EP1146978A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von gussstücken - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum herstellen von gussstücken

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EP1146978A1
EP1146978A1 EP00993169A EP00993169A EP1146978A1 EP 1146978 A1 EP1146978 A1 EP 1146978A1 EP 00993169 A EP00993169 A EP 00993169A EP 00993169 A EP00993169 A EP 00993169A EP 1146978 A1 EP1146978 A1 EP 1146978A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
unit
volume
walls
inlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00993169A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Boehnke
Uwe Kühn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Original Assignee
Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ing Walter Hengst GmbH and Co KG filed Critical Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Publication of EP1146978A1 publication Critical patent/EP1146978A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20Accessories: Details
    • B22D17/2015Means for forcing the molten metal into the die
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20Accessories: Details
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/46Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould
    • B29C45/53Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using injection ram or piston
    • B29C45/54Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using injection ram or piston and plasticising screw

Definitions

  • the invention relates to a method and to an apparatus for producing castings according to the preamble of claim 1 and claim 4, respectively.
  • non-generic methods and devices are known, according to which semi-rigid, rod-shaped blanks are either forged or injected into a mold by means of a device not described in detail. From DE 35 00 561 A1 it is known to supply the material to be injected into the mold instead of with a piston device by means of a screw and also to build up the desired injection pressure by means of this screw.
  • magnesium is a highly reactive material
  • the devices used for casting magnesium require complex measures in order to prevent the ambient air from entering the magnesium melt.
  • the invention has for its object to improve a generic method in such a way that this enables the processing of material with simple means excluding the external ambient atmosphere. Furthermore, the invention is based on the object of specifying a suitable device for this.
  • the invention proposes to provide a shape-changing chamber from which the plasticized material can be injected directly into the casting mold or initially conveyed further indirectly and then injected into the casting mold from a separate injection unit.
  • This variability in the shape of the chamber and the interior space that can be changed thereby, in particular the variable interior volume makes it possible to to minimize the injection process, to the extent that material is conveyed out of the chamber or injected into the mold and consequently the filling volume of the chamber decreases.
  • the device can be designed to be comparatively simple and inexpensive.
  • the inlet opening and the area of the material supply in front of it are decoupled from the actual injection process, so that pressure can build up in the chamber without backflow into the area of the material. supply can take place.
  • the injection pressure curve can therefore be controlled precisely.
  • the feed unit in the area of the material feed is not involved in the pressure build-up of the injection process and can accordingly be of a simpler design and easier to control, since it only has to feed the material into the chamber and accordingly essentially only monitors the feed pressure and possibly the temperature must become.
  • An additional translational, axial mobility in the conveyor unit as is known in the case of rotary-driven screw conveyors for building up particularly high pressures or for faster injection processes, can be dispensed with, so that simplifications in the design area and with regard to the process control can be achieved.
  • the method according to the invention and the device designed accordingly are suitable, for example, for processing magnesium, but this invention can also be used advantageously for processing other materials, in particular if such materials are to be processed in a manner sealed from the external atmosphere. It can be metals, plastics or other materials, these already being supplied to the device in liquid or at least partially liquefied form, or the device can have its own plasticizing unit which is connected upstream of the injection unit and into which solid, e.g. B. granular, input material is entered.
  • Chamber walls for controlling the inlet and outlet openings the chamber ie in order to determine the opening and closing times of these openings, can be achieved, for example, by looking at the inlet and outlet of the chamber in the direction of movement of the movable chamber walls, so that movement of the chamber walls can be used to control whether the Inlet or outlet or both openings should be opened or closed at the same time.
  • Such a closure also further excludes the possibility of allowing the ambient atmosphere to enter the chamber, since not only that
  • Chamber content that is accessible for such an atmosphere is minimized, but the chamber can be closed properly.
  • the Device have a tubular chamber, two opposite walls of this tube, for example the two end walls, being formed by the movable walls, these walls then being able to be driven together in the same direction or in opposite directions, in each case either at the same speed or at different speeds, to set the desired conditions inside the chamber.
  • the tube can advantageously be designed as a cylinder with a round cross section, so that a comparatively simple reliable sealing of the movable walls with respect to the tube wall can be achieved.
  • a screw can have different external geometries along its length in order to be able to process the material in correspondingly different ways during the material transport, for. B. to homogenize, mix, incorporate additives, shear or knead.
  • Further conveying units can be connected upstream of the chamber, which, if necessary, can be configured as mixing, conveying and heating units similarly to the above-mentioned heated screw. Through this several conveyor units can be different
  • Materials are introduced into the chamber: for example different materials or the same material with different temperatures.
  • workpieces can be produced that have zones of different properties, e.g. B. fiber or particle-reinforced zones in the area of threads or abrasively stressed areas, or zones with a sandwich-like structure of the workpiece can result.
  • each individual conveying unit or conveying and heating unit advantageously enables the desired dosages to be changed flexibly.
