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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses, insbesondere eines Gehäuses eines Turboladers, sowie ein Gehäuse, das gemäß dem Verfahren hergestellt ist.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Turboladergehäuse im Gießverfahren herzustellen. Dabei ist der Aufbau der Gussform so gestaltet, dass ein separater Öl- und Wasserkern verwendet wird, welche in einer Außenform gelagert sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses, insbesondere eines Turboladergehäuses oder eines Teils des Turboladergehäuses, bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. Patentanspruchs 2 bzw. Patentanspruchs 3 gelöst.
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Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils, insbesondere eines Gehäuses eines Turboladers bereitgestellt, wobei wenigstens ein Formteil zur Bildung des Gussteils jeweils eine Teilungsebene aufweist, die in einem vorbestimmten Winkel zu der Längsachse des Gussteils angeordnet ist und wobei wenigstens ein Kernelement vorgesehen ist.
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Das Verfahren hat hierbei den Vorteil, dass das Formteil in einer Formhälfte eines Formkastens abgebildet werden kann und das Kernelement in der einen Formhälfte eingelegt werden kann. Dadurch kann ein Gussteil mit einer höheren Genauigkeit hergestellt werden, da das Formteil nicht in zwei Formteile entlang seiner Längsachse aufgeteilt wird, die jeweils in den beiden Formhälften eines Formkastens abgeformt werden und dann durch Zusammensetzen in dem Formkasten die Form des Gussteils bilden.
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Stattdessen, kann die Form des Gussteils, beispielsweise vollständig oder im Wesentlichen vollständig in einer Formhälfte des Formkastens gebildet werden, während in der anderen Formhälfte beispielsweise im Wesentlichen nur die Speiser angeordnet sind.
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Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils bereitgestellt, wobei wenigstens ein Formteil und wenigstens ein erstes Kernelement vorgesehen sind, wobei das erste Kernelement wenigstens einen Teil der Außenfläche des Gussteils bildet.
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Das Verfahren hat hierbei den Vorteil, dass die Außenfläche mit komplizierteren Strukturen bzw. Formen hergestellt werden kann, da das Kernelement im Anschluss an das Gießen beispielsweise mechanisch durch Rütteln zerstört werden kann oder das Bindemittel des Formsands des Kernelements durch die Hitze beim Gießen zerstört wird, so dass das Kernelement von selbst zerfällt.
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Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils bereitgestellt, wobei wenigstens ein Formteil und wenigstens zwei Kernelemente vorgesehen sind, wobei die beiden Kernelemente ineinander lagerbar sind und zu einer Formhälfte eines Formkastens positionierbar sind.
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Das Verfahren hat hierbei den Vorteil, dass hierdurch ein Gussteil mit einer höheren Präzision gefertigt werden. Dabei können die Fertigungstoleranzen reduziert werden auf beispielsweise prozesssichere +/– 0,5 mm.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Gussteil ein Gehäuse eines Turboladers, beispielsweise ein Lagergehäuse oder ein Laufradgehäuse oder ein Teil eines solchen Gehäuses.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das erste Kernelement ein Wassermantelkernelement. Auf diese Weise kann sehr einfach ein entsprechendes Turboladergehäuse mit einer Kühlung hergestellt werden, in dem der Kühlmantel in das Gehäuse integriert wird bzw. einteilig mit diesem ausgebildet wird.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein zweites Kernelement vorgesehen. Das erste und zweite Kernelement sind dabei ineinander lagerbar und beispielsweise zu einer Formhälfte eines Formkastens positionierbar. Dies hat den Vorteil, dass ein Gussteil mit einer höheren Position herstellbar ist.
