DE69637088T2

DE69637088T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgiessen von Leichtmetall

Info

Publication number: DE69637088T2
Application number: DE69637088T
Authority: DE
Inventors: Kaname Minato-ku Kono
Original assignee: Takata Corp
Current assignee: Takata Corp
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2016-08-29
Also published as: EP1206989B1; JPH09103859A; DE69630926D1; US20010023755A1; DE69630926T2; JP3817786B2; EP0761344A2; DE69637088D1; EP0761344A3; US6241001B1; EP1206989A3; EP0761344B1; US6065526A; US6739379B2; EP1206989A2; US5836372A

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Metalllegierungen, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Leichtmetalllegierung durch den Prozess des Spritzgießens der Metalllegierung, wenn sie sich in einem thixotropen (halbfesten) Zustand befindet.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Ein herkömmliches Verfahren, das zur Herstellung von Metalllegierungsgießformen verwendet wird, ist das Druckgießverfahren. Das Druckgießverfahren wird in den US-Patenten 3,902,544 und 3,936,298 offenbart, auf die hiermit beide ausdrücklich Bezug genommen wird. Beim Druckgießverfahren werden beim Gießen flüssige Metalllegierungen verwendet, und infolgedessen weisen durch dieses Verfahren hergestellte Metalllegierungen eine geringe Dichte auf. Metalllegierungen mit geringer Dichte sind aufgrund ihrer geringeren mechanischen Festigkeit, ihrer größeren Porosität und ihrer größeren Mikroschrumpfung nicht wünschenswert. Somit ist es schwierig, gegossene Metalllegierungen genau zu dimensionieren und nach der Dimensionierung ihre Formen aufrechtzuerhalten. Des Weiteren ist es bei durch Druckgießen hergestellten Metalllegierungen schwierig, die darin entstandenen elastischen Spannungen zu reduzieren.
Das thixotrope Verfahren stellt eine Verbesserung gegenüber dem Druckgießverfahren dar, indem eine Metalllegierung aus ihrem thixotropen (halbfesten) Zustand spritzgegossen wird, anstatt sie aus ihrem flüssigen Zustand druckzugießen. Das Ergebnis ist eine Metalllegierung, die eine höhere Dichte aufweist als eine durch das Druckgießverfahren hergestellte.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Metalllegierung aus ihrem thixotropen Zustand werden in dem US-Patent 5,040,589 offenbart, auf die hiermit Bezug genommen wird. In den US-Patenten 4,694,881 und 4,694,882 wird ein Verfahren zur Umwandlung einer Metalllegierung in einen thixotropen Zustand durch gesteuerte Erwärmung offenbart.
Das im US-Patent 5,040,589 offenbarte System ist ein Inline-System, bei dem die Umwandlung der Metalllegierung in einen thixotropen Zustand und die Druckbeaufschlagung derselben zwecks Spritzgießens innerhalb eines einzigen zylindrischen Gehäuses durchgeführt werden. Bei einem solchen System ist es schwierig, die Gießbedingungen, das heißt Temperatur, Druck, Zeit usw., zu steuern, und infolgedessen werden Metalllegierungen mit ungleichen Eigenschaften hergestellt.
Des Weiteren erfordert das System des US-Patents 5,040,589 , dass die der Zuführvorrichtung zugeführte Metalllegierung in Pellet-Form vorliegt. Infolgedessen ist bei Herstellung einer Gießform mit unerwünschten Eigenschaften durch dieses System ein Recyceln der defekten Gießformen nicht möglich, es sei denn, die defekten Formen werden in Pellet-Form neu gegossen.
Die WO 92/13662 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen einer Metalllegierung, die auf eine Temperatur erwärmt wird, die einem halbfesten (thixotropen) Zustand des Metalls entspricht. Die Metalllegierung wird mittels eines Kolbens, der in einer zylindrischen ersten Kammer beweglich ist, in einen Durchgang mit einer Neigung vorgerückt, so dass die Metalllegierung letztendlich durch Schwerkraft einer zweiten Kammer zugeführt wird, die sich unter der ersten Kammer befindet. Die zweite Kammer ist als ein Spritzgießrohr zum Einspritzen der Metalllegierung in eine Gießform ausgebildet.
