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Die Erfindung betrifft ein Druckgussbauteil insbesondere für eine Karosserie oder ein Fahrwerk eines Kraftwagens sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 11 angegebenen Art.
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Ein derartiges Druckgussbauteil bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung sind beispielsweise aus der
DE 101 53 306 A1 als bekannt zu entnehmen, wobei die Oberfläche eines metallischen Einlegeteils zunächst in einem Druckgießwerkzeug konditioniert wird. Hierzu wird auf die Oberfläche des Einlegeteils eine Metallschicht im Druckgießverfahren aufgebracht, wobei unter anderem die Rauheit der Oberfläche durch gezielte Einbringung von Vertiefungen vergrößert werden soll. Die Positionierung des Einlegeteils innerhalb des Druckgießwerkzeugs erfolgt mittels einer Pinole. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird dann das konditionierte Einlegeteil in eine Sandform eingelegt und auf einem Sandkern angeordnet. Im Anschluss daran wird das konditionierte Einlegeteil in einem Sandgießverfahren mit einer Metallschmelze bestehend aus einer Aluminiumlegierung eingegossen.
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Als nachteilig bei diesem bekannten Druckgussbauteil sowie dem Verfahren zu seiner Herstellung ist der Umstand anzusehen, dass das Einlegeteil auf aufwändige Weise innerhalb des Formhohlraums der Gießform bzw. des Gießwerkzeugs gehalten werden muss, damit dieses während der Formfüllung nicht verrutscht bzw. nicht verformt wird. Diese Gefahr steigt natürlich einhergehend mit dem Druck, mit dem die Metallschmelze in die Gießform bzw. das Gießwerkzeug eingefüllt wird. Demgemäß ergibt sich insbesondere bei den druckunterstützten Gießverfahren wie beispielsweise beim Druck- und Niederdruckguss oder beim so genannten Squeezecasting die Notwendigkeit, das Einlegeteil innerhalb der Gießform bzw. dem Gießwerkzeug lagedefiniert zu positionieren.
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Aus der
DE 4 444 328 A1 ist ein Befestigungselement für Scheibenwischer bekannt, welches als metallisches Gussbauteil ausgebildet ist. Das Befestigungselement umfasst ein Verstärkungselement, welches in den Metallkörper eingegossen wird. Fortsätze des Befestigungselement ragen über die Oberfläche des Metallgusses hinaus und werden beim Guss in entsprechende Ausnehmungen der Gussform eingelegt, um das Verstärkungselement während des Gusses zu fixieren.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, ein Druckgussbauteil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass das Einlegeteil auf bedeutend einfachere Weise innerhalb der Gießform bzw. des Gießwerkzeugs zu positionieren bzw. anschließend positionsgenau innerhalb des Gussbauteils angeordnet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Druckgussbauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen beschrieben.
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Bei dem Druckgussbauteil gemäß der Erfindung umfasst das Einlegeteil eine Mehrzahl von zugeordneten Abstandshaltern, welche bis zu Außenseiten des Druckgussbauteils ragen. Mit anderen Worten ist das Einlegeteil mit einer Mehrzahl von Abstandshaltern versehen, welche sich an der Wandung der Gießform bzw. des Gießwerkzeugs abstützen, so dass das Einlegeteil beim Einfüllen der Metallschmelze an Ort und Stelle verbleibt. Eine erste Gruppe von Abstandshaltern ragt hierbei zu einer ersten Außenseite und eine zweite Gruppe von Abstandshaltern zu einer zweiten gegenüberliegenden Außenseite. Das Einlegeteil steht ferner mit einem freiliegenden Bereich gegenüber dem Metallgefäß über. Im Ergebnis kann somit ein Druckgussbauteil geschaffen werden, welches im Bereich des Einlegeteils genau definiert bzw. in der vorberechneten Weise durch dieses verstärkt wird. Mit anderen Worten werden durch die definierte Positionierung des Anlegeteils in der Gießform bzw. im Gießwerkzeug und somit anschließend auch im fertigen Druckgussteil reproduzierbare Bauteileigenschaften geschaffen, die eine prozesssichere Fertigung unter Minimierung von Ausschuss gewährleisten.
