DE19926653B4

DE19926653B4 - Verfahren zum Durchführen von Thixoforming sowie Thixoforming-Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19926653B4
Application number: DE19926653A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Zillgen; Georg Pfaller; Klaus Dr. Heck; Martin Mayr
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2019-06-12
Also published as: DE19926653A1

Abstract

Verfahren zum Durchführen von Thixoforming,
bei dem ein im Grundzustand fester Körper aus einem thixotrope Eigenschaften aufweisenden Werkstoff mittels einer Heizeinrichtung auf Thixotropie-Temperatur erwärmt wird und der Körper in diesem Thixotropie-Zustand anschließend einer als Formgebungsvorrichtung ausgebildeten Gießvorrichtung mit einer Gießkammer und mit einem Gießkolben zugeführt wird, in der der thixotrope Körper zu einer definierten Werkstückform verpresst wird, wobei der Körper vor Erreichen des Thixotropie-Zustands in eine Stützkammer überführt wird, in der der Körper nach Erreichen des Thixotropie-Zustands formschlüssig aufgenommen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützkammer (8; 21; 39) mitsamt darin im Thixotropie-Zustand formschlüssig aufgenommenem thixotropen Körper (3) so in die Gießkammer (24; 34) der Gießvorrichtung (20; 33) eingebracht wird, dass der thixotrope Körper (3) dort mittels des Gießkolbens (35) aus der Stützkammer (8; 21; 39) heraus in einen die Kontur des späteren Werkstücks bestimmenden Formhohlraum (30; 44) einer Gießform (29; 36) gepresst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen von Thixoforming nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Thixoforming-Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Beim Thixoforming werden die Vorteile des thixotropen Werkstoffverhaltens in einem halbflüssigen oder halbfesten Zustand zwischen der Solidus- und Liquidustemperatur ausgenutzt. Im thixotropen Zustand besitzt der Werkstoff noch genügend Formzusammenhalt, verflüssigt sich jedoch bereits unter geringer Scherbelastung und erlaubt so auch die Füllung komplexer, feinstrukturierter, geometrisch komplizierter Räume. Grundsätzlich unterscheidet man beim Thixoforming zwischen dem Thixogießen, bei dem ein auf Thixotropie-Temperatur erwärmter Körper mittels einer Gießvorrichtung in eine Gießform gepreßt wird, und dem Thixoschmieden, bei dem ein thixotroper Körper mit Hilfe gegeneinander bewegter Werkzeuge durch Schmieden umgeformt wird.

In der DE 195 38 243 C2 ist ein Thixogießverfahren in Verbindung mit einer Thixogießvorrichtung beschrieben, bei dem ein auf Thixotropie-Temperatur zu erwärmender Körper mittels einer Induktionsheizung als Heizeinrichtung auf Thixotropie-Temperatur erwärmt wird. Anschließend wird der thixotrope Körper einer als Druckkammer ausgebildeten Gießkammer zugeführt, in der ein als Preßkolben ausgebildeter Gießkolben geführt ist, über den der thixotrope Körper in einen die Kontur des späteren Werkstücks bestimmenden Formhohlraum einer Gießform gepreßt wird.

Wie dieser thixotrope Körper von der Heizeinrichtung zur Gießvorrichtung transportiert wird, ist hier nicht beschrieben. Gerade dieser Transport von der Heizeinrichtung zur entfernt davon liegenden Formgebungsvorrichtung bereitet jedoch Probleme, da sich der thixotrope Körper während des Transports bereits durch geringe auf ihn einwirkende Kräfte in unerwünschter Weise verformen und ggf. teilweise verflüssigen kann, so daß der thixotrope Körper keine für das Thixoforming in einer Formgebungsvorrichtung geeignete Form mehr aufweist.

Aus der JP 08300126 A ist ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen von Thixoforming bekannt, bei dem ein im Grundzustand fester Körper aus einem thixotrope Eigenschaften aufweisenden Werkstoff mittels einer Heizeinrichtung auf Thixotropie-Temperatur erwärmt wird und der Körper in diesem Thixotropie-Zustand anschließend einer als Formgebungsvorrichtung ausgebildeten Gießvorrichtung mit einer Gießkammer und mit einem Gießkolben zugeführt wird, in der der thixotrope Körper zu einer definierten Werkstückform verpresst wird, wobei der Körper vor Erreichen des Thixotropie-Zustandes in eine Stützkammer überführt wird, in der der Körper nach Erreichen des Thixotropie-Zustandes formschlüssig aufgenommen ist.

