EP1152852A1 - Vorrichtung zur herstellung von halbzeugen und formteilen aus metallischem material - Google Patents

Vorrichtung zur herstellung von halbzeugen und formteilen aus metallischem material

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EP1152852A1
EP1152852A1 EP00907593A EP00907593A EP1152852A1 EP 1152852 A1 EP1152852 A1 EP 1152852A1 EP 00907593 A EP00907593 A EP 00907593A EP 00907593 A EP00907593 A EP 00907593A EP 1152852 A1 EP1152852 A1 EP 1152852A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
extruder
cylinder
space
die casting
piston
Prior art date
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Granted
Application number
EP00907593A
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English (en)
French (fr)
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EP1152852B1 (de
Inventor
Andreas Dworog
Erwin BÜRKLE
Hans Wobbe
Rainer Zimmet
Jochen Zwiesele
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.)
Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Original Assignee
Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
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Publication date
Application filed by Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH filed Critical Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Publication of EP1152852A1 publication Critical patent/EP1152852A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1152852B1 publication Critical patent/EP1152852B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/30—Accessories for supplying molten metal, e.g. in rations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S164/00—Metal founding
    • Y10S164/90—Rheo-casting

Definitions

  • the invention relates to a device for producing semifinished products and molded parts from metallic material with an extruder for generating a metal stream and devices downstream of the extruder for molding the semifinished products and molded parts.
  • a device of this type for die casting molded parts is known from EP 0 080 787, in which a metallic material with dendritic properties, for example a magnesium alloy, is brought into a thixotropic state in an extruder. In this state, the metallic material has a slurry-like or pulp-like consistency and can be processed into metallic molded parts in the shaping devices downstream of the extruder.
  • a metallic material with dendritic properties for example a magnesium alloy
  • the magnesium alloy) in the extruder to a thixotropic mass takes place in the manner described in EP 0 080 787 in that the material in granulate form is introduced into a preheated filling funnel, the granulate particles being sized are adjusted so that they can be processed well by the screw of the extruder.
  • the granules are heated to a temperature close to or above the solidus temperature, and the heating can take place before and / or in the extruder.
  • the metallic material is further heated in the extruder by heating devices acting from the outside via the screw cylinder and by frictional heat (shear stress).
  • the heating in the extruder is metered so that the temperature of the metallic material remains below its liquidus temperature.
  • a conveying channel between the screw flanks from the beginning of the screw to the end of the screw consists of a continuous helical channel.
  • the principle of conveyance of an extruder consists essentially in the fact that the material to be conveyed experiences friction on the cylinder wall of the extruder and slides on the so-called screw base.
  • a melt film builds up on the cylinder wall, which is very low viscosity and which considerably reduces the friction of the material to be conveyed on the cylinder wall, which is reflected in a drastic reduction in the delivery rate.
  • the mixing capacity also suffers considerably, as a result of which a temperature gradient that builds up cannot be effectively reduced from outside to inside over the cross section in the interior of the extruder barrel.
  • the invention has for its object to improve a device of the type mentioned constructively and functionally so that reproducible component qualities can always be produced.
  • the processing of the metallic material for example starting from the granulate to the thixotropic solid-liquid or to the liquid material, based on the axial length of the extruder, is carried out largely in constant process steps and with constant conveyance.
  • the negative consequences of temperature fluctuations and the associated irregularities in the viscosity and the proportionate composition of the liquid material components are thus reduced to a negligible level.
  • the problem previously described for the single-screw extruder can be eliminated by an extruder with a screw system with two or more intermeshing screws, although the problems described above can also be expected with this type of extruder.
  • a mechanism has a counteracting effect of a surprisingly large extent, by means of which the material to be conveyed is transferred from one screw to the neighboring, meshing screw.
  • a sufficiently large mixing and transport effect is obviously achieved when processing metallic material, which, in addition to reducing the temperature gradient, also ensures a constant conveyance of the metallic material to be conveyed.
  • a stable intake of fresh material is observed in the feed zone of the extruder.
  • Heating tapes or inductively operating heating devices are conventionally used in the processing of metallic melts for introducing heat.
  • inductive heaters are very expensive.
  • Classic heating tapes are mounted on the circumference of the extruder cylinder and, at the high temperatures that prevail in the processing of metallic melts, tend to oxidize and scale the cylinder surface, thereby reducing the heat transfer between the radiator and the cylinder.
  • precautions must be taken with heating tapes in order to keep them in permanent contact with the cylinder surface in order to achieve sufficient heat transfer.
  • heating tapes Another disadvantage of heating tapes is the large distance between the heating tapes mounted on the outside of the extruder cylinder and the melt present inside the cylinder with the required high heat flux densities and temperature gradients of up to 200 ° C and more during operation.
  • heating cartridges which comprise resistance heating elements arranged in a usually cylindrical housing.
  • the heating cartridges can be arranged in transverse bores in the extruder cylinder jacket very close to the inner wall of the cylinder, for example above and below the double-cylindrical cavity of the twin-screw extruder.
  • the cross holes themselves can be hermetically sealed with an airtight and heat-resistant material so that they are protected against scaling.
  • the outer surface of the extruder barrel can also be insulated much better against heat radiation when using the heating cartridges arranged in the barrel wall.
  • the extruders equipped with the heating cartridges can be manufactured in such a way that their tie rods are arranged outside the insulation and thus in a considerably cooler area. As a result, much cheaper materials can be used for this.
  • the drive of the extruder screws as well as the drive of the die casting pistons is often accomplished by means of hydraulic systems.
  • Electric drives are therefore preferably used for the screw, but electric drives can also be used instead of a hydraulic system for driving the die-casting piston.
  • the constant conveyance reduces the range of the residence time of the materials to be conveyed in the extruder, which is reflected in a uniform grain size of the globules in the structure of the finished molded parts or semi-finished products.
  • One or more die-casting molds can be arranged downstream of the extruder, which can be fed with metallic material continuously or discontinuously via multi-way switches and heated channels.
  • the side feed can be done with volumetric or gravimetric dosing.
  • the side feed takes place for the different materials in the temperature and functional zones suitable for the respective material.
  • Pure metals e.g. B. Li, Mg, Ca, Al, Si, Zn, Mn, rare earth metals and the like combine to metal alloys, also master alloys, such as. B. AlZn, the extruder according to the invention.
  • non-metallic materials such as. B. Reinforcing materials, fillers, nucleating agents, processing aids and the like, work into the solid-liquid or liquid metal stream, whereby the extruder according to the invention the function of a machine for the production of alloys or composite materials.
  • Proposed units e.g. Extruders, processed, especially liquid materials are fed.
