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Verfahren zur Herstellung gegossener Metallbauteile Die Erfindung.
bezieht sich auf ein Verfahren zur - Herstellung gegossener Bauteile mit ausgeglichenem
Kraftverlauf.
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Es wurde schon vorgeschlagen, an hochbelasteten Stellen gegossener
oder gepreßter Bauteile Einlagen aus zäherem Metall einzusetzen, um Verformungen
oder Beschädigungen an diesen hochbelasteten Stellen zu vermeiden. Es wurden z.
B. in Leichtmetallzylindern Ventilsitzringe aus härterem Metall eingegossen oder
in Preßharzteile Metallstücke eingepreßt, um Gewinde aufnehmen zu können. In allen
diesen Fällen wird an einer besonders stark durch äußere Einwirkung belasteten Stelle
ein weicherer Baustoff durch einen härteren ersetzt. Der dicht gedrängte Kraftfluß
an solchen hochbelasteten Stellen bleibt aber vorhanden.
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In Leichtmetallkolben wurden ferner Ringe aus zähem Metall eingelegt,
um eine Deformation infolge von Wärmedehnung 'zu vermeiden. Auf den Verlauf des
Kraftflusses ist keine Rücksicht genommen. Er wird durch die Einlagen nicht begünstigt.
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Bei Eisenbeton «-erden ebenfalls an den hochbelasteten Stellen Eisenarmierungen
eingelegt, um die Zugkräfte zu übertragen. Zwischen den Armierungen und dem Beton
entsteht beim Herstellen keine wesentliche Haftung: Die Kräfte werden durch die
umgebogenen Enden der Armierungsstäbe übertragen. Aus diesem Grunde kann sich keine
Verlagerung
von Kraftlinien einstellen, es werden vielmehr die ganzen Zugkräfte durch die Armierung
übertragen und nur die Druckkräfte von Beton übernommen. Druck- oder Biegebeanspruchungen
können von den Armierungseisen überhaupt nicht aufgenommen «--erden.
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Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß zur Ablenkung
des Kraftflusses von hochbelasteten nach weniger belasteten Stellen mindestens ein
Metallformstück, dessen Elastizitätsmodul vom Elastizitätsmodul des zu vergießenden
abweicht, in die Form des Bauteils eingelegt und durch Gießen mit dem Bauteil vereinigt
wird.
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Beim Bauteil nach der Erfindung sollen nicht, wie bisher, einfach
an hochbelasteten Stellen -weniger zähe Baustoffe durch zähere oder härtere ersetzt
werden. Es soll vielmehr der verdichtete Kraftfluß nach den weniger stark belasteten
Stellen abgelenkt werden, so daß er gleichmäßiger auf den Querschnitt des Bauteils
verteilt ist. Für gleichmäßige Verteilung der Spannung _ist Bedingung, daß zwischen
dem gegossenen Metall des Bauteils und dem eingelegten Formstück eine innige Verbindung
durch Verschweißung oder Verschmelzung entsteht, wodurch die entstehenden Schubkräfte
zwischen den beiden Metallen voll übertragen werden können. Das Metallformstück
kann dann außer auf Zug auch auf Druck und Biegung beansprucht sein. Man hat es
in der Hand, die eingelegten Formstücke derart zu formen, daß der Kraftfluß auf
einen größeren Querschnitt praktisch gleichmäßig verteilt ist, um die Dauerfestigkeit
des gesamten Teiles zu heben.
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Das Formstück kann, insbesondere bei Metallen, die schon bei niedrigen
Temperaturen fließen, während des Gießens durch eine Art Thermitschweißung (mitAluminiumüberzug),
oder ähnliche Schweiß- oder Einschmelzverfahren, mit dem Bauteil vereinigt werden.
Zu diesem Zweck kann das Formstück z. B. vor dem Vergießen mit dem Bauteil in flüssiges
Magnesium eingetaucht oder mit einem anderen leicht schmelzbaren metallischen Überzug
versehen werden, so dalbeim Eingießen in den Bauteil eine Verschweißung des flüssigen
Metalls mit dem Formstück begünstigt wird. Das Formstück kann entwedervollständig
innerhalb des Querschnitts des Bauteils oder teilweise innerhalb der Oberfläche
des Querschnitts verlaufen. Das Formstück kann z. B. durch Gießen, Schmieden, Ziehen
oder Pressen hergestellt «-erden.
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Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher
erläutert. Abb. i bis 4. zeigen bekannte Ausführungen, Abb. 5 und 6 eine Ausführung
nach der Erfindung. Abb. 7 stellt eine weitere bekannte Ausführung dar, während
Abb. 8 und 9 eine zweite Ausführung nach der Erfindung veranschaulichen. Die Richtung
des Kraftangriffs ist durch die Pfeile 3 dargestellt.