Konkret weist die Gießvorrichtung hier eine Heiz- und Transportvorrichtung mit einem revolvertrommelartigen Rotationskörper auf, der eine Vielzahl von sog. Transportlöchern als Stützkammern aufweist. Diese Stützkammern sind am äußeren Randbereich des Rotationskörpers kreisförmig sowie beabstandet voneinander angeordnet. Um die einzelnen Stützkammern herum sind Heizspulen angeordnet, so dass ein darin aufgenommener im Grundzustand fester Körper aus einem thixotrope Eigenschaften aufweisenden Werkstoff auf Thixotropie-Temperatur erwärmt werden kann. Die einzelnen Stützkammern sind hierzu mit Verschlussplatten verschließbar. Der Rotationskörper ist insgesamt um eine Drehachse verdrehbar, die so angeordnet ist, dass jeweils eine der Stützkammern revolverartig vor einem Öffnungsbereich einer Gießkammer der Gießvorrichtung anordenbar ist, wobei dann anschließend der Gießkolben den auf Thixotropie-Temperatur erwärmten Körper nach Öffnen der Verschlussplatten aus der Stützkammer in die Gießkammer und von dort aus in den Formhohlraum der Gießform presst. Ein derartiger Aufbau einer Gießvorrichtung zum Durchführen von Thixoforming ist aufgrund des aufwendigen und bauteilintensiven Rotationskörpers relativ teuer und damit wenig praktikabel. So ist insbesondere die Integration einer Vielzahl von Stützkammern in Verbindung mit einer Heizvorrichtung in einer einzigen Heiz- und Transportvorrichtung sehr aufwendig. Zudem ist diese Vorrichtung aufgrund der Vielzahl der dort integrierten Funktionen auch sehr störanfällig, was die Funktionssicherheit der Gießvorrichtung insgesamt beeinträchtigen kann. Des weiteren ergeben sich bei einer derartigen Positionierung der Stützkammer vor der Gießkammer und dem anschließenden Ausschieben des thixotropen Körpers aus der Stützkammer in die Gießkammer hinein Probleme im Hinblick auf die Dichtigkeit zwischen der Gießkammer und der Stützkammer, wobei die Integration einer Vielzahl derartiger Stützkammern in eine einzige als Rotationskörper ausgebildete Vorrichtung dieses Problem zudem noch erhöht. Ein weiterer Nachteil eines derartigen Aufbaus einer Druckvorrichtung ist, dass durch die Hintereinanderschaltung verschiedener Bauteile ein insgesamt relativ großbauender und viel Platz einnehmender Aufbau geschaffen wird.

Weiter ist aus der DE 697 00 394 T2 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Durchführen von Thixoforming bekannt, bei dem ein langes Rohrteil vorgesehen ist, das an einem Ende eine löffelartig ausgebildete Aufnahme als Stützeinrichtung aufweist, in der der Körper vor dessen Erhitzen mittels zweier Vorsprünge lagefixiert wird. Der Körper wird anschließend in eine Induktionsheizung eingebracht und dort auf Thixotropie-Temperatur erwärmt. Nach dem Erwärmen auf die gewünschte Temperatur wird das Rohrteil und damit die Aufnahme mit dem darin gehaltenem auf Thixotropie-Temperatur erwärmten Körper um 180° gedreht, wodurch der erwärmte Körper von der Stützeinrichtung abfallen kann und im freien Fall direkt in eine darunter angeordneten Spritzgießkammer fällt. Die Zuführung des thixotropen Körpers zu der Gießvorrichtung erfolgt hier so, dass sich der thixotrope Körper während des Falls und insbesondere beim Auftreffen in einer Aufnahmewanne der Gießvorrichtung in unerwünschter Weise verformt und damit bereits frühzeitig noch vor dem Einpressen in die Gießform verflüssigt. Neben einem möglichen Schmelzenverlust durch Wegspritzen von Schmelzebestandteilen beim Auftreffen in der Aufnahmewanne ist eine derartige Verfahrensweise auch dadurch nachteilig, dass sich hier durch länge ren Kontakt mit der Luft relativ rasch eine unerwünschte Oxidhaut im Außenumfangsbereich bilden kann. Dies kann erheblich die Qualität des Gießvorgangs und dadurch auch des Gießergebnisses selbst beeinträchtigen.