  • the opening and closing of these openings can also be controlled by arranging and designing the inlet or outlet openings opening into the chamber and depending on the movement of the movable walls, so that either a basically fixed dosage ratio can be set or the dosage ratio can be influenced by a different control of the wall movements or in that the openings z. B. are variable by sliders.
  • Each of the chambers can either be designed to supply a single material or, as mentioned, several different materials.
  • granular or powdery particles such. B. SiC, Al 2 O 3 - or carbon particles
  • the particles or fibers can be added by adding them directly and unmixed to the chamber.
  • the addition advantageously takes place in that the basic material of the material is also supplied in this additional feed unit, for. B. plastic or light metal, but enriched with particles or fibers, so that the desired distribution of particles or fibers can be achieved and at the same time the desired composite material of the base material can be ensured in the workpiece to be produced.
  • the particles or fibers are homogeneously mixed with the base material at an external point before entering the chamber and possibly even before entering the feed unit, for. B. by inductive or mechanical stirring.
  • Fig. 1, 1 generally designates a device for the production of castings from scatterable, for. B. granular, raw material is used. In particular, it can be provided to process magnesium granules in a process similar to die casting or injection molding.
  • an injection unit 2 is shown.
  • Injection unit 2 is supplied with the plasticized, that is to say flowable, material by a plasticizing unit 3.
  • the plasticizing unit 3 is provided with a screw which, on the one hand, heats the primary material by friction.
  • the plasticizing unit 3 is heated to allow further heating of the primary material, and finally the screw also conveys the heated and flowable material through an inlet 4 into the injection unit 2.
  • the plasticizing unit 3 thus initially represents a conveyor unit. Since granular starting material is used, the plasticizing unit 3 not only serves to transport this material, but also to soften or plasticize it. When using already liquid or pulpy primary material, the plasticizing unit 3, on the other hand, can be designed exclusively as a conveying unit, possibly with an additional mixing or homogenizing function, but without the task of softening or plasticizing the material.
  • the material is then injected from the injection unit 2 through an outlet 5 into a casting mold 6 which is also only indicated schematically.
  • the casting mold 6 can be cooled in order to enable rapid solidification and thus rapid removal of the casting from the casting mold 6.
  • the injection unit 2 has a chamber 7 which can be filled or emptied through the inlet 4 and the outlet 5.
  • the walls of chamber 7 are formed on the one hand by a cylindrical tube 8 and on the other hand by two movable walls 9 and 10, so that a cylindrical chamber 7 with movable end walls is created overall.
  • the movable walls 9 and 10 can also be used as pistons
  • connecting rods 11 and 12 can be moved, referred to as connecting rods 11 and 12. These connecting rods 11 and 12 can be firmly connected to the pistons 9 and 10, e.g. B. if they are only moved axially and are moved back and forth hydraulically, for example.
  • connecting rods 11 and 12 there may also be an articulated connection of the connecting rods 11 and 12 to the pistons 9 and 10, e.g. B. if the connecting rods 11 and 12 are mechanically driven by means of cranks, cams or the like and should be deflected from their axially aligned arrangements shown in FIG. 1 and angled relative to the walls or pistons 9 and 10.
  • Fig. 1 shows the beginning of a filling process for the chamber 7: From the plasticizing unit 3, the screw conveys the material that has become fluid into the inlet 4. Due to the correspondingly raised position of the upper piston 9 and the correspondingly lowered position of the lower piston 10, the inlet is 4 open to the chamber 7 so that the material can get into the chamber 7. First - as indicated by the vertical arrow - only the piston 9 is further raised with the aid of the connecting rod 11 in order to increase the volume of the chamber 7 so that it can hold an increasing amount of material. During this filling process, the lower piston 10, supported by the connecting rod 12, remains in a position in which it closes the outlet 5.
  • Fig. 2 shows the beginning of the casting process: The lower piston 10 is pulled down by the connecting rod 12 and releases the outlet 5.
  • the upper piston 9 is moved in the same direction, so that material already flows through the outlet 5 into the mold 6 due to the pressure prevailing within the chamber 7. Due to the filling pressure prevailing in the chamber 7, this also applies when the two pistons 9 and 10 are moved at the same speed, ie the chamber 7 with the same volume is only displaced.
  • the chamber volume can be reduced and thus the pressure within the chamber 7 can be increased or the pressure which initially drops due to the material outlet can be maintained in favor of a faster casting process ,
  • the movement of the pistons 9 and 10 can advantageously be controlled during this phase so that the pressure in the chamber 7 does not exceed the filling pressure, that is to say the pressure in the region of the plasticizing unit 3, so that a backflow of the material from the chamber 7 through the inlet 4 is avoided without having to provide check valves or the like.
