DE19710604A1 - Vorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung eines Gußwerkstückes mit eingegossenem Einlegeteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Gußwerkstücken mit zumindest teilweise eingegossenen Einlegeteilen im Ko­ killengußverfahren sowie auch eine Vorrichtung für ein der­ artiges Herstellverfahren

Allgemein sind bei zahlreichen gegossenen Bauteilen in ma­ schinenbaulicher Anwendung die spezifischen Eigenschaften des Gußwerkstoffes unzureichend, was nicht selten das Er­ fordernis von eingegossenen Einlegeteilen mit den gewünsch­ ten Werkstoffeigenschaften begründet. Beispielhaft sei an dies er Stelle die deutsche Offenlegungsschrift DE 196 05 623 A1 genannt, in der eine Leichtbauscheibenbremse vorzugsweise aus Aluminium offenbart wird, die über teilweise eingegosse­ ne Metallbolzen, vorzugsweise aus Titan, verfügt. Die einge­ gossenen Metallbolzen dienen dabei in erster Linie zur Ab­ stützung und Führung der innerhalb des Belagschachtes des Bremsgehäuses angeordneten Bremsbacken. Vornehmlich überneh­ men die Bolzen dabei der Übertragung der Bremsumfangskräfte und sind damit extrem hohen Werkstoffbelastungen ausgesetzt, die vom sonstigen Gußwerkstoff des Bremsgehäuses (z. B. Alu­ minium) nicht verkraftet werden. Derartige Bremsgehäuse mit Einlegeteilen werden üblicherweise im Kokillengußverfahren hergestellt. Eine besondere Schwierigkeit liegt darin, jedes Einlegeteil sicher und positionsgenau in die Gußform (Kokil­ le) einzubringen sowie gleichzeitig innerhalb der geschlos­ senen Kokille exakt zu zentrieren. Bei bekannten Gießverfah­ ren wird jedes Einlegeteil üblicherweise in eine Hälfte der geteilt ausgeführten und geöffneten Kokille eingesetzt. Da­ bei reicht die Führungslänge bzw. die Einschubtiefe des Ein­ legeteiles innerhalb der Kokillenhälfte für eine positions­ genaue Zentrierung in der Regel nicht aus und zudem kann sich das Einlegeteil insbesondere während des Gußvorganges noch innerhalb der Kokille verschieben. Daraus ergibt sich häufig eine ungenaue Positionierung des Einlegeteiles in­ nerhalb des fertigen Gußwerkstückes, wodurch dieses nicht selten unbrauchbar wird.

Die sich daraus ergebende Aufgabe der Erfindung besteht dar­ in, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gußwerkstückes mit eingegossenem Einlegeteil anzuge­ ben, wobei sowohl das Einsetzen des Einlegeteiles in die Kokille wie auch die Möglichkeit der Zentrierung des Ein­ legeteiles innerhalb der Kokille verbessert werden soll.

Erzielt wird die Lösung der Aufgabe durch eine Vorrichtung nach der Merkmalskombination des Patentanspruches 1. Danach besteht die Vorrichtung aus einer Kokille, die aus zumindest zwei getrennten Kokillenelementen besteht, welche letztend­ lich die Formgebung des Gußwerkstückes bestimmen. Jedes der Kokillenelemente besitzt eine Führungsöffnung, in der ein verschiebbar angeordneter Stempel gelagert ist. Nach dem Einsetzen des Einlegeteiles in eine innerhalb eines Kokil­ lenelementes angeordneten Führungsöffnung der insgesamt of­ fenen Kokille wird das Einlegeteil bei geschlossener Kokille von zumindest zwei Stempeln gehalten und kann durch Ver­ schiebung der Stempel innerhalb ihrer Führungsöffnungen ex­ akt in der Kokille positioniert und zentriert werden. Die Verschiebbarkeit der Stempel innerhalb der Führungsöffnungen ermöglicht ein einfaches Einsetzen des Einlegeteiles in ei­ nes der Kokillenelemente bei ausreichender Führungslänge innerhalb der Führungsöffnung. In einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Vorrichtung sind zumindest zwei Stempel vor­ gesehen, die mit ihren zugehörigen Führungsöffnungen auf einer Achse angeordnet sind, die gleichzeitig auch die Bewe­ gungsrichtung der Stempel bestimmt. Dabei besitzen die Stem­ pel vorzugsweise den gleichen Querschnitt wie der in die Führungsöffnung eingeschobene Führungsabschnitt des Einlege­ teiles. Genauere Einzelheiten zur Ausführung der gesamten Vorrichtung werden in den Unteransprüchen 2 bis 4 genannt.

