AT517240B1 - Barrel für eine Thixomoldingvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Barrel (101) für eine Thixomoldingvorrichtung (1), insbesondere zur Verarbeitung von Magnesium und/oder Magnesiumlegierungen zu Formteilen, umfassend einen hohlen länglichen Körper (102), in dessen Innerem eine axial verschiebbare Schnecke führbar ist, wobei am Körper (102) ein auskragender Wulst (105) angeordnet ist, mit dem der Körper (102) in Position haltbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Körper (102) integral mit dem Wulst (105) ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Barrels (101).

Description

Beschreibung

BARREL FÜR EINE THIXOMOLDINGVORRICHTUNG

[0001] Die Erfindung betrifft ein Barrel für eine Thixomoldingvorrichtung, insbesondere zur Verarbeitung von Magnesium und/oder Magnesiumlegierungen zu Formteilen, umfassend einen hohlen länglichen Körper, in dessen Innerem eine axial verschiebbare Schnecke führbar ist, wobei am Körper ein auskragender Wulst angeordnet ist, mit dem der Körper in Position haltbar ist.

[0002] Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Barrels für eine Thixomoldingvorrichtung, insbesondere zur Verarbeitung von Magnesium und/oder Magnesiumlegierungen zu Formteilen, wobei das Barrel einen hohlen länglichen Körper umfasst, in dessen Innerem eine axial verschiebbare Schnecke führbar ist, wobei am Körper ein auskragender Wulst angeordnet ist, mit dem der Körper in Position haltbar ist.

[0003] Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Magnesium und/oder Magnesiumlegierungen im thixotropen Zustand zu Formteilen zu verarbeiten. Dabei wird in der Regel ein Granulat aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung unter gleichzeitiger Wärmezufuhr mit einer Schnecke in einen thixotropen Zustand gebracht. Die Schnecke ist hierfür in einem sogenannten Barrel geführt. An das Barrel schließt eine Düse an, die in eine Kavität mündet. Ist das Material in den thixotropen Zustand gebracht und genügend Material vorhanden, erfolgt ein Einspritzen des Materials in die Kavität, wozu die Schnecke im Barrel axial vorwärts bewegt wird.

[0004] Im Betrieb führt die Schnecke eine Rotationsbewegung aus und fördert Granulat nach vorne in Richtung der Kavität. Durch zusätzliches Heizen und die scherende Vorwärtsbewegung wird das Granulat in den thixotropen Zustand versetzt. An der Spitze der Schnecke befindet sich eine Rückstromsperre, die einen Materialfluss nur in Vorwärtsrichtung zulässt. Ist ein bestimmter Staudruck erreicht, wird die Schnecke bereits vor dem Einspritzen nach hinten gedrückt bzw. gezogen bis genügend Material im Bereich vor der Schnecke vorhanden ist. Das Barrel sollte sich hierbei aber nicht bewegen. Analoges gilt, wenn die Schnecke bei Beginn des nächsten Dosiervorganges nach hinten gezogen wird.

[0005] Wenngleich im Thixomoldingverfahren Formteile hoher Güte hergestellt werden können, bedingt dies nicht automatisch, dass entsprechende Formteile auch kostengünstig sind und sich am Markt durchsetzen können. Diesbezüglich ist insbesondere entscheidend, wie viele Schuss-bzw. Einspritzvorgänge mit einem Barrel durchgeführt werden können, das vergleichsweise kostenintensiv ist.

[0006] Das Barrel, in dessen Innerem die Schnecke geführt ist, unterliegt im Einsatz sehr hohen Belastungen. Zum einen unterliegt das Barrel einer thermischen Belastung, weil eine Wärmezufuhr erforderlich ist, um das Material in den thixotropen Zustand zu bringen. Des Weiteren liegen insbesondere beim Einspritzvorgang in die Kavität hohe mechanische Belastungen vor, weil mit Drücken von bis zu 1100 bar eingespritzt wird.

