AT517860B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung zumindest eines Formteils - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Formteils (2) aus einem fließfähigen Material (3), wobei das fließfähige Material (3) in einer Füllkammer (4) bereitgestellt und unter Druck über zumindest ein stromabwärts nachgeordnetes Verbindungsstück wie eine Düse (5) in zumindest eine Kavität (6) eingespritzt und in dieser erstarren gelassen wird, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das fließfähige Material (3) in mehreren Füllkammern (4) bereitgestellt und aus diesen eingespritzt wird. Um eine rasche Herstellung zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass aus hinsichtlich eines Druckes voneinander entkoppelten Füllkammern (4) eingespritzt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zur Herstellung zumindest eines Formteils (2) aus einem fließfähigen Material (3), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend genannten Art, umfassend eine Füllkammer (4) zur Bereitstellung von fließfähigem Material (3) und zumindest ein stromabwärts nachgeordnetes Verbindungsstück wie eine Düse (5) und eine dem Verbindungsstück stromabwärts nachgeordnete Kavität (6) zum Einspritzen des fließfähigen Materials (3) und Erstarrenlassen in dieser, wobei erfindungsgemäß mehrere Füllkammern (4) für das fließfähige Material (3) vorgesehen sind. Um eine rasche Herstellung zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Füllkammern (4) hinsichtlich eines Druckes voneinander entkoppelt sind.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG ZUMINDEST EINES FORMTEILS [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Formteils aus einem fließfähigen Material, wobei das fließfähige Material in einer Füllkammer bereitgestellt und unter Druck über zumindest ein stromabwärts nachgeordnetes Verbindungsstück wie eine Düse in zumindest eine Kavität eingespritzt und in dieser erstarren gelassen wird, wobei das fließfähige Material in mehreren Füllkammern bereitgestellt und aus diesen eingespritzt wird.

[0002] Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung zumindest eines Formteils aus einem fließfähigen Material, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend genannten Art, umfassend eine Füllkammer zur Bereitstellung von fließfähigem Material und zumindest ein stromabwärts nachgeordnetes Verbindungsstück wie eine Düse und eine dem Verbindungsstück stromabwärts nachgeordnete Kavität zum Einspritzen des fließfähigen Materials und Erstarrenlassen in dieser, wobei mehrere Füllkammern für das fließfähige Material vorgesehen sind.

[0003] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von metallischen Formteilen in endabmessungsnaher Kontur bekannt. Insbesondere für eine Serienproduktion wird hierfür häufig ein Druckgussverfahren eingesetzt, welches den Vorteil hat, dass mit einer einzigen Form eine Vielzahl gleicher Formteile hergestellt werden kann. Druckgießen zeichnet sich weiter dadurch aus, dass Einspritzzyklen bzw. Taktzeiten kurz sind, was grundsätzlich eine wirtschaftliche Herstellung erlaubt. Diese Vorteile werden bei einem indirekten Anguss zumindest teilweise dadurch kompensiert, dass für einen Anguss eine relativ große Masse im Vergleich zur Masse des finalen Formteils bereitzustellen ist, um letztlich eine Kavität zu füllen. So kann es bei Gießen eines Formteils mit einem Gewicht von etwa 4 kg erforderlich sein, im Angusssystem 11 kg an fließfähigem Material bzw. metallischer Schmelze bereitzustellen. Ein direkter Anguss ist zwar alternativ auch möglich, allerdings ist auch in diesem Fall ein aufwendiges Dreiplattenwerkzeug erforderlich.

[0004] Das Dokument WO 2008/089534 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Formteiles aus fließfähigem Material, wobei zwei unterschiedliche Legierungsmaterialien aus Füllkammern mittels Extrudern einer Mischkammer zugeführt, vermischt und über eine Düse in eine Kavität eingespritzt werden. Weitere übliche Spritzguss- bzw. Druckgussverfahren des Standes der Technik sind in den Dokumenten DE 100 52 638 A1, US 2007/0052124 A1, WO 2007/095719 A1 und EP 1 201 335 A1 gezeigt.

[0005] Unter den weiteren Verfahren zum Verarbeiten fließfähiger metallischer Massen zu endabmessungsnahen Formteilen ist auch das Thixomolding-Verfahren bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine metallische Masse in einem Temperaturbereich zwischen der Liquidustemperatur und der Solidustemperatur bzw. in den Semi-solid-Zustand gebracht. Durch die Verarbeitung des Materials im Semi-solid-Zustand ergibt sich ein vorteilhaftes Gefüge mit guten mechanischen Kennwerten. Auch ist eine Serienfertigung möglich, allerdings sind die Taktbzw. Zykluszeiten ab einem bestimmten Schussgewicht deutlich länger als z. B. im Kaltkammerdruckguss. Kürzere Zykluszeiten würden eine Attraktivität des Thixomolding-Verfahrens unter Berücksichtigung der hohen Qualität erstellter Formteile deutlich steigern.