Aus R. Moschini: „Serienfertigung von Treibstoffverteilerschienen nach dem Thixocasting-Verfahren im halbflüssigen Zustand" in Gießerei-Praxis Nr. 9/10-1997, Seiten 209 bis 211 ist es in lediglich allgemeiner Weise bekannt, dass sich Slugs in individuellen Haltern befinden und durch einen Vorwärmofen laufen. Hinweise auf eine konkrete Verfahrensführung und eine konkrete Vorrichtung sind hier nicht gemacht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Durchführen von Thixoforming zu schaffen, bei dem ein thixotroper Körper einer Gießvorrichtung in einer kontrollierten Weise einfach und schnell zu geführt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine geeignete, kompakte Thixoforming-Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zur Verfügung zustellen.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens mit den Merkmalen des neuen Patentanspruchs 1 und bezüglich der Vorrichtung mit dem Merkmalen des neuen Patentanspruchs 9 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 wird die Stützkammer mitsamt darin im Thixotropie-Zustand formschlüssig aufgenommenen thixotropen Körper so in die Gießkammer der Gießvorrichtung eingebracht, dass der thixotrope Körper dort mittels des Gießkolbens aus der Stützkammer heraus in einen die Kontur des späteren Werkstücks bestimmenden Formhohlraum einer Gießform gepresst wird.

Gemäß Anspruch 9 ist eine Zuführeinrichtung vorgesehen, mit der die Stützkammer mitsamt dem darin im Thixotropie-Zustand formschlüssig aufgenommenen thixotropen Körper in die Gießkammer der Gießvorrichtung einbringbar ist und der thixotrope Körper aus der Stützkammer in einen Formhohlraum einer Gießform mittels des Gießkolbens ausschiebbar ist.

Mit einer derartigen Verfahrensführung und einem derartigen Aufbau der Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens kann ein thixotroper Körper der Gießvorrichtung in einer sehr kontrollierten Weise einfach und schnell zugeführt werden, da die Stützkammer mitsamt dem darin enthaltenen thixotropen Körper direkt in die Gießkammer eingesetzt wird, so dass anschließend durch eine einfache Betätigung des Gießkolbens der tixotrope Körper schnell und auf kurzem Wege in den Formhohlraum der Gießform eingepresst werden kann. Insgesamt ergibt sich mit einer derartigen Verfahrensführung auch die Möglichkeit des Aufbaus einer relativ kompakten Vorrichtung, die nur wenig Bauraum einnimmt. So ist die Zuführvorrichtung hier relativ einfach aufzubauen, da lediglich im Bereich der Gießkammer eine Ausnehmung bzw. ein Freiraum für die Aufnahme der Stützkammer in der Gießkammer vorgesehen werden braucht. Dies ist relativ einfach mit wenig Aufwand zu bewerkstelligen, so dass die Funktionssicherheit bei der Durchführung dieses Verfahrens sowie auch bei dem Betreiben einer derartigen Vorrichtung sehr hoch ist.

Weitere vorteilhafte Verfahrensführungen bzw. Ausgestaltungen sind Gegenstand der nachfolgend gewürdigten Unteransprüche:
Grundsätzlich wäre es ausreichend, daß der Körper kurz vor Erreichen des Thixotropie-Zustands in eine Stützkammer überführt wird. Vorzugsweise wird jedoch nach Anspruch 2 vorgeschlagen, daß der Körper bereits vor Beginn der Erwärmung in die Stützkammer überführt wird. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Erwärmung des Körpers auf Thixotropie-Temperatur in der Stützkammer.

Der Körper kann grundsätzlich mittels jeder Heizeinrichtung, die geeignet ist, den Körper auf Thixotropie-Temperatur zu erwärmen, erhitzt werden. Vorzugsweise wird der Körper jedoch mittels einer Induktionsheizung induktiv auf Thixotropie-Temperatur erwärmt. Damit ist eine gute und schnelle Erwärmung des Körpers unabhängig von dessen z.B. horizontaler oder vertikaler Lage möglich. Bevorzugt wird der Körper in der Stützkammer induktiv mit einer Frequenz von 1 bis 10.000 Hz erwärmt. Für eine gute Durchdringung des Körpers mit Wirbelströmen sowie für eine effektive Energieeinbringung wird der Körper in der Stützkammer vorzugsweise mit einer Frequenz zwischen 10 und 1.000 Hz erwärmt.

Nach Anspruch 3 ist der Gießkolben in der Art einer Zylinder-Kolben-Anordnung wenigstens teilweise in der als Druckkammer ausgebildeten Gießkammer geführt. Der Gießkolben wird dabei zwischen einer Ausgangsposition und einer Ausstoßposition verschoben, wobei die Zuführung des in der Stützkammer aufgenommenen thixotropen Körpers in einem zwischen diesen beiden Gießkolbenpositionen liegenden Zuführbereich der Gießkammer erfolgt. In der Ausstoßposition befindet sich der Gießkolben stets in einem gießformnahen Bereich der Gießkammer. Lediglich in seiner Ausgangsposition kann es je nach Verfahrensart erforderlich sein, daß der Gießkolben ganz aus der Gießkammer herausgeführt ist, wie dies in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen Verfahrensweisen der Fall ist:
In einer ersten Verfahrensweise wird nach Anspruch 4 die Stützkammer der Gießvorrichtung mittels einer Zuführeinrichtung über eine separate Stützkammer-Zuführöffnung in einer Gießkammerwand zugeführt. Vorzugsweise erfolgt die Zuführung im gießlaufnahen Bereich als Zuführbereich einer vorzugsweise rohrförmigen Gießkammer, wobei die Stützkammer die Stützkammer-Zuführöffnung in der Gießkammerwand formschlüssig und dicht verschließt und die Stützkammerinnenwand einen Teil der Gießkammerinnenwand bildet. Anschließend schiebt dann der Gießkolben den thixotropen Körper aus der Stützkammer aus. Der Gießkolben kann hier in der Gießkammer zwischen der Ausgangsposition und der Ausstoßposition verschoben werden.