[0007] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Barreltypen bekannt geworden. Die übliche Bauweise eines Barrels ist dreiteilig. Ein länglicher Körper zur Führung bzw. Aufnahme der axial vorschiebbaren Schnecke wird dabei durch zwei miteinander verpresste Rohre gebildet. Ein inneres Rohr ist möglichst verschleißfest und korrosionsbeständig ausgebildet, z. B. aus Stellite 12. Ein äußeres Rohr hingegen muss mit Warmfestigkeit ausgebildet sein, damit die thermische Belastung handhabbar ist. Hierfür wird in der Regel eine Inconel®-Legierung eingesetzt, wenngleich Legierungen dieses Typs Vorteile erst ab 800 °C voll ausspielen, eine Thixomoldingtemperatur in der Regel aber deutlich darunter liegt. Außenseitig am äußeren Rohr ist schließlich ein Kragen bzw. Wulst angeordnet, der auf das äußere Rohr aufgeschraubt ist. Der Kragen dient dazu, das Barrel bei axialem Verschieben der Schnecke in Position zu halten bzw. in einer Mulde lagern zu können. Insbesondere beim Zurückziehen der Schnecke für den nächsten Einspritzvorgang erfüllt der Kragen bzw. Wulst die Funktion der positionsstabilen

Verankerung in einer Thixomoldingvorrichtung. Darüber hinaus wird der Kragen bzw. Wulst zur Übertragung der Düsenanpresskraft benötigt.

[0008] Barrel wie vorstehend erläutert haben einige Nachteile. Zum einen sind die Rohre aus unterschiedlichem Material gebildet und weisen daher unterschiedliche Wärmeausdehnung auf, was zu Spannungen führen kann. Das innere Rohr ist zwar korrosionsbeständig, jedoch führt die Kombination der zwei Rohre zu einer schlechten Wärmeübertragung, was ungünstig ist. Auf der anderen Seite ist das äußere Rohr zwar warmfest, allerdings reagieren die eingesetzten Legierungen heftig mit Magnesium oder Magnesiumlegierungen. Tritt also im inneren Rohr ein Riss auf, kann dies zu einem Bruch des äußeren Rohrs führen. Auch der Kragen bzw. Wulst bringt in der vorliegenden aufgeschraubten Form Nachteile mit sich. Zwar ist ein Aufschrauben günstig, allerdings ist aufgrund des Aufschraubens in diesem Bereich wiederum eine schlechte Wärmeübertragung ins Innere des Barrels gegeben. Darüber hinaus haben Berechnungen gezeigt, dass der Körper des Barrels vom Kragen bzw. Wulst eingeschnürt wird, was zu unerwünscht hohen Spannungen und möglichen Bruchstellen führt.

[0009] Aus dem Stand der Technik sind auch einteilige Barrel bekannt, welche allerdings keinen Kragen aufweisen und daher nur mit aufwendigen Mitteln beim Vorschub oder Zurückziehen der Schnecke in Position gehalten werden können, was wiederum Ausgangspunkt für hohe Belastungen und damit ein Materialversagen ist.

[0010] Es wäre wünschenswert, möglichst lange Standzeiten für ein Barrel zu erreichen. Kann ein Barrel beispielsweise statt für 250000 Schuss für 10000000 Schuss verwendet werden, wären Thixomoldingformteile wesentlich günstiger herstellbar und am Markt konkurrenzfähiger.

[0011] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Barrel der eingangs genannten Art bereitzustellen, das eine hohe Standzeit aufweist.

[0012] Des Weiteren ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem ein Barrel mit hoher Standzeit bereitgestellt werden kann.

[0013] Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst, wenn bei einem Barrel der eingangs genannten Art der Körper integral mit dem Wulst ausgebildet ist.

[0014] Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass sich aufgrund der integralen Ausbildung des Körpers mit dem Wulst günstige Spannungszustände erreichen lassen. Spannungsspitzen wie bei einem Barrel gemäß dem Stand der Technik sind weitgehend vermieden. Auch eine Wärmeübertragung ist optimiert, da der Körper und der Wulst aus einem einzigen Material gebildet sind. Die Vermeidung von Spannungsspitzen sowie eine gute Wärmeübertragung sorgen dafür, dass das Barrel eine hohe Standzeit aufweist. Gleichzeitig kann das Barrel aufgrund des Kragens bzw. Wulstes insbesondere bei einer axialen Verschiebung einer darin geführten Schnecke, vor allem beim Zurückziehen derselben, in Position gehalten werden.

[0015] Besonders bevorzugt ist es, um den Körper integral mit dem Wulst auszubilden, wenn das Barrel geschmiedet ist.

[0016] Insbesondere günstig hat sich auch erwiesen, wenn Übergänge vom Wulst zum Körper gerundet ausgebildet sind. Eine gerundete Ausbildung sorgt dafür, dass Spannungsspitzen vermindert sind, was wiederum der Lebensdauer bzw. der Standzeit des Barrels zugutekommt.

