DE102017209976A1

DE102017209976A1 - Gussbauteil mit eingegossenem Rohr und Herstellverfahren

Info

Publication number: DE102017209976A1
Application number: DE102017209976.3A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Sauter; Wolfgang Schmid
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2018-12-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gussbauteil (100), mit einem aus metallischen Gussmaterial (M) gebildeten Gusskörper (110) und wenigstens einem im Gusskörper (110) eingegossenen Rohr (120), welches von einem Medium durchströmbar ist und einen Zulauf (Z) und einen Ablauf aufweist. Um Öleintritt in Luftspalte (S) zu verhindern, ist am Zulauf (Z) und/oder am Ablauf ein das Rohr (120) umgebender Ring (130) im Gusskörper (110) eingegossen, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rohrs (120), wobei ein Ringspalt (140) zwischen Ring (130) und Rohr (120) mit Gussmaterial (M) ausgefüllt ist.Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellverfahren für ein solches Gussbauteil (100).

Description

Die Erfindung betrifft ein Gussbauteil, mit einem Gusskörper und wenigstens einem im Gusskörper eingegossenen Rohr, welches von einem Medium durchströmbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellverfahren für ein solches Gussbauteil.
Die DE 10 2012 223 156 A1 beschreibt ein Gehäuse (Abgasventilgehäuse), welches mindestens einen Heiz- oder Kühlkanal aufweist, der ein vom Gehäuse umschlossenes Rohr ist. Die Enden des Rohres sind zum Anschluss einer Leitung ausgebildet. Das Gehäuse besteht aus Aluminium-Druckguss und das Rohr aus Aluminium oder Kupfer. Zur Herstellung des Gehäuses wird das vorgeformte Rohr nach Art eines Kerns in eine Gussform für das Gehäuse eingelegt und anschließend beim Gießen des Gehäuses umgossen.
Zwischen dem eingegossenen Rohr und dem umgebenden Gussmaterial können sich bereits beim Gießen oder auch erst im Laufe der späteren Benutzung Luftspalte ausbilden, die u. a. auf eine ungünstige stoffliche Bindung zwischen Guss- und Rohrmaterial und/oder auf unterschiedliche Wärmeausdehnungen zurückzuführen sind. Solche Luftspalte können sich entlang des Rohrs bis zur Bauteiloberfläche, wo sich häufig auch die Anschlüsse bzw. Rohranschlüsse befinden, ausbreiten. An den Rohranschlüssen kann dann das Medium, welches durch das Rohr geführt werden soll, unerwünscht in solche Luftspalte gelangen und durch Lunker, Poren und Lufteinschlüsse hindurch an der Gehäuseaußenfläche nach außen treten. Gängige Abdichtungstechnologien, wie bspw. die Metallimprägnierung, erweisen sich auf Dauer als unwirksam.
Mit der Erfindung soll wenigstens ein mit dem Stand der Technik einhergehender Nachteil vermieden oder zumindest verringert werden.
Hierzu wird ein Gussbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Herstellverfahren. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
Das erfindungsgemäße Gussbauteil umfasst einen aus metallischem Gussmaterial gebildeten Gusskörper und wenigstens ein im Gusskörper eingegossenes Rohr, welches von einem Medium durchströmbar ist und welches einen Zulauf sowie einen Ablauf für das Medium aufweist. Am Zulauf und/oder am Ablauf ist ein das Rohr umgebender Ring im Gusskörper eingegossen, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rohrs, sodass zwischen dem Ring und dem Rohr ein Spalt bzw. Ringspalt ausgebildet ist, welcher mit dem metallischen Gussmaterial ausgefüllt ist. Das erfindungsgemäße Gussbauteil ist insbesondere ein Druckgussbauteil.
Der Zulauf bzw. Zufluss und der Ablauf bzw. Abfluss sind die Bereiche, in denen das eingegossene Rohr durch die Gusskörperoberfläche dringt oder mit der Gusskörperoberfläche abschließt. Sowohl am Zulauf als auch am Ablauf kann das Rohr mit Anschlüssen ausgebildet sein. (Der betreffende Bereich der Gusskörperoberfläche kann auch als Anschlussfläche bezeichnet werden.) Das durch das Rohr strömende Medium kann eine Flüssigkeit, insbesondere Öl, oder auch ein Gas, insbesondere Luft, sein.