  • components of constant quality can thus be produced, which can consist of pure metal, metal alloys, or of non-metallic materials homogeneously mixed with the metal or the metal alloys.
  • the equipment downstream of the extruder for shaping the semi-finished products and molded parts can be selected from a large selection. To name just a few of the most important:
  • die casting units equipped with a separate piston / cylinder unit, as are known, for example, from EP 0 080 787, should be mentioned.
  • Piston / cylinder units which are filled in front of the piston surface, the piston remaining in the retracted position at the beginning of the filling in one variant and the filling taking place either directly in front of the piston or away from it in the direction of the cylinder outlet; in an alternative variant, filling is carried out at the cylinder outlet and the piston is retracted / pushed back during filling, and in a further variant the cylinder space in front of the piston is filled in the cylinder outlet duct and the piston from the front Dead position with the incoming metallic material moved to the retracted position.
  • a variant which is fundamentally different is a so-called stepped piston which divides the cylinder space of the die-casting cylinder into a feed space connected to the extruder via a heated channel and an injection space connected to the mold cavity.
  • a fluid connection is created between the feed space and the injection space, which contains a non-return valve or a check valve, which counteracts a backflow of metallic material from the injection space into the feed space.
  • the stepped piston has the larger piston area on the side of the injection space and the smaller, usually annular piston area on the side of the feed space.
  • this can be from the extruder in the feed area with a pressure of z. B. less than 120 bar fed thixotropic metallic material at injection pressure of z. B. 500 bar and more, in particular 1000 - 2000 bar, with leakage losses playing no role, since the leakage quantities coming from the injection space into the feed space are conveyed back into the injection space at the next injection stroke.
  • stepped piston Another advantage of the stepped piston is that the material entered into the die-casting cylinder with a relatively low pressure automatically resets the stepped piston due to the pressure difference between the larger piston surface and the smaller annular piston surface, which eliminates the need to install multi-way switching valves between the extruder and the die-casting cylinder. If necessary, this can be supported hydraulically. Finally, there is the advantage that the current generated by the extruder of metal material is only conveyed in one direction up to the injection into the mold cavity, which is particularly suitable for the processing of material that has long reinforcing fibers (e.g. carbon fibers) incorporated into the extruder via a side feed.
  • long reinforcing fibers e.g. carbon fibers
  • the invention further relates to a method for die casting, continuous casting or extrusion of metallic materials using an extruder and downstream units for forming semi-finished products and molded parts, in particular of the type described above.
  • the use of an extruder with a screw system with two or more intermeshing Screws allow a controlled conveyance of the metallic material in the direction of extrusion. This applies in particular to material in the solid-liquid thixotropic state and in the liquid state.
  • the controlled conveyance or forced conveyance avoids discontinuities in the processing of the metallic material, which contributes significantly to an improved constancy of the component quality of the metallic components produced in the die casting process.
  • the inventive processing of the metallic material and its controlled or forced conveyance in the extruder now allows the side feeding of further components, for example alloy components in the manufacture of alloys, reinforcement components in the manufacture of metallic composite materials or other additives for modifying the metallic material in a particularly simple and defined manner Wise.
  • the controlled or forced delivery in the extruder ensures a high degree of homogeneity of the metallic material produced.
  • Figure 1 is a schematic, partially broken illustration of a twin-screw extruder according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of various embodiments of the die casting units to be arranged after the extruder from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a sectional view through the extruder of FIG. 1 along line 3 - 3.
  • FIG. 1 shows in FIG. 1 a schematic representation of an extruder 1 of the type of a twin-screw extruder, in the extruder barrel 2 of which two screws are mounted, of which only the front screw 3 can be seen in the area shown broken away.
  • the profile of the screw 3 engages in the profile of the neighboring screw behind it.
  • the top surface 4 of the screw flights of the one screw 3 adjoins the core surface 5 of the (not visible) neighboring screw.
  • the distance from the head diameter K j of one screw to the core diameter K 2 of the neighboring screw and the distance of the screw flanks from one another are to be selected so that a metallic material to be processed with dendritic properties Shafts on the one hand a desired shear stress can be generated, but on the other hand the liquefied phase of the metallic material due to its lower viscosity is not uncontrolled by the gaps between the screw flanks, the head surfaces 4 and the core surfaces 5 and the head surfaces 4 and the inner wall 6 of the extruder barrel 2 can flow.
  • the intermeshing screws form, in the event that they are driven in opposite directions, progressively closed chambers in which the material is forcibly transported.
  • the shearing process converts the dendritic structures of the solidifying phase into globulitic particles, and on the other hand it releases frictional heat.
  • the drive unit 8 for the screws 3 is located after the area of the filling funnel 7 for feeding the extruder 1 with metallic material, for example in granulate, chip or powder form.
  • Heat decouplings (not shown) are arranged between the drive unit and the cylinder and the screw.
  • feed devices 9 to 12 Following the filling funnel 7 there are a number of feed devices 9 to 12 through which additional materials can be input into the extruder 1 at the process and temperature stages, which are suitable for the respective input material. Thermal energy is introduced into the extruder 1 from the outside via heating sleeves 13 each shown in half section.
  • the feed devices 9 to 12 can optionally be insertion funnels, metering screws, stuffing devices, belt or roving feeders, extruders (including the twin screw extruders according to the invention) or injection units for liquids.
  • the feed devices 9 to 12 are preferably supplied with an inert gas as a protective gas.
  • the screw 3 is shown purely schematically and of course can have a varying configuration over its length. Opposite to the feed devices 9 to 12 in particular, the corresponding screw sections will be adapted to the respective function of the screw.
  • the solid-liquid, metallic, thixotropic material produced in the extruder 1, which can be mixed with a wide variety of additional materials, is passed via a first heated channel 14 into the feed space 15 of a die casting cylinder 16.
  • a stepped piston 17 is reversibly arranged in the die-casting cylinder 16 and divides the cylinder space of the cylinder 16 into the feed space 15 and into the injection space 18.
  • the piston area 19 delimiting the injection space 18 is larger than the annular piston area 20 delimiting the injection space 15.
  • a non-return valve 21 of the type, e.g. a check valve.
  • the non-return valve 21 blocks the fluid connection in the form of a passage passage (not shown) in the stepped piston 17 from the injection space 18 to the feed space 15 and switches the passage passage freely in the opposite direction.
  • the injection chamber 18 is followed by a second heated channel 22 leading to the form cavity (not shown), which can be closed with an actively controllable closure nozzle 23.