Ergänzend dazu wird für ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Gußwerkstückes mit eingegossenem Einlege­ teil in Kokillenguß um Schutz ersucht. Das Verfahren sieht eine geteilte Kokille vor mit zumindest zwei Kokillenelemen­ ten, wobei in eines der Kokillenelemente bei geöffneter Ko­ kille das Einlegeteil bei ausreichender Führungslänge mit seinem Führungsabschnitt in eine entsprechend geformte Füh­ rungsöffnung des Kokillenelementes eingeschoben wird. Als Anschlag für das Einlegeteil wirkt ein innerhalb der Füh­ rungsöffnung versenkt angeordneter verschiebbarer Stempel. Nach dem Schließen der Kokille und gleichzeitigem Zentrieren der einzelnen Kokillenelemente wird ein zweiter Stempel, der innerhalb einer weiteren Führungsöffnung eines anderen Ko­ killenelementes verschiebbar gelagert ist, in Richtung des Einlegeteiles verschoben und mit diesem in Anlage gebracht. Das dadurch zwischen den beiden Stempeln fixierte Einlege­ teil kann nun innerhalb der Kokille exakt positioniert und zentriert werden. Erst bei Erreichen der Endposition inner­ halb der Kokille, die der genauen Position des Einlegeteiles innerhalb des fertigen Gußwerkstückes entspricht, wird die Kokille schließlich mit dem Gußwerkstoff befüllt. In einer bevorzugten Variante des Verfahrens befindet sich das Ein­ legeteil in seiner Endposition innerhalb der Kokille mit zumindest zwei Führungsabschnitten in zugehörigen Führungs­ öffnungen der Kokillenelemente. Dadurch kann das Einlegeteil selbst bei geringer Einschubtiefe innerhalb der Führungsöff­ nungen sicher innerhalb der Kokille fixiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eines zugehörigen Verfahrens zur Herstellung eines Gußwerkstückes mit Einlegeteil wird anhand der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf ein Guß­ werkstück(Teil eines Bremsgehäuses) mit teilweise eingegossenem Einlegeteil,

Fig. 2 in fünf Einzeldarstellungen eine Vorrichtung bzw. den Ablauf eines Herstellverfahrens für ein der Fig. 1 entsprechendes Gußwerkstück mit Einlegeteil.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das zugehörige Ver­ fahren zur Herstellung eines Gußwerkstückes mit eingegosse­ nem Einlegeteil ist allgemein für Gußwerkstücke jeden Mate­ rials und gleich welcher Anwendung anwendbar. Gleichfalls ist die Vorrichtung sowie auch das Herstellverfahren unab­ hängig von der Formgebung des Gußwerkstückes bzw. des Ein­ legeteiles. Damit ist die Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des Herstellverfahrens anhand eines gegos­ senen Bremsgehäuses mit zugehöriger Gießvorrichtung als rein exemplarisch zu verstehen.

Fig. 1 ist als allgemeines Beispiel für ein Gußwerkstück mit eingegossenem Einlegeteil ein Teil eines Bremsgehäuses 1 mit zumindest teilweise eingegossenem Metallbolzen 2 zu entneh­ men. Das dargestellte Bremsgehäuseteil 1 ist Bestandteil einer Festsattelbremse, die den Rand einer nicht gezeigten Bremsscheibe axial überragt und beiderseitig der Bremsschei­ be angeordnete Bremsbacken aufnimmt. Dabei sind die nicht gezeigten Bremsbacken innerhalb eines Belagschachtes 3 axial verschiebbar untergebracht und in Umfangsrichtung an den eingegossenen Metallbolzen 2 abgestützt. Die Abstützung der Bremsbacken in Umfangsrichtung dient der Übertragung der Bremsumfangskräfte ausgehend von den Bremsbacken auf das Bremsgehäuse 1, das fahrzeugfest montiert ist. Die eingegos­ senen Metallbolzen 2 sind aufgrund der Größe der Bremsum­ fangskräfte einer erheblichen Materialbeanspruchung ausge­ setzt und erfordern dementsprechend eine Auswahl eines ge­ eigneten und widerstandsfähigen Materials. Der eigentliche Gußwerkstoff des Bremsgehäuses 1 insbesondere bei Leichtbau­ ausführungen (z. B. Aluminium oder Aluminiumlegierungen) hält derart hohen Beanspruchungen an der Belagabstützung nicht stand und erfordert damit das Einsetzen bzw. Eingießen von widerstandsfähigen Einlegeteilen aus einem hoch strapazier­ fähigen Werkstoff. Zur Realisierung der genauen Positionie­ rung und Zentrierung des Metallbolzen 2 innerhalb des Brems­ gehäuses 1 wird der Metallbolzen 2 oder allgemein das Ein­ legeteil innerhalb der geteilten Gußform bzw. Kokille von zumindest zwei Stempeln 4,5 gehalten, die jeweils innerhalb eines Kokillenelementes verschiebbar geführt sind und die in Fig. 1 ebenfalls andeutungsweise abgebildet sind.