Das im Ringspalt zwischen Rohr und Ring befindliche Gussmaterial bewirkt eine Abdichtung, sodass am Zulauf und/oder Ablauf kein Medium zwischen das eingegossene Rohr und das umgebende Gussmaterial gelangen kann. Ferner verhindert der eingegossene und das Rohr umgebende Ring eine Ausdehnung (besonders bei höheren Betriebstemperaturen) des im Ringspalt befindlichen Gussmaterials, sodass sich am Zulauf bzw. Ablauf keine Luftspalte zwischen Rohr und umgebenden Gussmaterial ausbilden können, in die Medium eindringen (oder gegebenenfalls auch ausdringen) kann.
Bevorzugt ist der Ringspalt zwischen dem Ring und dem Rohr in radialer Richtung mindestens 1 mm und insbesondere mindestens 1,5 mm breit. Durch dieses Mindestspaltmaß wird sichergestellt, dass das Gussmaterial beim Gießen, insbesondere Druckgießen, des Gussbauteils bzw. Gusskörpers in den Ringspalt einfließen und diesen ausfüllen kann. Bevorzugt ist der Ringspalt in radialer Richtung nicht mehr als 5 mm und insbesondere nicht mehr als 3 mm breit.
Als Gussmaterial wird bevorzugt Aluminium, d. h. eine Aluminiumgusslegierung und insbesondere eine Aluminiumdruckgusslegierung verwendet. Das Rohr und der Ring sind bevorzugt aus Stahl bzw. einer Stahllegierung gebildet. Der Gusskörper und das Rohr können somit eine unterschiedliche Wärmeausdehnung aufweisen, wohingegen das Rohr und der Ring im Wesentlichen die selbe Wärmeausdehnung haben können. Für den Ring oder das Rohr können auch andere Werkstoffe mit vorteilhaften Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet werden. Das Rohr kann auch eine Beschichtung (z. B. eine Verzinkung) oder Ummantelung aufweisen. Der Ring kann eine radiale Dicke von 3 mm bis 10 mm und/oder eine axiale Länge von 10 mm bis 15 mm aufweisen.
Der eingegossene Ring kann bezüglich einer Anschlussfläche am Gusskörper zurückversetzt angeordnet sein, z. B. um mindestens 1 mm. Dadurch kann das Gussmaterial beim Gießen, insbesondere Druckgießen, des Gussbauteils bzw. Gusskörpers den Ring umfließen und besser in den Ringspalt einfließen. Außerdem wird eine spanende Bearbeitung der Anschlussfläche vereinfacht. Ferner ist der eingegossene Ring quasi unsichtbar. Der Ring kann auch (direkt) an bzw. in der Anschlussfläche angeordnet sein, d. h., der Ring ist so im Gusskörper angeordnet, dass dieser bis zur Anschlussfläche reicht.
Das erfindungsgemäße Gussbauteil ist bevorzugt ein Gehäusebauteil und insbesondere ein Getriebegehäusebauteil. Das eingegossene Rohr fungiert insbesondere als hydraulische Steuerleitung, bspw. zur Betätigung einer Kupplung. Das erfindungsgemäße Gussbauteil ist bevorzugt ein Aluminiumgussbauteil und insbesondere ein Aluminiumdruckgussbauteil.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines (erfindungsgemäßen) Gussbauteils umfasst die Schritte:

- Bereitstellen des einzugießenden Rohrs;
- Bereitstellen wenigstens eines Rings, wobei der Innendurchmesser dieses Rings größer ist als der Außendurchmesser des Rohrs;
- Befestigen des Rings am Rohr, wozu der Ring am betreffenden Rohrende (gegebenenfalls an beiden Rohrenden) auf das Rohr aufgeschoben und mithilfe einer Halterung am Rohr befestigt wird, derart, dass der Ring keine oder nur eine sehr kleine Verbindung zum Rohr hat und insbesondere derart, dass ein Ringspalt zwischen dem Ring und dem Rohr besteht, wobei die Halterung an einem außerhalb des zu erzeugenden Gusskörpers liegenden Rohrstutzen oder einem das betreffende Rohrende verschließenden Stopfen angebracht wird (bspw. durch Anlöten, Festklammern oder dergleichen);
- Einlegen des Rohrs mit dem daran befestigten Ring in eine Gussform, insbesondere Druckgussform, und Gießen, insbesondere Druckgießen, des Gussbauteils, wobei das Rohr von der Metallschmelze des Gussmaterials umgossen wird und dabei die Metallschmelze auch in den Ringspalt zwischen dem Ring und dem Rohr einfließt;
- Entformen des Gussbauteils, nachdem die Metallschmelze erstarrt ist;
- Entfernen der Halterung (die Halterung dient nur dazu, den Ring während des Gießens in der richtigen Lage zu halten), bspw. durch Nachbearbeitung, wobei der Rohrstutzen oder der Stopfen, zusammen mit der daran angebrachten Halterung, entfernt wird (in der Regel wird das Ende des Rohrs zur Ausbildung eines Anschlusses ohnehin nachbearbeitet).