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In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Formteil eine Teilungsebene auf, die in einem vorbestimmten Winkel zu der Längsachse des Gussteils angeordnet ist, beispielsweise in einem Winkel im Wesentlichen von 90°, und wobei das Formteil beispielsweise in einer Formhälfte eines Formkastens abformbar ist. Dabei kann wenigstens ein Kernelement ebenfalls eine Teilungsebene aufweisen, die in einem vorbestimmten Winkel zu der Längsachse des Gussteils angeordnet ist, beispielsweise in einem Winkel im Wesentlichen von 90°. Dies hat den Vorteil, dass die Form des Gussteils in einer Formhälfte abgebildet werden kann, im Gegensatz zu Gussteilen, die entlang der Längsachse geteilt ausgebildet und somit in beiden Formhälften eines Formkastens ausgebildet werden müssen.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das zweite Kernelement beispielsweise ein Ölkernelement. Dies hat den Vorteil, dass in das Gehäuse des Turboladers ein Ölzu- und ablauf integriert werden können, zur Versorgung von Lagern mit Schmiermittel.
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In einer anderen Ausführungsform bildet wenigstens ein Kernelement oder beide Kernelemente einen Teil der Außengeometrie bzw. Außenfläche des Gussteils. Dies hat den Vorteil, dass die Außenfläche mit komplizierteren Strukturen bzw. Formen ausgebildet werden kann, da das jeweilige Kernelement zum Entfernen aus dem Gussteil zerstört wird.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Aufbau des Formteils und des Kernelements oder der Kernelemente im Wesentlichen vollständig oder nahezu vollständig in einer Formhälfte eines Formkastens abgebildet. Dadurch kann ein Gussteil mit einer höheren Präzision hergestellt werden, außerdem entstehen keine unschönen Grate im Bereich der Teilungsebene zwischen oberen und unterer Formhälfte.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das jeweilige Kernelement aus Formsand und einem geeigneten Bindemittel herstellbar, so dass es zum Entfernen leicht wieder zerstört werden kann. Grundsätzlich können aber auch ein oder mehrere Kernelemente eingesetzt werden aus anderen Materialien, beispielsweise Materialien die entweder verdampfen, ausschmelzen oder sich anderweitig zersetzen (z. B. Polystyrol), oder sie werden vor dem Guss ausgeschmolzen (z. B. Wachs, Kunstharze).
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines Formkastens mit einer Anordnung eines Rohteils und eines Kernelements gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine Schnittansicht eines Formkastens mit einer Anordnung eines Rohteils und zweier Kernelemente gemäß der Erfindung,
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3 eine Schnittansicht eines Formkastens mit einer Anordnung eines Rohteils und zweier Kernelemente gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung,
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4 eine Explosionsdarstellung eines Rohteils, sowie eines Wassermantelkerns und eines Ölraumkerns zur Bildung eines Lagergehäuses eines Turboladers gemäß der Erfindung;
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5 eine Ansicht einer Unterkastenseite eines Formkastens, wobei das Rohteil und der Wassermantelkern und Ölraumkern gemäß 3 in zusammengesetztem Zustand gezeigt sind; und
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6 eine Ansicht einer entsprechenden Oberkastenseite des Formkastens.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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In 1 ist zunächst ein Formkasten 10 gezeigt zur Herstellung eines Rohrteils aus einem Gusswerkstoff. Der Formkasten 10 ist dabei stark vereinfacht dargestellt. Auf die Darstellung von Speisern zum Zuführen des flüssigen Gusswerkstoffs wurde dabei aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Des Weiteren wurden keine Formschrägen eingezeichnet.
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Das Rohrteil bzw. der Abdruck 12 des Rohrteils in dem Formkasten 10 ist in Längsrichtung geteilt. Das bedeutet, dass ein Oberkasten 14 und ein Unterkasten 16 des Formkastens 10 jeweils einen Abdruck 12 einer Zylinderhälfte aufweisen, wobei beide Kästen 14, 16 in zusammengesetztem Zustand den vollständigen zylindrischen Abdruck 12 des Rohrteils bildet.
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Zum Ausbilden des Hohlraums des Rohrteils wird hierbei in den Unterkasten 16 ein entsprechendes zylinderförmiges Kernelement 18 aus einem Formsand eingesetzt, wie in 1 gezeigt ist. Das Kernelement 18 wird im Anschluss an das Gießen, nach dem Erkalten des Gussteils, beispielsweise durch Rütteln mechanisch wieder zerstört, um es so aus dem fertigen Gussteil wieder zu entfernen.