[0017] Hinsichtlich der Materialwahl ist es bevorzugt, wenn das Barrel aus einer Legierung gebildet ist, enthaltend oder bestehend aus (in Gewichtsprozent): [0018] 0,1 % bis 0,2 %, insbesondere 0,12 % bis 0,18 %, Kohlenstoff (C), [0019] mehr als 0 %, bevorzugt 0,05 % bis 0, 35 %, insbesondere 0,15 % bis 0,30 %, Silicium (Si), [0020] mehr als 0 %, bevorzugt 0,05 % bis 0,40 %, insbesondere 0,15 % bis 0,30 %, Mangan (Mn), [0021] mehr als 8,0 %, bevorzugt 8,5 % bis 15,0 %, insbesondere 9,0 % bis 11,0 %, Chrom (Cr), [0022] mehr als 3,0 %, bevorzugt 3,5 % bis 6,5 %, insbesondere 4,0 % bis 6,0 %, Molybdän (Mo), [0023] mehr als 0,1 %, bevorzugt 0,15 % bis 0,75 %, insbesondere 0,40 % bis 0,60 %, Vanadium (V), [0024] mehr als 7,0 %, bevorzugt 8,0 % bis 12,0 %, insbesondere 9,0 % bis 11,0 %, Cobalt (Co), [0025] Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen.

[0026] Eine derartige Legierung weist nicht nur eine gute Warmfestigkeit auf, sondern ermöglicht auch einen guten Wärmeübergang in das Innere des Barrels bzw. zur Schnecke hin. Gleichzeitig ist auch im Inneren die erforderliche Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem aggressiven Magnesium oder einer aggressiven Magnesiumlegierung gegeben. Schließlich ist auch eine Verschleißfestigkeit einer derartigen Legierung außerordentlich hoch, sodass hohe Standzeiten für das Barrel erreicht werden.

[0027] Bevorzugt kann des Weiteren vorgesehen sein, dass das Barrel an der Oberfläche gehärtet, vorzugsweise nitridgehärtet ist, insbesondere bis zu einem Tiefenbereich von 0,4 mm bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,4 mm bis 0,6 mm. Durch eine Härtung lässt sich die Verschließbeständigkeit insbesondere im Inneren des Barrels, in dem die Schnecke geführt ist, noch weiter steigern.

[0028] Entsprechend den vorstehenden Vorteilen wird ein erfindungsgemäßes Barrel bevorzugt für eine Thixomoldingvorrichtung, insbesondere zur Verarbeitung von Magnesium und/oder Magnesiumlegierungen zu Formteilen, eingesetzt. Dabei kann vorgesehen sein, dass an das Barrel zumindest eine Düse anschließt, die in einer Formplatte positioniert ist, und zumindest eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Düse erwärmbar ist. Durch die Erwärmung der Düse kann ein in dieser nach einem Einspritzvorgang gebildeter Pfropfen erwärmt werden. Ein entsprechendes Erweichen des Pfropfens führt dazu, dass ein Druckanstieg beim Einspritzen in die Kavität bzw. ein Widerstand durch den Pfropfen deutlich geringer ist. Dies trägt ebenfalls zur Standzeiterhöhung des Barrels bei, weil dieses mechanisch weniger belastet wird. In diesem Zusammenhang kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung mit einer Steuerung verbunden ist, wobei über die Steuerung durch die Heizeinrichtung ein Pfropfen in der Düse bei geöffneten Formplatten erweichbar ist. Dies erlaubt eine Optimierung der Verfahrensabläufe in Bezug auf eine minimale Belastung des Barrels bei kurzen Zykluszeiten.

[0029] Das weitere Ziel der Erfindung wird erreicht, wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art der Körper integral mit dem Wulst ausgebildet wird und gegebenenfalls eine spanabhebende Bearbeitung zur Bildung eines freien inneren Durchmessers erfolgt.

[0030] Durch die integrale Ausbildung des Wulstes mit dem Körper durch Schmieden oder andere Umformverfahren kann aus einem einzigen Material das Barrel für die Aufnahme einer Schnecke gebildet werden. Dabei ergeben sich die bereits zuvor für das Barrel erläuterten Vorteile.