  • the stepped piston 17 can be displaced in a reversible manner in the injection piston 16 via a hydraulic piston-cylinder unit 24 of a hydraulic system 25.
  • the thixotropic or else liquid metallic material produced in the extruder 1 which can be mixed with the various additional materials, is passed via the first heated channel 14 into the feed chamber 15 and passes through the passage in the stepped piston 17 into the injection chamber 18, the outlet of which is shut off by the closure nozzle 23. Because of the area ratio of the larger piston surface 19 to the smaller annular piston surface 20, the stepped piston acts
  • the hydraulic piston / cylinder unit 24 is controlled for the filling process of the die-casting cylinder 16 in such a way that the stepped piston 17 can be pushed back in a controlled manner and is stopped when the required filling quantity is reached.
  • the filling process takes place at the low pressure level generated by the extruder 1 (for example 5 to 120 bar).
  • the stepped piston 17 is advanced by the hydraulic piston-cylinder unit 24, the non-return valve 21 closing and in the injection chamber
  • the injection pressure e.g. 1500 - 2000 bar.
  • the thixotropic or optionally liquid metallic material reaches the mold cavity via the opened closure valve 23 and the second heated channel 22. Leakages occurring at the high injection pressure are irrelevant, since the leakage quantities can only get into the feed space 15, from where they are fed back into the injection space 18.
  • the sealing of the feed space 15 from the atmosphere or from a hydraulic space of the hydraulic piston-cylinder unit is not a problem due to the much lower pressure level.
  • FIG. 2 schematically shows a die casting cylinder 30 as it can be used as an alternative to the one shown in FIG. 1 together with the twin-screw extruder 1 according to the invention as part of a shaping device.
  • the die-casting cylinder 30 has a hollow cylinder 32 in which an injection piston 34 is reversibly guided.
  • the die-casting cylinder 30 does not have a separate feed and injection space, but these two spaces coincide here in a space 38 in front of the piston surface 36.
  • the latter has an inlet opening 40 which is arranged adjacent to the piston surface 36 in a retracted dead position of the piston 34.
  • the feed / injection space fills from the piston surface 36 of the piston 34.
  • the feed opening 40 ′ is arranged at the front end of the feed / injection space 38, adjacent to a heated channel 42 leading to the mold cavity.
  • the space 38 can be filled as long as the piston 34 is in the retracted dead position or during the piston 34 is moved from a front dead position (dash-dotted line) to the withdrawn dead position (solid line).
  • the feed opening 40 ′′ is finally provided on the heated channel 42 leading to the mold cavity, adjacent to the front end of the cylinder 32.
  • FIG. 3 shows a sectional illustration of the twin-screw extruder 1 according to the invention along line 3-3 in FIG. 1, although a variant is shown here in which a different heating device is selected instead of the heating sleeves 13.
  • the two screws 3 are not shown in FIG. 3. These are arranged in the double cylindrical cavity 6, which offers space for two mutually parallel, intermeshing screws 3.
  • the cylinder 2 here has transverse bores 44, 45 transverse to its longitudinal direction, which are arranged adjacent to the cavity 6.
  • heating cartridges 46, 47 are arranged, via which, due to their proximity to the double cylinder cavity 6, a very high heat flow to the materials to be processed in the extruder 1 can be produced.
  • the transverse bores 44, 45 are closed with an airtight and temperature-insensitive material plug 48, 49, through which only electrical leads 50, 51 have to pass.
  • Insulation 52 can now be attached to the outside of cylinder 1 in a very simple manner, which can be provided consistently on cylinder 2 with the same thickness, without external heating strips having to be taken into account.
  • the heating cartridges 46, 47 are repeated over the length of the extruder barrel 2 and like the heating jackets 13, allow individual heating over the length of the extruder 1.
  • heating cartridges can be used in the transverse bores, which protrude beyond the circumference of the extruder cylinder, so that the transition area of the heating cartridges is outside the cylinder and the heated area is inside the cylinder.
  • the material plugs 48, 49 may be dispensed with. Disassembly and maintenance are simplified.
  • tie rods for the extruder can be provided outside the insulation 52 and these experience far lower temperatures than with the extruders customary in the prior art. As a result, these tie rods can be made from a less expensive material because they are exposed to far less temperature loads.

Description

VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG VON HALBZEUGEN UND FORMTEILEN AUS
METALLISCHEM MATERIAL
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Halbzeugen und Formteilen aus metallischem Material mit einem Extruder zur Erzeugung eines Metallstromes und dem Extruder nachgeschalteten Einrichtungen zum Ausformen der Halbzeuge und Formteile.
Eine Vorrichtung dieser Art zum Druckgießen von Formteilen ist aus der EP 0 080 787 bekannt, bei der ein metallisches Material mit dendritischen Eigenschaften, beispielsweise eine Magnesiumlegierung, in einem Extruder in einen thixotropen Zustand gebracht wird. In diesem Zustand hat das metallische Material eine schlämm- oder breiartige Konsistenz und kann in den dem Extruder nachgeschalteten Formgebungseinrichtungen zu metallischen Formteilen verarbeitet werden.
Zur Formgebung oder Ausformen ist es aus der EP 0 080 787 bekannt, hierzu eine dem Extruder nachgeschaltete Druckgießeinheit zu verwenden oder, ohne vorherige Verarbeitung des metallischen Materials in einem Extruder, dieses Material direkt in einer herkömmlichen Spritzgießmaschine zu verarbeiten. Die Verarbeitung in einer Spritzgießmaschine bleibt hier jedoch wegen der Überlagerung von Rotation und Translation der Spritzschnecke ( reciprocating screw) und der damit in Vergleich zum Extruder (nur Rotation) erhöhten Probleme bei der Abdichtung außer Betracht . Die Verarbeitung des metallischen Materials (z. B. der Magnesiumlegierung) im Extruder zu einer thixotropen Masse erfolgt in der in der EP 0 080 787 beschriebenen Weise dadurch, daß das Material in Granulatform in einen vorbeheizten Fülltrichter eingegeben wird, wobei die Granulatpartikel in der Größe so angepaßt sind, daß sie von der Schnecke des Extruders gut verarbeitet werden können. Die Aufheizung des Granulats erfolgt auf eine Temperatur nahe oder über der Solidustemperatur, wobei die Aufheizung vor und/oder im Extruder erfolgen kann.
In jedem Fall erfolgt im Extruder eine weitere Aufheizung des metallischen Materials durch von außen über den Schneckenzylinder wirkende Heizeinrichtungen und durch Reibungswärme ( Scherbeanspruchung ) . Die Aufheizung im Extruder wird dabei so dosiert, daß die Temperatur des metallischen Materials unterhalb seiner Liquidustemperatur bleibt.