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das insbesondere aus Stahl gebildete Rohr beim Gießen eine niedrigere Temperatur als der insbesondere aus Stahl gebildete Ring aufweist. Beim Gießen kann das Rohr bspw. am Rohrstutzen oder Stopfen (s. o.) festgehalten und dadurch das betreffende Rohrende während des gesamten Gießvorgangs gekühlt werden. Dadurch wird unter dem Ring eine auf das Rohr wirkende Vorspannung erzeugt, welche bei der späteren Nutzung des Gussbauteils über den gesamten Temperaturbereich, d. h. auch bei höheren Betriebstemperaturen, aufrecht erhalten bleibt. Für den Ring oder das Rohr können auch alternative Werkstoffe mit vorteilhaften Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet werden.
Bevorzugt wird das Rohr im kalten Zustand (d. h. in etwa Raumtemperatur aufweisend) in die Gussform bzw. deren Kavität eingelegt und dann umgossen. Ein aufwändiges Vorwärmen zur Verbesserung der stofflichen Bindung zwischen Guss- und Rohrmaterial kann entfallen.
Die Erfindung wird nachfolgend in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei können die in der einzigen Figur der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
1 zeigt schematisch einen Schnitt durch die Wandung eines Getriebegehäusebauteils.
Das Getriebegehäusebauteil 100, von dem nur ein Ausschnitt gezeigt ist, ist ein Druckgussbauteil mit einem Aluminiumgusskörper 110 und einem darin eingegossenen Stahlrohr 120. Das Getriebegehäusebauteil 100 ist, zumindest an der gezeigten Stelle, dünnwandig ausgebildet, worunter insbesondere verstanden wird, dass die Wanddicke maximal dem 2-fachen des Rohrdurchmessers entspricht. Das Stahlrohr 120 hat einen runden Querschnitt und weist z. B. einen Außendurchmesser von 8 mm bis 12 mm auf. Das Stahlrohr 120 kann auch einen nicht-runden Querschnitt sowie einen nicht-geraden Verlauf aufweisen.
Das Getriebegehäusebauteil 100 hat eine Anschlussfläche 115, an der z. B. ein Steuergerät angeflanscht wird, welches bspw. zur Betätigung einer Kupplung einen Ölfluss durch das Stahlrohr 120 steuert. Der gekennzeichnete Bereich Z kann als steuergerätseitiger Zulauf bezeichnet werden. Der kupplungsseitige Ablauf ist nicht gezeigt. Das Rohr 120 kann an der Anschlussfläche 115 auch mit einem überstehenden Stutzen (Anschlussstutzen, Rohrstutzen) ausgebildet sein.
Zwischen dem Stahlrohr 120 und dem umgebenden Aluminiumgussmaterial M können sich Luftspalte S ausbilden, wie obenstehend erläutert. Um zu verhindern, dass sich am Zulauf Z ein solcher Luftspalt S ausbilden kann, in den dann unerwünscht Öl eindringen kann, ist im Aluminiumgusskörper 110 ein das Stahlrohr 120 umgebender Stahlring 130 eingegossen. (Ein solcher Stahlring kann auch am Ablauf in den Gusskörper 110 eingegossen sein.)
Der Innendurchmesser des Stahlrings 130 ist größer als der Außendurchmesser des Stahlrohrs 120, wobei der sich dadurch ergebende Ringspalt 140 zwischen der Außenumfangsfläche des Stahlrohrs 120 und der Innenumfangsfläche des Stahlrings 130 mit dem Aluminiumgussmaterial M ausgefüllt ist. Das radiale Spaltmaß des Ringspalts 140 beträgt umlaufend wenigstens 1 mm. Der Stahlring 130 kann eine radiale Dicke von wenigstens 3 mm aufweisen. Bei einem Außendurchmesser von 10 mm des Stahlrohrs 120 weist der Stahlring 130 somit einen Innendurchmesser von wenigstens 12 mm und einen Außendurchmesser von wenigstens 18 mm auf. Die axiale Länge des Stahlrings 130 beträgt bspw. 10 mm bis 15 mm.
Das Aluminiumgussmaterial M, welches sich im Ringspalt 140 zwischen dem Stahlrohr 120 und dem Stahlring 130 befindet, wird durch den Stahlring 130 an seiner radialen Ausdehnung gehindert, sodass sich im Bereich des Stahlrings 130 keine Luftspalte S am Stahlrohr 120 ausbilden können. Etwaige Luftspalte, die sich zwischen der Außenumfangsfläche des Stahlrings 130 und dem umgebenden Aluminiumgussmaterial M ausbilden, sind belanglos, da solche bezüglich eines unerwünschten Öleintritts unkritisch sind.
Ein mögliches Herstellverfahren für das Getriebegehäusebauteil 100 ist oben beschrieben.
Bezugszeichenliste

