EP3790689B1 - Modul für eine druckgussvorrichtung - Google Patents

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EP3790689B1
EP3790689B1 EP19710583.6A EP19710583A EP3790689B1 EP 3790689 B1 EP3790689 B1 EP 3790689B1 EP 19710583 A EP19710583 A EP 19710583A EP 3790689 B1 EP3790689 B1 EP 3790689B1
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EP
European Patent Office
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screw
filling chamber
module
cylinder unit
die
Prior art date
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Active
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EP19710583.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3790689C0 (de
EP3790689A1 (de
Inventor
Christian PLATZER
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Thixotropic Piston Injection Technology GmbH
Original Assignee
Thixotropic Piston Injection Technology GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Thixotropic Piston Injection Technology GmbH filed Critical Thixotropic Piston Injection Technology GmbH
Publication of EP3790689A1 publication Critical patent/EP3790689A1/de
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Publication of EP3790689B1 publication Critical patent/EP3790689B1/de
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    • 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
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/2061—Means for forcing the molten metal into the die using screws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
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    • 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
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/203—Injection pistons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/2272—Sprue channels
    • B22D17/2281—Sprue channels closure devices therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/30—Accessories for supplying molten metal, e.g. in rations

Definitions

  • the invention relates to a module for a die-casting device, comprising a base which can be attached to a platen of the die-casting device, a screw-cylinder unit for producing a thixotropic material and a filling chamber, the screw-cylinder unit and the filling chamber being directly or indirectly connected are arranged on the base in such a way that thixotropic material produced by the screw-barrel unit can be conveyed into the filling chamber.
  • the invention further relates to a method for producing a molded part with a die-casting device, comprising a module, wherein the module has a base attached to a clamping plate of the die-casting device, a screw-cylinder unit and a filling chamber, the screw-cylinder unit and the filling chamber is arranged directly or indirectly on the base, with the screw-barrel unit producing a thixotropic material, after which the thixotropic material is conveyed into the filling chamber.
  • Die casting devices as are known from the prior art, allow molded parts made of a light metal or a light metal alloy, for example an aluminum alloy or magnesium alloy, to be created with high precision and in large quantities in a short time. Due to the quantitatively high output of molded parts with die-casting devices, they are widely used.
  • the document US 2016/0221074 A1 discloses a thixomolding device, wherein a screw-barrel unit and a filling chamber as well as an injection nozzle downstream thereof are provided in order to inject thixotropic material into a mold.
  • the document JP 2004243337 A discloses a thixomolding device, wherein a filling chamber rests on a clamping plate in order to inject prepared casting material into a mold via a pouring channel through the clamping plate.
  • the object of the invention is to provide a module for a die-casting device with which the die-casting device can be easily converted so that a thixomolding process can be operated with it.
  • Another aim is to provide a method for producing a molded part using a die-casting device.
  • the object is achieved according to the invention by a module for a die-casting device of the type mentioned at the outset if the base has a central free space into which the screw-cylinder unit protrudes.
  • An advantage achieved with the invention is that a module is provided which can be easily integrated into existing die-casting devices. This makes it possible to convert a die-casting device from the usual die-casting process to a thixomolding process within a short period of time. This means that the large number of die-casting devices already in use can be used to produce molded parts using thixomolding.
  • the invention also takes advantage of the fact that the module can be attached to a clamping plate of the die-casting device or is attached there during use. The die-casting device therefore does not require any major conversion work, but rather the module according to the invention can only be fastened on the front side to a clamping plate of the die-casting device, which is closer to the piston required for injection.
  • the module can therefore be arranged between the clamping plates and thus in the actual tool cabin.
  • the two mold halves of the casting tool to form a molding cavity can then be arranged in the usual way on the opposite clamping plate and the base of the module.
  • the arrangement of the module between the clamping plates creates a kind of double floor. This concept allows the conversion effort to be minimized.
  • the screw-barrel unit has a cylinder and a screw.
  • the screw is arranged inside the cylinder.
  • the screw serves to bring the supplied material, usually a metal or an alloy, into a thixotropic state, with which it is to be injected into the mold cavity after the mold halves have been closed.
  • a temperature control unit is provided to achieve the required temperatures within the screw-barrel unit.
  • the temperature control unit is usually designed as a heater.
  • the heater can be arranged on the outside of the screw-barrel unit. For example, it can be a resistance heater which is arranged on the circumference of the screw-cylinder unit in certain areas or over the entire extent.
  • the filling chamber also usually needs to be tempered.
  • the temperature control unit of the screw-barrel unit can also extend to an outside of the filling chamber.
  • a further temperature control unit can be provided for the filling chamber, which can be controlled separately from the temperature control unit for the screw-cylinder unit. This can also be the case with the temperature control unit for the filling chamber be a resistance heater.