Gemäß der JP-A 07-051827 wird ein Metallschmelzen-Rohmaterial einem Zylinder zugeführt, der sowohl eine sich drehende Schnecke als auch einen koexzentrisch zur Schnecke angeordneten Kolben enthält, wobei die Schnecke dazu dient, das geschmolzene Rohmaterial vorzurücken, und der Kolben dazu dient, das geschmolzene Rohmaterial in einen Hohlraum einzuspritzen.
Die JP-A 05-285627 offenbart eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zum Spritzgießen von Metall, die als ein Inline-System ausgebildet ist, das eine einzige zylindrische Kammer aufweist, die eine Schnecke zum Vorrücken des Metalls und Einspritzmittel enthält, die mit einem Ventil in Verbindung stehen, das den Materialfluss aus der Kammer in eine Gießform steuert.
Es ist ein verbessertes System zur Herstellung von Leichtmetalllegierungen erwünscht, das in der Lage ist, gegossene Metalllegierungen mit bestimmten Abmessungen innerhalb einer engen Dichtetoleranz genau herzustellen. Weiterhin würde ein Herstellungsverfahren für Leichtmetalllegierungen, das durchweg gegossene Metalllegierungen mit gewünschten Eigenschaften herstellen und einem Recyceln defekter Gießformen leicht Rechnung tragen kann, einen wesentlichen Fortschritt in dieser Technik bedeuteten.
Kurzdarstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung von Metalllegierungen durch Spritzgießen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Spritzgießsystems für Metalllegierungen, das geformte Metalllegierungen mit genauen Abmessungen innerhalb einer engen Dichtetoleranz herstellen kann.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Spritzgießsystems für Leichtmetalllegierungen, das Leichtmetalllegierungen mit gewünschten Eigenschaften auf gleichförmige Weise herstellen kann.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Spritzgießsystems für Leichtmetalllegierungen, das einem Recyceln defekter Gießformen leicht Rechnung tragen kann.
Diese und weitere Aufgaben werden durch ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Spritzgießen für Metalllegierungen gelöst, bei denen die Schritte des Schmelzens der Metalllegierung, Umwandelns der Metalllegierung- in einen thixotropen Zustand und Einspritzens der Metalllegierung in dem thixotropen Zustand in eine Gießform an räumlich verschiedenen Stellen durchgeführt werden, wie in den Ansprüchen 1 und 8 definiert.
Das verbesserte System umfasst eine Zuführvorrichtung, in der die Metalllegierung geschmolzen wird, und ein Zylinderrohr, in dem die flüssige Metalllegierung in einen thixotropen Zustand umgewandelt wird. Eine Sammelkammer saugt die Metalllegierung in dem thixotropen Zustand durch ein in einer Öffnung zwischen dem Zylinderrohr und der Sammelkammer angeordnetes Ventil. Das Ventil öffnet und schließt gezielt die Öffnung als Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen der Sammelkammer und dem Zylinderrohr.
Nach dem Ansaugen der Metalllegierung in dem thixotropen Zustand wird sie durch eine an der Sammelkammer vorgesehene Austrittsöffnung eingespritzt. Die Austrittsöffnung weist eine um sie herum angeordnete verstellbare Heizvorrichtung auf. Diese Heizvorrichtung schaltet die Temperatur in der Nähe der Austrittsöffnung zyklisch zwischen einer Obergrenze und einer Untergrenze. Die Temperatur wird zyklisch zu einer Obergrenze geschaltet, wenn die Metalllegierung im thixotropen Zustand eingespritzt wird, und zu einer Untergrenze, wenn die Metalllegierung im thixotropen Zustand aus dem Zylinderohr in die Sammelkammer gesaugt wird.