In einer weiteren Alternative wird nach Anspruch 5 vorgeschlagen, dass die Stützkammer der Gießvorrichtung ebenfalls im vor der Gießkammer liegenden Zuführbereich zugeführt wird, wobei anschließend allerdings die Stützkammer mitsamt darin aufgenommenem thixotropen Körper mittels einer Verschiebeeinrichtung in der Gießkammer unmittelbar vor den Gießlauf verschoben wird. Anschließend preßt dann der Gießkolben den thixotropen Körper aus der Stützkammer über den Gießlauf in den Formhohlraum der Gießform. Die Gießkammer ist hier so dimensioniert, dass darin die Stützkammer formschlüssig aufgenommen werden kann, während der Gießkolben so dimensioniert ist, dass er formschlüssig in der Stützkammer geführt werden kann. Um die Stützkammer im Zuführbereich vor der Gießkammer zuführen zu können, ist auch hier der Gießkolben in der Ausgangsposition aus dem Gießkolben herausgeführt und beabstandet zur Gießkammer-Einschuböffnung positioniert.

In einer zum Verfahren nach Anspruch 3 alternativen Verfahrensführung ist nach Anspruch 6 der Gießkolben in einer Gießkammer der Gießvorrichtung in der Art einer Zylinder-Kolben-Anordnung zwischen einer Ausgangsposition und einer Ausstoßposition verschiebbar. Die Stützkammer wird hier bei abgehobener, beweglicher Gießformhälfte einer zweiteiligen Gießform von der Gießkammer-Ausstoßseite her der Gießkammer zugeführt, wobei die Stützkammer vorzugsweise als integraler formschlüssiger und dichter Einsatz in einem ausstoßseitigen Gießkammerwandbereich zugeführt wird, so dass die Stützkammerinnenwand einen Teil der Gießkammerinnenwand bildet. Im sich daran anschließenden Verfahrensschritt wird die abgehobene Gießformhälfte wieder abgesenkt zu einer insgesamt geschlossenen Gießform, woraufhin der Gießkolben den thixotropen Körper aus der Stützkammer ausschiebt und in den Formhohlraum der Gießform preßt.

Grundsätzlich ist es möglich, daß der thixotrope Körper direkt aus der Stützkammer über einen Gießlauf in den Formhohlraum der Gießform gepreßt wird. In einer bevorzugten Verfahrensführung wird nach Anspruch 7 jedoch vorgeschlagen, daß der thixotrope Körper zur Oxidhautrückhaltung über eine dem Gießlauf vorgeschaltete Vorrichtung zur Oxidhautrückhaltung in den Formhohlraum der Gießform gepreßt wird. Vorzugsweise ist diese Vorrichtung zur Oxidhautrückhaltung eine Blende. Damit wird ein einfaches Verpressen des thixotropen Körpers zu einem qualitativ hochwertigen Gußteil ermöglicht.

Für die Herstellung besonders hochwertiger Gußteile ist es bekannt, dass für eine Verringerung der Gasaufnahme einer einströmenden Schmelze wenigstens der Formhohlraum evakuiert wird. Deshalb wird nach Anspruch 8 vorgeschlagen, dass der zum Gießkolben hin abgeschlossene Formhohlraum evakuiert wird. Vorzugsweise wird dabei der Formhohlraum vom thixotropen Körper formschlüssig und dicht abgeschlossen. Gleichzeitig oder anschließend preßt dann der Gießkolben den thixotropen Körper in den Formhohlraum der Gießform. Dies führt insgesamt zu einer Steigerung der Schweißbarkeit, der Härtbarkeit und der Bruchdehnung des erhaltenen Gußteils.

Für aufeinandertolgende Gießzyklen wird die Stützkammer nach dem Ausschieben des thixotropen Körpers aus der Gießvorrichtung entfernt und für den nächsten Zuführgang mit einem in den Thixotropie-Zustand überzuführenden Körper beladen.