  • the one or more temperature control units are designed so that the required temperatures for processing light metals or light metal alloys are achieved in the screw-barrel unit or the filling chamber, for example in the temperature range from 400 ° C to 700 ° C.
  • thixotropic material is generated by the screw-barrel unit and introduced into the filling chamber.
  • a screw of the screw-cylinder unit is rotatably mounted for these purposes.
  • a motor is provided to rotate the screw.
  • the screw can be moved axially. Since the screw is arranged axially displaceably in the cylinder, thixotropic material created can be pressed forward into the filling chamber by moving the screw axially in the direction of the filling chamber. It has been shown that the corresponding axial displacement enables excellent metering of the filling chamber.
  • the screw is basically just rotated and the filling chamber is filled via the resulting dosing pressure. The screw then only needs to be moved a few millimeters, namely to close the transition to the filling chamber or to open it for filling.
  • the filling chamber has a sealing seat against which a first end of the screw can be adjusted.
  • the sealing seat can be tapered, particularly when viewed from the direction of the screw. If the screw is positioned against the sealing seat by axial displacement, a backflow of material into the screw-barrel unit is avoided. It is understood that a first end of the screw is designed for this purpose with an end stop surface which corresponds to the sealing seat of the filling chamber, so that the desired sealing function is achieved.
  • the screw-cylinder unit can be arranged anywhere in relation to the base and thus ultimately also to the die-casting device.
  • the screw-cylinder unit is advantageously arranged vertically. However, it is also possible to store the screw-barrel unit horizontally and fill the filling chamber from one side.
  • the filling chamber is usually arranged horizontally so that a generally horizontally arranged piston of a die-casting device to be converted can be inserted into it without additional conversion measures.
  • the base can have a relatively slim structure, subject to the forces acting on it. An approximately plate-shaped structure is preferred since the module can then be attached flat to the clamping plate.
  • the invention provides that the base has a central free space into which the screw-barrel unit protrudes. This free space extends at least to the filling chamber so that the screw-barrel unit can be coupled to the filling chamber.
  • a first lifting device can be provided, with which the screw of the screw-cylinder unit is axially displaceable.
  • This can be a hydraulic or pneumatic lifting device.
  • the first lifting device can be mounted on the base or a component that is stationarily connected to it, so that the screw can be moved relative to the cylinder of the screw-cylinder unit.
  • the screw-barrel unit can be connected to the base in various ways.
  • the screw-barrel unit can be mounted on a head-side plate that is attached to the base.
  • a first lifting device can then be mounted on the plate, so that the screw of the screw-cylinder unit can be displaced relative to the plate and thus to the base and subsequently to the filling chamber, which is mounted on the base.
  • the screw-barrel unit is mounted on the filling chamber.
  • the screw-barrel unit can be mounted on an outer part of the filling chamber, the outer part being connected to the base.
  • This variant has the advantage that an inner part of the filling chamber can be detachably connected to the outer part of the filling chamber by sliding.
  • a second lifting device is also provided, with which the screw-cylinder unit can be axially displaceable relative to the outer part of the filling chamber, the inner part of the filling chamber can be removed with a corresponding axial displacement of the screw-cylinder unit. This is important because this internal part is subject to the highest levels of wear due to the high pressure during injection and the thixotropic material used. Through a corresponding lifting movement and thus decoupling of the screw-cylinder unit from the filling chamber, its inner part is released and can be removed from the front and replaced with a new inner part.
  • a die-casting device can be equipped with a module according to the invention.
  • the further aim of the invention is achieved by a method for producing a molded part with a die-casting device of the type mentioned at the outset if the base has a central free space into which the screw-cylinder unit projects.
  • a procedurally achieved advantage can be seen in the fact that molded parts can be produced using a conventional die-casting machine that is retrofitted with a module according to the invention can be produced in a thixomolding process.
  • a plug can form between the filling chamber and the mold cavity at the end of the nozzle during or at the end of the injection process.
  • a first variant of a module 1 is shown, which can be used to create a conventional die-casting device D1 ( Fig. 7 ) to be converted so that thixotropic material can be injected into one or more mold cavities in order to create corresponding molded parts.
  • the module 1 can of course also be integrated into a new die-casting device D1 or delivered with it.
  • Module 1 has a base 2.
  • the base 2 can be rectangular or, as shown, approximately square. Other basic forms of base 2 are of course also possible. In the interests of efficiency, however, the base 2 is made as small as possible, especially since the base 2 primarily serves to provide a basis for a screw-cylinder unit 3 and a filling chamber 4 and their coupling to a clamping plate D2 of a die-casting device D1 to enable. Furthermore, the base 2 accommodates a mold, which is why the base 2 is, if possible, approximately the size of the clamping plate D2. How out Fig. 4 As can be seen, the base 2 is designed with approximately a constant thickness and has a central free space 22. Furthermore, openings 23 are provided, which serve to pass through suitable fastening means so that the base 2 can be fastened to a clamping plate D2 of the die-casting device D1 using suitable fastening means.