Eine Kolben-Zylinder-Anordnung versorgt die Sammelkammer mit dem zum Einspritzen der Metalllegierung im thixotropen Zustand erforderlichen Druck und mit der zum Ansaugen der Metalllegierung im thixotropen Zustand aus dem Zylinderrohr erforderlichen Saugwirkung.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung angeführt. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können durch Mittel und Kombinationen gelöst bzw. erzielt werden, die in den angehängten Ansprüchen insbesondere aufgezeigt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich hier beschrieben; darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht des Spritzgießsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2A und 2B die beiden Stellungen eines Kugelventils, das beim erfindungsgemäßen Spritzgießsystem verwendet wird;
3 eine schematische Darstellung einer Draufsicht des Spritzgießsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4 ein Blockschema einer beispielhaften Steuerschaltung für die Heizelemente des erfindungsgemäßen Spritzgießsystems; und
5 Kennlinien, die drei Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnissen entsprechen, die durch die Steuerschaltung nach 4 erreichbar sind.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bei der nachfolgenden Besprechung der bevorzugten Ausführungsform wird eine Metalllegierung durch Spritzgießen aus einem Magnesiumlegierungsblock (Magnesium = Mg) hergestellt. Die Erfindung ist nicht auf eine Mg-Legierung beschränkt und kann genauso gut auf andere Metalllegierungsarten angewendet werden. Weiterhin sind in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform genannte besondere Temperaturen und Temperaturbereiche nur auf ein eine Mg-Legierung erzeugendes System anwendbar, könnten aber durch Fachleute gemäß den Grundzügen der Erfindung leicht geändert werden, um anderen Legierungen Rechnung zu tragen. Zum Beispiel wird eine Zinklegierung bei ca. 380°C-420°C thixotrop.
1 zeigt ein Spritzgießsystem 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das System 10 weist vier im Wesentlichen zylindrische Abschnitte auf – eine Zuführvorrichtung 20, ein Zylinderrohr 30, einen Zylinder 40 und eine Sammelkammer 50. Eine Metalllegierung, zum Beispiel eine Mg-Legierung, wird der Zuführvorrichtung 20 zugeführt. Die Zuführvorrichtung 20 ist mit einer Mischvorrichtung 22 und einem um ihren Außenumfang herum angeordneten Heizelement 25 versehen. Das Heizelement 25 kann herkömmlicher Art sein und hält die Zuführvorrichtung 20 auf einer Temperatur, die hoch genug ist, die durch die Zuführvorrichtung 20 zugeführte Metalllegierung in einem flüssigen Zustand zu halten. Für einen Mg-Block würde diese Temperatur ca. 600°C oder mehr betragen. Die Mischvorrichtung 22 wird durch einen Rührmotor 23 angetrieben, um die Wärme von dem Heizelement 25 gleichmäßig auf die der Zuführvorrichtung 20 zugeführte Metalllegierung zu verteilen.
Anschließend wird die flüssige Metalllegierung durch Schwerkraft durch eine Öffnung 27, die wahlweise mit einem als Absperrglied dienenden Ventil (nicht gezeigt) versorgt werden kann, dem Zylinderrohr 30 zugeführt. Das Zylinderrohr 30 weist mehrere Heizelemente 70a-e auf, die entlang der Länge des Zylinderrohrs 30 angeordnet sind. Die Heizelemente 70a-e halten das Zylinderrohr auf Temperaturen an und etwas unter dem Schmelzpunkt der von der Zuführvorrichtung 20 zugeführten flüssigen Metalllegierung. Bei einem für einen Mg-Block ausgeführten Spritzgießsystem 10 würden Heizpaare 70a und 70b auf einer Temperatur von ca. 600°C gehalten werden; ein Heizpaar 70c würde auf einer Temperatur von ca. 580°C gehalten werden; und ein Heizpaar 70d und 70e würde auf einer Temperatur von ca. 550°C gehalten werden. Die Heizpaare 70a-70e beaufschlagen die durch das Zylinderrohr 30 fließende Metalllegierung mit einem Wärmegefälle. Der Zweck des Wärmegefälles besteht darin, die in das Zylinderrohr 30 eintretende flüssige Metalllegierung am Ausgang des Zylinderrohrs 30 in eine Metalllegierung im thixotropen Zustand umzuwandeln.
Des Weiteren weist das Zylinderrohr 30 ein physisches Gefälle oder eine Neigung auf. Die Neigung, die vorzugsweise zwischen 30° und 90° liegt, ist dazu erforderlich, die Metalllegierung im thixotropen Zustand der Sammelkammer 50 durch Schwerkraft zuzuführen. Das Zylinderrohr 30 ist weiterhin mit einer Mischvorrichtung 32 versehen, die durch einen Rührmotor 33 angetrieben wird. Die Mischvorrichtung 32 ist dazu vorgesehen, zu gewährleisten, dass das Verhältnis von Feststoff und Flüssigkeit über die ganze Metalllegierung im thixotropen Zustand hinweg gleich ist. Es können natürlich mehrere Mischflügel, die an der rotierenden Welle angebracht sind, verwendet werden.