100: Gussbauteil
110: Gusskörper
115: Anschlussfläche
120: Rohr
130: Ring
140: Ringspalt
M: Gussmaterial
S: Luftspalt
Z: Zulauf
I: axiale Richtung
r: radiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012223156 A1 [0002]

Claims

Gussbauteil (100), mit einem aus metallischen Gussmaterial (M) gebildeten Gusskörper (110) und wenigstens einem im Gusskörper (110) eingegossenen Rohr (120), welches von einem Medium durchströmbar ist und einen Zulauf (Z) und einen Ablauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Zulauf (Z) und/oder am Ablauf ein das Rohr (120) umgebender Ring (130) im Gusskörper (110) eingegossen ist, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rohrs (120), wobei ein Ringspalt (140) zwischen Ring (130) und Rohr (120) mit Gussmaterial (M) ausgefüllt ist.
Gussbauteil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (140) zwischen Ring (130) und Rohr (120) mindestens 1 mm breit ist.
Gussbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussmaterial (M) Aluminium ist.
Gussbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (120) und der Ring (130) aus Stahl gebildet sind.
Gussbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (130) bezüglich einer am Gusskörper (110) ausgebildeten Anschlussfläche (115) zurückversetzt angeordnet ist.
Gussbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (130) an einer Anschlussfläche (115) des Gusskörpers (110) angeordnet ist.
Gussbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (130) eine radiale Dicke von 3 mm bis 10 mm und eine axiale Länge von 10 mm bis 15 mm aufweist.
Gussbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Gehäusebauteil und insbesondere ein Getriebegehäusebauteil ist.
Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils (100), mit einem aus metallischen Gussmaterial (M) gebildeten Gusskörper (110) und wenigstens einem im Gusskörper (110) eingegossenen Rohr (120), welches von einem Medium durchströmbar ist und einen Zulauf (Z) und einen Ablauf aufweist, wobei am Zulauf (Z) und/oder am Ablauf ein das Rohr (120) umgebender Ring (130) im Gusskörper (110) eingegossen ist, umfassend die Schritte: - Bereitstellen des Rohrs (120); - Bereitstellen des Rings (130), wobei dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rohrs (120); - Befestigen des Rings (130) am Rohr (120) mithilfe einer Halterung, die an einem außerhalb des zu erzeugenden Gusskörpers (110) liegenden Rohrstutzen oder einem das Rohrende verschließenden Stopfen angebracht wird; - Einlegen des Rohrs (120) mit dem daran befestigten Ring (130) in eine Gussform und Gießen des Gussbauteils (110), wobei das Rohr (120) mit Metallschmelze umgossen wird und dabei die Metallschmelze auch in einen Ringspalt (140) zwischen Ring (130) und Rohr (120) einfließt; - Entformen des Gussbauteils (100), nachdem die Metallschmelze erstarrt ist; - Entfernen der Halterung.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (120) beim Gießen eine niedrigere Temperatur aufweist als der Ring (130).