[0031] Günstig ist es, wenn das Barrel durch Schmieden erstellt und beim Schmieden vorzugsweise eine 4-fache bis 8-fache Umformung durchgeführt wird, wobei das Schmieden bevorzugt in einem Temperaturbereich von 950 °C bis 1150 °C erfolgt. Im Anschluss an das Schmieden kann eine spanabhebende Bearbeitung zur Bildung eines freien inneren Durchmessers erfolgen, welche erforderlich ist, um den Hohlraum für die aufzunehmende Schnecke zu bilden. Auch außenseitig kann eine spanabhebende Bearbeitung erfolgen, beispielsweise zur Bildung von Nuten für die Aufnahme eines Heizkabels. Das Barrel kann des Weiteren zur Materialoptimierung wärmebehandelt werden. Insbesondere kann das Barrel nach dem Schmieden optional weichgeglüht und anschließend spannungsarm geglüht werden, wonach ein Härten sowie ein ein- oder mehrmaliges Anlassen erfolgen können.

[0032] Als abschließender Schritt hat es sich zweckmäßig erwiesen, wenn eine Oberfläche des Barrels gehärtet, beispielsweise nitridgehärtet wird. Eine geeignete Härtetiefe kann bis zu 1,0mm, bevorzugt 0,4 mm bis 0,6 mm, betragen. Durch eine zusätzliche Oberflächenhärtung (nach dem eigentlichen Härten des gesamten Barrels) kann ein besonders standfestes Barrel erreicht werden.

[0033] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen: [0034] Fig. 1 eine Vorrichtung zum Erstellen von Bauteilen in einem Thixomoldingverfahren; [0035] Fig. 2 eine Verteilereinheit; [0036] Fig. 3 einen Ausschnitt gemäß III aus Fig. 2; [0037] Fig. 4 einen Teil einer Form mit einer Kavität und einem Anschusspunkt; [0038] Fig. 5 einen Teil einer Form mit einer Kavität und mehreren Anschusspunkten; [0039] Fig. 6 einen Verfahrensablauf; [0040] Fig. 7 eine schematische Darstellung des Materialverhaltens in einer Düse während des Verfahrensverlaufs gemäß Fig. 6.

[0041] Fig. 8 ein Barrel gemäß dem Stand der Technik im Querschnitt; [0042] Fig. 9 einen Ausschnitt des Barrels gemäß Fig. 8 im Bereich IX; [0043] Fig. 10 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Barrels; [0044] Fig. 11 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Barrel; [0045] Fig. 12 das Barrel aus Fig. 10 ohne Nuten für Heizdrähte; [0046] Fig. 13 einen Ausschnitt aus dem Barrel gemäß Fig. 11 im Bereich XII.

[0047] In Fig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die für ein Thixomolding von Bauteilen 2 aus Magnesium oder eine Magnesiumlegierung ausgelegt ist. Die Thixomoldingvorrichtung 1 umfasst einen Behälter, in dem das zu verarbeitende Material 3 in Granulatform vorrätig gehalten ist. Über einen Saugförderer oder ein anderes Förderelement wird Material 3 aus dem Behälter in einen Einfüllstutzen gefördert. Über den Einfüllstutzen gelangt das Material 3 in eine Fördereinrichtung 6 bzw. ein Barrel 101, das mit einer Schnecke 107 mit entsprechendem Antrieb versehen ist. Das Barrel 101 wird durch eine Heizung, beispielsweise die Fig. 1 dargestellte, außen in Nuten des Barrels 101 umlaufende Widerstandsheizung, auf einer geeigneten Temperatur gehalten, sodass das Material 3 einen thixotropen Zustand annimmt bzw. in diesem Zustand zu einer stromabwärts nachgeordneten Düse 7 transportiert wird. Die Düse 7 ist in einem ersten Teil 11 einer Form 5 bzw. Formplatte integriert. Ein zweiter Teil 12 der Form liegt dem ersten Teil 9 der Form 5 gegenüber und ist horizontal verschiebbar, sodass die Form 5 geöffnet werden kann, beispielsweise um mittels eines Roboterarmes erstellte Bauteile 2 zu entnehmen.