Die Metalllegierung im thixotropen Zustand verlässt das Zylinderrohr 30 durch ein Kugelventil 60 in eine Sammelkammer 50. Das Kugelventil 60 wird als Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen der Sammelkammer 50 und dem Zylinderrohr 30 betrieben. Der Druck im Zylinderrohr 30 bleibt in etwa konstant, aber der Druck in der Sammelkammer 50 wird durch die Position eines im Zylinder 40 angeordneten Kolbens 45 bestimmt. Wenn der Kolben 45 nach innen verschoben wird, steigt der Druck in der Sammelkammer 50 an (und wird höher als der des Zylinderrohrs 30), und das Kugelventil 60 verschließt eine Öffnung 37 zwischen dem Zylinderrohr 30 und der Sammelkammer 50. Wenn der Kolben 45 nach außen verschoben wird, nimmt der Druck in der Sammelkammer 50 ab und ist niedriger als der des Zylinderrohrs 30, und das Kugelventil 60 öffnet sich. Eine Dichtung 41, zum Beispiel ein O-Ring, ist am Außenumfang des Kolbens 45 vorgesehen, um den Druck in der Sammelkammer 50 aufrechtzuerhalten und ein Lecken der in die Sammelkammer 50 gesaugten Metalllegierung im thixotropen Zustand zu verhindern.
Der Betrieb des Kugelventils 60 wird in den 2A und 2B ausführlicher gezeigt. 2A zeigt die Stellung des Kugelventils 60, wenn der Kolben 45 nach außen verschoben ist. In diesem Fall wird die Öffnung 37 zwischen dem Zylinderrohr 30 und der Sammelkammer 50 geöffnet, während sich das Kugelelement 65 des Kugelventils 60 von der Öffnung 37 weg bewegt. Zur Begrenzung der Kugelventilbewegung von der Öffnung 37 weg ist ein Kugelventilanschlag 62 vorgesehen. Wenn der Kolben 45 andererseits nach innen verschoben ist, wie in 2B gezeigt, steigt der Druck in der Sammelkammer 50, und das Kugelelement 65 des Kugelventils 60 wird dazu gezwungen, an der Öffnung 37 steckenzubleiben und verschließt dadurch die Strömungsverbindung zwischen dem Zylinderrohr 30 und der Sammelkammer 50.
Bei einer etwas anderen Ausführungsform kann das Kugelventil 60 mit einem Vorbelastungselement, zum Beispiel einer Feder, versehen sein. In einem solchen Fall kann das Kugelelement 65 entweder in die geöffnete oder in die geschlossene Stellung vorbelastet sein. Es wird bevorzugt, ein solches Vorbelastungselement bei größeren Spritzgießsystemen zur Herstellung von Metalllegierungen vorzusehen.
Bei noch einer anderen, sich etwas unterscheidenden Ausführungsform kann das Kugelventil 60 elektronisch gesteuert werden, wobei das Öffnen und das Schließen des Kugelventils mit der Verschiebungsbewegung des Kolbens 45 synchronisiert werden würden.
Wie in 1 gezeigt, sind weiterhin die Heizelemente 70f-70i und das Heizelement 80 entlang der Länge des Zylinders 40 und der Sammelkammer 50 vorgesehen. Die Heizelemente mit der Bezugszahl und dem Präfix 70 sind Widerstandsheizelemente. Bei der bevorzugten Ausführungsform des Spritzgießsystems zur Herstellung einer Mg-Legierung werden die Heizpaare 70f-70i vorzugsweise auf Temperaturen von 550-570°C gehalten, um die Metalllegierung im halbfesten Zustand zu halten.