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Eine besonders sichere Positionierung des Einlegeteils innerhalb der Druckgussform kann erreicht werden, wenn die Abstandshalter vom Einlegeteil in Richtung von einander gegenüberliegenden Außenseiten des Druckgussbauteils abstehen. Mit anderen Worten kann das Einlegeteil somit innerhalb der Gießform bzw. des Gießwerkzeugs zwischen den die gegenüberliegenden Außenseiten des Druckgussbauteils bildenden Wandungen eingeklemmt bzw. positioniert werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat sich insbesondere ein Einlegeteil aus Metallblech als vorteilhaft gezeigt, in welches die Abstandshalter mittels eines Umformprozesses eingebracht sind. Über einen derartigen Umformprozess lassen sich die Abstandshalter äußerst kostengünstig und prozesssicher innerhalb des Metallblechs einbringen, so dass auch das Einlegeteil unter Minimierung von Ausschuss hergestellt werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass das Einlegeteil ein Mittelteil umfasst, von welchem die Abstandshalter seitlich abstehen. Der Mittelteil kann somit in besonders vorteilhafter Weise relativ zentral des Druckgussbauteils verlaufen, so dass dieses beidseitig von einer gleichmäßigen Umhüllung umgeben ist. Durch diese gleichmäßige Umhüllung des Mittelteils des Einlegeteils wird insbesondere die Korrosionsgefahr des Druckgussbauteils minimiert.
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Ein besonders einfach herzustellendes und mit konstanten Bauteileigenschaften ausgestattetes Druckgussbauteil lässt sich darüber hinaus realisieren, wenn sich die Außenseiten des Druckgussbauteils und das Mittelteil des Einlegeteils im Wesentlichen planparallel zueinander erstrecken. Darüber hinaus kann durch diese Anordnung auf beiden Seiten des Mittelteils eine im Wesentlichen konstant dicke Umhüllung geschaffen werden, welche neben konstanten mechanischen Festigkeits- bzw. Steifigkeitseigenschaften die Minimierung der Korrosionsgefahr gewährleistet.
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Eine besonders gute lagedefinierte Positionierung des Mittelteils innerhalb des Druckgussbauteils lässt sich darüber hinaus realisieren, wenn die Abstandshalter alternierend von beiden Seiten des Mittelteils in Richtung der zugeordneten Außenseite des Gussbauteils abstehen.
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Die Abstandshalter sind besonders einfach dadurch zu realisieren, dass Sacklöcher in das Einlegeteil eingeformt werden. Derartige Sacklöcher können beispielsweise in einem Tiefzieh- bzw. Prägeverfahren auf einfache Weise beispielsweise in den Mittelteil des Einlegeteils eingebracht werden.
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Sind hingegen die Abstandshalter unter Bildung von Durchgangsöffnungen in das Einlegeteil eingeformt, so wird über die Durchgangsöffnungen eine besonders gute Verbindung der Metallschmelze bzw. des Metallgusses auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Einlegeteils erreicht. Insgesamt ergibt sich somit eine äußerst gute Verbindung des Einlegeteils mit dem dieses umgebenden Metallguss.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Eingießen des Einlegeteils in das Druckgussbauteil zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die lagedefinierte Positionierung des Einlegeteils innerhalb der Gießform bzw. innerhalb des Gießwerkzeugs durch das Einlegeteil bzw. dessen Abstandshalter selbst vorgenommen werden kann. Mit anderen Worten kann somit auf einfache Weise auf zusätzliche Fixierungsmittel wie beispielsweise Pinolen oder Abstützungen an der Gießform bzw. dem Gießwerkzeug verzichtet werden. Vielmehr ermöglicht das Vorsehen von Abstandshaltern eine lagedefinierte Anordnung des Einlegeteils innerhalb der Gießform bzw. des Gießwerkzeugs im Wesentlichen ohne weitere Hilfsmittel.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von vier bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine schematische Schnittansicht durch ein Gussbauteil für eine Karosserie oder ein Fahrwerk eines Kraftwagens, innerhalb welchem ein Einlegeteil gemäß einer ersten Ausführungsform mit einem Mittelteil eingegossen ist, in welches eine Mehrzahl von im Wesentlichen kugelsegmentförmigen Sacköffnungen eingeformt sind, so dass die dadurch gebildeten Abstandshalter bis zu den Außenseiten des Gussbauteils ragen;
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2 eine schematische Schnittansicht auf das Gussbauteil gemäß 1, wobei ein alternatives Einlegeteil gemäß einer zweiten Ausführungsform mit senkrecht zu einem Mittelteil angeordneten stegförmigen Abstandshaltern ausgebildet ist, welche unter Bildung von Durchgangsöffnungen in das Einlegeteil eingeformt sind;
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3 eine schematische Schnittansicht durch das Gussbauteil gemäß einer dritten Ausführungsform, bei welcher die Abstandshalter im Unterschied zu 2 als schräg gegenüber dem Mittelteil verlaufende Stege ausbildet sind; und in
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4 eine schematische Schnittansicht durch das Gussbauteil gemäß den 1 bis 3, wobei jeweils ein Paar von Abstandshaltern in Richtung von einer der beiden Außenseiten des Gussbauteils ragt.