  • Fig. 3 shows a second phase of the casting process, in which the upper piston 9 closes the inlet 4. Now the relative speed between the lower piston 10 and the upper piston 9 can be increased, so that pressures can be built up inside the chamber 7 which are higher than the pressure inside the plasticizing unit 3. For this purpose, the lower piston 10 can be stopped completely or even in opposite directions can be moved towards the upper piston, or the speed of the upper piston 9 can be increased. Because the inlet 4 is closed, a backflow of the material from the chamber 7 into the plasticizing unit 3 is excluded.
  • Fig. 3 shows a second phase of the casting process, in which the upper piston 9 closes the inlet 4.
  • the screw of the plasticizing unit 3 is withdrawn from the inlet 4, so that it can initially convey material to the inlet 4 solely on account of its rotary movement and later translationally in order to refill the chamber 7 in addition to this rotary conveying movement can be moved in the direction of the inlet 4 in order to enable the chamber 7 to be filled particularly quickly.
  • the screw is driven exclusively in rotation, since it is not involved in the pressure build-up in the chamber 7 during the casting process anyway.
  • Tube 8 is raised, so that a remaining in the injection unit 2 pouring residue laterally from the injection unit 2 through a corresponding recess 14, which is provided in a machine plate 15, can be ejected.
  • the upper piston 9 is pulled up as far as possible in accordance with the arrow indicated on the piston 9 in order to enable a correspondingly wide ejection opening for the chamber 7.
  • the upper piston 9 is moved as close as possible to the lower piston 10, so that the chamber contents 7 are minimized or brought to zero, so that accordingly no air from the external atmosphere between the two pistons 9 and 10 can get.
  • the two pistons are then moved down together and brought into the position shown in FIG. 1, in which a new working cycle of the injection unit 2 can then begin.
  • the recess 14 and an adjoining receiving space for the pouring residue can be ejected through the recess 14 to seal against the external atmosphere, for example in the form of a closed container which receives the pouring residues and only has to be emptied in comparatively larger periods of time, or it can be provided to the recess 14 by a protective gas from the external atmosphere to have the shielded area connected, so that even if the two pistons 9 and 10 cannot be moved against one another down into the tube 8, the penetration of the outside atmosphere into the chamber 7 is avoided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Herstellen von Gussstücken, wobei das Material in einer Kammer mit beweglichen Wandungen unter Druck gesetzt, anschliessend aus der Kammer gefördert wird und schliesslich in eine Giessform eingespritzt wird, wobei die Einspritzeinheit eine Kammer mit zwei beweglichen Wandungen aufweist, die wahlweise entweder in einer Richtung gemeinsam beweglich sind oder gegenläufig zueinander beweglich sind, derart, dass der Innenraum der Kammer wahlweise volumenveränderlich ist und/oder verschiebbar ist und so gesteuert wird, dass sein Volumen möglichst genau dem in der Kammer enthaltenen Volumen des Materials entspricht.

Description

"Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Gußstücken"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Gußstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4.
Aus der DE 43 10 755 A1 und der DE 198 29 336 A1 sind jeweils gattungsgemäße Verfahrensweisen und Vorrichtungen bekannt. Die Kammern weisen jeweils einen einzigen Kolben auf, mittels welchem das Material in die Gießform eingespritzt wird. Die Kammer gemäß der DE 43 10 755 A1 wird mit vergleichsweise hohem Aufwand evakuiert, bevor sie mit dem Material befüllt wird, um so das Eindringen unerwünschter Atmosphäre zu vermeiden.
Aus der WO 98/33610 sind jeweils gattungsfremde Verfahrensweisen und Vorrichtungen bekannt, nach denen teilerstarrte, stangenförmige Rohlinge entweder geschmiedet werden oder mittels einer nicht näher beschriebenen Einrichtung in eine Gießform eingespritzt werden. Aus der DE 35 00 561 A1 ist es bekannt, das einzuspritzende Material der Gießform statt mit einer Kolbeneinrichtung mittels einer Schnecke zuzufördem und mittels dieser Schnecke auch den gewünschten Einspitzdruck aufzubauen.
Weiterhin ist es bekannt, Metall in einem dem Spritzgußverfahren ähnlichen Verfahren zu gießen, wobei hier beispielsweise Magnesium verwendet wird. Da Magnesium ein hochreaktives Material ist, erfordern die zum Gießen von Magnesium verwen- deten Vorrichtungen aufwendige Maßnahmen, um den Zutritt der äußeren Umgebungsluft zu der Magnesiumschmelze zu verhindern. So ist beispielsweise bekannt, im Bereich der Einspritzeinrichtung die Gießvorrichtung unter Schutzgas zu betreiben, um das Eindringen von äußerer Umgebungsluft und damit von Sauerstoff zu vermeiden, wenn beispielsweise die Gießform geöffnet wird und Luft in das System gelangen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, daß dieses mit einfachen Mitteln die Verarbeitung von Material unter Ausschluß der äußeren Umgebungsatmosphäre ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hierzu geeignete Vorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruches 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 4 gelöst.
Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, eine formverän- derliche Kammer vorzusehen, aus der das plastifizierte Material direkt in die Gießform eingespritzt werden kann oder indirekt zunächst weitergefördert und dann aus einer separaten Einspritzeinheit in die Gießform eingespritzt werden kann. Durch diese Formveränderlichkeit der Kammer und den dadurch veränderli- chen Innenraum, insbesondere das veränderliche Innenraumvo- lumen, wird es möglich, das Kammervolumen während des Ein- spritzvorgangs zu minimieren, und zwar in dem Maße, wie Material aus der Kammer gefördert bzw. in die Gießform eingespritzt wird und demzufolge das Füllvolumen der Kammer abnimmt.
Auf diese Weise wird ein freies Kammervolumen, welches nicht vom Material ausgefüllt ist und in welches somit Luft gelangen könnte, stets minimal gehalten oder gänzlich vermieden, so daß das Eindringen der äußeren Atmosphäre in die Kammer vermieden bzw. erheblich minimiert werden kann. Die Kammer oder die ganze Einspritzeinheit mit Schutzgas zu umgeben oder zu evakuieren kann auf diese Weise entweder vermieden werden oder die Anforderungen an eine Kapselung der Kammer bzw. der Einspritzeinheit können erheblich reduziert werden, so daß die Vorrichtung trotz der beweglichen Kammerwandungen insge- samt kostruktiv vereinfacht werden und preisgünstiger ausgestaltet werden kann.
Insbesondere kann dabei auf einfache Weise vorgesehen werden, die Veränderlichkeit der Kammerwandungen dazu zu nutzen, den Einspritzdruck aufzubauen, so daß durch diese
Kombination der Funktionen die Vorrichtung vergleichsweise einfach und preisgünstig ausgestaltet werden kann.
Verfahrenstechnisch ergibt sich der Vorteil, daß der Aufbau des Einspritzdrucks in der Kammer erfolgen kann, wenn diese durch die Bewegung der Kammerwandung von der Materialzufuhr abgeschlossen ist. Aufwendige Rückschlagventile können vermieden werden und der Druckaufbau innerhalb der Kammer kann erheblich präziser als unter Verwendung derartiger Rückschlag- ventile gesteuert werden: wenn z. B. die Beweglichkeit der
Kammerwandung gleichzeitig zum Öffnen und Schließen der Einlaßöffnung dient, ist die Einlaßöffnung und der davor befindliche Bereich der Materialzuführung vom eigentlichen Einspritzvorgang entkoppelt, so daß ein Druckaufbau in der Kammer er- folgen kann, ohne daß ein Rückstrom in den Bereich der Materi- alzuführung erfolgen kann. Der Einspritz-Druckverlauf kann daher präzise gesteuert werden.
Schlecht kalkulierbare Rückflußmengen, die durch ein Rück- schlagventil bis zu dessen vollständiger Schließung entweichen, sind ausgeschlossen. Die Fördereinheit im Bereich der Materialzuführung ist am Druckaufbau des Einspritzvorgangs nicht beteiligt und kann dementsprechend einfacher konstruktiv ausgestaltet sein und einfacher gesteuert werden, da sie lediglich das Ma- terial in die Kammer fördern muß und dementsprechend im wesentlichen lediglich der Förderdruck und ggf. die Temperatur überwacht werden muß.
Eine zusätzliche translatorische, axiale Beweglichkeit bei der Fördereinheit, wie sie bei rotatorisch angetriebenen Förderschnecken zum Aufbau besonders hoher Drücke oder für schnellere Einspritzvorgänge bekannt ist, kann entfallen, so daß Vereinfachungen im konstruktiven Bereich und hinsichtlich der Verfahrensführung erzielbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die dementsprechend ausgestaltete Vorrichtung sind beispielsweise für die Verarbeitung von Magnesium geeignet, jedoch kann diese Erfindung auch für die Verarbeitung anderer Materialien vorteilhaft ange- wendet werden, insbesondere wenn derartige Materialien von der äußeren Atmosphäre abgeschlossen verarbeitet werden sollen. Es kann sich um Metalle, Kunststoffe oder andere Materialien handeln, wobei diese der Vorrichtung bereits in flüssiger oder zumindest teilverflüssigter Form zugeführt werden, oder wobei die Vorrichtung eine eigene Plastifizierungseinheit aufweisen kann, die der Einspritzeinheit vorgeschaltet ist und in die festes, z. B. granulatförmiges, Vormaterial eingegeben wird.