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Es gibt aber auch beispielsweise Kernelemente bei denen das Bindemittel des Formsandes so gewählt ist, dass es nach Möglichkeit durch die beim Gießen entstehende Hitze zerstört wird und dadurch das Kernelement später selbst zerfällt, ohne dass es, wie zuvor beschrieben, erst mechanisch zerstört werden muss.
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In 2 ist nun ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung eines Rohteils bzw. seines Formteils (Modellkörper) und seiner Kernelemente 18 in einem Formkasten 10 gemäß der Erfindung gezeigt. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist das Rohteil bzw. sein Formteil dabei nicht längsgeteilt, stattdessen ist das Rohteil bzw. sein Formteil (Modellkörper) in dem Unterkasten 16 abgeformt, wie durch den Abdruck 12 des Formteils in 2 angedeutet ist. Dabei kann die Form statt längsgeteilt, horizontal geteilt bzw. in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse 22 des Rohteils geteilt sein. Dabei kann ein Formteil des Rohteils in dem Unterkasten 16 abgeformt sein und ein Formteil des Rohteils auch in dem Oberkasten 14, wie in 2 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist.
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Des Weiteren sind zur Bildung der Hohlräume des Gussteils zwei entsprechende Kernelemente 18 eingesetzt. Über einen oder mehrere Speiser 24, die beispielsweise in dem Oberkasten 14 angeordnet sind, wird das flüssige Gussmaterial eingeleitet.
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Die Darstellung in 2 ist dabei stark vereinfacht und rein schematisch. Insbesondere sind die Form der Kernelemente 18 und der Abdruck 12 des Rohteils bzw. seines Formteils (Modellkörper) stark vereinfacht dargestellt und lediglich beispielhaft. Hierbei wurden beispielsweise keine Formschrägen usw. dargestellt. Entsprechendes gilt auch beispielsweise für die Form, die Anordnung und die Anzahl der Speiser 24 zum Einleiten des flüssigen Gussmaterials. Des Weiteren sind die in 2 gezeigten Wandabschnitte 26, 28 des Rohteils so gedacht, dass sie miteinander verbunden sind, was jedoch in 2 nicht dargestellt ist. Die vereinfachte Darstellung in 2 dient lediglich der Erläuterung eines Beispiel für die Anordnung eines Formteils und entsprechender Kernelemente 18. Die Erfindung ist auf dieses Beispiel nicht beschränkt.
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In dem Beispiel, wie es in 2 dargestellt ist, bildet das erste Kernelement 18 einen ersten Hohlraum des späteren Gussteils. Das zweite Kernelement 18 bildete des Weiteren einen zweiten Hohlraum des späteren Gussteils aus. Die Außenwand 30 des späteren Gussteils wird hierbei im vorliegenden Beispiel durch den Abdruck 12 des Formteils (Modellkörper) in dem Unterkasten 16 gebildet.
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In 3 ist nun ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung eines Rohteils bzw. seines Formteils (Modellkörper) und seiner Kernelemente 18 in einem Formkasten 10 gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung gezeigt. Dabei wird zunächst der Abdruck 12 des Rohteils bzw. des Formteils (Modellkörper) in dem Formkasten 10 gebildet und anschließend das Rohteil bzw. Formteil wieder entfernt. Danach können wahlweise beispielsweise ein oder mehrere Kernelemente 18 in dem Abdruck 12 des Formteils angeordnet bzw. positioniert werden. Im vorliegenden Fall, ist das erste Kernelement 18 dabei so ausgebildet, dass es in den Abdruck 12 des Rohteils bzw. dessen Formteils eingesetzt werden kann, um die Außenwand 30 des späteren Gussteils zu bilden.
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Während das erste Kernelement 18 die Außenwand 30 des späteren Gussteils bildet, bildet wiederum das zweite Kernelement 18 den Hohlraum des späteren Gussteils und dessen Innenwand. Das zweite Kernelement 18 wird dabei beispielsweise in das erste Kernelement 18 entsprechend eingesetzt. Wie das Ausführungsbeispiel in 2 ist auch das Ausführungsbeispiel in 3 schematisch und stark vereinfacht dargestellt.