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Der mit einem Flansch versehene Bauteil i (Abb. i und 2) soll mittels
eines Bolzens 2 mit einem andern Bauteil vereinigt werden. Durch den Bolzen 2 werden
also Zug- oder Druckkräfte auf den Flansch ausgeübt. Ent-;,sprechend der Form des
Bauteils sind die ,''-Kraftlinien 3 in einem mittleren Bereich stark angehäuft,
während zu beiden Seiten die Beanspruchung des Baustoffs bedeutend geringer ist.
Die hohe Beanspruchung in der Mitte kann zu vorzeitiger Zerstörung führen, insbesondere
bei wechselnder Beanspruchung.
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Es wurde auch schön vorgeschlagen, in Guß= oder Preßstücke Büchsen
q. (Abb. 3 und d.) aus einem härteren bzw. zäheren Metall einzusetzen, um mindestens
im Bereich der Gewindefläche vorzeitige Zerstörung zu verhüten. Der gedrängte Kraftfluß
in der Mitte bleibt aber erhalten, da die elastische Verteilung des Baustoffs unverändert
blieb.
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Nach der Erfindung (Abb. 5 und 6) sind zwei Formstücke 5 aus einem
Baustoff mit höherem Elastizitätsmodul in den Bauteil eingegossen. Durch die Art
des für das Formstück gewählten Baustoffs, seine Formgebung und seine Anordnung
in der Form des Metallbauteils wird erreicht, daß der Kraftfluß 3 im Zentrum keine
Verdichtung mehr aufweist, sondern auf eine größere Ausdehnung gleichmäßig verteilt
wird. Die Gefahr für vorzeitigen Dauerbruch oder Zerstörung wird dadurch vermieden,
da geringe Beanspruchung je Flächeneinheit vorliegt.
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Abb. 7 zeigt eine der bekannten gegossenen Kurbelwellenwangen, «-elche
einen Kurbelzapfen 6 mit einem Wellenzapfen 7 verbindet. Bei der normalen Formgebung
der Kurbelwange tritt im mittleren Teil, an der Stelle 8, eine starke Anhäufung
von Kraftlinien auf. Die äußeren Teile g der Kurbelwange, die eine geringere Steifigkeit
aufweisen, werden bedeutend weniger belastet.
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Wird gemäß der Erfindung ein ro (Abb.8 und 9) oder mehrere geteilte
Formstücke mit richtiger Formgebung und einem höheren Elastizitätsmodul in die Kurbelwange
eingegossen, so wird eine Kraftlinienanhäufung nicht mehr entstehen. Die Kraftlinien
werden gleichmäßiger auf einen größeren Querschnitt verteilt. Die äußeren Teile
9 werden in vermehrtem -Maß zur Kraftübertragung herangezogen, und der mittlere
Teil unterliegt nicht mehr der Gefahr vorzeitiger Zerstörung. Die eingegossenen
Formstücke können auch zu einem durchgehenden Formstück für den ganzen Bauteil
zusammengefaßt
werden. In vorliegendem Fall der Kurbelwelle kann also das eingegossene Formstück
als ein vom vorderen bis zum hinteren Ende durchgehendes Stäzck ausgebildet und
der je Zapfen auftretenden Beanspruchung angepaßt werden.
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Die Formstücke können z. B. als Stahlformguß oder aus einem anderen
Metall durch Gießen hergestellt werden. Es ist auch möglich, die Formstücke im Gesenk
oder mittels eines anderen Verfahrens zu schmieden. Es ist weiter möglich, die Formstücke
warm zu pressen. Bei mit hohen Temperaturen schmelzenden Metallen können die Formstücke
unmittelbar in die Form des Baustücks eingelegt- werden. Durch die hohe Temperatur
des zu vergießenden Metalls entsteht dann eine innige Schmelzverbindung. Es empfiehlt
sich, die Formstücke vor dem Einlegen in die Form gründlich zu reinigen, insbesondere
von ' Oxydschicht zü befreien. Sollte die Schmelztemperatur für eine Schmelzverbindung
nicht hinreichend sein, so kann -.z. B. durch Eintauchen in flüssiges Magnesium
oder durch sonstige Überzüge der Formkörper für gutes Einschweißen vorbereitet werden.
Während des Gießens des Metalls wird dann durch Verschweißen _eine innige Verbindung
zwischen dem Bauteil und dem Formstück entstehen. Die Formstücke müssen von Fall
zu Fall der jeweils vorliegenden Belastung und Beanspruchung des Baustücks entsprechend
angepaßt sein. Die Metallformstücke können auch anstatt einen höheren Elastizitätsmodul
einen geringeren als das für den Bauteil zu vergießende Metall aufweisen. Sie müssen
dann nur entsprechend geformt und in andere Zonen verlegt werden.