Die erwähnte konstruktive Vereinfachung und auch eine Verein- fachung des Verfahrensablaufes durch die Beweglichkeit der
Kammerwandungen zum Steuern der Ein- und Auslaßöffnungen der Kammer, d. h. um die Öffnungs- und Schließzeiten dieser Öffnungen zu bestimmen, kann beispielsweise erzielt werden, indem in der Bewegungsrichtung der beweglichen Kammerwandungen gesehen Ein- und Auslaß der Kammer voneinander beabstandet sind, so daß durch Bewegung der Kammerwandungen gesteuert werden kann, ob der Einlaß oder der Auslaß oder ggf. beide Öffnungen gleichzeitig geöffnet bzw. geschlossen sein sollen. Durch einen derartigen Verschluß wird zudem die Möglichkeit, Umgebungsatmosphäre in die Kammer gelan- gen zu lassen, noch weiter ausgeschlossen, da nicht nur der
Kammerinhalt, der für eine derartige Atmosphäre zugänglich ist, minimiert ist, sondern die Kammer regelrecht verschlossen werden kann.
Auf vergleichsweise einfache Weise kann die dazu vorgesehene
Vorrichtung eine rohrförmige Kammer aufweisen, wobei zwei gegenüberliegende Wandungen dieses Rohres, beispielsweise die beiden Stirnwandungen, durch die beweglichen Wandungen gebildet werden, wobei diese Wandungen dann gemeinsam in derselben Richtung oder gegenläufig angetrieben werden können, und zwar jeweils entweder gleich schnell oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, um die gewünschten Verhältnisse im Kammerinneren einzustellen.
Das Rohr kann vorteilhaft als Zylinder mit rundem Querschnitt ausgestaltet sein, so daß vergleichsweise einfach eine zuverlässige Abdichtung der beweglichen Wandungen gegenüber der Rohrwandung erzielbar ist.
Vorteilhaft kann bei der Fördereinheit vorgesehen sein, mehrere ggf. ineinandergreifende Schnecken zu verwenden, die gleich- oder gegenläufig angetrieben werden können. So kann ein gleichmäßigerer, definierter Druck aufgebaut und eine Selbstreinigung oder eine Zwangsförderung erzielt werden. Eine Schnecke kann über ihre Länge unterschiedliche äußere Geometrien aufweisen, um während des Materialtransports das Material auf entsprechend unterschiedliche Weise bearbeiten zu können, z. B. zu homogenisieren, zu mischen, Zusatzstoffe ein- zuarbeiten, zu scheren oder zu kneten.
Der Kammer können weitere Fördereinheiten vorgeschaltet sein, die ggf. ähnlich wie die erwähnte beheizte Schnecke als Misch-, Förder- und Erwärmungseinheiten ausgestaltet sein können. Durch diese mehrere Fördereinheiten können unterschiedliche
Materialien in die Kammer eingebracht werden: beispielsweise unterschiedliche Werkstoffe oder der gleiche Werkstoff mit unterschiedlichen Temperaturen. Durch gezielte Verteilung der unterschiedlichen Materialien innerhalb der Kammer lassen sich Werkstücke herstellen, die Zonen unterschiedlicher Eigenschaften aufweisen, z. B. faser- oder partikelverstärkte Zonen im Bereich von Gewinden oder abrasiv beanspruchter Stellen, oder es können Zonen mit einem sandwichartigen Aufbau des Werkstücks resultieren.
Vorteilhaft ermöglicht eine eigene Ansteuerung jeder einzelnen Fördereinheit bzw. Förder- und Erwärmungseinheit die flexible Änderung der gewünschten Dosierungen. Es kann sich jedoch auch durch Anordnung und Gestaltung der in die Kammer mün- denden Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen und in Abhängigkeit von der Bewegung der beweglichen Wandungen das Öffnen und Schließen dieser Öffnungen steuern lassen, so daß entweder ein grundsätzlich festes Dosierungsverhältnis eingestellt sein kann oder das Dosierungsverhältnis kann durch eine andere Ansteuerung der Wandungsbewegungen beeinflußt werden oder dadurch, daß die Öffnungen z. B. durch Schieber veränderlich sind.
Vorteilhaft können mehrere Kammern an dieselbe Gießform an- schließen. Hierdurch wird die erwähnte Herstellung von
Werkstücken mit Zonen unterschiedlicher Eigenschaften auf- grund unterschiedlicher eingespritzter Materialien besonders gut möglich. Jede der Kammern kann dabei entweder für die Zuführung eines einzigen oder wie erwähnt mehrerer unterschiedlicher Materialien ausgestaltet sein.