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In 1 ist in einer schematischen Schnittansicht ein Gussbauteil für eine Karosserie oder ein Fahrwerk eines Kraftwagens dargestellt, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel als etwa ebene Platte ausgebildet ist. Gleichfalls wäre es natürlich auch denkbar, das Gussbauteil rund, eckig oder mit Freiformflächen versehen auszubilden. Gleichfalls wäre es denkbar, das Gussbauteil als im Querschnitt mehreckiges oder rundes Hohlprofilträgerteil auszubilden, wobei an dessen Form selbstverständlich auch die Form eines im Weiteren noch näher beschriebenen Einlegeteils 10 anzupassen ist. Das Gussbauteil kann dabei beispielsweise als Säulen-, Längs- oder Querträgerteil ausgebildet sein. Darüber hinaus kann das Gussbauteil auch als Wandbereich der Karosserie und/oder als Bauteil des Fahrwerks eines Kraftwagens dienen.
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Das Einlegeteil 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Metallblech aus einer Aluminium-Knetlegierung oder einer Eisen-Legierung ausgebildet, welches einen im Wesentlichen ebenen Mittelteil 12 umfasst. Dabei weist das Einlegeteil 10 im Wesentlichen über seine ganze Erstreckung eine konstante Dicke auf. Gleichfalls wäre es natürlich auch denkbar, dass das Einlegeteil 10 über seine Erstreckung eine unterschiedliche Materialdicke aufweist. Eine unterschiedliche Materialdicke wäre beispielsweise durch sog. tailored-blanks realisierbar. Weiterhin verläuft das Einlegeteil 12 im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die gesamte Erstreckung des Gussbauteils. Ebenfalls wäre es jedoch auch möglich, dass das Einlegeteil 10 lediglich lokal beispielsweise an mechanisch hoch belasteten Stellen angeordnet wird. Im Rahmen der Erfindung als mit umfasst ist es zu betrachten, dass das Einlegeteil 10 natürlich aus allen gängigen Metalllegierungen hergestellt sein kann. Darüber hinaus wäre es auch denkbar, das Einlegeteil 10 gegebenenfalls aus einem nicht-metallischen, entsprechend thermisch belastbaren Werkstoff wie beispielsweise einem Keramikwerkstoff, einer Fasermatte oder dergleichen herzustellen.
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Innerhalb des Mittelteils 12 des Einlegeteils 10 sind eine Mehrzahl von im vorliegenden Ausführungsbeispiel kugelsegmentförmigen Sacköffnungen eingeformt, welche in einem vor dem Gießvorgang stattfindenden separaten Prozess beispielsweise durch Tiefziehen oder Prägen in das Einlegeteil 10 eingebracht worden sind. Das Einbringen der Sacköffnungen oder dgl. kann dabei im selben Umformschritt erfolgen, mit dem das Einlegteil 10 insgesamt umgeformt wird. Es ist klar, dass durch die Sacköffnungen ausgebildete Abstandshalter 14 auch napfartig, kegel- oder kegelstumpfförmig, zylindrisch oder dergleichen ausgebildet sein können. Es ist erkennbar, dass die Abstandshalter 14 bis zu jeweils zugehörigen Außenseiten 16, 18 des Gussbauteils ragen. Mit anderen Worten sind die Abstandshalter 14 so ausgebildet, dass das Einlegeteil 10 mit seinen beidseitig des Mittelteils 12 abstehenden Abstandshaltern 14 der Dicke des Gussbauteils entspricht. Hierdurch ist es möglich, dass das Einlegeteil 10 so im Formhohlraum der Gießform bzw. des Gießwerkzeugs angeordnet werden kann, dass sich dieses mit seinen Abstandshaltern 14 an den im anschließenden Gießverfahren die Außenseiten 16, 18 bildenden Wandungen der Gießform bzw. des Gießwerkzeugs abstützt.