Grundsätzlich kann die Stützkammer jede beliebige Form aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stützkammer nach Anspruch 10 rohrförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist die Stützkammer dabei zylinderrohrförmig ausgebildet. Ferner ist die rohrförmige Stützkammer mit Verschlußmitteln verschließbar, z. B. mit stöpselartigen Verschlußmitteln. In einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 11 können die Verschlußmittel direkt an einer Greifereinrichtung der Zuführeinrichtung integriert sein.

Die Thixoforming-Vorrichtung kann grundsätzlich eine Schmiedevorrichtung oder eine Gießvorrichtung umfassen. In einer nach Anspruch 12 bevorzugten Ausführungsform ist der Gießkolben in der Art einer Zylinder-Kolben-Anordnung wenigstens teilweise in der Gießkammer geführt und zwischen einer Ausgangsposition und einer Ausstoßposition verschiebbar, wobei ein Stützkammer-Zuführbereich der Gießvorrichtung zwischen diesen beiden Positionen liegt und der Gießkolben in der Ausstoßposition den thixotropen Körper in einen Formhohlraum einer Gießform preßt. In eine derartige Gießvorrichtung kann eine den thixotropen Körper zuführende Stützkammer auf einfache Weise integriert werden.

Nach Anspruch 13 ist in einer Gießkammerwand eine separate Stützkammer-Zuführöffnung ausgebildet, wobei die Stützkammer in einer Zuführposition der Zuführeinrichtung die Stützkammer-Zuführöffnung formschlüssig und dicht verschließt und die Stützkammerinnenwand einen Teil der Gießkammerinnenwand bildet. Damit ist insgesamt ein kompakter Aufbau mit wenig Platzbedarf möglich. Beispielsweise ist die Stützkammer als zylindrisches Stützrohr ausgebildet und in der Gießkammerinnenwand eine entsprechende rohrförmige Ausnehmung im Bereich der Stützkammer-Zuführöffnung vorgesehen. Um in der Zuführposition des Stützrohres mit der Außen wand der zylindrischen Gießkammer formschlüssig abzuschließen kann das Stützrohr mit einer zusätzlichen Halbschale versehen sein.

Nach Anspruch 14 ist die Stützkammer als von der Einschub- und/oder Ausstoßseite der Gießkammer her in diese mittels der Zuführeinrichtung formschlüssig und dicht einsetzbarer Einsatz ausgebildet, wobei die Stützkammerinnenwand einen Teil der Gießkammerinnenwand bildet. Beispielsweise ist hierzu in der Gießkammerinnenwand einer als Stützrohr ausgebildeten Stützkammer eine entsprechende rohrförmige Ausnehmung im einschub- oder ausschubseitigen Ende der Gießkammerinnenwand ausgebildet.

Die Zuführeinrichtung kann in einer Horizontalebene schwenkbar und/oder in einer Vertikalebene verfahrbar sein, so dass die Stützkammer mitsamt darin gehaltenem thixotropen Körper in alle Raumrichtungen bewegbar ist. Generell kann die Zuführeinrichtung mit Handkraft betätigbar sein, vorzugsweise ist die Zuführeinrichtung jedoch robotergesteuert.

Für einen qualitativ hochwertigen Gießvorgang ist der Gießform nach Anspruch 15 eine Vorrichtung zur Oxidhautrückhaltung vorgeschaltet. Vorzugsweise ist diese Vorrichtung eine Blende, an der beim Ausstoßen des Gießkolbens die Oxidhaut zurückgehalten wird.

Weiter ist die Stützkammer und/oder ggf. die Gießkammer bevorzugt aus einem keramischen und/oder metallischen Werkstoff hergestellt. Vorzugsweise sind die Stützkammer und die Gießkammer dabei so ausgebildet, dass der äußere Mantel aus einem metallischen Material hergestellt ist und dass die Innenseite mit keramischen Einsätzen oder mit einer keramischen Beschichtung ausgekleidet ist. Als Keramikwerkstoff kann Silizium-Nitrid und/oder Aluminium-Oxid und/oder Yttrium und/oder Aluminium-Nitrid verwendet. Ein derartiger Keramikwerkstoff bietet gute Gleiteigenschaften für den Gießkolben beim Verpressen des thixotropen Körpers und ist zudem hitzebeständig.