Das Heizelement 80 ist eine Induktionsspulenheizvorrichtung und wird dazu verwendet, die Temperatur an einer Austrittsöffnung 57 der Sammelkammer 50 zwischen 550°C und 580°C zyklisch zu schalten. Ein Zyklus beträgt ca. 30 Sekunden bis zu einer Minute. Beim zyklischen Schalten der Temperatur an der Austrittsöffnung 57 wird die Kennlinie der Metalllegierung im thixotropen Zustand in der Nähe der Austrittsöffnung 57 geändert. Zum Beispiel würde die Austrittsöffnung 57 bei einer Temperatur von 550°C bewirken, dass die Metalllegierung im thixotropen Zustand ein höheres Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis aufweist als im Vergleich zu der Situation, in der die Austrittsöffnung 57 eine Temperatur von 580°C aufweist.
Der Zweck des Erhöhens des Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnisses der Metalllegierung im thixotropen Zustand an der Austrittsöffnung 57 während des nach außen führenden Hubs des Kolbens 45 ist die ausreichende Erstarrung der Metalllegierung im thixotropen Zustand in der Nähe der Austrittsöffnung 57, damit sie als Stopfen für die Sammelkammer 50 dienen kann. Während des nach innen führenden Hubs des Kolbens 45 wurde die Temperatur an der Austrittsöffnung 57 zyklisch auf eine höhere Temperatur (zum Beispiel 580°C) geschaltet, so dass die Metalllegierung im thixotropen Zustand an der Austrittsöffnung 57 eine Kennlinie mit einem kleineren Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis annimmt und dadurch leicht durch die Austrittsöffnung 57 gespritzt werden kann.
Das Spritzen der Metalllegierung im thixotropen Zustand erfolgt durch die Austrittsöffnung 57 in eine (nicht gezeigte) Gießform. Gießformen mit gewünschten Eigenschaften werden behalten, und Gießformen mit unerwünschten Eigenschaften werden zur Zuführvorrichtung 20 zurückgeführt. Die defekten Gießformen (zum Beispiel Dichte der Gießform außerhalb eines vorbestimmten Bereichs, Oberflächenbeschädigung usw.) werden in ihrem vorliegenden Zustand recycelt und müssen nicht in eine besondere Form umgeformt werden, da das erfindungsgemäße System die ihr zugeführte Metalllegierung vor weiterer Verarbeitung schmilzt.
Die Steuerung der Heizelemente 70, das zyklische Schalten des Induktionsspulen-Heizelements 80 und die Zeitsteuerung des Kolbenhubs werden auf Grundlage des Folgenden elektronisch implementiert. Die Heizelemente 70 sind Widerstandsheizelemente. Durch die Heizelemente 70 wird elektrischer Strom gespeist, der dazu ausreicht, die Heizelemente 70 auf ihren gewünschten Temperaturen zu halten. Das zyklische Schalten des Induktionsspulen-Heizelements 80 wird mit dem Kolbenhub synchronisiert. Ein nach außen führender Kolbenhub sollte mit der niedrigeren Temperatur synchronisiert werden, und ein nach innen führender Kolbenhub sollte mit der höheren Temperatur synchronisiert werden. Die Steuerung des Kolbenhubs erfolgt auf herkömmliche Weise.

In der folgenden Tabelle sind repräsentative Abmessungen für große, mittlere und kleine Spritzgießsysteme für Metalllegierungen angeführt.

Systemgröße	Zylinderrohr 30	Zylinder 40	Kammer 50	Öffnung 57
Groß	D:60 L:120	D:52 L:1500	D:52 L:1500	D:12
Mittel	D:50 L:110	D:36 L:700	D:36 L:700	D:10
Klein	D:40 L:100	D:32 L:700	D:32 L:700	D:10

Die in der obigen Tabelle angeführten Abmessungen sind beispielhaft und sollen einen Leitfaden dafür geben, wie eine Skalierung für große, mittlere und kleine Systeme durchzuführen ist. In der Tabelle bezeichnet D den Innendurchmesser und L bezeichnet die Länge. Alle Abmessungen sind in Millimeter (mm) angeführt.