  • the base 2 which is basically designed with essentially the same thickness, has a central free space 22 or a recess.
  • the screw-cylinder unit 3 which projects vertically downwards, runs in this recess. If injected from one side, that would be in Fig. 1 The situation shown is rotated 90° to the left or right. However, a vertical arrangement is also preferred for a constant supply of material from the screw-barrel unit 3 into the filling chamber 4.
  • a piston D4 and a die-casting device D1 can protrude into the filling chamber 4 after the module 1 has been attached to a clamping plate D2.
  • the screw-cylinder unit 3 is mounted on a head-side plate 7, which in turn is connected to the base 2.
  • a motor 8 is also mounted indirectly on the plate 7, via an intermediate plate 71, which is axially displaceable.
  • the screw-cylinder unit 3 comprises an external cylinder 31 in which a screw 32 is arranged.
  • the screw 32 can be set in rotation by the motor 8.
  • the screw 32 can be moved axially in the cylinder 31 by the first lifting device 5 provided, with the intermediate plate 71 together with the motor 8 mounted thereon being moved along with the corresponding axial displacement.
  • the filling chamber 4 is mounted on the base 2 and is detachably connected to the vertically arranged screw-cylinder unit 3.
  • the filling chamber 4 extends, in particular Fig. 2 can be seen, beyond the base and includes an end nozzle 43, which opens into a mold half during an injection process.
  • the filling chamber 4 extends from the nozzle 43 to an opposite end of the filling chamber 4, which serves to receive a piston D4, which is part of a conventional die-casting device D1.
  • the screw 32 runs within the cylinder 31 of the screw-cylinder unit 3. At the first end 321, the screw 32 is tapered, whereas at the opposite end 322 of the screw there can be an approximately horizontal end.
  • the filling chamber 4 has a corresponding sealing seat 44 to accommodate the first end 321 of the screw 32.
  • the sealing seat 44 is preferably also designed to be conically tapered from the perspective of the screw 32. This makes it possible to prevent thixotropic material from flowing back from the filling chamber 4 into the screw-barrel unit 3 during an injection process, which will be explained later.
  • the screw 32 can be moved up and down within the cylinder 31 by the first lifting device 5. With the motor 8, which is in operative connection with the screw 32, a rotary movement or rotation of the screw 32 can be generated.
  • FIG. 7 A die-casting device D1 is shown, to which a module 1 is attached.
  • the module 1 is attached to a first clamping plate D2 of the die-casting device D1, for which the mentioned openings 23 on the base 2 serve.
  • the module 1 is attached to the stationary clamping plate D2 and lies opposite a movably mounted clamping plate D3 of the die-casting device D1.
  • the piston D4 of the die-casting device D1 engages in the filling chamber 4 of the module 1.
  • the two required mold halves are mounted on the clamping plates D2, D3.
  • thixotropic material provided via the screw-cylinder unit 3 can be injected into a closed mold cavity via the nozzle 43, for which first, in order to produce the mold cavity, the movable clamping plate D3 with the mold half mounted there is attached to the stationary clamping plate D2 with the mold half mounted there Module 1 mounted mold half is employed. The injection process can then take place. This process is explained below.
  • Fig. 8 to 12 The injection process for creating a molded part made of thixotropic material using a conventional die-casting machine D1, converted with a module 1, is shown as an example.
  • Fig. 8 shows an initial state in which the screw 32 is locked, which corresponds to the state at the end of an injection process.
  • the screw 32 is then unlocked and set in rotation by the motor 8.
  • appropriate granules or powder are metered into the screw-barrel unit 3 to produce thixotropic material.
  • the rotational movement of the screw 32 and a temperature in the screw-cylinder unit 3 set via heaters (not shown) bring the granules or powder provided into the thixotropic state.
  • piston D4 is again in the position shown Fig. 8 and the process begins again. It is worth mentioning here that no plug is formed between the screw-barrel unit 3 and the filling chamber 4 during the injection process, as is common in thixomolding processes. Rather, the entire area is kept at a temperature so that no plug formation occurs. This has proven to be advantageous in terms of precise metering or filling of the filling chamber 4, as is required to create high-quality molded parts.
  • FIG. 13 and 14 Cross sections of a variant of module 1 are shown.
  • This variant of module 1 differs primarily from the storage of the screw-cylinder unit 3.
  • the screw-cylinder unit differs from the previously explained variant 3 stored on the filling chamber 4.
  • the filling chamber 4 has an outer part 41 and an inner part 42.
  • the outer part 41 is connected to the base 2, with the filling chamber 4, as in the first and all other alternative variants, being guided through a base opening 21 and preferably protruding from this with the nozzle 43.
  • a second lifting device 6 is provided on the bottom side of the outer part 41.
  • This can again be a hydraulic or pneumatically operated lifting device 6.