Durch die Einhaltung eines Temperaturbereiches zwischen Soli- dus- und Liquidustemperatur und durch die Scherbelastung wird im Extruder erreicht, daß dendritische Strukturen des metallischen Materials gebrochen werden und am Ausgang des Extruders eine fest-flüssige Metallegierung in einem thixotropen Zustand anfällt.
Bei dieser aus der EP 0 080 787 bekannten Vorrichtung zur Erzeugung einer fest-flüssigen thixotropen Metallegierung besteht ein Förderkanal zwischen den Schneckenflanken vom Schneckenanfang bis zum Schneckenende aus einem durchgängigen wendeiförmigen Kanal.
Das Förderprinzip eines Extruders besteht im wesentlichen darin, daß das zu fördernde Material an der Zylinderwandung des Extruders Reibung erfährt und am sogenannten Schneckengrund abgleitet. Bei der Verarbeitung von metallischem Material stellt sich das aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit resultierende Problem, daß sich an der Zylinderwandung ein Schmelzefilm aufbaut, der sehr niedrig viskos ist und der die Reibung des zu fördernden Materials an der Zylinderwand erheblich herabsetzt, was sich in einer drastischen Minderung der Förderleistung niederschlägt. Außerdem leidet darunter auch die Mischleistung in erheblichem Maße, wodurch ein sich aufbauender Temperaturgra- dient über den Querschnitt im Innenraum des Extruderzylinders von außen nach innen nicht wirksam abgebaut werden kann.
Als Folge dieser Gegebenheiten treten Inhomogenitäten zwischen festen und flüssigen Bestandteilen auf sowie eine sehr unzureichende Förderstabilität und ein sehr ungleichförmiger Druckaufbau. Daraus resultieren sich laufend verändernde Prozeßzustände, wodurch nicht reproduzierbare Bauteilqualitäten in Kauf genommen werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art konstruktiv und funktionell so zu verbessern, daß stets reproduzierbare Bauteilqualitäten erzeugt werden können.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung sieht vor, daß der Extruder ein Schneckensystem aus zwei oder mehreren kämmenden Schnecken aufweist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die Verarbeitung des metallischen Materials, beispielsweise ausgehend vom Granulat bis zum thixotropen fest-flüssigen oder bis zum flüssigen Material, bezogen auf die axiale Länge des Extruders, weitest- gehend in gleichbleibenden Prozeßschritten und in stetiger Förderung. Die negativen Folgen von Temperaturschwankungen und damit einhergehenden Unregelmäßigkeiten in der Viskosität und der anteilsmäßigen Zusammensetzung der flüssigen Materialbestandteile sind damit auf ein vernachlässigbares Maß reduziert. Erstaunlicherweise läßt sich das zuvor für den Einschneckenextruder beschriebene Problem durch einen Extruder mit einem Schneckensystem mit zwei oder mehr kämmenden Schnecken beseitigen, obwohl zunächst auch bei diesem Extrudertyp mit den oben beschriebenen Problemen zu rechnen ist. Hier wirkt sich aber gegensteuernd ein Mechanismus überraschend in ausreichend großem Maße aus, durch den zu förderndes Material von einer Schnecke auf die benachbarte, kämmende Schnecke übertragen wird. Dadurch wird offensichtlich bei der Verarbeitung von metallischem Material ein ausreichend großer Misch- und Transporteffekt erzielt, der neben dem Abbau des Temperaturgradienten auch eine stetige Förderung des zu fördernden metallischen Material sicherstellt. Neben der erhöhten Mischleistung wird auch ein stabiles Einziehen von frischem Material in der Einzugszone des Extruders beobachtet.
Dies wirkt sich insbesondere positiv bei der Verarbeitung von Material in Granulat- oder Spanform aus, da dessen Schüttdichte von typischerweise ca. 0,5 bis 0,8 g/cm3 auf das Doppelte oder noch höhere Dichten von ca. 1,7 g/cm3 oder mehr des fest-flüssigen Materialstroms gebracht werden muß. Bei reduzierten Förderleistungen eines Extruders ist dies nur schwer wenn überhaupt möglich.
Herkömmlich werden Heizbänder oder induktiv arbeitende Heizvorrichtungen beim Verarbeiten metallischer Schmelzen zur Wärmeeinbringung verwendet.
Induktive Heizvorrichtungen sind allerdings sehr teuer. Klassische Heizbänder werden am Umfang des ExtrüderZylinders montiert und neigen bei den hohen Temperaturen, die bei der Verarbeitung von metallischen Schmelzen herrschen, zu starker Oxidation sowie zur Verzunderung der Zylinderoberfläche und damit zu einer Reduzierung des Wärmeübergangs zwischen Heizkörper und Zylinder. Außerdem müssen bei Heizbändern Vorkehrungen getroffen werden, um diese in dauerhafter Anlage an der Zylinderoberfläche zu halten, um einen ausreichenden Wärmeübergang zu erzielen.
Ein weiterer Nachteil von Heizbändern ist der große Abstand zwischen den außen am Extrüderzylinder montierten Heizbändern und der im Inneren des Zylinders vorhandenen Schmelze bei den erforderlichen hohen Wärmestromdichten und Temperaturgradienten von bis zu 200 °C und mehr im Betrieb.
Sind die Verhältnisse beim Einschneckenextruder schon nicht eben günstig, wird bei Zwei- und MehrSchneckenextrudern das Wärmeeinbringungsverhältnis noch ungünstiger, da sich hier der räumliche Abstand von Zylinderaußenoberfläche zur Innenwandung unvermeidlich aufgrund der geometrischen Gegebenheiten vergrößert.
Abhilfe schaffen hier erfindungsgemäße sogenannte Heizpatronen, welche Widerstandsheizelemente in einem üblicherweise zylindrischen Gehäuse angeordnet umfassen.
Die Heizpatronen lassen sich in Querbohrungen im Extruderzylindermantel sehr nahe an der ZylinderInnenwand, beispielsweise oberhalb und unterhalb des doppelzylindrischen Hohlraums des ZweiSchneckenextruders, anordnen. Die Querbohrungen selbst lassen sich hermetisch mit einem luftdichten und hitzebeständigen Material versiegeln, so daß diese gegen Verzunderung geschützt sind.