3 ist eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform des Spritzgießsystems der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ist mit Ausnahme des Zylinderrohrs 30 mit der ersten Ausführungsform identisch. Das Zylinderrohr 30 in 3 ist bezüglich des Zylinders 40 und der Sammelkammer 50 horizontal angeordnet. Da Schwerkraft nicht mehr die Kraft zur Verfügung stellt, die zum Vorschub der im Zylinderrohr 30 fließenden Metalllegierung im thixotropen Zustand erforderlich ist, sind mehrere Schraubenelemente 34 vorgesehen, die durch den Motor 33 angetrieben werden.
Die Schraubenelemente 34 rücken die Metalllegierung im thixotropen Zustand vor, so dass sie in der Nähe der Öffnung 37 neben dem Kugelventil 60 gesammelt wird. Die Mischvorrichtung 32 ist auf der gleichen Welle 35 vorgesehen, die die Schraubenelemente 34 dreht. (In
3 wird die Welle 35 von der Zuführvorrichtung 20 getrennt gezeigt, weil die Welle 35 unterhalb der Zuführvorrichtung 20 verläuft.) Deshalb wird der Motor 33 zum Antrieb der Schraubenelemente 34 und der Mischvorrichtung 32 betrieben. Andere Merkmale dieser Ausführungsform sind mit der ersten Ausführungsform identisch.
Sowohl die erste als auch die zweite Ausführungsform können des Weiteren eine Druckvorrichtung aufweisen, die am Zylinderrohr 30 befestigt ist, um das Zylinderrohr leicht mit Druck zu beaufschlagen. Ein solcher Druck ist viel geringer als der im Zylinder 40 und in der Sammelkammer 50 verwendete Druck.
Bei allen Ausführungsformen der Erfindung ist es erwünscht, zwischen dem Teil des Zylinderrohrs 30, in dem die Metalllegierung in das Zylinderrohr 30 eintritt, und dem Teil der Öffnung 37, in dem die Metalllegierung im thixotropen Zustand das Zylinderrohr 30 verlässt, einen Temperaturgradienten zu haben. Der Temperaturgradient ist dazu erforderlich, die Metalllegierung im thixotropen Zustand zu erzeugen. In den 4 und 5 wird eine beispielhafte Weise der Erzeugung des Temperaturgradienten gezeigt. Wie in 4 dargestellt, enthält die Steuereinrichtung eine Steuervorrichtung 100 und einen Stromversorgungskreis 102. Der Stromversorgungskreis ist mit jedem der Heizelementpaare 70a-70i verbunden und führt für die Widerstandsheizvorrichtungen verschiedene Ströme zu. Somit führt ein von der Stromversorgung einem bestimmten Heizelement oder Paar, zum Beispiel dem Paar 70a, zugeführter größerer Strom (oder ein über eine längere Zeit zugeführter Strom, oder eine Kombination aus Stromwert und Zeit) zu einer größeren Heizwirkung im Widerstandsheizvorrichtungspaar.
Jedes der Heizpaare 70a-70e erwärmt eine jeweils lokalisierte Zone im Zylinderrohr 30. Durch Steuern des den Heizpaaren 70a-70e zugeführten Stroms (und/oder der Zeit) kann die Wärmemenge in jeder Zone des Zylinderrohrs 30 neben dem jeweiligen Heizpaar gesteuert werden. Obgleich in der Darstellung nur fünf Heizpaare 70a-70e für das Zylinderrohr 30 bereitgestellt werden, ist das Zylinderrohr 30 vorzugsweise mit zwischen sieben bis zehn getrennt steuerbaren Heizzonen versehen, die jeweils einem getrennt steuerbaren Heizpaar entspricht.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung so programmierbar, dass die gewünschte Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis-Kennlinie R1, R2, R3 der Metalllegierung im thixotropen Zustand erreicht werden kann, wie in 5 zu sehen. Die Steuervorrichtung 100 kann zum Beispiel einen Mikroprozessor (mit einer zugeordneten Eingabevorrichtung, wie zum Beispiel einer Tastatur, nicht gezeigt) umfassen, der leicht und schnell neu programmiert werden kann, um das sich ergebende Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis in Abhängigkeit von der Art des gewünschten Endgießformprodukts zu ändern. 5 zeigt drei Kennlinien für drei verschiedene Werte R1, R2 und R3 des Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnisses. Die Abszisse des Schaubilds in 5 ist mit „a, b,... e" bezeichnet, was der Position der jeweiligen Heizpaare 70a, 70b,... 70e in den 1 und 3 entspricht. Die Ordinate von 5 stellt den unterschiedlichen Temperaturbereich dar, der eingesetzt werden kann. Es versteht sich, dass alle für die Heizpaare 70a, 70b,... 70e verwendeten Temperaturwerte in dem zum Halten der Metalllegierung in ihrem thixotropen Zustand erforderlichen Bereich von 550°C bis 580°C liegen. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die der Position des Heizpaars 70a zugeordneten Temperaturwerte für alle Kurven ungefähr gleich (580°C) sind, da diese Werte in der Nähe des Wertes der Metalllegierung liegen, wenn sie von der Zuführvorrichtung 20 in das Zylinderrohr 30 eintritt. Durch Auswahl eines Verhältnisses R1 gegenüber R3 kann ein größeres Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis und somit eine dichtere sich ergebende Metalllegierung im thixotropen Zustand und ein dichteres Gießprodukt erhalten werden. Die Heizelementpaare 70f-70i werden in der Regel alle so gesteuert, dass sie eine Temperatur aufweisen, die gleich der Temperatur des Heizpaares 70e ist, das heißt zwischen den Heizpaaren 70f-70i besteht kein Temperaturgradient.