Insbesondere kann eine zusätzliche Zuführungseinheit für die Beimischung von z. B. körnigen oder pulverigen Partikeln oder von Fasern vorgesehen sein. Als körnige oder pulverige Partikel können z. B. SiC-, AI2O3- oder Kohlenstoffpartikel vorgesehen sein. Die Zugabe der Partikel oder Fasern kann erfolgen, indem diese direkt und unvermischt in die Kammer gegeben werden. Vorteilhaft erfolgt die Zugabe jedoch dadurch, daß auch in dieser zusätzlichen Zuführungseinheit das Werkstoff-Grundmaterial zugeführt wird, z. B. Kunststoff oder Leichtmetall, allerdings mit Partikeln oder Fasern angereichert, so daß die gewünschte Verteilung von Partikeln oder Fasern erzielt werden kann und gleichzeitig der gewünschte Materialverbund des Grundmaterials im herzustellenden Werkstück sichergestellt werden kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, die Partikel oder Fasern an externer Stelle bereits vor Eintritt in die Kammer und ggf. sogar vor Eingabe in die Fördereinheit homogen mit dem Grundmaterial zu vermischen, z. B. durch induktives oder mechanisches Rühren.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „mehrere", z. B. bezogen auf die Anzahl der verwendeten Schnecken, Fördereinheiten oder Kammern, stets „wenigstens zwei". Außer den erwähnten Schnecken-Fördereinheiten können auch anderweitig ausgestaltete Fördereinheiten Verwendung finden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen die
Fig. 1 bis 4 in rein schematischer Darstellung einen Schnitt durch die Einspritzeinheit sowie durch die benach- barten Baugruppen einer Gießmaschine in verschiedenen Stadien eines Gießvorganges.
In Fig. 1 ist mit 1 allgemein eine Vorrichtung bezeichnet, die zur Herstellung von Gußstücken aus streufähigem, z. B. granulat- förmigem, Vormaterial dient. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, Magnesiumgranulat in einer druckguß- oder spritzgußähnlichen Verfahrensweise zu verarbeiten.
Dabei ist insbesondere eine Einspritzeinheit 2 dargestellt. Der
Einspritzeinheit 2 wird das plastifizierte, also fließfähig eingestellte Material durch eine Plastifizierungseinheit 3 zugeführt. Die Plastifizierungseinheit 3 ist mit einer Schnecke versehen, die einerseits durch Reibung das Vormaterial erwärmt. Zusätzlich ist die Plastifizierungseinheit 3 beheizt, um eine weitere Erwärmung des Vormaterials zu ermöglichen, und schließlich fördert die Schnecke auch das erwärmte und fließfähig gewordene Material durch einen Einlaß 4 in die Einspritzeinheit 2.
Die Plastifizierungseinheit 3 stellt also zunächst eine Fördereinheit dar. Da granulatförmiges Vormaterial verwendet wird, dient die Plastifizierungseinheit 3 jedoch nicht nur dem Transport dieses Materials, sondern auch dessen Erweichung bzw. Plastifizie- rung. Bei Verwendung von bereits flüssigem oder breiigem Vor- material kann die Plastifizierungseinheit 3 hingegen ausschließlich als Fördereinheit ausgestaltet sein, ggf. mit zusätzlicher Misch- oder Homogenisierungsfunktion, jedoch ohne die Aufgabe, das Material zu erweichen bzw. zu plastifizieren.
Aus der Einspritzeinheit 2 wird anschließend das Material durch einen Auslaß 5 in eine ebenfalls lediglich rein schematisch angedeutete Gießform 6 eingespritzt. Die Gießform 6 kann gekühlt sein, um eine schnelle Erstarrung und damit eine schnelle Entnahme des Gußstückes aus der Gießform 6 zu ermöglichen. Die Einspritzeinheit 2 weist eine Kammer 7 auf, die durch den Einlaß 4 und den Auslaß 5 befüllt bzw. entleert werden kann. Die Wandungen der Kammer 7 werden einerseits durch ein zylindrisches Rohr 8 gebildet und andererseits durch zwei be- wegliche Wandungen 9 und 10, so daß insgesamt eine zylindrische Kammer 7 mit beweglichen Stirnwänden geschaffen ist.
Die beweglichen Wandungen 9 und 10 können auch als Kolben
9 und 10 bezeichnet werden in Analogie an die Verhältnisse bei Verbrennungsmotoren, Pumpen oder Verdichtern und dementsprechend sind Betätigungsstangen, mit denen die Kolben 9 und
10 bewegt werden können, als Pleuel 11 und 12 bezeichnet. Diese Pleuel 11 und 12 können fest mit den Kolben 9 und 10 verbunden sein, z. B. wenn sie ausschließlich axial bewegt wer- den und beispielsweise hydraulisch hin- und herbewegt werden.
Es kann jedoch auch ein gelenkiger Anschluß der Pleuel 11 und 12 an die Kolben 9 und 10 vorgesehen sein, z. B. wenn die Pleuel 11 und 12 mechanisch mittels Kurbeln, Kurvenscheiben od. dgl. angetrieben sind und aus ihrer in Fig. 1 dargestellten, axial miteinander fluchtenden Anordnungen ausgelenkt und gegenüber den Wandungen bzw. Kolben 9 und 10 abgewinkelt werden sollten.