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:
1 eine schematische Querschnitts- und Längsschnittdarstellung einer, einen integralen Bestandteil einer Gießkammerwand bildenden Stützkammer,
2 eine schematische Schnittdarstellung einer Gießvorrichtung mitsamt Gießkammer und vor dem Gießlauf angeordneter Blende,
3 eine schematische Schnittdarstellung der Gießvorrichtung nach 2 ohne Blende,
4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Gießvorrichtung mit in die Gießkammerwand eingesetzten keramischen Einsätzen,
5 eine weitere Ausführungsform einer Gießvorrichtung mit einer Beschickungsmöglichkeit der Gießkammer mit einer Stützkammer von der Ausstoßseite her,
6 eine schematische Schnittdarstellung einer geschlossenen Stützkammer,
7 einen schematischen Längsschnitt durch eine Stützkammer,
8 einen schematischen Querschnitt durch eine Stützkammer mit darin auf Thixotropie-Temperatur zu erwärmendem Körper, und
9 einen schematischen Querschnitt durch eine Stützkammer mit darin gehaltenem, auf Thixotropie-Temperatur erwärmtem Körper.
In der 2 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Gießvorrichtung 20 und einer Stützkammer 21 dargestellt. Wie dies aus 1 ersichtlich ist, ist die Stützkammer 21 aus einem zylindrischen Rohr 22 hergestellt, vorzugsweise aus ei nem keramischen Werkstoff, wie z. B. Silizium-Nitrid und/oder Aluminium-Oxid und/oder Yttrium und/oder Aluminium-Nitrid, wobei an dem Rohr 22 ferner eine sich über die gesamte Rohrlänge erstreckende und einen Rohrteilbereich radial umfassende Halbschale 23, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, angeordnet ist.
Wie dies wieder insbesondere aus der 2 ersichtlich ist, wird die Stützkammer 21 einer Gießkammer 24 der Gießvorrichtung 20 über eine separate Stützkammer-Zuführöffnung 25 in einer Gießkammerwand zugeführt. Die Zuführung erfolgt aus der in der 2 strichliert eingezeichneten Position heraus. Die Stützkammer-Zuführöffnung 25 ist so ausgebildet, daß diese von der Stützkammer 21 in einer in der 2 mit durchgezogenen Linien dargestellten Zuführposition 26 formschlüssig und dicht verschlossen ist, wobei die Innenwand des Rohrs 22 einen Teil der Gießkammerinnenwand bildet. Dazu ist in der Gießkammerwand eine dem Rohr 22 entsprechende Ausnehmung im Bereich der Stützkammer-Zuführöffnung 25 ausgebildet. Die Außenwand der Halbschale 23 bildet dabei einen Teil der Gießkammeraußenwand. In dieser Zuführposition 26 ist die Stützkammer 21 somit integraler Bestandteil einer Gießkammerwand.
Anschließend kann dann der hier nicht dargestellte Gießkolben 6 in an sich bekannter Weise den thixotropen Bolzen 3 über eine Blende 27 zur Oxidhautrückhaltung, die im Bereich vor einem Gießlauf 28 einer Gießform 29 angeordnet ist, in einen Formhohlraum 30 der Gießform 29 pressen.
In 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Stützkammer 21 entsprechend 1 und die Gießvorrichtung 20 entsprechend 2 aufgebaut ist. Allerdings ist hier keine Blende 27 vor dem Gießlauf 28 vorgesehen.