Des Weiteren zeigt 4 die Verwendung von Positionsdetektorvorrichtungen, die mit einem elektrisch betätigten Ventil 104 verwendet werden können, das anstelle des Kugelventils 60 verwendet werden kann. Das elektrisch betätigte Ventil 104 weist zwei Positionen auf, eine die Verbindung zwischen dem Zylinderrohr 30 und der Sammelkammer 50 gestattende Position und eine eine solche Verbindung sperrende Position. Das Ventil wird durch den Stromversorgungskreis gesteuert, wie durch die gestrichelte Linie 106 gezeigt. Zwei Grenzschalter S1 und S2 werden zum Öffnen und Schließen des Ventils 104 verwendet. Diese Grenzschalter sind in der Darstellung in Form von zwei Fotodetektoren 108 und 110 und zugeordneten Lichtquellen 112 und 114 (das heißt Fotodioden) implementiert. Der Detektor 108 liefert der Steuervorrichtung 100 immer dann ein Ausgangssignal entlang der Leitung 116, wenn der Lichtstrahl von der Quelle 112 durch den sich nach außen (in den 1 und 3 nach rechts) bewegenden Kolben 45 unterbrochen wird, und dient somit als erster Schalter S1. Als Reaktion auf dieses Signal wird das Steuerventil 104 geöffnet und gestattet es der Metalllegierung im thixotropen Zustand, aus dem Zylinderrohr 30 in die Sammelkammer 50 einzutreten. Des Weiteren kann dieses gleiche Signal dazu verwendet werden, den Stromversorgungskreis dazu anzuweisen, das Induktionsspulenheizelement 80 auf eine relativ niedrige Temperatur (550°C) abzukühlen, wodurch das Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis der Metalllegierung im thixotropen Zustand, die sich neben der Austrittsöffnung 57 befindet, ansteigen und die Legierung somit einen Stopfen bilden kann.
Wenn der Kolben 45 seine äußerste Position erreicht, wie durch die gestrichelten Linien 45' in den 1 und 3 gezeigt, wird der zweite Grenzschalter (Lichtquelle 114 und Fotodetektor 110) zur Lieferung eines Signals entlang der Leitung 118 zur Steuervorrichtung 100 betätigt und wirkt somit als ein zweiter Schalter S2 (siehe zum Beispiel 4). Als Reaktion auf dieses Signal weist die Steuervorrichtung 100 den Stromversorgungskreis 102 an, das Ventil 104 zu schließen und die Temperatur des Induktionsspulenheizelements 80 zu erhöhen, um dadurch das Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis der Metalllegierung im thixotropen Zustand im Bereich der Austrittsöffnung 57 abzusenken und den Stopfen aus der Austrittsöffnung 57 zu entfernen, damit bei der Einwärtsbewegung des Kolbens 45 ein Spritzen stattfinden kann.