[0006] Bei einem Thixomolding-Verfahren wird über eine Füllkammer und eine stromabwärts nachgeordnete Düse in eine Gussform eingespritzt. Die Gussform ist dabei als Negativform eines Formteils in einer ersten, unbeweglichen Platte ausgebildet. Eine zweite, bewegliche Platte ist an diese erste Platte anstellbar und schließt die Gussform unter Bildung einer Kavität für ein Formteil ab. Die Düse schließt an die erste Platte an oder ist in dieser integriert. Bei einem Einspritzvorgang wird über diese Düse direkt bzw. mittelbar über die erste Platte in die Kavität eingespritzt. Aufgrund der hohen Wärmekapazität beider Platten erstarrt zwar das Formteil in der Kavität sehr rasch, allerdings wird auch die umgebende Schmelze gekühlt, sodass es in der Düse in der Regel zur Bildung eines Pfropfens kommt. Diese Pfropfenbildung ist zunächst

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AT 517 860 B1 2020-02-15 österreichisches patentamt durchaus erwünscht, weil nach Erstarrung des Formteils und anschließendem Zurückfahren der zweiten Platte und Auswerfen des Formteils aufgrund des Pfropfens keine Schmelze zwischen die nun geöffneten Platten ausfließen kann. Allerdings ist dieser Pfropfen bei einem nachfolgenden Einspritzvorgang nachteilig, weil dieser ausgeschossen werden muss, was zu einem hohen Gegendruck und somit einer Belastung der Vorrichtung führt. In der Regel wird hierdurch insbesondere das sogenannte Barrel belastet, was dessen maximale Lebensdauer verkürzt. Es sind auch alternative Lösungen bekannt geworden, bei welcher die Düse vor Ausschießen des Pfropfens beheizt wird, sodass der Pfropfen zumindest aufgeweicht wird, was zu einer Erhöhung der Standzeit des Barrels führt. Dabei ist aber nachteilig, dass eine relativ aufwendige Sensorik vorzusehen ist, um ein kontrolliertes Erweichen oder Aufschmelzen des Pfropfens zu gewährleisten.

[0007] Im Thixomolding-Verfahren sind die Stundensätze aufgrund der hohen Maschinenanschaffungskosten und teurer Ersatzteile höher als im Druckguss. Um dies zu kompensieren, müssen in einem Schuss mehrere Bauteile mit wenig Anguss gefertigt werden. Dies entspricht einem Direktanguss mit einem Mehrfachheißkanal. Ein Mehrfachheißkanal ist teuer und im Druckguss gegenwärtig nicht möglich. Auch ist mit Mehrfachheißkanal nicht sichergestellt, dass alle Zweige gleichzeitig öffnen. Aber selbst bei gleichzeitigem Öffnen aller Zweige ist der Volumenstrom durch die verschiedenen Zweige vom Gegendruck in der Form abhängig.

[0008] Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem sich insbesondere in einem Thixomolding-Verfahren Formteile rasch und mit minimiertem konstruktiven Aufwand einer hierfür ausgelegten Vorrichtung herstellen lassen.

[0009] Ein weiteres Ziel ist es, eine hierfür geeignete Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben.

[0010] Die verfahrensmäßige Aufgabe der Erfindung wird gelöst, wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art aus hinsichtlich eines Druckes voneinander entkoppelten Füllkammern eingespritzt wird.

[0011] Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil liegt darin, dass aufgrund der Bereitstellung und des Einspritzens des fließfähigen Materials aus mehreren Füllkammern eine rasche Füllung einer oder mehrerer Kavitäten möglich ist, wobei jede Füllkammer in Bezug auf das Einspritzen ein einzelnes System darstellt. Dies bedeutet, dass die einzelnen Anspritzsysteme hinsichtlich eines Druckes voneinander entkoppelt sind. Dadurch kann bei einem Gießen eines großen Formteils mit mehreren Angusspunkten über einzelne Füllkammern die Form über einzelne Angusspunkte gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig gefüllt werden. Alle Pfropfen haben unabhängig voneinander einen Druck und werden ausgeschossen. Im Gegensatz zu einer Zuführung über einen einzelnen Mehrfachheißkanal mit nur einer Füllkammer wird insbesondere vermieden, dass sich ein Druck über einen zuerst öffnenden Zweig so weit abbaut, dass für die anderen Zweige kein ausreichender Druck zum Ausschießen der Pfropfen zur Verfügung steht. Es ist insbesondere unerheblich, ob einzelne Pfropfen unterschiedlich fest in Düsen sitzen, weil über jede Füllkammer Druck unabhängig von einer anderen Füllkammer aufgebaut wird. Es werden daher auch alle Pfropfen ausgeschossen, sodass bei großen Bauteilen eine gleichmäßige Füllung und ein homogenes Nachdrücken erfolgen kann, was letztlich zu hochqualitativen Formteilen führt. Insbesondere bei einer Verarbeitung eines thixotropen Materials können somit bei relativ kurzen Taktzeiten Formteile hoher Güte mit vertretbarem konstruktiven Aufwand erstellt werden.

