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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für Fluide, eine Pumpe mit einem solchen Gehäuse, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses.
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Aktoren innerhalb eines Fluidkreislaufs, wie z.B. eine Kreiselpumpe, weisen ein Gehäuse auf. Dieses ist typischerweise mit Flanschen zur Integrierung in den Flüssigkeitskreislauf versehen und weist in dessen Inneren einen je nach Art des Aktorelements ausgebildeten Strömungskanal auf.
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Es ist bekannt, solche Gehäuse durch Gießen herzustellen. Die dabei verwendeten Gussformen sind einmal verwendbar und bestehen aus mindestens zwei Teilen, die zum Gießen verspannt werden und nach dem Guss auseinandergezogen werden. Die Gussformen sollen möglichst viele Details der äußeren Gestalt des fertigen Gehäuses abbilden, wobei dies in der Regel insbesondere dadurch limitiert ist, dass das Ausziehen der Modelle aus einer fertigen Gussform nur dann gelingt, wenn sie in Ausziehrichtung keine Hinterschneidungen aufweist. Um auch Hinterschneidungen wie z.B. den Medienkanal abbilden zu können, werden Kerne verwendet, die vor dem Gießen in die Gussform eingebracht werden, und nach dem Guss aus dem fertigen, erstarrten Gehäuse entfernt werden. In der
EP 1 197 278 A2 wird ein Verfahren zum Gießen eines Gehäuses einer Kreiselpumpe vorgestellt, wobei auch die Bohrungen in den Flanschen und die ebenen Flächen der Flansche durch separate Formkerne abgebildet werden.
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Die gattungsgemäßen Gehäuse weisen meist auch einen Befestigungsbereich, beispielsweise einen Fuß, auf, der zur Montage des Gehäuses an einer Befestigungsstelle dient und Befestigungsstrukturen wie insbesondere Bohrungen aufweist.
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Im Stand der Technik ist bekannt, diese Füße nachträglich zu montieren, sodass das Gehäuse und der Fuß nicht aus einem Guss bestehen. Zum Beispiel wird in der
DE 201 06 608 U1 ein gegossenes Gehäuse für eine Kreiselpumpe offenbart, wobei der Fuß nachträglich auf das Gehäuse aufgebracht wird, da sie in dieser Form nicht zusammen mit dem Gehäuse gegossen werden konnten.
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Alternativ war bekannt, die Füße zusammen mit dem Gehäuse zu gießen, wobei jedoch die Befestigungsstrukturen durch Formkerne separat abzubilden waren oder nachträglich eingearbeitet wurden. Ein solches Gehäuse für eine Kreiselpumpe, wie es von der Anmelderin hergestellt wurde, ist beispielsweise in 1 gezeigt. Das Gehäuse ist allgemein mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Es weist einen hohlen Gehäusekörper 110 zur Aufnahme des Laufrades der Kreiselpumpe, einen Saugstutzen 120 mit einem Anschlussflansch und einem Einlasskanal 21, einen Druckstutzen 130 mit einem Anschlussflansch und einem Auslasskanal, sowie einen Fuß 150 auf. In der Figur ist ein oberhalb der Trennebene α liegender Teil sichtbar gemacht. Die Trennebene α korrespondiert zu derjenigen Ebene, die dem Grenzverlauf zwischen Teilen einer geteilten Gussform zum Gießen des Gehäuses korrespondiert. Dementsprechend können Hinterschneidungen bezüglich einer normal auf diese Ebene stehenden Abziehbahn nicht in der Gussform abgebildet werden und müssen separat durch Formkerne abgebildet oder nachträglich eingearbeitet werden. Dies trifft in der gezeigten Ausführungsform zum einen für die Bohrungen 125 und 135 in den Anschlussflanschen und zum anderen für die Befestigungsstrukturen 160 des Fußes 150 zu.