Aufgrund des geringeren Abstands zwischen Heizpatrone und Innenwandung des Extruderzylinders können wesentlich höhere Wärmestromdichten erzielt werden. Die Außenoberfläche des Extruderzylinders läßt sich bei Verwendung der in der Zylinderwandung angeordneten Heizpatronen darüber hinaus auch noch wesentlich besser gegen Wärmeabstrahlung isolieren. Die mit den Heizpatronen bestückten Extruder können so gefertigt werden, daß deren Zuganker außerhalb der Isolierung und damit in einem erheblich kühleren Bereich angeordnet sind. Dadurch können hierfür wesentlich kostengünstigere Werkstoffe verwendet werden.
Der Antrieb der Extruderschnecken ebenso wie der Antrieb der Druckgießkolben wird häufig mittels hydraulischen Systemen bewerkstelligt.
Aufgrund der bei der Verarbeitung von Metallschmelzen auftretenden hohen Temperaturen besteht ein gewisses Sicherheitsrisiko im Hinblick auf die Brennbarkeit der Hydraulikflüssigkeiten.
Bevorzugt werden deshalb elektrische Antriebe für die Schnecke verwendet, aber auch für den Antrieb des Druckgießkolbens lassen sich elektrische Antriebe anstelle eines Hydrauliksystems verwenden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich nun auch Granulatmaterialien mit ungleichförmiger Körnung verarbeiten und es erschließt sich insgesamt ein erheblich breiteres Spektrum an Ausgangsmaterialien, wodurch auf kostengünstigere Ausgangsmaterialien zurückgegriffen werden kann.
Ferner wird durch die stetige Förderung die Bandbreite der Verweilzeit der zu fördernden Materialien im Extruder vermindert, was sich in einer gleichmäßigen Korngröße der Globuliten im Gefüge der fertigen Formteile oder Halbzeuge zeigt.
Die zuvor beschriebenen Effekte ergeben sich bereits bei gleichsinnig drehenden Schnecken. Verstärken läßt sich der positive Effekt durch dichtkämmende Schnecken. Alternativ lassen sich auch gegensinnig drehende Schnecken verwenden, wobei hier dann eine zwangsweise Förderung realisiert werden kann.
Dem Extruder können eine oder mehrere Druckgießformen nachgeordnet sein, die kontinuierlich oder diskontinuierlich über Mehrwegeschalter und beheizte Kanäle mit metallischem Material beschickbar sind.
Damit läßt sich eine Taktverkürzung in der Produktion realisieren oder aber es lassen sich größere Bauteile, insbesondere auch dünnwandige, großflächige Bauteile herstellen, wobei mehrere Druckgießeinheiten mit einer Formkavität verbunden sein können.
Aufgrund der im Extruder stets gleichförmig ablaufenden und kontrollierbaren Prozeßzustände ist dieser auch zur Seiteneinspeisung unterschiedlicher metallischer und nichtmetallischer Materialien, insbesondere auch Verstärkungskomponenten wie z. B. Fasern, besonders gut geeignet.
Die Seiteneinspeisung kann mit volumetrischer oder gravimetri- scher Dosierung erfolgen.
Die Seiteneinspeisung erfolgt für die verschiedenen Materialien in den für das jeweilige Material geeigneten Temperatur- und Funktionszonen. Es lassen sich somit reine Metalle, z. B. Li, Mg, Ca, AI, Si, Zn, Mn, Seltenerdmetalle und dergleichen zu Metallegierungen zusammenführen, desgleichen können auch Vorlegierungen, wie z. B. AlZn, dem erfindungsgemäßen Extruder zugeführt werden. Schließlich lassen sich auf diese Weise auch nichtmetallische Materialien, wie z. B. Verstärkungsstoffe, Füllstoffe, Keimbildner, Verarbeitungshilfen und dergleichen, in den fest-flüssigen oder flüssigen Metallstrom einarbeiten, wodurch der erfindungsgemäße Extruder die Funktion einer Ma- schine zur Herstellung von Legierungen oder Verbundwerkstoffen erfüllt.
Über die Seiteneinspeisung können auch von vorgeschlagenen Aggregaten, wie z.B. Extrudern, aufbereitete, insbesondere auch flüssige Materialien zugeführt werden.
Grundsätzlich sind somit Bauteile gleichbleibender Qualität herstellbar, die aus reinem Metall, Metallegierungen, oder aus mit dem Metall oder den Metallegierungen homogen vermengten nichtmetallischen Materialien bestehen können.
Die dem Extruder nachgeschalteten Einrichtungen zum Ausformen der Halbzeuge und Formteile können aus einer großen Auswahl selektiert werden. Um nur einige der wichtigsten zu nennen:
■ Druckgießaggregate
■ Stranggieß- und Strangpressaggregate.
Bei den Druckgießaggregaten sind mit einer separaten Kolben/Zylindereinheit ausgestattete Druckgießaggregate, wie sie beispielsweise aus der EP 0 080 787 bekannt sind, zu nennen.
Hierbei sind als mögliche Typen zu unterscheiden:
Kolben/Zylinderaggregate, welche vor der Kolbenfläche befüllt werden, wobei der Kolben zu Beginn der Befüllung bei einer Variante in der zurückgezogenen Position verharrt und die Befüllung entweder direkt vor dem Kolben oder von diesem entfernt in Richtung zum Zylinderausgang stattfindet; bei einer alternativen Variante wird am Zylinderausgang befüllt und der Kolben während der Befüllung zurückgefahren/zurückgedrängt und in einer weiteren Variante wird der Zylinderraum vor dem Kolben in Zylinderauslaßkanal befüllt und der Kolben aus der vorderen Totposition mit dem einströmenden metallischen Material in die zurückgezogene Position bewegt.
Eine davon grundsätzlich verschiedene Variante stellt ein sogenannter Stufenkolben dar, welcher den Zylinderraum des Druckgießzylinders in einen mit dem Extruder über einen beheizten Kanal verbundenen Einspeiseraum und einen mit der Formkavität verbundenen Einspritzraum unterteilt. Zwischen Einspeiseraum und Einspritzraum wird eine Fluidverbindung geschaffen, welche eine Rückströmsperre bzw. ein Rückschlagventil beinhaltet, welche einem Zurückfließen von metallischem Material von dem Einspritzraum in den Einspeiseraum entgegenwirkt.
Der Stufenkolben weist auf Seiten des Einspritzraums die größere Kolbenfläche auf und auf Seiten des Einspeiseraumes die kleinere, üblicherweise ringförmige Kolbenfläche.
Mit dem Stufenkolben kann das vom Extruder in den Einspeiseraum mit einem Druck von z. B. kleiner 120 bar eingespeiste thixo- trope metallische Material auf Einspritzdruck von z. B. 500 bar und mehr, insbesondere 1000 - 2000 bar gebracht werden, wobei Leckageverluste keinerlei Rolle spielen, da die vom Einspritzraum in den Einspeiseraum gelangenden Leckagemengen beim nächsten Einspritzhub wieder in den Einspritzraum zurückgefördert werden.