[0012] Entsprechend den vorstehend dargestellten Vorteilen kommt ein erfindungsgemäßes Verfahren vor allem dann zum Einsatz, wenn ein metallisches Material, welches insbesondere in einem thixotropen Zustand vorliegt, verarbeitet wird.

[0013] Besonders günstig ist es, wenn das fließfähige Material in zumindest einer den Füllkammern stromaufwärts vorgeordneten Vorkammer in einen fließfähigen Zustand gebracht und dann mehreren gesonderten Füllkammern zugeführt wird, über welche die zumindest eine

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Kavität mit dem fließfähigen Material befüllt wird. Zwar kann vorgesehen sein, dass beispielsweise ein thixotropes Material in jeder einzelnen Füllkammer gesondert erzeugt und danach eingespritzt wird, von Vorteil ist es aber, eine einzelne Dosier- bzw. Vorkammer hierfür vorzusehen, in welcher das Material in einen fließfähigen Zustand gebracht wird. Den Füllkammern wird dann jeweils so viel fließfähiges Material zugeführt, dass im Anschluss für das Einspritzen und das Erstellen eines oder mehrerer Formteile ausreichend Material zur Verfügung steht.

[0014] Bevorzugt ist es hierbei, dass das fließfähige Material von einer Vorkammer mehreren Füllkammern zugeführt wird. Ist lediglich eine einzelne Vorkammer vorgesehen, was grundsätzlich allerdings nicht zwingend ist, erfolgt eine zentrale Zustellung des fließfähigen Materials, wodurch eine hohe Materialeffizienz in Bezug auf eine Vorrichtung gegeben ist.

[0015] Um die Füllkammern beim Einspritzen voneinander unabhängig betreiben zu können, ist es von Vorteil, wenn die Füllkammern voneinander hinsichtlich eines Flusses des fließfähigen Materials getrennt sind oder getrennt werden, wenn die Füllkammern für eine Befüllung der zumindest einen Kavität ausreichend gefüllt sind. Hierfür erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn eine Trennung durch eine Einheit zum Auffüllen der Füllkammern bewirkt wird. Hierbei kann es sich bei der Verarbeitung von thixotropen Materialien insbesondere um eine Schnecke handeln, welche Granulat eines Metalls oder einer Legierung in den thixotropen Zustand bringt und anschließend den Füllkammern zuführt, bis diese ausreichend für einen Einspritzvorgang gefüllt sind, wonach die Einheit bzw. beispielsweise eine Schnecke eine Trennung des Materialflusses zu den einzelnen Füllkammern z. B. durch axiale Verschiebung vornimmt. Eine entsprechende Trennung kann allgemein thermisch oder mechanisch durchgeführt werden, beispielsweise thermisch durch Heiz-/Kühlsysteme und mechanisch durch Verschlüsse oder dergleichen. In einer speziellen Variante wird für das Auffüllen der Füllkammern zumindest eine Schnecke eingesetzt, mit welcher eine Trennung der Füllkammern im Zusammenspiel mit einem Anschlag eine Trennung der Füllkammern bewirkt, wenn die Füllkammern für eine Befüllung der zumindest einen Kavität ausreichend gefüllt sind. In diesem Fall wird beispielsweise thixotropes Material in einer Vorkammer mittels der Schnecke erstellt und anschließend in die Füllkammern vorwärtsgetrieben. Sind die Füllkammern weitgehend ausreichend gefüllt, kann die Schnecke axial gegen einen Anschlag verschoben werden, sodass ein weiterer Materialfluss zu den einzelnen Füllkammern unterbunden ist. Dadurch sind die Füllkammern während des Einspritzvorganges voneinander entkoppelt.

[0016] In einer besonders effizienten Verfahrensvariante werden mehrere Füllkammern für das Befüllen der zumindest einen Kavität mit fließfähigem Material mit einem Druckmittel beaufschlagt, welches Druckmittel mit weiteren Druckmitteln in den einzelnen Füllkammern so gekoppelt ist, dass das fließfähige Material in jeder Füllkammer mit Druck beaufschlagt wird. Insbesondere in Kombination mit einer einzelnen Dosier- bzw. Vorkammer ist dadurch ein konstruktiver Aufwand minimiert. Das fließfähige Material kann in einzelnen Füllkammern zugeführt werden, wonach mit einem aktiv betätigten Druckmittel weitere Druckmittel in den Füllkammern passiv aktiviert werden, sodass beispielsweise nur ein einzelner Kolben aktiv betrieben werden muss. Zwar ist nicht ausgeschlossen, dass in einer der Düsen ein Pfropfen vorliegt, der grundsätzlich zu einem Gegendruck führt, allerdings bleibt ein maximaler Druckanstieg begrenzt, wenn der Pfropfen vor dem Einspritzen zumindest erweicht wird, z. B. durch Beheizen der Düse. Dadurch ist in der Folge insbesondere bei einem Thixomolding-Verfahren auch ein Barrel geschont. Dementsprechend eignet sich ein derartiges Verfahren insbesondere auch dann, wenn sich nach dem Einspritzen in der Düse durch Erstarrung von fließfähigem Material insbesondere passiv ein Pfropfen bildet bzw. ein solcher gebildet wird.