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Die Verwendung von zusätzlichen Formkernen und das nachträgliche Einarbeiten oder Anbringen von Füßen oder Befestigungsstrukturen ist jedoch fertigungs- und kostenaufwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Gehäuse bereitzustellen, welches einfacher zu fertigen ist. Eine weitere Aufgabe ist es, ein entprechendes Herstellungsverfahren bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Gehäuse gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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So ist erfindungsgemäß ein Gehäuse für Fluide vorgesehen, das wenigstens einen Anschlussflansch und wenigstens einen Fuß aufweist. Der Anschlussflansch weist eine Dichtfläche auf, die vorzugsweise ringförmig ist und eine zentrale Ausnehmung aufweist. Das Gehäuse ist, einschließlich Fuß und Flansch, aus einem Guss gefertigt. Bezogen auf die Gestalt des Gehäuses kann eine Trennebene definiert werden, die normal auf die Dichtfläche verläuft und diese schneidet. Der Fuß des gegossenen Gehäuses weist Befestigungsstrukturen auf, die so ausgerichtet und geformt sind, dass sie entlang keiner normal von der Trennebene verlaufenden Linie Hinterschneidungen aufweisen, und entlang keiner normal von dieser gedachten Trennebene verlaufenden Linie Hinterschneidungen darstellen.
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Die Trennebene ist kein körperliches Merkmal des Gehäuses. Sie stellt eine gedachte Ebene dar, deren Lage anhand des Gehäuses definiert ist. Sie korrespondiert vorzugsweise mit dem Grenzverlauf zwischen Teilen einer geteilten Gussform beim Gießen des Gehäuses. Die Trennebene schneidet die Dichtfläche an einem beliebigen Punkt, vorzugsweise in deren Mitte. In einer Ausführungsform verläuft die Trennebene daher durch den Mittelpunkt des Anschlussflansches. Vorzugsweise wird auch der Fuß von der Trennebene geschnitten.
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Die normal von der Trennebene verlaufenden Linien im Sinne des Anspruchs haben ihren Ursprung in der Trennebene und verlaufen senkrecht von dieser weg. Sie ensprechen vorzugsweise den Richtungsvektoren der Bahn, entlang der nach dem Gießen die Gussformen abgezogen werden. Wenn also der Fuß samt dessen Befestigungsstrukturen entlang dieser Linien bzw. bezüglich dieser Linien in Richtung von der Trennebene weg nicht hinterschnitten ist, so kann das Gehäuse samt dem Fuß und den Befestigungsstrukturen aus einem Guss gefertigt werden, ohne dass separate Formkerne benötigt werden. Der Fuß und die Befestigungsstrukturen können in der einmal verwendbaren Gussform selbst abgebildet werden.
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Das Gehäuse weist vorzugsweise im Inneren einen Fluidkanal auf, der je nach Anwendungsbereich des Gehäuses speziell ausgebildet sein kann. Insbesondere handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse um ein Gehäuse für eine Pumpe, und vorzugsweise um ein Spiralgehäuse für eine Kreiselpumpe. Der Anschlussflansch kann als Einlassstutzen oder Auslassstutzen für das Fluid dienen. Das Gehäuse besteht aus einem Material, das sich eignet, in eine Form gegossen zu werden. Bevorzugte Materialien umfassen Metalle oder Kunststoffe. Die Fertigung aus einem Guss bezieht sich vorzugsweise auf alle zum Gehäuse gehörigen Strukturelemente.
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In einer Ausführungsform weist das Gehäuse einen weiteren Anschlussflansch mit einer Dichtfläche auf, die vorzugsweise ringförmig ist und eine zentrale Ausnehmung aufweist. Die Trennebene steht in dieser Ausführungsform normal auf beiden Dichtflächen, d. h. den Dichtflächen sowohl des ersten als auch des zweiten Flansches, und schneidet beide Dichtflächen. In einer Ausführungsform kann die Schnittebene beide Dichtflächen in deren Mittelpunkt schneiden. In dieser Ausführungsform liegen beide Anschlussflansche des Gehäuses auf der gleichen Höhe bezüglich der gedachten Schnittebene.