[0048] In Fig. 2 ist eine Verteilereinheit 8 dargestellt, welche in einer erfindungsgemäßen Thixomoldingvorrichtung 1 zum Einsatz kommt. Die Verteilereinheit 8 weist mehrere Kanäle 10 auf, die sich von einem Verzweigungspunkt 15 in der Verteilereinheit 8 weg erstrecken. In Fig. 2 ist ein Querschnitt einer Verteilereinheit 8 dargestellt, die insgesamt vier Kanäle 10 aufweist. Die Kanäle 10 sind in Abschnitten 9 ausgebildet, die gerade verlaufen. Grundsätzlich können die Abschnitte 9 aber auch gebogen oder in anderer Form ausgeführt sein, solange Ecken vermieden sind, um welche fließfähiges metallisches Material 3 nur schwer bzw. unter Aufbau lokaler Druckspitzen insbesondere im Barrel 101 umleitbar ist. Die Verteilereinheit 8 ist in den ersten Teil 11 der Form 5 eingebaut und schließt an einem Einlass an die Fördereinrichtung 6 bzw. das Barrel 101 an. Das Barrel 101 ist im Anschlussbereich bloß an die Verteilereinheit 8 gepresst. Um in diesem Bereich, durch welchen das Material 3 beispielsweise mit einer Temperatur von 600 °C durchläuft, dichtzuhalten, sind die Anlageflächen von einem mit Druckluft gekühlten Stahlring umgeben. Zwar bilden sich zwischen den drei Elementen Barrel 101, Verteilereinheit 8 und Ring geringfügige Spalten, in diesen erstarrt eintretendes metallisches Material 3 jedoch sofort, sodass quasi eine Selbstdichtung gegeben ist. Gegebenenfalls kann aber bereits ein Temperaturunterschied zwischen Ring und Barrel 101 bzw. Düse 7 für eine genügende Dichtwirkung ausreichend sein, da sich die Düse 7 in der Regel stärker als der Ring ausdehnt. Damit sich die Düse 7 während des Einspritzens axial nicht allzu sehr vom Ring entfernt bzw. abhebt, wird diese an den Ring gepresst, beispielsweise mit Hydraulikzylindern. Die Hydraulikzylinder ziehen auch jenen Teil der Vorrichtung, auf der das Barrel 101 montiert ist, an eine Schließeinheit der Thixomoldingvorrichtung 1. Durch einen Kragen am Barrel 101 wird die Kraft von der Vorrichtung auf das Barrel 101 und letztlich die Düse 7 und dann den Ring bzw. das Werkzeug und die Schließeinheit übertragen.

[0049] Die Abschnitte 9 mit den gerade verlaufenden Kanälen 10 schließen an eine zentrale Zuführung 16, welche eine axiale Erstreckung entlang einer vorzugsweise horizontalen Achse der Fördereinrichtung 6 bzw. des Barrels 101 darstellt, vom Verzweigungspunkt 15 vorzugsweise unter jeweils gleichem Winkel α an. Ein Winkel α sollte zwischen 20° und 50°, bevorzugt 20° und 40°, betragen. Dadurch ergibt sich ein sanfter Fluss vom Verteilungspunkt weg hin zu einzelnen Düsen 7, die endseitig im Bereich der Abschnitte 9 an der Verteilereinheit 8 positioniert sind.

[0050] Eine Düse 7 ist näher in Fig. 3 dargestellt. Die Düse 7 schließt an einen Kanal 10 eines Abschnittes 9 an. Die Düse 7 kann am Abschnitt 9 unlösbar befestigt oder integral mit diesem ausgebildet sein. Möglich ist es auch, dass die Düse am Abschnitt 9 lösbar befestigt ist, beispielsweise durch eine Schraubverbindung. Dies erlaubt es, die Düse 7 gegebenenfalls auszutauschen. Die Düse 7 ist außenseitig von einer Heizeinrichtung 13 umgeben. Die Heizeinrichtung 13 ist als Widerstandsheizung ausgebildet. Dabei erstreckt sich eine Heizwendel entlang der Düse 7 um diese spiralförmig herum. Für eine gute Wärmeübertragung und damit eine rasche Einstellbarkeit der Temperatur an bzw. in der Düse 7 ist die Heizeinrichtung 13 bevorzugt stoffschlüssig mit der Düse 7 verbunden, insbesondere durch Löten. Wenngleich im Ausführungsbeispiel eine Widerstandsheizung vorgesehen ist, kann auch eine induktiv oder anders arbeitende Heizung vorgesehen sein. In einem endseitigen Bereich 7, aus welchem letztlich das fließfähige metallische Material 3 aus der Düse 7 am Anschusspunkt in eine Kavität 4 austritt, ist die Düse 7 bereichsweise verjüngt. Aufgrund der Verjüngung kann nach Erstarrenlassen des oder der Bauteile 2 und Öffnen der Form 5 das eigentliche Gussteil leicht im Bereich des Pfropfens 14 abgebrochen werden, wobei ein Teil eines Pfropfens 14 in der Düse 7 verbleibt.