Ein weiterer Vorteil des Stufenkolbens besteht darin, daß das mit verhältnismäßig geringem Druck in den Druckgießzylinder eingegebene Material den Stufenkolben aufgrund der sich einstellenden Druckdifferenz zwischen größerer Kolbenfläche und geringerer ringförmiger Kolbenfläche selbsttätig zurückstellt, wodurch sich die Anbringung von Mehrwegschaltventilen zwischen Extruder und Druckgießzylinder erübrigt. Gegebenenfalls kann dies hydraulisch unterstützt werden. Schließlich ergibt sich noch der Vorteil, daß der vom Extruder erzeugte Strom an metal- lischem Material bis zur Einspritzung in die Formkavität immer nur in einer Richtung gefördert wird, was sich insbesondere bei der Verarbeitung von Material eignet, dem im Extruder über eine Seiteneinspeisung lange Verstärkungsfasern (z. B. Kohlefasern) eingearbeitet werden.
Die Erfindung betrifft im weiteren ein Verfahren zum Druckgießen, Stranggießen oder Strangpressen von metallischen Materialien unter Verwendung eines Extruders und diesem nachgeschalteten Einheiten zum Ausformen von Halbzeugen und Formteilen, insbesondere von der zuvor beschriebenen Art. Die Verwendung eines Extruders mit einem Schneckensystem mit zwei oder mehreren kämmenden Schnecken erlaubt eine kontrollierte Förderung des metallischen Materials in Extrusionsrichtung. Dies gilt insbesondere auch für Material im fest-flüssigen thixotropen Zustand und im flüssigen Zustand.
Durch die kontrollierte Förderung oder auch zwangsweise Förderung werden Unstetigkeiten in der Aufarbeitung des metallischen Materials vermieden, was erheblich zu einer verbesserten Konstanz der Bauteilqualität der im Druckgießverfahren hergestellten metallischen Bauteile beiträgt.
Die erfindungsgemäße Aufarbeitung des metallischen Materials und dessen kontrollierte bzw. zwangsweise Förderung im Extruder erlaubt nun die Seiteneinspeisung weiterer Komponenten, beispielsweise Legierungskomponenten bei der Herstellung von Legierungen, Verstärkungskomponenten bei der Herstellung von metallischen Verbundwerkstoffen oder anderen Zuschlagstoffen zur Modifizierung des metallischen Materials in besonders einfacher und definierter Weise.
Insbesondere stellt die kontrollierte bzw. zwangsweise Förderung im Extruder eine große Homogenität des erzeugten metallischen Materials sicher. In einer Reihe von Fällen bietet sich aber auch an, bei oder oberhalb der Liquidustemperatur zu arbeiten, insbesondere in einem Bereich ca. 5 °C bis 10 °C oberhalb Liquidus.
Das Arbeiten oberhalb Liquidus ist bei manchen Anwendungsfällen empfehlenswert, da hier der Mischvorgang weiter unterstützt wird und dies insbesondere das Benetzen eingespeister Fasern fördert.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen im einzelnen:
Figur 1 eine schematische, teilweise aufgebrochene Darstellung eines erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruders;
Figur 2 eine schematisch Darstellung verschiedener Ausführungsformen dem Extruder aus Figur 1 nachzuordnenden Druckgießaggregate; und
Figur 3 eine Schnittansicht durch den Extruder der Figur 1 längs Linie 3 - 3.
Die Zeichnung zeigt in Figur 1 in schematischer Darstellung einen Extruder 1 vom Typ eines DoppelSchneckenextruders, in dessen Extruderzylinder 2 zwei Schnecken gelagert sind, von denen in dem aufgebrochen dargestellten Bereich nur die vordere Schnecke 3 zu sehen ist. Die Schnecke 3 greift mit ihrem Profil in das Profil der dahinter liegenden Nachbarschnecke. Dabei schließt die Kopffläche 4 der Schneckengänge der einen Schnecke 3 an die Kernfläche 5 der (nicht sichtbaren) Nachbarschnecke an. Der Abstand vom Kopfdurchmesser Kj der einen Schnecke zum Kerndurchmesser K2 der Nachbarschnecke sowie der Abstand der Schneckenflanken zueinander sind so zu wählen, daß bei einem zu verarbeitenden metallischen Material mit dendritischen Eigen- Schäften zum einen eine gewünschte Scherbelastung erzeugt werden kann, zum anderen aber die verflüssigte Phase des metallischen Materials aufgrund seiner niedrigeren Viskosität nicht unkontrolliert durch die Spalte zwischen den Schneckenflanken, den Kopfflächen 4 und den Kernflächen 5 sowie den Kopfflächen 4 und der Innenwandung 6 des Extruderzylinders 2 strömen kann. Die kämmenden Schnecken bilden, im Falle, daß diese gegensinnig angetrieben werden, nach vorn fortschreitende abgeschlossene Kammern, in denen das Material zwangsweise transportiert wird.
Mit dem Schervorgang werden zum einen die dendritischen Strukturen der erstarrenden Phase in globulitische Partikel gewandelt, zum anderen wird damit Reibungswärme freigesetzt.
Anschließend an den Bereich des Fülltrichters 7 zur Beschickung des Extruders 1 mit metallischem Material, beispielsweise in Granulat-, Span- oder Pulverform, befindet sich das Antriebsaggregat 8 für die Schnecken 3. Zwischen Antriebsaggregat und Zylinder sowie Schnecke werden Wärmeentkopplungen (nicht dargestellt ) angeordnet.
Anschließend an den Fülltrichter 7 befinden sich eine Reihe von Einspeisevorrichtungen 9 bis 12 durch die Zusatzmaterialien an den Prozeß- und Temperaturstufen in den Extruder 1 eingegeben werden können, die für das jeweilige Eingabematerial geeignet sind. Über jeweils im Halbschnitt dargestellte Heizmanschetten 13 wird thermische Energie von außen in den Extruder 1 eingebracht.
Die Einspeisevorrichtungen 9 bis 12 können wahlweise Einführtrichter, Dosierschnecken, StopfVorrichtungen, Band- oder Ro- vingzuführungen, Extruder (inklusive der erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruder) oder Injektionsaggregate für Flüssigkeiten sein. Bevorzugt werden die Einspeiseeinrichtungen 9 bis 12 mit einem Inertgas als Schutzgas beaufschlagt.