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Der Fuß stellt einen Befestigungsbereich des Gehäuses dar. Der Begriff umfasst jeden angegossenen Bereich des Gehäuses, der zur Montage des Gehäuses an einer Befestigungsstelle (einer Wand oder dergleichen) dient.
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In einer Ausführungsform kann der Fuß eine vom Gehäuse abgewandte Montagefläche aufweisen, die vorzugsweise normal auf die Schnittebene steht. In einer Ausführungsform ist der Fuß zumindest im Bereich der Befestigungsstrukturen plattenförmig ausgebildet, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass die Rückseite, das heißt die dem Gehäuse zugewandte Seite des Fußes flächig und parallel zur Montagefläche ausgebildet ist. Die plattenförmigen Bereiche können sich auf die unmittelbare Umgebung der Befestigungsstrukturen beschränken, oder im Gegensatz dazu kann im wesentlichen, das heißt vorbehaltlich der Anbindungsbereiche mit dem Gehäuse der gesamte Fuß plattenförmig ausgebildet sein. Diverse Zwischenstufen zwischen diesen beiden Extremen sind ebenfalls denkbar und von der Erfindung umfasst.
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In einer Ausführungsform sind die Befestigunsgstrukturen Einbuchtungen. Geeignete Einbuchtungen umfassen U-förmige bzw. buchtförmige Aussparungen mit symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildeten Seitenflächen. Diese können zum Rand des Fußes, vorzugsweise zur von der Trennebene abgewandten Randfläche des Fußes hin offen sein, um die Bedingung zu erfüllen, dass sie entlang keiner normal von der Trennebene verlaufenden Linie Hinterschneidungen aufweisen oder darstellen.
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In einer Ausführungsform sind die Einbuchtungen als offene Langlöcher ausgebildet, worunter eine unrunde bzw. längliche Bohrung zu verstehen ist, die den Fuß parallel zur Trennebene, gegebenenfalls von der Montagefläche zur Rückseite, durchstößt. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einseitig offene Langlöcher, wobei jedoch auch durchgehende, das heißt den Fuß durchschneidende Spalte denkbar sind. Die offenen Langlöcher sind vorzugsweise normal auf die Schnittebene ausgerichtet. Deren Mündung zeigt vorzugsweise zur abgewandten Randfläche des Fußes hin. In einer Ausführungsform weisen die Langlöcher parallele Seitenkanten auf, die normal auf die Schnittebene stehen. Alternativ können diese auch leicht geöffnet sein, beispielsweise mit einem Öffnungswinkel von 0 bis 5° auf jeder Seite, um ein Ausziehen der Modelle aus der Gussform zu begünstigen.
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Die Einbuchtungen dienen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Schrauben, Gewindebolzen, Bolzen, Klammern, etc. Die Abmessungen der Einbuchtungen können so gestaltet sein, dass der Schaft einer Schraube oder eines Gewindebolzens in die Ausnehmung passt, nicht jedoch deren Kopf oder deren Mutter.
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In einer Ausführungsform weist der Fuß neben den erfindungsgemäß ausgebildeten Befestigungsstrukturen keine weiteren Löcher oder Ausnehmungen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln auf. Ferner kann das Gehäuse so ausgebildet sein, dass das gesamte Gehäuse vorbehaltlich etwaiger Bohrungen in den Anschlussflanschen entlang keiner normal von der gedachten Schnittebene verlaufenden Linie hinterschnitten ist.