[0017] Das weitere Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, dass bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Füllkammern hinsichtlich eines Druckes voneinander entkoppelt sind.

[0018] Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist von Vorteil, dass jede einzelne Füllkammer unabhängig voneinander im Betrieb Material zuführen kann, sodass beispielsweise unterschiedlich fest sitzenden Pfropfen in einzelnen Düsen bei mehreren Angusspositionen für ein großes

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Formteil ein ausreichender Druck für ein Ausschießen der Pfropfen und ein dergleichen Materialfluss für eine vollständige Befüllung einer Kavität möglich ist. Auch bei einem Gießen von mehreren verschiedenen Formteilen gleichzeitig stellen mehrere Füllkammern einen Vorteil dar, weil selbst bei Blockade eines Verbindungsstücks wie einer Düse die übrigen Kavitäten vollständig gefüllt werden.

[0019] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist üblicherweise zur Verarbeitung eines metallischen Materials, welches insbesondere in einem thixotropen Zustand vorliegt, ausgelegt. Eine entsprechende Auslegung erfordert je nach Anforderungsprofil entsprechend temperaturbeständige und gegebenenfalls belastbare Materialien für zumindest jene Bereiche, in welchen das fließfähige Material bewegt wird. Entsprechende Komponenten können beispielsweise aus einem Warmarbeitsstahl gefertigt sein, insbesondere das Barrel.

[0020] Insbesondere für eine Verarbeitung von thixotropen Materialien ist es zweckmäßig, wenn zumindest eine Vorkammer vorgesehen ist, um das Material in einen fließfähigen Zustand zu bringen, und mehrere gesonderte Füllkammern zur Befüllung der zumindest einen Kavität mit dem fließfähigen Material vorgesehen sind, wobei die Füllkammern mit der Vorkammer in Verbindung stehen, sodass fließfähiges Material von der Vorkammer in die Füllkammern gelangt. Mit der gesonderten Bereitstellung des zu verarbeitenden Materials in einer Dosier- bzw. Vorkammer ergibt sich der Vorteil eines optimierten Materialhaushalts, weil an mehreren Stellen direkt angegossen werden kann und aufwendige Angüsse vermieden werden können. Dies lässt sich insbesondere auch ohne teure Dreiplattenwerkzeuge realisieren.

[0021] Grundsätzlich können mehrere Vorkammern für mehrere Füllkammern vorgesehen sein. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass fließfähiges Material von einer Vorkammer mehreren Füllkammern zuführbar ist. Dadurch können nach der Bereitstellung in einer einzelnen Vorkammer mehrere Füllkammern gleichzeitig bedient werden. Das zu verarbeitende Material kann dann zentral in einer einzelnen Vorkammer bereitgestellt werden.

[0022] Günstig ist es auch, wenn die mehreren Füllkammern voneinander hinsichtlich eines Flusses des fließfähigen Materials getrennt sind oder trennbar sind, wenn die Füllkammern für eine Befüllung der zumindest einen Kavität ausreichend gefüllt sind. Durch eine entsprechende Trennung nach Dosieren in die Füllkammern wird sichergestellt, dass die Füllkammern beim Einspritzvorgang voneinander mechanisch entkoppelt sind. Dadurch können sich Probleme, die eventuell bei einer Düse auftreten, nicht auf eine weitere Füllkammer übertragen. Hierfür kann insbesondere eine Einheit zur Trennung der Füllkammern nach Auffüllen der Füllkammern vorgesehen sein. Eine Trennung kann dabei thermisch oder mechanisch bewirkbar sein. Wiewohl beliebige Mittel hierfür Einsatz finden können, ist in einer bevorzugten Variante für das Auffüllen der Füllkammern zumindest eine Schnecke vorgesehen, mit welcher einer Trennung der Füllkammern im Zusammenspiel mit einem Anschlag bewirkbar ist, wenn die Füllkammern für eine Befüllung der zumindest einen Kavität ausreichend gefüllt sind. Die Schnecke kann hierfür in einer Vorkammer positioniert sein und beispielsweise ein fließfähiges, thixotropes Material bereitstellen, welches in die Füllkammern vorwärtsgetrieben wird. Sind die Füllkammern nahezu ausreichend gefüllt, wird restliches Material aus der Vorkammer vorwärtsgepresst und die Schnecke kommt nach axialer Verschiebung an einem Anschlag zu liegen, sodass die Schnecke die Kanäle zu den einzelnen Füllkammern blockiert, wodurch diese für den nachfolgenden Einspritzvorgang voneinander entkoppelt sind. Für den nächsten Einspritzvorgang wird die Schnecke zurückgezogen, wonach sich der beschriebene Vorgang wiederholt. Grundsätzlich ist es möglich, dass jede einzelne Füllkammer mit einem Druckmittel ausgestattet ist, welches beim Einspritzen in die Kavität betätigt wird. Besonders bevorzugt ist es jedoch insbesondere in Kombination mit einer einzelnen Vorkammer, dass mehrere Füllkammern für das Befüllen der zumindest einen Kavität mit fließfähigem Material und ein Druckmittel vorgesehen sind, welches Druckmittel mit weiteren Druckmitteln in den einzelnen Füllkammern so gekoppelt ist, dass das fließfähige Material in jeder Füllkammer mit Druck beaufschlagbar ist. Dadurch ist eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung gegeben, weil bloß ein Druckmittel aktiv zu betätigen ist, wohingegen die weiteren Druckmittel in den einzelnen Füllkammern aufgrund der