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Die Außenseiten 16, 18 des Gussbauteils erstrecken sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel planparallel zueinander und bilden demgemäß eine im Wesentlichen ebene Wanddicke des Gussbauteils. Gleichfalls wäre es natürlich denkbar, dass die Außenseiten 16, 18 unterschiedliche Konturen bzw. Erstreckungsrichtungen aufweisen. Ebenfalls planparallel zu den Außenseiten 16, 18 erstreckt sich beim Gussbauteil gemäß 1 der Mittelteil 12. Darüber hinaus ist der Mittelteil 12 so innerhalb des Gussbauteils positioniert, dass dessen Distanz von den einander gegenüberliegenden Außenseiten 16 des Gussbauteils im Wesentlichen identisch ist. Mit anderen Worten bilden sich oberseitig und unterseitig des Mittelteils 12 etwa gleich dicke Umhüllungen des Einlegeteils 10 mit Metallschmelze 20 bzw. mit Gießmetall. Gleichfalls wäre es jedoch auch denkbar, dass der Mittelteil 12 des Einlegeteils 10 näher zu einer Außenseite 16, 18 des Gussbauteils angeordnet ist als zur anderen. Mit anderen Worten bilden sich dann oberseitig und unterseitig des Mittelteils 12 unterschiedlich dicke Umhüllungen des Einlegeteils 10 mit Metallschmelze 20 bzw. mit Gießmetall aus. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, ein mit einer Biege- bzw. Querkraft belastetes Gussbauteil auf seiner Zugseite mit einer dickeren und auf seiner Druckseite mit einer geringeren Umhüllung mit Metallschmelze 20 zu versehen, wodurch sich eine belastungsgerechtere Auslegung ergibt.
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Die Metallschmelze 20 bzw. das erkaltete Gießmetall bestehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer Aluminium-Legierung, welche in einem Gießverfahren unter erhöhtem Druck in der Gießform bzw. dem Gießwerkzeug abgebildet worden ist. Derartige druckunterstützte Gießverfahren wie zum Beispiel Druckguss, Niederdruckguss, Squeezecasting oder dergleichen sind entsprechend bekannt. Es ist klar, dass auch entsprechend andere Gießlegierungen und Gießverfahren zum Einsatz kommen können.
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In 2 ist in einer schematischen Schnittansicht das Gussbauteil gemäß 1 gezeigt, wobei ein alternativ gestaltetes Einlegeteil 10' vorgesehen ist.
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Dieses Einlegeteil 10' ist ebenfalls aus einem ebenen Metallblech gleich bleibender Dicke gestaltet, umfasst jedoch alternativ ausgebildete Abstandshalter 14'. Während nämlich die Abstandshalter 14 gemäß 1 als Sacköffnungen ausgebildet sind, sind die Abstandshalter 14' gemäß 2 als Stege ausgebildet, die unter Bildung von Durchgangsöffnungen 22 in den Mittelteil 12 des Einlegeteils 10' eingeformt sind. Mit anderen Worten sind hierzu die stegförmigen Abstandshalter 14' aus dem Mittelteil 12 ausgestanzt und entsprechend zur zugehörigen Außenseite 16 bzw. 18 umgebogen worden. Dabei verlaufen die Abstandshalter 14' im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Mittelteils 12 bzw. zu den Außenseiten 16, 18. Durch die Durchgangsöffnungen 22 ist auf einfache Weise eine Verbindung der Metallschmelze 20 bzw. des Gießmetalls auf beiden Seiten des Einlegeteils 10' bzw. des Mittelteils 12 geschaffen, so dass eine besonders gute Verbindung des Einlegeteils 10' mit der umgebenden Metallschmelze 20 gegeben ist. Da die Durchgangsöffnungen 22 im vorliegenden Ausführungsbeispiel bereits durch die Metallschmelze 20 befüllt sind, sind dementsprechend im Bereich der Durchgangsöffnungen 22 keine Verbindungslinien des Mittelteils 12 erkennbar. Vielmehr ist der Mittelteil 12 so dargestellt, als ob es aus vielen Einzelteilen bestehen würde. Dies ist jedoch nicht der Fall.