In 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Stützkammer 21 ebenfalls entsprechend 1 und die Gießvorrichtung 20 ebenfalls entsprechend 2 aufgebaut ist. Zusätzlich ist jedoch hier in den gießlaufnahen Innenwandbereich der Gießkammer 24 ein Keramikeinsatz 31 eingesetzt, der bei sich in der Zuführposition 26 befindlicher Stützkammer 21 an das Rohr 22 dieser Stützkammer 21 anschließt, so daß in der Gießkammer 24 ein bis zum Gießlauf 28 durchgehender Keramikinnenwandbereich ausgebildet ist.
In der 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Gießvorrichtung 33 dargestellt. Diese Gießvorrichtung 33 umfaßt eine Gießkammer 34 mit darin geführtem Gießkolben 35 sowie eine zweiteilige Gießform 36 mit einem festen Unterkasten 37 sowie einem beweglichen Oberkasten 38. Wie dies aus der 5 weiter ersichtlich ist, wird der bewegliche Oberkasten 38 für ein Zuführen einer Stützkammer 39 vom festen Unterkasten 37 abgehoben, so daß die Stützkammer 39 von der Ausstoßseite 40 her in eine entsprechende Ausnehmung der Gießkammerinnenwand der Gießkammer 34 eingesetzt werden kann. Im eingesetzten Zustand bildet die Stützkammerinnenwand hier wiederum einen Teil der Gießkammerinnenwand.
Wie dies der 5 weiter entnommen werden kann, besteht die Stützkammer 39 aus einer äußeren Rohrschale 41 und einer inneren Rohrschale 42, wobei die äußere Rohrschale vorzugsweise aus einem Metall und die innere Rohrschale 42 vorzugsweise aus einem Keramikwerkstoff hergestellt sind. Anstelle einer inneren Keramik-Rohrschale 42 kann auch lediglich eine einfache Beschichtung vorgesehen sein.
Nach dem Einsetzen der Stützkammer 39 in die Gießkammer 34 mittels der hier nicht dargestellten Zuführvorrichtung wird der bewegliche Oberkasten 38 wieder abgesenkt zu einer insgesamt geschlossenen Gießform 36, woraufhin der Gießkolben 35 den thixotropen Bolzen 3 aus der Stützkammer 39 über eine Blende 43 als Oxidhaut-Rückhaltevorrichtung, die in den beweglichen Oberkasten 38 eingesetzt ist, ausschiebt und in einen Formhohlraum 44 der Gießform 36 preßt.
Die Erwärmung eines Bolzens 3 in einer Stützkammer wird nachfolgend beispielhaft anhand der 6 bis 9 erläutert: Wie dies aus 7 ersichtlich ist, die einen Längsschnitt durch eine hier lediglich schematisch dargestellte Stützkammer 8 zeigt, ist diese Stützkammer 8 zylinderrohrförmig ausgebildet. Aus 6 ist ersichtlich, daß die Stützkammer 8 aus einem äußeren metallischen Mantel und einer inneren keramischen Beschichtung 19 aufgebaut sein kann.
Der auf Thixotropie-Temperatur zu erwärmende Bolzen 3 wird der Stützkammer 8 bevorzugt vor Beginn der Erwärmung zugeführt, wobei der Bolzen 3 im nicht erwärmten Zustand, wie dies aus 8 ersichtlich ist, mit einem Spaltabstand zur Stützkammerinnenwand in der Stützkammer 8 aufgenommen ist. Nach dem Erwärmen des Bolzens 3 auf Thixotropie-Temperatur in der Induktionsheizung 2 bei einer Frequenz zwischen 10 und 1.000 Hz legt sich der thixotrope Bolzen 3 formschlüssig an die Stützkammerinnenwand an, wie dies aus der 9 ersichtlich ist.
Anschließend wird die Stützkammer 8, wie dies aus 6 ersichtlich ist, mit herkömmlichen Verschlußmitteln 9, die formschlüssig in die Stützkammeröffnungen eingesetzt werden, verschlossen. Damit ist der thixotrope Bolzen 3 für den Transport zu einer Gießvorrichtung in seiner Form unveränderbar in der Stützkammer 8 gehalten.