  • alternative drives are possible, for example a spindle drive.
  • the screw-cylinder unit 3 projects vertically into a central free space 22 of the base 2.
  • the second lifting device 6 which is attached to the outer part 41 of the filling chamber 4, the entire screw-cylinder unit 3 can be used as a such are axially displaced.
  • the second lifting device 6 is designed as a hydraulic lifting device, then when a hydraulic medium is applied to it, it is not the piston that moves, but rather the housing and a connected carrier 9 together with guide means 10, which are connected to the head-side plate 7.
  • An inner part 42 of the filling chamber 4 is released by a corresponding upward stroke.
  • This inner part 42 is the part that is subject to the greatest wear during operation because the highest forces act in its area during injection.
  • This inner part 42 can be easily released by an axial stroke of the screw-cylinder unit 3 and can be pulled off towards the front. A new wearing part or inner part 42 then only needs to be inserted.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Modul für eine Druckgussvorrichtung, aufweisend eine Basis, die an einer Aufspannplatte der Druckgussvorrichtung befestigbar ist, eine Schnecken-Zylinder-Einheit zur Erzeugung eines thixotropen Materials und eine Füllkammer, wobei die Schnecken-Zylinder-Einheit und die Füllkammer mittelbar oder unmittelbar so an der Basis angeordnet sind, dass von der Schnecken-Zylinder-Einheit erzeugtes thixotropes Material in die Füllkammer förderbar ist.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit einer Druckgussvorrichtung, aufweisend ein Modul, wobei das Modul eine an einer Aufspannplatte der Druckgusseinrichtung befestigte Basis, eine Schnecken-Zylinder-Einheit und eine Füllkammer aufweist, wobei die Schnecken-Zylinder-Einheit und die Füllkammer mittelbar oder unmittelbar an der Basis angeordnet sind, wobei mit der Schnecken-Zylinder-Einheit ein thixotropes Material erzeugt wird, wonach das thixotrope Material in die Füllkammer gefördert wird.
  • Druckgussvorrichtungen, wie diese aus dem Stand der Technik bekannt sind, erlauben es, Formteile aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, beispielsweise einer Aluminiumlegierung oder Magnesiumlegierung, mit hoher Präzision und in hohen Stückzahlen in kurzer Zeit zu erstellen. Aufgrund des quantitativ hohen Ausbringens von Formteilen mit Druckgussvorrichtungen sind diese weit verbreitet.
  • Bekannt ist es auch, ähnliche oder gleiche Formteile in einem Thixomoldingverfahren herzustellen. Dabei wird ähnlich wie bei einem Druckguss ein Material in eine Füllkammer gebracht und von dieser Füllkammer mittels einer in diesem Verfahrensschritt als Kolben fungierenden Schnecke über eine Düse in die Formteilkavität eingespritzt bzw. eingepresst. Im Unterschied zum Druckguss, bei welchem eine reine Schmelze eines Metalls oder einer Legierung eingesetzt wird, wird beim Thixomolding im halbfesten Gebiet zwischen Soliduskurve und Liquiduskurve gearbeitet. In diesem Gebiet liegen zwei Phasen vor, nämlich Schmelze einerseits und feste Partikel andererseits. Durch zusätzliche Anbringung von Scherkräften wird ein thixotroper Zustand erreicht, sodass thixotropes Material eingespritzt werden kann. Es hat sich gezeigt, dass eine dementsprechende Materialgrundlage zu Formteilen mit verbesserten Eigenschaften führt.
  • Wenngleich ein Thixomoldingverfahren zu verbesserten Formteilen führen kann, konnte diese Technologie bislang den weit verbreiteten Druckguss noch nicht verdrängen. Thixomoldingvorrichtungen mit kurzen Taktzeiten von wenigen Sekunden erfordern erhebliches Verfahrens-Know-how, zumal das eingespritzte Material im thixotropen Zustand vorliegt und zunächst hierfür aufbereitet und anschließend auch eingespritzt werden muss. Die vergleichsweise komplexe Verfahrenstechnologie kann zu einem erheblichen Ausschuss, aber auch zu einem Maschinenstillstand führen. Die Komplexität dieser Technologie zeigt sich auch daran, dass weltweit lediglich wenige Unternehmen Thixomoldingvorrichtungen produzieren. Obwohl mit einem Thixomoldingverfahren grundsätzlich verbesserte Formteile hergestellt werden können, hat sich diese Technologie auch aus diesen Gründen bislang nicht durchgesetzt.
  • Das Dokument US 2016/0221074 A1 offenbart eine Thixomolding-Vorrichtung, wobei eine Schnecken-Zylinder-Einheit und eine Füllkammer sowie eine diesen nachgeordnete Einspritzdüse vorgesehen sind, um thixotropes Material in eine Gießform einzuspritzen. Das Dokument JP 2004243337 A offenbart eine Thixomolding-Vorrichtung, wobei eine Füllkammer an einer Aufspannplatte anliegt, um aufbereitetes Gießmaterial über einen Gießkanal durch die Aufspannplatte hindurch in eine Gießform zu spritzen.
  • Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Modul für eine Druckgussvorrichtung anzugeben, mit welcher die Druckgussvorrichtung leicht so umrüstbar ist, dass mit dieser ein Thixomoldingverfahren betrieben werden kann.
  • Ein weiteres Ziel ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit einer Druckgussvorrichtung anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Modul für eine Druckgussvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wenn die Basis einen zentralen Freiraum aufweist, in welchen die Schnecken-Zylinder-Einheit einragt.
  • Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht darin, dass ein Modul bereitgestellt wird, welches ohne Weiteres in bestehende Druckgussvorrichtungen integriert werden kann. Dadurch ist es möglich, eine Druckgussvorrichtung innerhalb kurzer Zeit vom üblichen Druckgussverfahren auf ein Thixomoldingverfahren umzustellen. Somit kann die Vielzahl von bereits im Einsatz befindlichen Druckgussvorrichtungen zur Herstellung von Formteilen mittels Thixomolding genutzt werden. Dabei macht sich die Erfindung auch zunutze, dass das Modul an einer Aufspannplatte der Druckgussvorrichtung befestigbar ist bzw. im Einsatz dort befestigt wird. Die Druckgussvorrichtung benötigt somit an sich keine größeren Umrüstarbeiten, sondern es kann lediglich das erfindungsgemäße Modul an einer Aufspannplatte der Druckgussvorrichtung, welche dem für das Einspritzen erforderlichen Kolben näher liegt, stirnseitig befestigt werden. Das Modul kann somit zwischen den Aufspannplatten und damit in der eigentlichen Werkzeugkabine angeordnet werden. Die beiden Formhälften des Gusswerkzeuges zur Bildung einer Formteilkavität können dann in üblicher Weise auf der gegenüberliegenden Aufspannplatte sowie der Basis des Moduls angeordnet werden. Es wird somit durch die Anordnung des Moduls zwischen den Aufspannplatten eine Art doppelter Boden geschaffen. Dieses Konzept erlaubt es, den Umrüstaufwand zu minimieren.
  • Die Schnecken-Zylinder-Einheit weist einen Zylinder und eine Schnecke auf. Die Schnecke ist im Inneren des Zylinders angeordnet. Die Schnecke dient dazu, zugeführtes Material, in der Regel ein Metall oder eine Legierung, in einen thixotropen Zustand zu bringen, mit welchem nach Schließen der Formhälften in die Formteilkavität eingespritzt werden soll. Zur Erreichung der erforderlichen Temperaturen innerhalb der Schnecken-Zylinder-Einheit ist eine Temperiereinheit vorgesehen. Die Temperiereinheit ist in der Regel als Heizung ausgebildet. Die Heizung kann außenseitig an der Schnecken-Zylinder-Einheit angeordnet sein. Beispielsweise kann es sich um eine Widerstandsheizung handeln, die bereichsweise oder über die gesamte Erstreckung umfangsseitig an der Schnecken-Zylinder-Einheit angeordnet ist.
  • Auch die Füllkammer ist in der Regel zu temperieren. Hierfür kann sich die Temperiereinheit der Schnecken-Zylinder-Einheit auch auf eine Außenseite der Füllkammer erstrecken. Alternativ kann für die Füllkammer eine weitere Temperiereinheit vorgesehen sein, die gesondert von der Temperiereinheit für die Schnecken-Zylinder-Einheit regelbar ist. Bei der Temperiereinheit für die Füllkammer kann es sich wiederum um eine Widerstandsheizung handeln. Die eine oder die mehreren Temperiereinheiten sind so ausgelegt, dass in der Schnecken-Zylinder-Einheit bzw. der Füllkammer die erforderlichen Temperaturen zur Verarbeitung von Leichtmetallen oder Leichtmetalllegierungen erreicht werden, beispielsweise im Temperaturbereich von 400 °C bis 700 °C.
  • Für einen Einspritzvorgang ist es erforderlich, dass von der Schnecken-Zylinder-Einheit thixotropes Material erzeugt und in die Füllkammer eingebracht wird. Eine Schnecke der Schnecken-Zylinder-Einheit ist für diese Zwecke rotierbar gelagert. Für die Rotation der Schnecke ist ein Motor vorgesehen. Darüber hinaus ist die Schnecke axial verschiebbar. Da die Schnecke axial verschiebbar im Zylinder angeordnet ist, kann erstelltes thixotropes Material in die Füllkammer vorwärtsgepresst werden, in dem die Schnecke axial in Richtung der Füllkammer verschoben wird. Es hat sich gezeigt, dass durch die entsprechende Axialverschiebung eine exzellente Dosierbarkeit der Füllkammer möglich ist. Möglich ist es aber auch, dass die Schnecke grundsätzlich nur gedreht wird und die Füllkammer über den entstehenden Dosierdruck gefüllt wird. Die Schnecke braucht dann lediglich wenige Millimeter verfahren zu werden, nämlich um den Übergang zur Füllkammer zu verschließen oder zur Befüllung freizugeben.