Fig. 1 zeigt den Anfang eines Befüllvorganges für die Kammer 7: Aus der Plastifizierungseinheit 3 fördert die Schnecke das fließfähig gewordene Material in den Einlaß 4. Durch die entsprechend angehobene Stellung des oberen Kolbens 9 und die entsprechend abgesenkte Stellung des unteren Kolbens 10 ist der Einlaß 4 zur Kammer 7 hin offen, so daß das Material in die Kammer 7 gelangen kann. Zunächst wird - wie durch den senkrechten Pfeil angedeutet - ausschließlich der Kolben 9 mit Hilfe des Pleuels 11 weiter angehoben, um das Volumen der Kammer 7 zu vergrößern, so daß diese eine zunehmende Menge von Material aufnehmen kann. Während dieses Befüllvorganges verbleibt der untere Kolben 10, durch das Pleuel 12 gestützt, in einer Stellung, in der er den Auslaß 5 verschließt. Fig. 2 zeigt den Beginn des Gießvorganges: Der untere Kolben 10 wird durch das Pleuel 12 nach unten gezogen und gibt den Auslaß 5 frei. Der obere Kolben 9 wird in derselben Richtung bewegt, so daß aufgrund des innerhalb der Kammer 7 herrschenden Druckes bereits Material durch den Ausgang 5 in die Form 6 fließt. Dies gilt aufgrund des in der Kammer 7 herrschenden Fülldrucks auch dann, wenn die beiden Kolben 9 und 10 gleichschnell bewegt werden, die Kammer 7 mit gleichblei- bendem Volumen also nur verschoben wird. Durch eine im Vergleich zum unteren Kolben 10 schnellere, aber in derselben Richtung erfolgende Bewegung des oberen Kolbens 9 kann das Kammervolumen verringert und somit der Druck innerhalb der Kammer 7 erhöht werden bzw. der durch den Materialaustritt zunächst abfallende Druck aufrechterhalten werden, zugunsten eines schnelleren Gießvorgangs.
Die Bewegung der Kolben 9 und 10 kann während dieser Phase vorteilhaft so gesteuert werden, daß der Druck in der Kammer 7 nicht den Fülldruck, also den Druck im Bereich der Plastifizierungseinheit 3 übersteigt, so daß ein Rückfluß des Materials aus der Kammer 7 durch den Einlaß 4 vermieden wird, ohne daß hier eigens Rückschlagventile o. dgl. vorgesehen sein müssen.
Fig. 3 zeigt eine zweite Phase des Gießvorganges, bei der der obere Kolben 9 den Einlaß 4 verschließt. Nun kann die Relativgeschwindigkeit zwischen dem unteren Kolben 10 und dem oberen Kolben 9 vergrößert werden, so daß Drücke innerhalb der Kammer 7 aufgebaut werden können, die höher sind als der Druck innerhalb der Plastifizierungseinheit 3. Hierzu kann der untere Kolben 10 vollständig angehalten oder sogar gegenläufig zum oberen Kolben hin bewegt werden, bzw. kann die Geschwindigkeit des oberen Kolbens 9 vergrößert werden. Dadurch, daß der Einlaß 4 abgeschlossen ist, ist ein Rückfluß des Materials aus der Kammer 7 in die Plastifizierungseinheit 3 ausgeschlossen. In Fig. 3 ist weiterhin dargestellt, daß die Schnecke der Plastifizierungseinheit 3 vom Einlaß 4 zurückgezogen wird, so daß sie zunächst Material allein aufgrund ihrer Drehbewegung zum Ein- laß 4 fördern kann und später zum erneuten Befüllen der Kammer 7 zusätzlich zu dieser rotatorischen Förderbewegung translatorisch in Richtung zum Einlaß 4 bewegt werden kann, um eine besonders schnelle Befüllung der Kammer 7 zu ermöglichen. Es kann jedoch auch aus Gründen einer vereinfachten Konstruktion vorgesehen sein, die Schnecke ausschließlich rotatorisch anzutreiben, da sie ohnehin am Druckaufbau in der Kammer 7 während des Gießvorgangs nicht beteiligt ist.
In Fig. 4 ist nach Beendigung des Gießvorganges dargestellt, daß der untere Kolben 10 vollständig bis zum oberen Ende des
Rohres 8 angehoben ist, so daß ein in der Einspritzeinheit 2 verbliebener Gießrest seitlich aus der Einspritzeinheit 2 durch eine entsprechende Aussparung 14, die in einer Maschinenplatte 15 vorgesehen ist, ausgeworfen werden kann. Zu diesem Zweck ist der obere Kolben 9 entsprechend dem am Kolben 9 angedeuteten Pfeil möglichst weit nach oben gezogen, um eine entsprechend weite Auswurföffnung für die Kammer 7 zu ermöglichen.
Anschließend an diese in Fig. 4 dargestellte Auswurfstellung wird der obere Kolben 9 möglichst nahe an den unteren Kolben 10 herangefahren, so daß der Kammerinhalt 7 minimiert bzw. auf Null gebracht wird, so daß dementsprechend keine Luft aus der äußeren Atmosphäre zwischen die beiden Kolben 9 und 10 gelangen kann. Anschließend werden die beiden Kolben gemeinsam nach unten verfahren und in die aus Fig. 1 ersichtliche Stellung verbracht, in der dann ein neuer Arbeitszyklus der Einspritzeinheit 2 beginnen kann.