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Koppelung passiv mitbewegt werden. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass einzelne der weiteren Druckmittel bei einer Vorwärtsbewegung entkoppeln, wenn ein Gegendruck zu groß wird, beispielsweise aufgrund eines blockierenden Pfropfens in einer Düse.

[0023] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders, wenn nach dem Einspritzen in der Düse durch Erstarrung von fließfähigem Material insbesondere passiv ein Pfropfen vorliegt. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Düsen von einem Heiz- und/oder Kühlsystem umgeben sind, sodass ein Pfropfen auch bewusst gebildet oder aufgelöst werden kann. Gleichwohl stellt eine aktive Pfropfenbildung insofern auch eine Prozessunsicherheit dar, weil unterschiedliche Pfropfenausmaße zu unterschiedlichen Gegendrücken und unter Umständen auch zur Blockade führen können. Durch den Betrieb mehrerer Füllkammern beschränken sich allerdings dadurch hervorgerufene Probleme beim Gießen großer Formteile mit mehreren Angusspositionen auf ein Minimum, weil die Pfropfen mit hoher Sicherheit aus den Düsen geschossen werden.

[0024] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:

[0025] Fig. 1 [0026] Fig. 2 [0027] Fig. 3 [0028] Fig. 4 [0029] Fig. 5 [0030] Fig. 6 [0031] Fig. 7a und 7b eine Vorrichtung mit Mehrfachheißkanalsystem; einen Ausschnitt gemäß dem Ausschnitt II in Fig. 1; eine erfindungsgemäße Vorrichtung;

zwei getrennte Füllkammern;

einen Querschnitt durch eine Einheit mit mehreren Füllkammern; eine mögliche Verteilung von Füllkammern in einem Block; eine Vorratskammer mit zwei Füllkammern triebszuständen;

eine Vorkammer mit zwei Füllkammern in ständen;

eine Vorkammer mit zwei Füllkammern in ständen;

eine Vorkammer mit zwei Füllkammern und einem Verschlusssystem; eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

in zwei verschiedenen Be[0032] Fig. 8a bis 8d [0033] Fig. 9a und 9b verschiedenen Betriebszu verschiedenen Betriebszu [0034] Fig. 10 [0035] Fig. 11 [0036] In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 mit einem Mehrfachheißkanalsystem schematisch im Querschnitt dargestellt. Die Vorrichtung 1 ist zur Verarbeitung von fließfähigem Material 3 ausgelegt, das für einen Einspritzvorgang in einer Füllkammer 4 bereitgestellt wird. An die Füllkammer 4 schließt eine Düse 5 an, über welche das Material durch Betätigung eines Kolbens 14 über stromabwärts nachgeordnete Kanäle Kavitäten 6 in einer Gussform zugeführt werden kann. Bei der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 sind zwei Kavitäten 6 ersichtlich, in welche über die Füllkammer 4 und die nachgeordnete Düse 5 durch Betätigung des Kolbens 14 grundsätzlich gleichzeitig eingespritzt wird. Die Kavitäten 6 werden dabei durch ein Werkzeug aus zwei Platten 17, 18 gebildet, wobei die untere Platte 18 relativ zur oberen Platte 17 verschiebbar gelagert ist, sodass diese nach dem Einspritzen und Erstarren des fließfähigen Materials 3 verfahren und erstellte Formteile 2 entnommen werden können.

[0037] Eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 findet prinzipiell auch bei einer Verarbeitung eines thixotropen Materials Anwendung, insbesondere bei der Verarbeitung thixotroper Legierungen. Aufgrund der Wärmekapazität des Werkzeuges bzw. der Platten 17, 18 kann es nach einem Verfahren der in Fig. 1 unteren Platte 18 dazu kommen, dass sich an den einzelnen Angusspunkten relativ rasch Pfropfen 13 bilden können.

[0038] Wie in Fig. 2 auf der linken Seite ersichtlich, trifft das fließfähige Material 3 während des

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Einspritzens idealerweise auf kein Hindernis. Ein Pfropfen 13 gemäß der rechten Darstellung in Fig. 2 stellt bei einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 allerdings ein solches Hindernis dar, welches vor oder mit einem Einspritzvorgang zu entfernen ist. Gelingt es nicht, den Pfropfen 13 ausreichend zu erweichen, so baut sich ein hoher Gegendruck auf, was letztendlich die Peripherie der Füllkammer 4 bzw. das Barrel belastet und zu einem vorzeitigen Materialversagen führen kann.