Claims

Verfahren zum Durchführen von Thixoforming, bei dem ein im Grundzustand fester Körper aus einem thixotrope Eigenschaften aufweisenden Werkstoff mittels einer Heizeinrichtung auf Thixotropie-Temperatur erwärmt wird und der Körper in diesem Thixotropie-Zustand anschließend einer als Formgebungsvorrichtung ausgebildeten Gießvorrichtung mit einer Gießkammer und mit einem Gießkolben zugeführt wird, in der der thixotrope Körper zu einer definierten Werkstückform verpresst wird, wobei der Körper vor Erreichen des Thixotropie-Zustands in eine Stützkammer überführt wird, in der der Körper nach Erreichen des Thixotropie-Zustands formschlüssig aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkammer (8; 21; 39) mitsamt darin im Thixotropie-Zustand formschlüssig aufgenommenem thixotropen Körper (3) so in die Gießkammer (24; 34) der Gießvorrichtung (20; 33) eingebracht wird, dass der thixotrope Körper (3) dort mittels des Gießkolbens (35) aus der Stützkammer (8; 21; 39) heraus in einen die Kontur des späteren Werkstücks bestimmenden Formhohlraum (30; 44) einer Gießform (29; 36) gepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (3) vor Beginn der Erwärmung in die Stützkammer (8; 21; 39) überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkolben (35) in der Art einer Zylinder-Kolben-Anordnung wenigstens teilweise in der als Druckkammer ausgebildeten Gießkammer (24; 34) geführt wird, und dass der Gießkolben (35) zwischen einer Ausgangsposition und einer Ausstoßposition verschoben wird und die Zuführung des in der Stützkammer (8; 21; 39) aufgenommenen thixotropen Körpers (3) in einem zwischen diesen beiden Gießkolbenpositionen liegenden Zuführbereich der Gießkammer (24; 34) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkammer (21) der Gießvorrichtung (20) mittels einer Zuführeinrichtung über eine separate Stützkammer-Zuführöffnung (25) in einer Gießkammerwand zugeführt wird, wobei die Stützkammer (21) die Stützkammer-Zuführöffnung (25) in der Gießkammerwand formschlüssig und dicht verschließt und die Stützkammerinnenwand einen Teil der Gießkammerinnenwand bildet, und dass anschließend der Gießkolben den thixotropen Körper (3) aus der Stützkammer (21) ausschiebt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkammer der Gießvorrichtung in einem vor der Gießkammer liegenden Zuführbereich zugeführt wird und anschließend die Stützkammer in der Gießkammer mittels einer Verschiebeeinrichtung unmittelbar vor den Gießlauf verschoben wird, und dass anschließend der Gießkolben den thixotropen Körper aus der in die Gießkammer eingebrachten Stützkammer über den Gießlauf in den Formhohlraum der Gießform presst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkolben (35) in einer Gießkammer (34) der Gießvorrichtung (33) in der Art einer Zylinder-Kolben-Anordnung zwischen einer Ausgangsposition und einer Ausstoßposition verschiebbar ist und die Stützkammer (39) bei abgehobener, beweglicher Gießformhälfte (38) einer zweiteiligen Gießform (36) von der Gießkammer-Ausstoßseite (40) her der Gießkammer (34) zugeführt wird, und dass in einem anschließenden Verfahrensschritt die abgehobene Gießformhälfte (38) wieder abgesenkt wird zu einer insgesamt geschlossenen Gießform (36) und daraufhin der Gießkolben (35) den thixotropen Körper (3) aus der Stützkammer (39) ausschiebt und in den Formhohlraum (44) der Gießform (36) presst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der thixotrope Körper (3) über eine dem Gießlauf (28) vorgeschaltete Vorrichtung zur Oxidhautrückhaltung (27; 43) in den Formhohlraum (30; 44) der Gießform (29; 36) gepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Gießkolben (35) hin abgeschlossene Formhohlraum (30; 44) evakuiert wird und gleichzeitig oder anschließend der Gießkolben (35) den thixotropen Körper (3) in den Formhohlraum (30; 44) der Gießform (29; 36) presst.
Thixoforming-Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, mit einer Heizeinrichtung zur Erwärmung eines im Grundzustand festen Körpers aus einem thixotrope Eigenschaften aufweisenden Werkstoff auf Thixotropie-Temperatur, und mit einer als Formgebungsvorrichtung ausgebildeten und eine Gießkammer sowie einen Gießkolben aufweisenden Gießvorrichtung, der der Körper im Thixotropie-Zustand zum Verpressen zu einer definierten Werkstückform zuführbar ist, wobei die Thixoforming-Vorrichtung eine Stützkammer aufweist, der der Körper vor Erreichen des Thixotropie-Zustands zuführbar ist, wobei der in der Stützkammer aufgenommene Körper in der Heizeinrichtung bis zur Thixotropie-Temperatur erwärmbar ist und der Körper nach Erreichen des Thixotropie-Zustandes formschlüssig aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführeinrichtung vorgesehen ist, mit der die Stützkammer (8; 21; 39) mitsamt dem darin im Thixotropie-Zustand formschlüssig aufgenommenem thixotropen Körper (3) in die Gießkammer (24; 34) der Gießvorrichtung (20; 33) einbringbar ist und der thixotrope Körper (3) aus der Stützkammer (8; 21; 39) in einen Formhohlraum (30; 44) einer Gießform (29; 36) mittels des Gießkolbens (35) ausschiebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkammer (8; 21; 39) zylinderrohrförmig ausgebildet ist, und dass die zylinderrohrförmige Stützkammer (8; 21; 39) mit Verschlussmitteln (9) verschließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel (9) an einer Greifereinrichtung der Zuführeinrichtung integriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkolben (35) in der Art einer Zylinder-Kolben-Anordnung wenigstens teilweise in der Gießkammer (24; 34) geführt ist, und dass der Gießkolben (35) zwischen einer Ausgangsposition und einer Ausstoßposition verschiebbar ist und ein Stützkammer-Zuführbereich der Gießvorrichtung (20; 33) zwischen diesen beiden Positionen liegt und der Gießkolben (35) in der Ausstoßposition den thixotropen Körper (3) in einen Formhohlraum (30; 44) einer Gießform (29; 36) presst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Gießkammerwand eine separate Stützkammer-Zuführöffnung (25) ausgebildet ist, und dass die Stützkammer (21) in einer Zuführposition (26) der Zuführeinrichtung (7) die Stützkammer-Zuführöffnung (25) formschlüssig und dicht verschließt und die Stützkammerinnenwand einen Teil der Gießkammerinnenwand bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkammer (39) als von der Einschub- und/oder Ausstoßseite (40) der Gießkammer (34) her in diese mittels der Zuführeinrichtung (7) formschlüssig und dicht einsetzbarer Einsatz ausgebildet ist, und dass die Stützkammerinnenwand einen Teil der Gießkammerinnenwand bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießform (18; 29; 36) eine Vorrichtung zur Oxidhautrückhaltung (27; 43) vorgeschaltet ist.