Alternativ kann vorgesehen sein, die Aussparung 14 und einen daran anschließenden Aufnahmeraum für die Gießreste, die durch die Aussparung 14 ausgeworfen werden, gegenüber der äußeren Atmosphäre abzudichten, beispielsweise in Form eines geschlossenen Behälters, der die Gießreste aufnimmt und lediglich in vergleichsweise größeren Zeiträumen geleert werden muß oder es kann vorgesehen sein, an die Aussparung 14 einen durch Schutzgas von der äußeren Atmosphäre abgeschirmten Bereich anschließen zu lassen, so daß auch dann, wenn die beiden Kolben 9 und 10 nicht aneinanderliegend nach unten in das Rohr 8 gefahren werden können, das Eindringen von äuße- rer Atmosphäre in die Kammer 7 vermieden wird.
Gegenüber der zunächst beschriebenen Verfahrensweise, bei der die Kolben 9 und 10 möglichst nahe einander benachbart nach unten verfahren werden, um so einen minimalen oder nicht mehr vorhandenen Kammerhohlraum zu schaffen, sind diese genannten Alternativen aufwendiger, sie ermöglichen aber dennoch eine erheblich einfache Ausgestaltung der Einspritzeinheit 2, als wenn diese vollständig gegenüber der äußeren Atmosphäre abgeschirmt sein müßte.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Gußstücken aus einem fließ- oder streufähigen Vormaterial, welches zunächst erwärmt und zumindest teilweise plastifi- ziert wird, und wobei das zumindest teilweise plastifizierte Material in einer Kammer unter Druck gesetzt, anschließend aus der Kammer gefördert wird und schließlich in eine Gießform eingespritzt wird, wobei das Material in einer Kammer mit beweglichen Wandungen unter Druck gesetzt wird, und wobei durch die Bewegungen der Wandungen das Vo- lumen des Innenraumes der Kammer verändert wird, derart, daß das Volumen der Kammer während des Zuführens von Material durch den Einlaß in die Kammer vergrößert wird und während des Gießvorganges verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Volumen möglichst genau dem in der Kammer
(7) enthaltenen Volumen des Materials entspricht, derart, daß der Inhalt der Kammer (7) etwa auf Null eingestellt wird, wenn sich keine Schmelze in der Kammer (7) befindet, wie vor dem Befüllen der Kammer (7) oder nach dem Einspritzvorgang.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (9, 10) an dem Einlaß (4) und dem Auslaß (5) vorbei bewegt werden, derart, daß durch die Bewegung der Wandungen (9, 10) die Öffnungs- und Schließzeiten des Einlasses (4) und des Auslasses (5) gesteuert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mittels einer eine Schnecke aufwei- senden Fördereinheit der Kammer (7) zugeführt wird, wobei die Schnecke ausschließlich rotatorisch angetrieben wird.
4. Vorrichtung zum Herstellen von Gußstücken aus einem fließ- oder streufähigen Vormaterial, mit einer Einspritzeinheit, aus der das zumindest teilweise verflüssigte Material in eine Gießform einspritzbar ist, wobei die Einspritzeinheit eine Einlaßöffnung zur Zufuhr des Materials und eine zur Gießform führende Auslaßöffnung aufweist, wobei die Einspritzeinheit eine Kammer mit einer beweglichen Wandung aufweist, die beweglich ist, derart, daß der Innenraum der Kammer volumenveränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (7) der Einspritzeinheit (2) zwei bewegli- ehe Wandungen (9, 10) aufweist, die wahlweise entweder in einer Richtung gemeinsam beweglich sind oder gegenläufig zueinander beweglich sind, derart, daß der Innenraum der Kammer (7) wahlweise volumenveränderlich ist und / oder verschiebbar ist, wobei der Innenraum der Kammer (7) bis auf etwa Null verringerbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (4) und der Auslaß (5) in Bewegungsrich- tung der beweglichen Wandungen (9, 10) gesehen beabstandet hintereinander angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Wandungen (9, 10) als zwei gegenüberliegende Kolben einer ansonsten rohrförmigen
Kammer (7) ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der Kammer (7) einen runden Quer- schnitt aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzeinheit (2) eine zur zumindest teilweisen Verflüssigung des Vormaterials dienende Plastifizierungseinheit (3) vorgeschaltet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Plastifizierungseinheit (3) als beheizbares Schnecken-Schmelzaggregat ausgestaltet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Plastifizierungseinheit (3) zwei ineinandergreifende Schnecken aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Schnecke ausschließlich rotatorisch antreibbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kammer (7) zwei oder mehrere Fördereinheiten vorgeschaltet sind, die an die Kammer (7) angeschlossen sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kammern an eine Gießform anschließen.
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