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3 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine weitere Ausführungsform des Gussbauteils, welche sich von derjenigen gemäß 2 lediglich dadurch unterscheidet, dass die als Stege ausgebildeten Abstandshalter 14' nicht senkrecht, sondern vielmehr schräg bezogen auf den Mittelteil 12 bzw. die Außenseiten 16, 18 des Gussbauteils verlaufen. Der Winkel der Abstandshalter 14' ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einheitlich gewählt. Gleichfalls wäre es natürlich auch denkbar, die Abstandshalter 14' in unterschiedlichen Winkeln zum Mittelteil 12 anzuordnen. Den drei Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 3 ist gemeinsam, dass die Abstandshalter 14, 14' alternierend von beiden Seiten des Mittelteils 12 in Richtung der zugeordneten Außenseite 16, 18 des Gussbauteils hin abstehen.
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Schließlich zeigt 4 in einer schematischen Schnittansicht eine weitere Ausführungsform des Gussbauteils, bei welchem wiederum ein Einlegeteil 10' verwendet worden ist, bei welchem Abstandshalter 14' unter Bildung von Durchgangsöffnungen 22 in das Einlegeteil 10' eingeformt worden sind. Insoweit entspricht die Ausführungsform gemäß 4 denjenigen gemäß den 2 und 3. Im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß 2 und 3 sind jedoch vorliegend keine alternierend von beiden Seiten des Mittelteils 12 in Richtung der zugeordneten Außenseite 16, 18 des Gussbauteils abstehenden Abstandshalter 14' vorgesehen, sondern vielmehr sind diese paarweise zusammengefasst. Mit anderen Worten steht jeweils ein Paar von Abstandshaltern 14' zu einer Außenseite 16, 18 des Gussbauteils hin ab.
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Im Rahmen der Erfindung als mitumfasst ist es zu betrachten, dass das Einlegeteil 10, 10' und insbesondere die zugehörigen Abstandshalter 14, 14' nicht nur einteilig ausgestaltet sein können, sondern vielmehr ist es auch denkbar, insbesondere die Abstandshalter 14, 14' mittels eines Fügverfahrens oder dergleichen am Mittelteil 12 des Einlegeteils 10, 10' zu befestigen. So könnten beispielsweise auch Bolzen durch Öffnungen des Einlegeteils 10, 10' hindurch gesteckt und anschließend formschlüssig mit diesem verstemmt bzw. verbunden werden.
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Es ist ersichtlich, dass allen Einlegeteilen 10, 10' gemeinsam ist, dass sich diese lagedefiniert innerhalb der Gießform bzw. des Gießwerkzeugs – unter Abstützung der Abstandshalter 14, 14' – positionieren lassen. Die Metallschmelze 20 kann somit unter erhöhtem Druck in die Gießform bzw. in das Gießwerkzeug eingelassen werden, ohne dass die Gefahr eines Verrutschens des Einlegeteils 10, 10' besteht. Hierdurch wird auf einfache Weise erreicht, dass das Einlegeteil 10, 10' auch tatsächlich an der geplanten Stelle innerhalb des Gussbauteils angeordnet ist. Dabei können die Abstandshalter 14, 14' insbesondere in denjenigen Bereich des Gussbauteils in größerer Stückzahl vorgesehen sein, in welchen ein relativ hoher Druck der Metallschmelze auf das Einlegeteil 10, 10' einwirkt und dementsprechend die Gefahr des Verrutschens besonders groß ist. Demgegenüber können in denjenigen Bereich des Gussbauteils, in welchen ein relativ niedriger Druck der Metallschmelze auf das Einlegeteil 10, 10' einwirkt, entsprechend weniger Abstandshalter 14, 14' vorgesehen werden.
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Das Einlegeteil 10, 10' kann gegenüber dem Metallguss mit einem freiliegenden Bereich überstehen, welches zur lagedefinierten Positionierung in einer Aufnahme der Gießform bzw. des Gießwerkzeugs aufgenommen und gehalten werden kann. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, neben den Abstandshaltern 14, 14' eine weitere Fixierung des Einlegeteils 10, 10' zu schaffen. Dabei ist es denkbar, sowohl einen Bereich des Mittelteils 12 wie auch einen Abstandshalter 14, 14' als gegenüber dem Metallguss überstehenden freiliegenden Bereich auszubilden.