An dieser Stelle sei betont, daß die Schnecke 3 rein schematisch dargestellt ist und über ihre Länge selbstverständlich durchaus eine variierende Konfiguration aufweisen kann. Insbesondere gegenüberliegend zu den Einspeiseeinrichtungen 9 bis 12 werden die korrespondierenden Schneckenabschnitte an die jeweilige Funktion der Schnecke angepaßt sein.
Das im Extruder 1 erzeugte fest-flüssige, metallische, thixo- trope Material, das mit den verschiedensten Zusatzmaterialien gemischt sein kann, wird über einen ersten beheizten Kanal 14 in den Einspeiseraum 15 eines Druckgießzylinders 16 geleitet. Im Druckgießzylinder 16 ist ein Stufenkolben 17 reversierbar angeordnet, der den Zylinderraum des Zylinders 16 in den Einspeiseraum 15 und in den Einspritzraum 18 unterteilt. Die den Einspritzraum 18 begrenzende Kolbenfläche 19 ist größer als die den Einspritzraum 15 begrenzende ringförmige Kolbenfläche 20. Im Stufenkolben 17 befindet sich eine Rückst ömsperre 21 von der Bauart, wie z.B. ein Rückschlagventil. Die Rückstromsperre 21 sperrt die Fluidverbindung in Form einer Durchgangspassage (nicht dargestellt) im Stufenkolben 17 vom Einspritzraum 18 zum Einspeiseraum 15 und schaltet die Durchgangspassage in umgekehrter Richtung frei durchgängig.
An den Einspritzraum 18 schließt sich ein zweiter, zur Formka- vität (nicht dargestellt) führender beheizter Kanal 22 an, der mit einer aktiv steuerbaren Verschlußdüse 23 verschließbar ist.
Der Stufenkolben 17 ist über eine hydraulische Kolben-Zylindereinheit 24 eines Hydrauliksystems 25 im Einspritzkolben 16 in reversierender Weise verschiebbar. Im Betrieb wird das im Extruder 1 erzeugte thixotrope oder auch flüssige metallische Material, das mit den verschiedenen Zusatzmaterialien gemischt sein kann, über den ersten beheizten Kanal 14 in den Einspeiseraum 15 geleitet und gelangt über die Durchgangspassage im Stufenkolben 17 in den Einspritzraum 18, dessen Ausgang durch die Verschlußdüse 23 abgesperrt ist. Aufgrund des Flächenverhältnisses von größerer Kolbenfläche 19 zu kleinerer ringförmiger Kolbenfläche 20 wirkt der Stufenkolben
17 als Differenzdruckkolben und stellt sich selbsttätig zurück, bis die für den anschließenden Spritzvorgang erforderliche Materialmenge eingefüllt ist. Die hydraulische Kolben/Zylindereinheit 24 wird für den Füllvorgang des Druckgießzylinders 16 so angesteuert, daß der Stufenkolben 17 kontrolliert zurückgeschoben werden kann und bei Erreichen der erforderlichen Füllmenge gestoppt wird. Der Füllvorgang erfolgt bei dem vom Extruder 1 erzeugten niedrigen Druckniveau (z. B. 5 bis 120 bar).
Beim anschließenden Einspritzvorgang wird der Stufenkolben 17 von der hydraulischen Kolben-Zylindereinheit 24 vorgeschoben, wobei sich die Rückströmsperre 21 schließt und im Einspritzraum
18 eine Drucküberhöhung auf Einspritzdruck (z. B. 1500 - 2000 bar) stattfindet. Über das geöffnete Verschlußventil 23 und den zweiten beheizten Kanal 22 gelangt das thixotrope oder gegebenenfalls flüssige metallische Material in die Formkavität. Bei dem hohen Einspritzdruck vorkommende Leckagen spielen keine Rolle, da die Leckagemengen nur in den Einspeiseraum 15 gelangen können, von wo aus sie wieder in den Einspritzraum 18 gefördert werden. Die Abdichtung des Einspeiseraumes 15 gegenüber der Atmosphäre oder gegenüber einem Hydraulikraum der hydraulischen Kolben-Zylindereinheit stellt aufgrund des wesentlich geringeren Druckniveaus kein Problem dar.
In der Zeichnung der Figur 1 ist lediglich ein Druckgießzylinder 16 dargestellt, es können jedoch zwei oder mehrere wechselweise oder parallel zu befüllende Zylinder vorgesehen werden. Diese Zylinder können dabei lediglich über einen verzweigten ersten beheizten Kanal versorgt werden. Die Anordnung von Mehr- wegeschaltventilen ist dabei nicht unbedingt erforderlich, da die Befüllung der Druckgießzylinder jeweils über die Ansteue- rung der zugehörigen hydraulischen Kolben-Zylindereinheit erfolgt.
Figur 2 zeigt schematisch einen Druckgießzylinder 30 wie er alternativ zu dem in Figur 1 gezeigten zusammen mit dem erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruder 1 als Bestandteil einer Ausformeinrichtung verwendet werden kann. Der Druckgießzylinder 30 weist einen Hohlzylinder 32 auf, in dem ein Einspritzkolben 34 reversierbar geführt ist.
Im Gegensatz zu dem in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Druckgießzylinder weist der Druckgießzylinder 30 keinen getrennten Einspeise- und Einspritzraum auf, sondern diese beiden Räume fallen hier zusammen in einen Raum 38 vor der Kolbenfläche 36.
In einer ersten Variante des Druckgießzylinders 30 weist dieser eine Einspeiseöffnung 40 auf, welche benachbart zur Kolbenfläche 36 in einer zurückgezogenen Totposition des Kolbens 34 angeordnet ist. Hier füllt sich der Einspeise/Einspritzraum von Seiten der Kolbenfläche 36 des Kolbens 34.
Bei einer weiteren Variante ist die Einspeiseöffnung 40' am vorderen Ende des Einspeise/Einspritzraums 38 angeordnet, benachbart zu einem zu der Formkavität führenden beheizten Kanal 42. Hier kann der Raum 38 befüllt werden solange der Kolben 34 in der zurückgezogene Totposition steht oder während der Kolben 34 von einer vorderen Totposition (strichpunktierte Darstellung) in die zurückgezogene Totposition (durchgezogene Darstellung) bewegt wird. Bei einer dritten Variante wird die Einspeiseöffnung 40 ' ' schließlich an dem zu der Formkavität führenden beheizten Kanal 42, benachbart zum vorderen Ende des Zylinder 32 vorgesehen. Auch hier bestehen die in Zusammenhang mit der vorhergehenden Variante beschriebenen Möglichkeiten der Befüllung des Einspeise/Einspritzraums 38.
Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruders 1 längs Linie 3-3 in Figur 1, wobei allerdings hier eine Variante gezeigt ist, bei der statt den Heizmanschetten 13 eine andere Heizvorrichtung gewählt wird.
Der Einfachheit halber sind die beiden Schnecken 3 in der Figur 3 nicht dargestellt. Diese sind in dem doppelzylindrischen Hohlraum 6 angeordnet, der Platz für zwei parallel nebeneinander liegende, miteinander kämmende Schnecken 3 bietet.
Der Zylinder 2 weist hier quer zu seiner Längsrichtung Querbohrungen 44, 45 auf, welche benachbart zu dem Hohlraum 6 angeordnet sind.
In den zylindrischen Bohrungen 44, 45 sind Heizpatronen 46, 47 angeordnet, über die aufgrund ihrer Nähe zum Doppelzylinder- hohlraum 6 ein sehr hoher Wärmefluss zu den in dem Extruder 1 zu bearbeitenden Materialien hergestellt werden kann.
Die Querbohrungen 44, 45 werden nach dem Einsetzen der Heizpatronen 46, 47 mit einem luftdichten und temperaturunempfindlichen Materialpfropfen 48, 49 verschlossen, durch den lediglich elektrische Zuleitungen 50, 51 hindurchreichen müssen. Außen am Zylinder 1 lässt sich nun in sehr einfacher Weise eine Isolierung 52 anbringen, die durchgängig am Zylinder 2 mit gleicher Dicke vorgesehen werden kann, ohne dass hierbei außenliegende Heizbänder berücksichtigt werden müssten. Die Heizpatronen 46, 47 wiederholen sich über die Länge des Extruderzylinders 2 und lassen wie die Heizmanschetten 13 eine individuelle Heizung über die Länge des Extruders 1 zu.
Alternativ können Heizpatronen in den Querbohrungen verwendet werden, welche über den Umfang des Extruderzylinders herausstehen, so daß sich der Übergangsbereich der Heizpatronen außerhalb des Zylinders und der beheizte Bereich im Inneren des Zylinders befindet. In einem solchen Fall kann gegebenenfalls auf die Materialpfropfen 48, 49 verzichtet werden. Die Demontage bzw. Wartung wird hierbei vereinfacht.
Aufgrund der Wärmeeintragung in den Hohlraum des Extruders benachbart zu demselben und der besseren Isoliermöglichkeit können Zuganker für den Extruder außerhalb der Isolierung 52 vorgesehen sein und diese erfahren weit geringere Temperaturen als bei den im Stand der Technik üblichen Extrudern. Dadurch können diese Zuganker aus einem kostengünstigeren Material gefertigt werden, da sie weit weniger Temperaturbelastungen ausgesetzt sind.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Vorrichtung zum Herstellen von Halbzeugen und Formteilen aus metallischem Material, mit einem Extruder (1) zur Erzeugung eines Metallstromes und dem Extruder nachgeschal- tenen Einrichtungen Ausformen der Halbzeuge und Formteile, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder (1) ein Schneckensystem aus zwei oder mehreren kämmenden Schnecken ( 3 ) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken ( 3 ) des Schneckensystems dicht kämmende Schnecken sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (3) des Schneckensystems gleichsinnig drehend sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (3) des Schneckensystems gegensinnig drehend sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Extruder (1) eine oder mehrere Form- kavitäten nachgeordnet sind, die kontinuierlich oder diskontinuierlich mit metallischem Material beschickbar sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder (1) Einrichtungen (9 bis 12) zur Seiteneinspeisung von Materialien aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Extruder ( 1 ) ein oder mehrere Druckgießzylinder nachgeschaltet sind, die über einen oder mehrere Mehrwegeschalter und beheizte Kanäle mit dem Metallstrom befüllbar sind und über die in eine oder mehrere Formkavitäten Teilmengen von metallischem Material unter hohem Druck zyklusweise befüllbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgießzylinder über den Einspritzraum befüllt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichne , daß der Druckgießzylinder befüllbar ist solange der Kolben in einer zurückgezogenen Totposition ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgießzylinder befüllbar ist während der Kolben aus der vorderen Totposition in eine zurückgezogene Position bewegt wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgießzylinder über den Einspritzkanal befüllbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Extruder (1) ein oder mehrere Druckgießzylinder (16) nachgeschaltet sind, deren Einspritzkolben jeweils aus einem Stufenkolben (17) besteht, der den Zylinderraum des Druckgießzylinders (16) in einen Einspritzraum (18) und in einen Einspeiseraum (15) unterteilt, wobei der Einspeiseraum (15) mit dem Extruderausgang über einen beheizten Kanal ( 14 ) direkt in Verbindung steht und der Einspritzraum (18) mit einer oder mehreren Druckgießformen in Verbindung steht, wobei eine Fluidver- bindung zwischen Einspeiseraum und Einspritzraum mit einer Rückströmsperre vorhanden ist, die die Fluidverbindung vom Einspritzraum (18) zum Einspeiseraum (15) sperrt und in umgekehrter Richtung durchgängig schaltet und wobei die den Einspritzraum (18) begrenzende Kolbenfläche (19) des Stufenkolbens (17) größer ist als die den Einspeiseraum (15) begrenzende, vorzugsweise ringförmige Kolbenfläche (20).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen Gießwerkzeug und Einspritzraum eine steuerbare Verschlußdüse (23) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung des Extruders Heizpatronen in Querbohrungen in der Zylinderwand angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder Zuganker umfaßt, welche außerhalb einer um den Zylinder des Extruders angeordneten Isolierschicht angeordnet sind.
16. Verfahren zum Druckgießen, Stranggießen und Strangpressen von metallischen Materialien unter Verwendung eines Extruders und diesem nachgeschalteten Ausformeinheiten, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Extruder ein Extruder mit einem zwei oder mehrere kämmende Schnecken umfassenden Schneckensystem verwendet wird und der Strom des metallischen Materials in Extrusionsrichtung kontrolliert gefördert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß dem metallischen Material über Seiteneinspeiseeinrichtungen des Extruders weitere Komponenten zugeführt und in dieses eingemischt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß als eine der Seiteneinspeiseeinrichtungen ein Extruder verwendet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Komponenten ausgewählt sind aus metallischen Legierungskomponenten, Verstärkungsfasern und Zuschlagstoffen.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Material auf eine Temperatur zwischen der Solidustemperatur und der Liquidustemperatur erwärmt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Material auf eine Temperatur erwärmt wird, die ca. 5 °C bis 10 °C oberhalb der Liquidustemperatur liegt.
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