[0039] In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 ist im Unterschied zu einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit mehreren Füllkammern 4 aufgebaut, sodass jede einzelne Kavität 6 über eine Füllkammer 4 samt nachgeordneter Düse 5 bedienbar ist. Durch die mehreren Füllkammern 4 können die einzelnen Kavitäten 6 vergleichsweise rasch befüllt werden, da für jede Kavität 6 ein eigenes Reservoir an fließfähigem Material 3 in einer Füllkammer 4 bereitgestellt ist. Darüber hinaus ist bei einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 ein Druckmittel 11 vorgesehen, welches mit weiteren Druckmitteln 12 direkt gekoppelt ist. Die weiteren Druckmittel 12 können wie dargestellt als Kolben 14 ausgebildet sein und sind mit dem Druckmittel 11 grundsätzlich starr verbunden. Durch Betätigung des Druckmittels 11 bzw. axiale Verschiebung entlang einer Längsachse der Füllkammern 4 werden aufgrund der Verbindung auch die weiteren Druckmittel 12 betätigt, sodass mit einem einzigen Hub alle Kavitäten 6 vollständig befüllt werden können, und zwar unabhängig davon, wie einzelne Pfropfen 13 ausgebildet sind.

[0040] Die Verbindung der weiteren Druckmittel 12 mit dem Druckmittel 11 muss nicht zwingend starr ausgeführt sein. Insbesondere um ein gewisses Spiel für eine axiale Verschiebung der weiteren Druckmittel 12 zu gewährleisten, kann die Verbindung der weiteren Druckmittel 12 mit dem Druckmittel 11 auch gelenkig ausgeführt sein, zumal die weiteren Druckmittel 12 ohnedies in den Füllkammern 4 an deren Innenwände geführt sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass die weiteren Druckmittel 12 bei einem Einspritzvorgang entkoppeln, wenn ein Gegendruck zu groß wird.

[0041] Die weiteren Druckmittel 12 müssen nicht unbedingt als Kolben 14 ausgeführt sein. Möglich ist es auch, wie dies in Fig. 4 ersichtlich ist, dass die weiteren Druckmittel 12 als Schnecken 9 ausgebildet sind. Schnecken 9 kommen insbesondere dann zur Anwendung, wenn das fließfähige Material 3 in einen thixotropen Zustand gebracht werden soll, wie dies bei der Verarbeitung von Magnesiumlegierungen zur Anwendung kommt. Die beiden Schnecken 9 plastifizieren das bereitgestellte Material und bringen dieses in einen thixotropen Zustand. Wenn genügend fließfähiges Material 3 zur Verfügung steht, können die beiden Schnecken 9 durch axiales Vorwärtsschieben das fließfähige Material 3 in die Gussformen bzw. Kavitäten 6 einpressen. Die Schnecken 9 können wie bei der Variante gemäß Fig. 3 durch ein einziges Druckmittel 11 verschiebbar sein, wobei wiederum eine starre oder gegebenenfalls gelenkige Verbindung vorgesehen sein kann.

[0042] In Fig. 5 ist ein Querschnitt durch einen Block mit mehreren Füllkammern 4 dargestellt. Die Füllkammern 4 weisen einen Abstand A voneinander auf. Dieser Abstand ist so bemessen, dass einzelne Kavitäten 6 mit ausreichendem Abstand voneinander bedient werden können. Sofern lediglich ein einziges Formteil 2 über mehrere Angusspunkte erstellt wird, ist der Abstand A geeignet ausgelegt. Es ist auch möglich, den Abstand A variabel zu gestalten, sodass dieser beispielsweise über hydraulische Einrichtungen an das jeweilige Produkt angepasst werden kann. Insbesondere bei einer Einrichtung entsprechend Fig. 4 mit separaten Druckmitteln 12 erweist sich eine variable Einsteilbarkeit als besonders zweckmäßig.

[0043] Eine Verteilung bzw. Anordnung der Füllkammern 4 kann auch auf andere Weise erfolgen, wie dies z. B. aus Fig. 6 ersichtlich ist. Wie in Fig. 6 dargestellt, können vier Füllkammern 4 vorgesehen sein, wenngleich auch jede andere beliebige Anzahl an Füllkammern 4 zur Anwendung kommen kann.