[0051] In Fig. 4 ist eine Kavität 4 mit einem Anschusspunkt sowie einem Anguss 17 dargestellt. Wie ersichtlich ist, ist vom Anschusspunkt weg bis hin zur Kavität 4 quasi ein Kreuz mit dem fließfähigen metallischen Material 3 auszufüllen, ehe die Kavität 4 erreicht wird. Dies führt dazu, dass zunächst ein hoher Anteil an Abfall gegeben ist, der im Bereich des Angusses 17 anfällt. Dieser Abfall kann zwar recycelt werden, was allerdings aufwendig ist. Darüber hinaus sind längere Wege zurückzulegen, was in der Verfahrensführung zu berücksichtigen ist. Auch die Schließdrücke für die Form 5 bzw. deren ersten Teil 11 und deren zweiten Teil 12 sind höher, weil die projizierte Querschnittsfläche größer ist.

[0052] In Fig. 5 ist schematisch ein Anspritzen mit einer Verteilereinheit gemäß Fig. 2 dargestellt. Über vier Abschnitte 9 mit Kanälen 10 kann die Kavität 4 unter Eintritt von fließfähigem Material 3 gleichzeitig an jedem der Anschusspunkte gefüllt werden.

[0053] Damit wie für Fig. 5 erläutert ein gleichzeitiges Anschießen in mehreren verschiedenen Punkten mit einer Verteilereinheit 8 gemäß Fig. 2 erfolgen kann, ist eine dynamische Temperaturführung an den Düsen 7 zweckmäßig. Dies ist anhand Fig. 6 und 7 näher erläutert. In Fig. 6 sind zunächst die Vorgänge während eines (Erstellungs-)Zyklus dargestellt. Bei geschlossener Form wird über das Barrel 101 in die nachgeordnete Düse 7 das Material 3 in eine oder mehrere Kavitäten 4 eingespritzt, die im zweiten Teil 12 der Form 5 vorliegen. Sind die Kavitäten 4 vollständig gefüllt, wird das Bauteil gekühlt. Danach wird die Form 5 geöffnet, das oder die Bauteile 2 entnommen und die Form 5 innerhalb weniger Sekunden gereinigt sowie mit einem

Trennmittel beaufschlagt, sodass sich ein oder mehrere im nächsten Zyklus erstellte Bauteile 2 leicht entnehmen lassen. Anschließend wird die Form 5 geschlossen, womit der Zyklus beendet ist. Der nächste Zyklus beginnt wiederum mit dem Einspritzen von Material 4. Ein Zyklus, wie in Fig. 6 dargestellt, ist bei Thixomoldingverfahren üblich.

[0054] Zweckmäßigerweise werden die Düsen 7 der Thixomoldingvorrichtung 1 einem Temperaturprogramm unterworfen, das ohne Verlängerung der Zykluszeit zu niedrigeren Druckspitzen in der Fördereinrichtung 6 bzw. dem Barrel 101 führt und damit dessen Standzeit signifikant erhöht. Die variable Temperaturführung an bzw. in einer Düse 7 ist in Fig. 7 für einen Erstellungszyklus dargestellt. Beim Einspritzen in die geschlossene Form wird die Düse 7 mit maximaler Fleizleistung beaufschlagt, damit das Material 3 frei durch die Düse 7 fließen kann. Dies entspricht dem Zustand A. Sobald die eine oder mehrere Kavitäten 4 gefüllt sind und das Bauteil 2 gekühlt wird, kann in einem ersten Abschnitt der Düse 7, welcher einem Angusspunkt näher liegt, die Fleizleistung verringert werden, wie dies durch eine geänderte Schraffur in der Fleizeinrichtung 13 dargestellt ist. Dies entspricht dem Zustand B. Es kommt in der Düse 7 dann zur Bildung eines Pfropfens 14 in jenem Bereich, der am Beginn der Düse 7 liegt. Für die Pfropfenbildung ist eine Kühlung gegebenenfalls zweckmäßig, muss aber nicht unbedingt realisiert sein. Da die Form 5 zur Erstarrung des oder der Bauteile 2 gekühlt wird und Magnesium eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann sich der Pfropfen 14 grundsätzlich auch bei weiterer, allerdings allenfalls abgesenkter Beheizung der Düse 7 bilden. Bei geöffneter Form 5 und Entnahme des Bauteils 2 bricht der Pfropfen 14 im Bereich der Düse 7 ab, bleibt jedoch im Wesentlichen erhalten. Dies entspricht dem Zustand C. Die Form 5 ist jetzt zwar noch offen, aber die Fleizeinrichtung 13 kann bereits mit höherer Leistung operieren, um den Pfropfen 14 aufzuweichen. Dies entspricht dem Zustand D. Sobald die Form 5 wieder geschlossen ist, kann mit der Fleizeinrichtung 13 mit voller Leistung gefahren werden, sodass der Pfropfen 14 idealerweise ganz aufschmilzt. Dies entspricht dem Zustand E. Dadurch ergibt sich, dass beim nächsten Zyklus bzw. Einspritzen die Düse 7 vollkommen frei ist, sodass Druckspitzen in der Fördereinrichtung 6 bzw. dem Barrel 101 eliminiert oder zumindest verringert werden. Die gezielte Erweichung und anschließende Aufschmelzung des Pfropfens 14 kann innerhalb der üblichen Zeit für einen Erstellungszyklus von weniger als 40 Sekunden durchgeführt werden.