Auf die oben beschriebene Weise kann die Gradiententemperatur gezielt gesteuert werden, und das Induktionsspulenheizelement 80 kann synchron mit der Bewegung des Kolbens 45 gesteuert werden. Des Weiteren können im Falle eines elektronisch betätigten Ventils das Öffnen und das Schließen des Ventils auch synchron mit der Bewegung des Kolbens 45 gesteuert werden.
Obgleich oben besondere erfindungsgemäße Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, wird deutlich, dass die Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche die verschiedensten Formen und Ausführungsformen annehmen kann. Zum Beispiel können die Fotodetektoren und Lichtquellen durch mechanische Mikroschalter ersetzt werden, oder man kann aus der Messung von Druckänderungen in der Sammelkammer 50 auf die Position des Kolbens 45 schließen. Als Alternative dazu kann ein Codierer (zum Beispiel ein lichtelektrischer Codierer) dazu verwendet werden, die Position der Welle 45 zu erfassen.

Claims

Verfahren zum Spritzgießen eines Metalls in eine Gießform, mit den folgenden Schritten: Einbringen des Metalls in eine erste Kammer (30) Erwärmen des Metalls auf einen thixotropen Zustand in der ersten Kammer (30); Drehen einer Schnecke (34, 35) in der ersten Kammer (30), um das Metall in dem thixotropen Zustand aus der ersten Kammer (30) durch einen Durchgang, der die erste Kammer (30) und die zweite Kammer (50) verbindet und eine Anordnung der ersten Kammer (30) in einem Winkel zur zweiten Kammer (50) gestattet, in eine zweite Kammer (50) vorzurücken, wobei die zweite Kammer (50) lateral bezüglich der ersten Kammer (30) angeordnet ist; und Einspritzen des Metalls im thixotrophen Zustand aus der zweiten Kammer (50) durch eine Austrittsöffnung (57) in die Gießform.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Einspritzens das Vorrücken eines Kolbens (45) in der zweiten Kammer (50) zum Einspritzen des Metalls aus der zweiten Kammer (50) in die Gießform umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem: das Metall den eine Öffnung (37) zwischen der ersten und der zweiten Kammer (30, 50) umfassenden Durchgang durchfließt; und die Öffnung (37) einen kleineren Durchmesser aufweist als ein Durchmesser der ersten und der zweiten Kammer (30, 50).
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die erste und die zweite Kammer (30, 50) horizontal angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem es sich bei dem Metall um eine Magnesiumlegierung handelt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Metall in einem thixotrophen Zustand in der ersten und in der zweiten Kammer (30, 50) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das eingespritzte Metall in der Gießform zu einem Metallteil erstarrt.
Vorrichtung zum Einspritzen eines Metalls in eine Gießform, die Folgendes umfasst: eine erste Kammer (30) mit einem Metalleinlass (27) in einem ersten Teil; mindestens ein Heizelement (70a, 70b, 70c, 70d, 70e), das sich neben der ersten Kammer (30) befindet und zum Erwärmen des Metalls auf einen thixotrophen Zustand in der ersten Kammer (30) ausgeführt ist; eine sich in der ersten Kammer (30) befindende Schnecke (34, 35) zum Vorrücken des Metalls; eine lateral von der ersten Kammer (30) angeordnete zweite Kammer (50); eine sich in einem ersten Teil der zweiten Kammer (50) befindende Austrittsöffnung (57); einen in einem zweiten Teil der zweiten Kammer (50) angeordneten Kolben (45), der zum Einspritzen von Metall in dem thixotrophen Zustand aus der zweiten Kammer (50) durch die Austrittsöffnung (57) in eine Gießform angeordnet ist; und einen einen zweiten Teil der ersten Kammer (30) und einen dritten Teil der zweiten Kammer (50) verbindenden Durchgang.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Durchgang eine Öffnung (37) umfasst, die einen kleineren Durchmesser als Innendurchmesser der ersten und der zweiten Kammer (30, 50) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die erste und die zweite Kammer (30, 50) horizontal angeordnet und lateral voneinander beabstandet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der zweite Teil der zweiten Kammer einen den Kolben (45) enthaltenden Zylinder (40) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der dritte Teil der zweiten Kammer (50) einen Sammelteil umfasst, der zur Aufnahme des Metalls aus der ersten Kammer ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die zweite Kammer (50) horizontal angeordnet ist.