[0044] In Fig. 7a und 7b sind weitere Elemente einer Vorrichtung 1 dargestellt, wie diese z. B. bei einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 vorgesehen sind bzw. sein können. Fig. 7a bezieht sich auf einen Zustand des Dosierens, also einem Auffüllen der Füllkammern 4, die im Querschnitt ersichtlich sind. Fig. 7b bezieht sich auf einen Einspritzvorgang, der erfolgen kann, wenn in den

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Füllkammern 4 genügend fließfähiges Material 3 zur Verfügung gestellt ist. Bei dem fließfähigen Material 3 handelt es sich dabei insbesondere um ein thixotropes Material, vor allem eine thixotrope Legierung. In einer Vorkammer 7, die mit einer Schnecke 9 ausgestattet ist, wird fließfähiges Material 3 erstellt und über diese einzige Vorkammer 7 mehreren Füllkammern 4 zugeführt. Sind die Füllkammern 4 ausreichend mit fließfähigem Material 3 für eine Befüllung mehrerer Kavitäten 6 oder gegebenenfalls einer einzelnen größeren Kavität 6 versehen, kann ein Einspritzvorgang erfolgen. Hierfür wird ein Fluss des fließfähigen Materials 3 von der Vorratskammer 7 in die Füllkammern 4 und auch der Materialfluss zwischen den einzelnen Füllkammern 4 unterbrochen. Wie in Fig. 7a und 7b dargestellt kann dies mithilfe einer Heiz/Kühleinrichtung 15 erfolgen. Ist ein Materialfluss getrennt, werden die Füllkammern 4 mit weiteren Druckmitteln 12 gleichzeitig beaufschlagt, wobei die weiteren Druckmitteln 12 entsprechend Fig. 2 mit einem Druckmittel 11 gemeinsam betätigt werden können.

[0045] In Fig. 8a bis 8d ist eine mechanische Entkoppelung des Materialflusses von der Vorratskammer 7 zu den Füllkammern 4 vorgesehen, wobei in diesem Fall mit einem Stellmittel 16 ein Materialfluss freigegeben oder unterbrochen wird.

[0046] Wie in Fig. 9a und 9b dargestellt, kann eine mechanische Entkoppelung des Materialflusses von der Vorratskammer 7 zu den Füllkammern 4 auch dadurch erfolgen, dass eine Schnecke 9, die zunächst zur Bereitstellung von fließfähigem Material 3 dient, axial gegen einen Anschlag 10 vorwärts- bewegt wird, sodass die Schnecke 9 als mechanische Sperre dient.

[0047] Eine weitere Variante zur Trennung eines Materialflusses von einer Vorratskammer 7 zu Füllkammern 4 ist in Fig. 10 dargestellt, wobei als Einheit 8 für die Trennung ein Kugelventil vorgesehen ist.

[0048] Grundsätzlich können beliebige Einheiten 8 zum Einsatz kommen, welche eine Trennung eines Materialflusses von der Vorratskammer 7 zu den Füllkammern 4 ermöglichen, wie dies vorstehend dargestellt ist. Für die Verarbeitung von thixotropem Material hat es sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, eine Schnecke 9 mit einem Anschlag 10 für eine Trennung vorzusehen, da es sich hierbei um ein einfaches mechanisches System handelt, dass insbesondere keine aufwendige Sensorik benötigt. Unabhängig davon kann bei der Verarbeitung von thixotropem Material aber vorgesehen sein, dass einzelne Bereiche entlang des Materialflusses geheizt oder gegebenenfalls gekühlt werden.

[0049] Fig. 11 zeigt eine Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in welcher eine Vorratskammer gemäß Fig. 7a und 7b bei einer Vorrichtung 1 gemäß Fig. 3 zum Einsatz kommt. Mit einer derartigen Vorrichtung 1 können mehrere Formteile 2 rasch und mit hoher Güte erstellt werden. Die Vorrichtung 1 eignet sich zur Verarbeitung von thixotropen Materialien, insbesondere thixotropen Magnesiumlegierungen. Hierfür wird Granulat der Vorkammer 7 zugeführt und in dieser durch eine Drehbewegung der Schnecke 9 und entsprechende Wärmezufuhr in den thixotropen Zustand gebracht. Dabei wird fließfähiges Material 3 im Semi-solid-Zustand produziert. Dieses Material wird durch die Schnecke 9 vorwärtsgetrieben, wobei stromabwärts zumindest zwei Füllkammern 4 vorgesehen sind, in welche das fließfähige Material 3 einfließt. Um einen sicheren Materialfluss zu gewährleisten, kann entlang des Flusses von der Vorkammer 7 zu den Füllkammern 4 oder zumindest in Bereichen davon eine Heiz-/Kühleinrichtung vorgesehen sein. Sind die Füllkammern 4 mit ausreichend Material für ein Befüllen von Kavitäten 6 gefüllt, kann ein Materialfluss von der Vorratskammer 7 zu den Füllkammern 4 unterbrochen werden, indem von Heizung auf Kühlung umgeschaltet oder zumindest die Heizleistung verringert wird. Über das Druckmittel 11 werden dann die weiteren Druckmittel 12 betätigt, die in den Füllkammern 4 gelagert sind und für die Füllung der Kavitäten 6 axial vorwärtsbewegt werden. Dadurch wird das fließfähige Material in die Kavitäten 6 eingepresst, um schließlich Formteile 2 in kurzer Zeit und mit hoher Güte zu erhalten.