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Des Weiteren ist in 4 eine Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung gezeigt. In 4 sind dabei als Kernelemente 18, die Kernelemente 38, 40 gezeigt, zum Formen eines Lagergehäuses eines Turboladers. Damit ist ein Rohteil bzw. dessen Formteil 20 (Modellkörper) (4) vorgesehen, welches in dem vorliegenden Beispiel (4) mit einem Ölablauf 36 und den Wasseranschlussbohrungen (aus nachfolgendem Wassermantelkernelement 38) gebildet wird.
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Des Weiteren sind als Kernelemente 18, ein Wassermantelkernelement 38 sowie ein Ölraumkernelement 40 vorgesehen, zum Bilden eines Wassermantels um das Lagergehäuse, um dieses im Betrieb später zusätzlich kühlen zu können. Des Weiteren ist das Ölraumkernelement 40 vorgesehen, um den Lagerungen des Lagergehäuses später ein Schmiermittel zuzuführen.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik, wie er in 1 gezeigt ist, ist das Rohteil bzw. dessen Formteil 20 (Modellkörper) nicht in Längsrichtung bzw. entlang seiner Längsachse geteilt. Stattdessen basiert das neue Konzept gemäß der Erfindung auf einem kompakten Formaufbau. Dabei bilden das Wassermantelkernelement 38 und das Ölraumkernelement 40 beispielsweise jeweils eine Teilkontur der Außengeometrie des Gehäuses. Die jeweilige Teilungsebene des Formteils 20, des Wassermantelkernelements 38 und des Ölraumkernelements 40 des herzustellenden Lagergehäuses verlaufen dabei nicht wie im Stand der Technik in Längsrichtung bzw. entlang der Längsachse 42, wie in einem Beispiel in 1 gezeigt ist, sondern die Teilungsebenen verlaufen beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 42 des herzustellenden Gehäuses. Die Teilungsebene 44 des Ölraumkernelements 40 ist dabei beispielhaft schraffiert in 4 angedeutet. Grundsätzlich kann wenigstens eine Teilungsebene auch um einen Winkel von größer oder kleiner als 90° relative zu der Längsachse 42 geneigt vorgesehen sein, je nach Funktion und Einsatzzweck.
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Durch den kompakteren Formaufbau, wie er beispielsweise in 4 gezeigt ist, kann eine präzisere Positionierung der Innengeometrie zur Außengeometrie des Gehäuses erreicht werden. Erstaufnahmepunkte (nicht dargestellt) zur mechanischen Bearbeitung können ebenfalls auf die von dem Ölraumkernelement 40 und dem Wassermantelkernelement 38 gebildeten Flächen der Außengeometrie gelegt werden.
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Bedingt durch den Form- und Kernaufbau lässt sich beispielsweise ein wassergekühltes Lagergehäuse mittels eines Ölraumkernelements 40 und eines Wassermantelkernelements 38, sowie einer Formhälfte, hier dem Unterkasten 16, geometrisch komplett darstellen. Mit anderen Worten, die Form des herzustellenden Gussteils ist vollständig in dem Unterkasten ausgebildet mit den notwendigen Kernelementen, vergleichbar wie in dem Beispiel in 3 dargestellt ist. Grundsätzlich ist es aber auch möglich die Form des herzustellenden Gussteils sowohl in dem Ober- und Unterkasten 14, 16 auszubilden inklusive der benötigten Kernelemente, wie in dem Beispiel in 2 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist.
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Wie in der perspektivischen Ansicht in 5 gezeigt ist, wird das Rohteil bzw. sein Formteil (Modellkörper) in dem Formkasten zunächst abgeformt, um einen entsprechenden Abdruck 12 zu bilden und anschließend wieder entfernt. In dem Abdruck 12 des Rohteils bzw. Formteils (Modellkörper) können wahlweise beispielsweise ein oder mehrere Kernelemente 18 eingesetzt bzw. positioniert werden.