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In einer Ausführungsform verläuft der Fuß durch die Schnittebene und weist sowohl diesseits als auch jenseits der Schnittebene wenigstens eine erfindungsgemäß ausgebildete Befestigungsstruktur auf. Vorzugsweise weist das Gehäuse an zwei unterschiedlichen Seitenkanten, die auf verschiedenen Seiten der Trennebene liegen und jeweils von der Trennebene abgewandt sind, je wenigstens eine Befestigungsstruktur, und vorzugsweise mindestens je zwei wenigstens eine Befestigungsstrukturen auf.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Pumpe, insbesondere eine Kreiselpumpe mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse.
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Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses.
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Dieses Herstellungsverfahren ist ein Gießverfahren und umfasst das Bereitstellen einer geteilten Gussform, das Zusammenführen der Teilformen der geteilten Gussform, das Füllen des durch das Zusammenführen entstehenden Hohlraumes mit geschmolzenem Gussmaterial, das aktive oder passive Kühlen des geschmolzenen Gussmaterials bis zu dessen Erstarren, und das Auseinanderführen der Teilformen der geteilten Gussform. Die Befestigungsstrukturen des Fußes werden in der geteilten Gussform selbst abgebildet und werden mitgegossen. Sie werden also nicht durch ein zusätzlich eingelegtes Formteil abgebildet oder nachträglich eingebracht, insbesondere gebohrt, gestanzt oder dergleichen, sodass zur Ausbildung dieser Strukturen keine zusätzlichen Formkerne und keine Nachbearbeitung erforderlich sind.
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In einer Ausführungsform werden alle Befestigungsstrukturen des Gehäuses ausschließlich in der Gussform abgebildet.
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In einer Ausführungsform wird die gesamte äußere Gestalt des Gehäuses (ohne den Fluidkanal) einschließlich des Fußes und der Anschlussflansche, vorbehaltlich etwaiger Bohrungen in den Anschlussflanschen, in der geteilten Gussform selbst abgebildet.
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Beim Zusammenführen der Teile der geteilten Gussform wird ein Hohlraum ausgebildet, der die äußere Form des Gehäuses und insbesondere alle Details der äußeren Form des Fußes einschließlich der Befestigungsstrukturen abbildet. Beim Auseinanderführen der Teile der geteilten Gussform, welche das bereits geformte und erstarrte Gehäuse enthält, entstehen durch die spezielle Gestaltung des erfindungsgemäßen Gehäuses trotz der Abbildung aller Details der äußeren Form des Fußes einschließlich der Befestigungsstrukturen keine Hinterschneidungen.
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In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Einlegen wenigstens eines Formkerns in die Gussform, um den Fluidkanal und gegebenenfalls auch Strukturelemente der Anschlussflansche abzubilden.
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In einer Ausführungsform besteht die geteilte Gussform aus einer Oberform und einer Unterform, d.h. aus zwei Teilen. Vorzugsweise wird ein diesseits der Trennebene liegender Abschnitt des erfindungsgemäßen Gehäuses in der Oberform abgebildet und ein jenseits der Trennebene liegender Abschnitt des erfindungsgemäßen Gehäuses in der Unterform abgebildet. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse definierte Trennebene korrespondiert in dieser Ausführungsform also zum Grenzverlauf der Oberform und der Unterform in der geteilten Gussform. Die Modellteilung beim Gießen erfolgt also an dieser Trennebene, oder umgekehrt gesagt, die Trennebene des erfindungsgemäßen Gehäuses ist über die Teilung der Gussform definiert.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Figuren erklärten Ausführungsbeispielen. In den Figuren zeigen:
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1: eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines gegossenen Gehäuses einer Kreiselpumpe aus dem Stand der Technik,
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2: eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines gegossenen Gehäuses einer Kreiselpumpe gemäß der Erfindung, und
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3: eine perspektivische Darstellung des in 2 dargestellten Gehäuses insgesamt.
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2 zeigt einen Abschnitt eines gegossenen Spiralgehäuses für eine Kreiselpumpe. Das Gehäuse ist mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet und einstückig, d.h. in einem Guss aus Metall gefertigt.