Claims (20)

1. Verfahren zur Herstellung zumindest eines Formteils (2) aus einem fließfähigen Material (3) , wobei das fließfähige Material (3) in einer Füllkammer (4) bereitgestellt und unter Druck über zumindest ein stromabwärts nachgeordnetes Verbindungsstück wie eine Düse (5) in zumindest eine Kavität (6) eingespritzt und in dieser erstarren gelassen wird, wobei das fließfähige Material (3) in mehreren Füllkammern (4) bereitgestellt und aus diesen eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus hinsichtlich eines Druckes voneinander entkoppelten Füllkammern (4) eingespritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallisches Material, welches insbesondere in einem thixotropen Zustand vorliegt, verarbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das fließfähige Material (3) in zumindest einer den Füllkammern (4) stromaufwärts vorgeordneten Vorkammer (7) in einen fließfähigen Zustand gebracht und dann mehreren gesonderten Füllkammern (4) zugeführt wird, über welche die zumindest eine Kavität (6) mit dem fließfähigen Material (3) befüllt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass fließfähiges Material (3) von einer Vorkammer (7) mehreren Füllkammern (4) zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkammern (4) voneinander hinsichtlich eines Flusses des fließfähigen Materials (3) getrennt sind oder getrennt werden, wenn die Füllkammern (4) für eine Befüllung der zumindest einen Kavität (6) ausreichend gefüllt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennung durch eine Einheit (8) zum Auffüllen der Füllkammern (4) bewirkt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung thermisch oder mechanisch durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für das Auffüllen der Füllkammern (4) zumindest eine Schnecke (9) eingesetzt wird, mit welcher eine Trennung der Füllkammern (4) im Zusammenspiel mit einem Anschlag (10) bewirkt wird, wenn die Füllkammern (4) für eine Befüllung der zumindest einen Kavität (6) ausreichend gefüllt sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Füllkammern (4) für das Befüllen der zumindest einen Kavität (6) mit fließfähigem Material (3) mit einem Druckmittel (11) beaufschlagt werden, welches Druckmittel (11) mit weiteren Druckmitteln (12) in den einzelnen Füllkammern (4) so gekoppelt ist, dass das fließfähige Material (3) in jeder Füllkammer (4) mit Druck beaufschlagt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einspritzen in einer Düse (5) durch Erstarrung von fließfähigem Material (3) insbesondere passiv ein Pfropfen (13) gebildet wird.

11. Vorrichtung (1) zur Herstellung zumindest eines Formteils (2) aus einem fließfähigen Material (3), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend eine Füllkammer (4) zur Bereitstellung von fließfähigem Material (3) und zumindest ein stromabwärts nachgeordnetes Verbindungsstück wie eine Düse (5) und eine dem Verbindungsstück stromabwärts nachgeordnete Kavität (6) zum Einspritzen des fließfähigen Materials (3) und Erstarrenlassen in dieser, wobei mehrere Füllkammern (4) für das fließfähige Material (3) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkammern (4) hinsichtlich eines Druckes voneinander entkoppelt sind.

12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese für ein metallisches Material, welches insbesondere in einem thixotropen Zustand vorliegt, ausgelegt ist.

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AT 517 860 B1 2020-02-15 österreichisches patentamt

13. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Vorkammer (7) vorgesehen ist, um das Material in einen fließfähigen Zustand zu bringen, und mehrere gesonderte Füllkammern (4) zur Befüllung der zumindest einen Kavität (6) mit dem fließfähigen Material (3) vorgesehen sind, wobei die Füllkammern (4) mit der Vorkammer (7) in Verbindung stehen, sodass fließfähiges Material (3) von der Vorkammer (7) in die Füllkammern (4) gelangt.

14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass fließfähiges Material (3) von einer Vorkammer (7) mehreren Füllkammern (4) zuführbar ist.

15. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Füllkammern (4) voneinander hinsichtlich eines Flusses des fließfähigen Materials (3) getrennt sind oder trennbar sind, wenn die Füllkammern (4) für eine Befüllung der zumindest einen Kavität (6) ausreichend gefüllt sind.

16. Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit (8) zur Trennung der Füllkammern (4) nach Auffüllen der Füllkammern (4) vorgesehen ist.

17. Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung thermisch oder mechanisch bewirkbar ist.

18. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für das Auffüllen der Füllkammern (4) zumindest eine Schnecke (9) vorgesehen ist, mit welcher eine Trennung der Füllkammern (4) im Zusammenspiel mit einem Anschlag (10) bewirkbar ist, wenn die Füllkammern (4) für eine Befüllung der zumindest einen Kavität (6) ausreichend gefüllt sind.

19. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Füllkammern (4) für das Befüllen der zumindest einen Kavität (6) mit fließfähigem Material (3) und ein Druckmittel (11) vorgesehen sind, welches Druckmittel (11) mit weiteren Druckmitteln (12) in den einzelnen Füllkammern (4) so gekoppelt ist, dass das fließfähige Material (3) in jeder Füllkammer (4) mit Druck beaufschlagbar ist.

20. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einspritzen in einer Düse (5) durch Erstarrung von fließfähigem Material (3) insbesondere passiv ein Pfropfen (13) vorliegt.