  • Nachdem eine vorbestimmte Menge an thixotropen Material in die Füllkammer eingebracht ist, ist es für den Einspritzvorgang erforderlich, ein Rückwärtsfließen des thixotropen Materials von der Füllkammer zurück in die Schnecken-Zylinder-Einheit zu verhindern. Zu diesem Zweck weist die Füllkammer einen Dichtsitz auf, an welchen ein erstes Ende der Schnecke anstellbar ist. Der Dichtsitz kann insbesondere aus Richtung der Schnecke betrachtet konisch zulaufend ausgebildet sein. Wird die Schnecke durch Axialverschiebung an den Dichtsitz angestellt, ist ein Rückfluss von Material in die Schnecken-Zylinder-Einheit vermieden. Es versteht sich, dass ein erstes Ende der Schnecke hierfür mit einer endseitigen Anschlagfläche ausgebildet ist, welche dem Dichtsitz der Füllkammer entspricht, sodass die gewünschte Dichtfunktion erreicht wird. Die Schnecken-Zylinder-Einheit kann in Bezug auf die Basis und damit letztlich auch auf die Druckgussvorrichtung beliebig angeordnet sein. Mit Vorteil ist die Schnecken-Zylinder-Einheit vertikal angeordnet. Es ist aber auch möglich, die Schnecken-Zylinder-Einheit horizontal zu lagern und von einer Seite die Füllkammer zu befüllen.
  • Die Füllkammer ist üblicherweise waagrecht angeordnet, damit ein in der Regel waagrecht angeordneter Kolben einer umzurüstenden Druckgussvorrichtung ohne zusätzliche Umbaumaßnahmen in diese eingeführt werden kann.
  • Die Basis kann vorbehaltlich der einwirkenden Kräfte relativ schlank aufgebaut sein. Ein etwa plattenförmiger Aufbau ist bevorzugt, da das Modul dann flächig an der Aufspannplatte befestigt werden kann. Um einen ausreichenden Platz zur Aufnahme der Schnecken-Zylinder-Einheit zu bieten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Basis einen zentralen Freiraum aufweist, in welchen die Schnecken-Zylinder-Einheit einragt. Dieser Freiraum erstreckt sich zumindest bis zur Füllkammer, damit die Schnecken-Zylinder-Einheit an die Füllkammer angekoppelt werden kann.
  • Für die erforderliche Axialverschiebbarkeit der Schnecke der Schnecken-Zylinder-Einheit kann eine erste Hubeinrichtung vorgesehen sein, mit welcher die Schnecke der Schnecken-Zylinder-Einheit axial verschiebbar ist. Hierbei kann es sich um eine hydraulische oder pneumatische Hubeinrichtung handeln. Die erste Hubeinrichtung kann an der Basis oder einer damit ortsfest verbundenen Komponente gelagert sein, sodass die relative Verschiebbarkeit der Schnecke gegenüber dem Zylinder der Schnecken-Zylinder-Einheit ermöglicht ist.
  • Die Schnecken-Zylinder-Einheit kann auf verschiedene Art mit der Basis verbunden werden. In einer Variante kann die Schnecken-Zylinder-Einheit an einer kopfseitigen Platte gelagert sein, die an der Basis befestigt ist. Eine erste Hubeinrichtung kann dann an der Platte gelagert sein, sodass die Schnecke der Schnecken-Zylinder-Einheit relativ zur Platte und damit zur Basis und in der Folge wiederum zur Füllkammer, die an der Basis gelagert ist, verschiebbar ist.
  • Möglich ist es auch, dass die Schnecken-Zylinder-Einheit an der Füllkammer gelagert ist. Beispielsweise kann die Schnecken-Zylinder-Einheit an einem Außenteil der Füllkammer gelagert sein, wobei der Außenteil mit der Basis verbunden ist. Diese Variante hat den Vorteil, dass ein Innenteil der Füllkammer durch Verschieben lösbar mit dem Außenteil der Füllkammer verbunden sein kann. Ist darüber hinaus eine zweite Hubvorrichtung vorgesehen, mit welcher die Schnecken-Zylinder-Einheit relativ zum Außenteil der Füllkammer axial verschiebbar ist, kann bei entsprechender Axialverschiebung der Schnecken-Zylinder-Einheit der Innenteil der Füllkammer entnommen werden. Dies ist insofern wichtig, als dieser Innenteil aufgrund des beim Einspritzen herrschenden hohen Drucks und des verwendeten thixotropen Materials dem höchsten Verschleiß unterliegt. Durch eine entsprechende Hubbewegung und damit Abkopplung der Schnecken-Zylinder-Einheit von der Füllkammer wird deren Innenteil freigegeben und kann von vorne entnommen und durch einen neuwertigen Innenteil ersetzt werden.