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Die beiden Kernelemente 18, d. h. das Wassermantelkernelement 38 und das Ölraumkernelement 40, sind dabei beispielsweise ineinander gelagert (siehe auch 6) und zur Unterkastenform positioniert bzw. hier zum Abdruck 12 des Formteils (Modellkörper) in der Unterkastenform. Die Unterkastenform wurde hierbei aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.
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Im vorliegenden Fall, wie er in 5 gezeigt ist, wird das Ölraumkernelement 40 in dem Wassermantelkernelement 38 gelagert und zu der Unterkastenform (nicht dargestellt) bzw. dem Abdruck 12 des Formteils 20 bzw. des Rohteils in der Unterkastenform positioniert. Dies ermöglicht eine massive Toleranzeinengung auf beispielsweise prozesssichere +/– 0,5 mm zur Bezugsfläche. Durch diese höhere Präzision der beschriebenen Anordnung kann bei gegebenem Bauraum aufgrund des kleinen Toleranzfensters für die Wandstärke zwischen zwei Kernelementen 18, 38, 40 bzw. zwischen einer Innenkontur und einer Außenkontur eine vergrößerte Querschnittsfläche im Wasserkanal ermöglicht werden. Dieser größere Querschnitt bewirkt eine verbesserte Wärmeabfuhr und ermöglicht außerdem die prozesssichere Entfernung von Gussrückständen im Wasserkanal und Ölraum von kleineren Turboladergehäusen, wie sie beispielsweise bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, durch die bessere Zugänglichkeit.
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In 6 ist eine perspektivische Ansicht aus Richtung Oberkastenseite des Formkastens gezeigt. Der Oberkasten und Unterkasten wurden hierbei ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Aus der stark vereinfachten und schematischen Ansicht in 6 kann entnommen werden, dass die Kernelemente 18 ineinander gelagert sind, d. h. das Ölraumkernelement 40 ist in dem Wassermantelkernelement 38 angeordnet bzw. gelagert.
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind dabei miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Lagergehäuses ist es auch möglich beispielsweise ein Turbinengehäuse oder Verdichtergehäuse derart herzustellen. Das Turbinengehäuse kann dabei beispielsweise ebenfalls mit einem Wassermantel ausgebildet werden, zur Kühlung. Grundsätzlich ist es hierbei auch möglich bei Elementen des zu fertigenden Gussteils, eine Teilungsebene in Längsrichtung vorzusehen, wie sie beispielhaft in 1 gezeigt ist.
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Die Kernelemente 18, 38, 40, wie sie in den Ausführungsbeispielen in den 2 bis 5 gezeigt sind, können beispielsweise aus einem Sand mit einem geeigneten Bindemittel hergestellt werden, wie zuvor mit Bezug auf den Stand der Technik in 1 beschrieben wurde. Es können jedoch auch andere Materialien oder Materialkombinationen zum Herstellen von Kernelementen 18, 38, 40 verwendet werden.
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Des Weiteren können die Anzahl der Kernelemente, deren Form und Anordnung usw., sowie die Anzahl der Formteile, deren Form und Anordnung usw. beliebig variiert werden, abhängig von dem herzustellenden Gussteil. Entsprechendes gilt auch für das Vorsehen eines Ölzulaufs und/oder -ablaufs, sowie von Wasseranschlussbohrungen. Diese können beliebig gestaltet werden und je nach Bedarf vorgesehen oder weggelassen werden. Beispielsweise kann ein Turboladergehäuse mit oder auch ohne einen oder mehrere Kühlmäntel vorgesehen sein.
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Als Gusswerkstoff für das Lagergehäuse kann beispielsweise eine Stahlguss- und Eisengusslegierung, sowie deren Modifikationen, wie beispielsweise D5, Simo, 1.4848, 1.4849 usw. vorgesehen werden. Dies sind jedoch lediglich Beispiele für Werkstoffe aus denen das Gehäuse hergestellt werden kann. Die Erfindung ist auf diese Werkstoffe nicht beschränkt.