Fig. 2 zeigt in fünf Einzeldarstellungen Einzelheiten der Gießvorrichtung 6 bzw. den genauen Ablauf des Verfahrens zur Herstellung beispielsweise eines Bremsgehäuses 1 mit Metall­ bolzen 2 entsprechend der Fig. 1. Die Gießvorrichtung 6 mit zugehörigem Herstellverfahren betrifft im Kokillenguß her­ gestellte Gußwerkstücke 1 mit zumindest teilweise eingegos­ senen Einlegeteilen 2. Dabei ist die Gußform oder auch Ko­ kille 7 geteilt ausgeführt und besteht aus zumindest zwei Kokillenelementen 8, 9. In Vorbereitung des Gußvorganges sind die beiden Kokillenelemente, die auch als Unterkasten 8 und Oberkasten 9 bezeichnet werden, geöffnet. In diesem Zustand wird der Metallbolzen 2 mit seinem Führungsabschnitt 10 in eine zugehörige Führungsöffnung 11 innerhalb des Unterka­ stens 8 eingeschoben. Die Einschubtiefe bzw. Führungslänge des Metallbolzens 2 innerhalb der Führungsöffnung 11 wird durch einen innerhalb der Führungsöffnung 11 verschiebbar angeordneten Stempel 4 begrenzt. Der Metallbolzen 2 wird bis zum Anschlag am Stempel 4 in die Führungsöffnung 11 einge­ schoben und besitzt damit bei ausreichender Einschubtiefe einen sicheren Halt im Unterkasten 8. Danach wird die aus Unterkasten 8 und Oberkasten 9 bestehende Kokille gemäß Fig. 2b geschlossen und anschließend werden Oberkasten und Unter­ kasten 8, 9 zueinander zentriert (siehe Fig. 2c). Dabei wird der innerhalb der Führungsöffnung 11 aufgenommene Metall­ bolzen 2 mit seinem gegenüberliegenden, in das Innere der Kokille 7 hineinragenden Ende gerade noch nicht vom Oberka­ sten 9 berührt. Bei abgeschlossener Zentrierung von Oberka­ sten 9 und Unterkasten 8 wird ein zweiter Stempel 5, der innerhalb des Oberkastens 9 in einer entsprechenden Füh­ rungsöffnung 11 in Richtung des Kokilleninneren bis zum An­ schlag am Metallbolzen 2 verschoben. Damit ist der Metall­ bolzen 2 bzw. allgemein das Einlegeteil zwischen den Stem­ peln 4, 5 fixiert. Zur Verbesserung der Halterung des Ein­ legeteiles 2 an den Stempeln 4,5 ist es besonders vorteil­ haft, durch eine geeignet gestaltete Aufnahme im Stempel 4, 5 das Einlegeteil 2 zunächst auch gegenüber den Stempeln 4, 5 zu zentrieren. Dies kann auf einfache Weise dadurch reali­ siert werden, daß der Stempel 5 im Oberkasten 9 eine bei­ spielsweise zylinderförmige Zentrieröffnung aufweist, in die ein zugehöriger Absatz des Einlegeteiles 2 eingreift. Idea­ lerweise ist einer der Stempel 5 mit einem größeren Quer­ schnitt als der zugehörige Führungsabschnitt 10 des Einlege­ teiles ausgeführt und kann damit diesen umgreifen, wohinge­ gen der andere Stempel 4 den gleichen Querschnitt wie der Führungsabschnitt 10 des Einlegeteiles 2 aufweist. Der nach Fig. 2d zwischen den beiden Stempeln 4, 5 fixierte Metall­ bolzen 2 kann nun durch Verschiebung der beiden Stempel 4, 5 in Achsrichtung 12 in seine gewünschte Endposition innerhalb der Kokille 7 gebracht werden. Es wird dadurch gestattet, den Metallbolzen 2 positionsgenau innerhalb der Kokille 7 zu zentrieren. Vorteilhafterweise sind dabei die beiden Füh­ rungsöffnungen 11 innerhalb der Kokillenelemente 8, 9 sowie die zugehörigen Stempel 4, 5 auf einer einzigen Achse ange­ ordnet, die gleichzeitig auch die Bewegungsrichtung 12 der beiden Stempel 4, 5 kennzeichnet. Es erweist sich als beson­ ders günstig, die Endposition des Bolzens 2 innerhalb der Kokille 7 derart zu bemessen, daß der einzugießende Metall­ bolzen 2 mit zumindest zwei Führungsabschnitten 10 innerhalb entsprechend gestalteter Führungsöffnungen 11 in den Kokil­ lenelementen 8, 9 aufgenommen ist, um einen sicheren Halt in der Kokille zu gewährleisten. Die Aufnahme des Metallbolzens 2 an zumindest zwei Abschnitten 10 innerhalb der Kokille 7 erlaubt sehr geringe Einschubtiefen des Einlegeteiles 2 in­ nerhalb der Gußform 7, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, ein Einlegeteil 2 je nach Anwendungsfall nahezu vollständig mit Gußwerkstoff zu umgießen. Erst bei genauer zentrierter Positionierung des Einlegeteiles 2 innerhalb der Kokille 7 wird das Kokilleninnere abschließend mit Gußwerkstoff be­ füllt.