  • Entsprechend den vorstehenden Ausführungen kann eine Druckgussvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Modul ausgestattet sein.
  • Das weitere Ziel der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit einer Druckgussvorrichtung der eingangs genannten Art erreicht, wenn die Basis einen zentralen Freiraum aufweist, in welchen die Schnecken-Zylinder-Einheit einragt.
  • Ein verfahrensmäßig erzielter Vorteil ist darin zu sehen, dass mit einer herkömmlichen Druckgussmaschine, die mit einem erfindungsgemäßen Modul nachgerüstet ist, Formteile in einem Thixomoldingverfahren hergestellt werden können. Es können somit hochwertige Formteile in hoher Stückzahl erstellt werden. Dabei kann im Unterschied zum Stand der Technik auch vorgesehen sein, dass während des Einspritzens zwischen der Schnecken-Zylinder-Einheit und der Füllkammer kein Pfropfen gebildet wird, wie dies bislang bei Thixomoldingverfahren teilweise üblich ist. Vielmehr wird durch eine Temperaturführung der gesamte Übergangsbereich zwischen Schnecken-Zylinder-Einheit einerseits und Füllkammer andererseits auf einer Temperatur gehalten, bei welcher keine Pfropfenbildung auftritt. Dies hat sich in Bezug auf ein exaktes Dosieren von thixotropen Material in die Füllkammer als Vorteil erwiesen. Zwischen Füllkammer und Formkavität kann sich in üblicher Weise am Ende der Düse während bzw. beim Abschluss des Einspritzvorganges ein Pfropfen bilden.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:
    • Fig. 1 eine erste Variante eines Moduls;
    • Fig. 2 eine Seitenansicht des Moduls gemäß Fig. 1;
    • Fig. 3 eine Rückseite des Moduls gemäß Fig. 1;
    • Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Moduls gemäß Fig. 1;
    • Fig. 5 einen Schnitt des Moduls entlang der Linie V-V in Fig. 3;
    • Fig. 6 einen weiteren Schnitt durch das Modul gemäß Fig. 1;
    • Fig. 7 eine Druckgussvorrichtung mit einem Modul gemäß Fig. 1;
    • Fig. 8 bis 12 eine Verfahrensabfolge für einen Einspritzvorgang in eine Formkavität;
    • Fig. 13 einen Querschnitt durch zweite Variante eines Moduls;
    • Fig. 14 einen weiteren Querschnitt des Moduls gemäß Fig. 13.
  • In Fig. 1 bis 6 ist eine erste Variante eines Moduls 1 dargestellt, das verwendet werden kann, um eine herkömmliche Druckgussvorrichtung D1 (Fig. 7) so umzurüsten, dass mit dieser thixotropes Material in eine oder mehrere Formkavitäten eingespritzt werden kann, um entsprechende Formteile zu erstellen. Das Modul 1 kann aber selbstverständlich bereits auch in einer neuen Druckgussvorrichtung D1 integriert sein bzw. mit dieser ausgeliefert werden.
  • Das Modul 1 weist eine Basis 2 auf. Die Basis 2 kann rechteckig oder wie dargestellt etwa quadratisch ausgebildet sein. Auch andere Grundformen der Basis 2 sind selbstverständlich möglich. Im Sinne einer Effizienz wird die Basis 2 jedoch so klein wie möglich ausgebildet, zumal die Basis 2 vornehmlich dazu dient, eine Grundlage für eine Schnecken-Zylinder-Einheit 3 und eine Füllkammer 4 zur Verfügung zu stellen und deren Ankopplung an eine Aufspannplatte D2 einer Druckgussvorrichtung D1 zu ermöglichen. Des Weiteren nimmt die Basis 2 eine Gussform auf, weshalb die Basis 2 nach Möglichkeit etwa die Größe der Aufspannplatte D2 aufweist. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist die Basis 2 etwa mit einer konstanten Dicke ausgebildet und weist einen zentralen Freiraum 22 auf. Des Weiteren sind Öffnungen 23 vorgesehen, welche dazu dienen, geeignete Befestigungsmittel durchzuführen, damit die Basis 2 mit geeigneten Befestigungsmitteln an einer Aufspannplatte D2 der Druckgussvorrichtung D1 befestigbar ist.