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In der Figur ist nur ein diesseits der Trennebene α liegender Abschnitt des Gehäuses dargestellt. Dieser Abschnitt korrespondiert in der gezeigten Ausführungsform zur Hälfte des Gehäuses, was bedeutet, dass das Gehäuse jenseits der Trennebene α eine spiegelsymmetrisch ausgebildete, zweite Hälfte aufweist. Es ist jedoch gleichermaßen denkbar, dass die diesseits und jenseits der Trennebene liegenden Abschnitte asymmetrisch ausgebildet sind. Die Trennebene α entspricht dem Grenzverlauf zwischen Teilen einer geteilten Gussform beim Gießen des Gehäuses.
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Das Gehäuse 1 weist einen hohlen Körper 10 zur Aufnahme des Laufrades der Kreiselpumpe, einen Saugstutzen 12 mit einem Anschlussflansch 20 und einem Einlasskanal 21, sowie einen Druckstutzen 13 mit einem Anschlussflansch 30 und einem Auslasskanal 31 auf.
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Der Anschlussflansch 20 weist eine Dichtfläche 22 auf, die den Einlasskanal 21 ringförmig umgibt und die im rechten Winkel zur Trennebene α angeordnet ist. Der Anschlussflansch ist im äußeren Bereich plattenförmig ausgebildet und weist eine parallel zur Dichtfläche 22 verlaufende Rückfläche 23 auf. Diese Rückfläche kann ebenfalls normal auf die Trennebene α stehen. Im plattenförmigen Bereich besitzt der Anschlussflansch 20 Montagelöcher 25, die ihn von der Dichtfläche 22 zur Rückfläche 23 hin durchdringen.
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Der Anschlussflansch 30 des Druckstutzens 13 weist eine Dichtfläche 32, einen Einlasskanal 31, eine Rückfläche 33 und Montagelöcher 35 auf, und ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie der Anschlussflansch 20 des Saugstutzens 12, wodurch auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Die Dichtfläche 32 des Anschlussflansches 30 des Druckstutzens 13 steht ebenfalls normal auf die Trennebene α.
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Die Trennebene α schneidet beide Dichtflächen 22 und 32 der Anschlussflansche 20 und 30 in deren Mittelpunkt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel stehen die Dichtflächen 22 und 32 des Saugstutzens 12 und des Druckstutzens 13 normal aufeinander. Es sind jedoch auch andere Konfigurationen von der Erfindung umfasst.
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Das Gehäuse weist ferner einen Fuß 50 auf, der gemeinsam mit dem Körper 10 und den Anschlussflanschen 20 und 30 aus einem Guss gefertigt ist. Der Fuß 50 hat eine plattenförmige Gestalt und weist eine Montagefläche 52 auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel schneidet die Trennebene α den Fuß 50 in dessen Mittelpunkt.
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Die ebene Montagefläche 53 steht senkrecht auf die Trennebene α. Der Fuß ist plattenförmig ausgebildet und weist eine parallel zur Montagefläche 53 stehende Rückfläche 54 auf, die ebenfalls senkrecht auf die Trennebene α steht. Die Stirnsteite 51 des plattenförmigen und rechteckigen Fußes verläuft parallel zur Trennebene α und weist zwei Langlöcher 60 auf, die den plattenförmigen Fuß von der Montagefläche 53 zur Rückfläche 54 hin durchdringen. Die Langlöcher sind zur Stirnkante 51 hin offen und weisen parallele Seitenkanten und einen halbkreisförmigen Bodenbereich auf.
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Sie sind so ausgerichtet und geformt, dass sie entlang keiner in senkrechter Richtung von der Trennebene α weg verlaufenden Linie Hinterschneidungen aufweisen oder eine solche Hinterschneidung darstellen. Durch die Erstreckung der offenen Langlöcher in eine Richtung normal zur Trennebene α und die damit einhergehenden, normal auf die Trennebene α stehende Ausrichtung der Seitenkanten der Einbuchtungen 60 ist es also möglich, diese Einbuchtungen in der Gussform abzubilden, die senkrecht zur Trennebene α abgezogen wird.