Der entscheidende Punkt der Erfindung liegt in den zumindest zwei innerhalb der jeweiligen Kokillenelemente 8, 9 ver­ schiebbar angeordneten Stempeln 4, 5, die zunächst ein kom­ fortables Einsetzen des Einlegeteiles 2 in einen Teil der Kokille 7 ermöglichen und darüber hinaus bei geschlossener Kokille 7 durch gemeinsame, koordinierte Verschiebung das Einlegeteil 2 in seine exakte endgültige Lage innerhalb der Kokille und damit auch innerhalb des fertigen Gußwerkstückes bringen. Selbstverständlich ist auch eine größere Anzahl von Stempeln denkbar, was allerdings die koordinierte Steuerung der gemeinsamen Stempelbewegung kompliziert. Allgemein er­ folgt die Steuerung der Stempelbewegung vorteilhafterweise elektronisch, wobei die Betätigung der Stempelbewegung elek­ trisch, hydraulisch oder aber auch mechanisch erfolgen kann.

Claims (6)

1. Vorrichtung (6) zur Herstellung eines Gußwerkstückes (1) mit wenigstens einem zumindest anteilig eingegossenen Einlegeteil (2) im Kokillengußverfahren, mit einer Ko­ kille (7), die aus mindestens zwei zur Festlegung der Formgebung des Gußwerkstückes (1) bestimmten Kokillen­ elementen (8, 9) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Kokillenelemente (8, 9) jeweils eine Füh­ rungsöffnung (11) mit einem axial darin verschiebbar angeordneten Stempel (8, 9) besitzen, wobei das Einlege­ teil (2) innerhalb der Kokille (7) zwischen den Stempeln (4, 5) fixierbar ist und während des Gießens mit wenig­ stens einem Führungsabschnitt (10) in einer zugehörigen Führungsöffnung (11) angeordnet ist.

2. Vorrichtung (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel (4, 5) bzw. die zugehörigen Führungsöff­ nungen (11) in den Kokillenelementen (8, 9) auf einer Achse (12) angeordnet sind, die gleichzeitig auch die Bewegungsrichtung (12) der Stempel (8, 9) bestimmt.

3. Vorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Stempel (8, 9) den gleichen Querschnitt wie der Führungsabschnitt des Einlegeteiles (2) aufweist.

4. Vorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Stempel (8, 9) eine Aufnahme, vorzugsweise eine Zentrieröffnung, für einen entsprechend gestalteten Bereich des Einlegeteiles (2) besitzt.

5. Verfahren zur Herstellung eines Gußwerkstückes (1) mit wenigstens einem zumindest anteilig eingegossenen Ein­ legeteil (2) in Kokillenguß, wobei die Kokille (7) aus mindestens zwei zur Festlegung der Formgebung des Guß­ werkstückes 1 bestimmten Kokillenelementen (8, 9) be­ steht, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensmerkmale:

• - bei geöffneten Kokillenelementen (8, 9) wird das Ein­ legeteil (2) mit einem Führungsabschnitt (10) in eine entsprechend geformte Führungsöffnung (11) in einem ersten Kokillenelement (8) eingeschoben bis zum An­ schlag an einem axial verschiebbar innerhalb der Füh­ rungsöffnung (11) angeordneten ersten Stempel (4),
• - die Kokille (7) wird bei gleichzeitigem Zentrieren der Kokillenelemente (8, 9) geschlossen,
• - ein zweiter Stempel (5), der innerhalb einer weiteren Führungsöffnung (11) in einem zweiten Kokillenelement (9) axial verschiebbar gelagert ist, wird in Anlage mit dem Einlegeteil (2) gebracht,
• - das zwischen zumindest zwei Stempeln (4, 5) fixierte Einlegeteil (2) wird durch Verschiebung der Stempel (4, 5) relativ zu den jeweiligen Kokillenelementen (8, 9) in die vorgesehene Endposition innerhalb der Kokille (7) gebracht,
• - die Kokille (7) wird abschließend mit Gußwerkstoff befüllt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (2) in seiner Endposition innerhalb der Kokille (7) mit Führungsabschnitten (10) in zugehörigen Führungsöffnungen (11) von zumindest zwei Kokillenele­ menten (8, 9) aufgenommen ist.