Form vorzusehen, die
bei einem einzigen Fließpressvorgang das Einbringen
von Einsätzen mit einem komplementären Profil
ermöglichen. Ein derartiges Verfahren kann ohne
weiteres auf eine automatisierte Produktion
zugeschnitten werden.