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Überhaupt weist die in 2 dargestellte Hälfte des Gehäuses 1 abgesehen von den Montagelöchern 25 und 35 der Flansche an deren Außenoberfläche keinerlei Hinterschneidungen auf, die ein Abziehen einer Gussform senkrecht zur Trennebene α behindern würde. Vorbehaltlich der Montagelöcher 25 und 35 kann somit die gesamte äußere Gestalt dieser Gehäusehälfte in der Gussform abgebildet werden. Die Montagelöcher 25 und 35 können entweder anhand von zusätzlichen Formkernen oder durch nachträgliche Bohrung eingebracht werden. Der Fluidkanal 11 im Inneren des Gehäuses wird über einen separaten Formkern eingebracht. Es stellt jedoch bereits einen wesentlichen Vorteil gegenüber bekannten Gehäusekonstruktionen dar, dass der Fuß 50 samt den Langlöchern 60 an den Gußteilen selbst abgebildet werden können.
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Zur Montage des Gehäuses wird die Montagefläche 53 an einer Befestigungsstelle (z.B. einer Wand) angelegt und mit Hilfe von z.B. Gewindebolzen befestigt. Zu diesem Zweck wird der Schaft der Gewindebolzen in die Einbuchtungen 60 geführt und die Bolzen an der Befestigungsstelle festgezogen, sodass die Muttern oder Köpfe 70 der Bolzen letztendlich kraftschlüssig an der Rückfläche 54 des plattenförmigen Fußes 50 aufliegen.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gehäuses, das der bezüglich der Trennebene α spiegelsymmetrischen Verdoppelung des in 2 dargestellten Gehäuses entspricht. Hinsichtlich der Beschreibung wird daher auf die im Zusammenhang mit der 2 gemachte Beschreibung verwiesen.
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Das in 3 dargestellte Gehäuse kann wie folgt hergestellt werden:
Zunächst wird eine geteilte Gussform bereitgestellt, die aus einer Oberform und einer dazu spiegelsymmetrischen Unterform besteht. Die Oberform bildet die äußere Gestalt der in 2 dargestellten oberen Hälfte des Gehäuses 1 ab, und die Unterform bildet die dazu hinsichtlich der Trennebene α spiegelsymmetrische untere Hälfte ab. Der Fuß 50 samt den Langlöchern 60 ist in der Oberform und der Unterform vollständig abgebildet.
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Die Bohrungen
25 und
35 sowie der Fluidkanal
11 umfassend den Einlasskanal
21 und den Auslasskanal
31 sind nicht in der Oberform oder der Unterform abgebildet und müssen nach wie vor anhand von separaten Formkernen abgebildet und/oder nachträglich eingearbeitet werden. Zu diesem Zweck wird in die Gussform ein Formkern für den Fluidkanal
11 eingelegt. Zur Ausbildung der Bohrungen
25 und/oder
35 kann, wie dies in der
EP 1 197 278 A2 dargestellt ist, ebenfalls ein Formkern verwendet werden.
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Die Oberform und die Unterform mit dem oder den enthaltenen Formkernen werden anschließend zusammengeführt, sodass sie entlang der Trennebene α aneinander aufliegen. Dann wird flüssiges Metall in den entstandenen Hohlraum eingegossen, und aktiv oder passiv bis zu dessen Erstarren gekühlt.
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Dann werden die Oberform und die Unterform normal auf die Trennebene α in entgegengesetzte Richtungen abgezogen, und das gegossene Gehäuse wird aus der Gussform entfernt. Letztlich werden der oder die Formkerne von dem gegossenen Gehäuse entfernt und das Gehäuse gegebenenfalls einer zusätzlichen Nachbearbeitung unterzogen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1197278 A2 [0003, 0047]
- DE 20106608 U1 [0005]