[0055] In Fig. 8 ist ein Barrel 101 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Das Barrel 101 umfasst einen länglichen Körper 102, der aus einem inneren Rohr 103 und einem äußeren Rohr 104 gebildet ist. Die beiden Rohre 103, 104 bestehen aus unterschiedlichen Materialien, welche einerseits der Belastung im Inneren (Rohr 103) und andererseits einer thermischen Belastung (äußeres Rohr 104) Rechnung tragen sollen. Am äußeren Rohr 104 befindet sich ein aufgeschraubter Wulst 105. Dieser Wulst 105 dient dazu, das Barrel 101 bei Vorschieben oder Zurückziehen einer Schnecke 7 in Position halten zu können. Hierfür wird der Wulst 105 des Barrels 101 ähnlich wie mit einem Flansch in einer Thixomoldingvorrichtung 1 fixiert. Der mehrteilige Aufbau des Barrels 101 ist zwar zunächst kostengünstig, führt allerdings aufgrund von hohen Spannungsspitzen und schlechter Wärmeübertragung, insbesondere im Bereich des Wulstes 105, der wie in Fig. 9 angedeutet aufgeschraubt ist, zu unerwünscht kurzen Standzeiten.

[0056] In Fig. 10 bis 12 ist ein erfindungsgemäßes Barrel 101 dargestellt; Fig. 13 zeigt einen Ausschnitt im Bereich XII der Fig. 11. Wie anhand der Fig. 10 bis 13 ersichtlich ist, weist ein erfindungsgemäßes Barrel 101 ebenfalls einen länglichen, im inneren hohlen Körper 102 auf. Im Inneren des Körpers 102 ist eine nicht dargestellte Schnecke 7 axial verschiebbar. Im Unterschied zum Stand der Technik ist das Barrel 101 einteilig aus einem einzigen Material ausgebildet. Hierfür kommt beispielsweise ein Stahl folgender Zusammensetzung (in Gew%) infrage: [0057] 0,16 %, Kohlenstoff (C), [0058] 0,20 %, Silicium (Si), [0059] 0,20 %, Mangan (Mn), [0060] 10,0 %, Chrom (Cr), [0061] 5,0 %, Molybdän (Mo), [0062] 0,50 %, Vanadium (V), [0063] 10,0%, Cobalt (Co), [0064] Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen.

[0065] Ein entsprechender Stahl erlaubt nicht nur eine ausreichende Wärmeübertragung, sondern weist auch die erforderliche Warmfestigkeit auf. Aufgrund der einteiligen Ausbildung und des Einsatzes eines einzigen Materials bzw. der Vermeidung mehrerer Rohre ergeben sich auch keine Probleme in Bezug auf unterschiedliche Wärmeausdehnungen. Insbesondere wird durch die einteilige Fertigung erreicht, dass auch im Bereich des Wulstes 105, an dessen äußerer Oberfläche wie in den übrigen Bereichen ebenfalls Nuten für die Aufnahme von Heizwendeln verlaufen, eine gute Wärmeübertragung gegeben ist.

[0066] Wie aus der Zusammenschau von Fig. 11 und 13 ersichtlich ist, sind Übergänge 106 im Bereich des Wulstes 105 zum länglichen Körper 102 hin gerundet ausgebildet. Dadurch sind Spannungsspitzen in diesem Bereich vermieden.

[0067] Ein erfindungsgemäßes Barrel 101 wird bevorzugt erstellt, indem zunächst ein Rohling durch Schmieden erstellt wird. Anschließend erfolgt eine spanabhebende Bearbeitung auf die finalen Dimensionen, wobei insbesondere der Hohlraum des Körpers 102 durch spanabhebende Bearbeitung erstellt wird.

Das Barrel 101 kann darüber hinaus noch weiter thermisch behandelt werden, um die Einsatzeigenschaften zu optimieren. Insbesondere kann das Barrel gehärtet und ein- oder mehrmals angelassen sein. Darüber hinaus kann das Barrel an der Oberfläche auch einer Nitrierung unterworfen werden, um die Verschleißfestigkeit insbesondere im Inneren des Körpers 102 noch weiter zu erhöhen.

Claims (11)

1. Patentansprüche

   1. Barrel (101) für eine Thixomoldingvorrichtung (1), insbesondere zur Verarbeitung von Magnesium und/oder Magnesiumlegierungen zu Formteilen, umfassend einen hohlen länglichen Körper (102), in dessen Innerem eine axial verschiebbare Schnecke (107) führbar ist, wobei am Körper (102) ein auskragender Wulst (105) angeordnet ist, mit dem der Körper (102) in Position haltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (102) integral mit dem Wulst (105) ausgebildet ist.
2. 2. Barrel (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses geschmiedet ist.
3. 3. Barrel (101) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Übergänge (106) vom Wulst (105) zum Körper (102) gerundet ausgebildet sind.
4. 4. Barrel (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus einer Legierung gebildet ist, enthaltend (in Gewichtsprozent): 0,1 % bis 0,2 %, insbesondere 0,12 % bis 0,18 %, Kohlenstoff (C), mehr als 0 %, bevorzugt 0,05 % bis 0, 35 %, insbesondere 0,15 % bis 0,30 %, Silicium (Si), mehr als 0 %, bevorzugt 0,05 % bis 0,40 %, insbesondere 0,15 % bis 0,30 %, Mangan (Mn), mehr als 8,0 %, bevorzugt 8,5 % bis 15,0 %, insbesondere 9,0 % bis 11,0 %, Chrom (Cr), mehr als 3,0 %, bevorzugt 3,5 % bis 6,5 %, insbesondere 4,0 % bis 6,0 %, Molybdän (Mo), mehr als 0,1 %, bevorzugt 0,15 % bis 0,75 %, insbesondere 0,40 % bis 0,60 %, Vanadium (V), mehr als 7,0 %, bevorzugt 8,0 % bis 12,0 %, insbesondere 9,0 % bis 11,0 %, Cobalt (Co), Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
5. 5. Barrel (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Barrel (101) an der Oberfläche gehärtet, vorzugsweise nitridgehärtet ist, insbesondere bis zu einem Tiefenbereich von 0,4 mm bis 0,6 mm.
6. 6. Thixomoldingvorrichtung (1), insbesondere zur Verarbeitung von Magnesium und/oder Magnesiumlegierungen zu Formteilen, umfassend ein Barrel nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. 7. Thixomoldingvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an das Barrel (101) zumindest eine Düse (7) anschließt, die in einer Formplatte positioniert ist, und zumindest eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Düse (7) erwärmbar ist.
8. 8. Thixomoldingvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung mit einer Steuerung verbunden ist, wobei über die Steuerung durch die Heizeinrichtung ein Pfropfen in der Düse (7) bei geöffneten Formplatten erweichbar ist.
9. 9. Verfahren zur Herstellung eines Barrels (101) für eine Thixomoldingvorrichtung (1), insbesondere zur Verarbeitung von Magnesium und/oder Magnesiumlegierungen zu Formteilen, wobei das Barrel (101) einen hohlen länglichen Körper (102) umfasst, in dessen Innerem eine axial verschiebbare Schnecke (107) führbar ist, wobei am Körper (102) ein auskragender Wulst (105) angeordnet ist, mit dem der Körper (102) in Position haltbar ist, wobei das Barrel (101) insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (102) durch Schmieden integral mit dem Wulst (105) ausgebildet wird und gegebenenfalls eine spanabhebende Bearbeitung zur Bildung eines freien inneren Durchmessers erfolgt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die integrale Ausbildung durch Schmieden mit einer 4-fachen bis 8-fachen Umformung durchgeführt wird, wobei das Schmieden bevorzugt in einem Temperaturbereich von 950 °C bis 1150 °C erfolgt.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Barrels gehärtet wird. Hierzu 9 Blatt Zeichnungen