  • Wie aus Fig. 1 und 4 ersichtlich ist, weist die Basis 2, die grundsätzlich mit im Wesentlichen gleicher Dicke ausgebildet ist, einen zentralen Freiraum 22 bzw. eine Aussparung auf. In dieser Aussparung verläuft die Schnecken-Zylinder-Einheit 3, die vertikal nach unten ragt. Sofern von einer Seite eingespritzt wird, wäre die in Fig. 1 dargestellte Situation um 90 ° nach links oder rechts gedreht. Eine vertikale Anordnung wird jedoch auch für eine konstante Materialzuführung von der Schnecken-Zylinder-Einheit 3 in die Füllkammer 4 bevorzugt. Ein Kolben D4 eine Druckgussvorrichtung D1 kann nach Befestigung des Moduls 1 an einer Aufspannplatte D2 in die Füllkammer 4 einragen.
  • Die Schnecken-Zylinder-Einheit 3 ist auf einer kopfseitigen Platte 7 gelagert, die wiederum mit der Basis 2 in Verbindung steht. Auf der Platte 7 ist des Weiteren mittelbar ein Motor 8 gelagert, und zwar über eine Zwischenplatte 71, die axial verschiebbar ist. Wie in den Querschnitten in Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, umfasst die Schnecken-Zylinder-Einheit 3 einen außenseitigen Zylinder 31, in dem eine Schnecke 32 angeordnet ist. Die Schnecke 32 kann durch den Motor 8 in Rotation versetzt werden. Des Weiteren ist die Schnecke 32 durch die vorgesehene erste Hubeinrichtung 5 axial im Zylinder 31 verschiebbar, wobei bei entsprechender axialer Verschiebung die Zwischenplatte 71 samt darauf gelagertem Motor 8 mitverschoben wird.
  • Die Füllkammer 4 ist an der Basis 2 gelagert und mit der vertikal angeordneten Schnecken-Zylinder-Einheit 3 lösbar verbunden. Die Füllkammer 4 erstreckt sich, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, über die Basis hinaus und umfasst eine endseitige Düse 43, die bei einem Einspritzvorgang in einer Formhälfte mündet. Die Füllkammer 4 erstreckt sich von der Düse 43 bis zu einem gegenüberliegenden Ende der Füllkammer 4, das zur Aufnahme eines Kolbens D4 dient, der Bestandteil einer herkömmlichen Druckgussvorrichtung D1 ist.
  • Anhand von Fig. 5 und 6 kann das Zusammenwirken der Schnecken-Zylinder-Einheit 3 mit der Füllkammer 4 weiter erläutert werden. Wie in den Querschnitten ersichtlich ist, verläuft die Schnecke 32 innerhalb des Zylinders 31 der Schnecken-Zylinder-Einheit 3. Am ersten Ende 321 ist die Schnecke 32 konisch zulaufend ausgebildet, wohingegen am gegenüberliegenden Ende 322 der Schnecke ein etwa waagrechter Abschluss gegeben sein kann. Die Füllkammer 4 weist zur Aufnahme des ersten Endes 321 der Schnecke 32 einen korrespondierenden Dichtsitz 44 auf. Der Dichtsitz 44 ist bevorzugt, aus Sicht der Schnecke 32, ebenfalls konisch zulaufend ausgebildet. Dadurch ist es möglich, bei einem Einspritzvorgang ein Rückfließen von thixotropen Material aus der Füllkammer 4 in die Schnecken-Zylinder-Einheit 3 zurück zu verhindern, was noch erläutert werden wird. Durch die erste Hubeinrichtung 5 kann die Schnecke 32 innerhalb des Zylinders 31 auf und ab bewegt werden. Mit dem Motor 8, der mit der Schnecke 32 in Wirkverbindung steht, kann eine Drehbewegung bzw. Rotation der Schnecke 32 erzeugt werden.
  • In Fig. 7 ist eine Druckgussvorrichtung D1 dargestellt, an welcher ein Modul 1 befestigt ist. Wie ersichtlich ist, wird das Modul 1 an einer ersten Aufspannplatte D2 der Druckgussvorrichtung D1 befestigt, wofür die erwähnten Öffnungen 23 an der Basis 2 dienen. Wie ersichtlich ist, ist das Modul 1 an der ortsfesten Aufspannplatte D2 befestigt und liegt einer beweglich gelagerten Aufspannplatte D3 der Druckgussvorrichtung D1 gegenüber. Des Weiteren ist ersichtlich, dass der Kolben D4 der Druckgussvorrichtung D1 in die Füllkammer 4 des Moduls 1 eingreift. Für die Erstellung eines Formteils werden noch die zwei erforderlichen Formhälften an den Aufspannplatten D2, D3 montiert. Anschließend kann über die Düse 43 über die Schnecken-Zylinder-Einheit 3 bereitgestelltes thixotropes Material in eine geschlossene Formkavität eingespritzt werden, wofür zunächst, zur Herstellung der Formkavität, die bewegliche Aufspannplatte D3 mit der dort montierten Formhälfte an die ortsfeste Aufspannplatte D2 mit der dort am Modul 1 montierten Formhälfte angestellt wird. Danach kann der Einspritzvorgang erfolgen. Dieser Vorgang ist nachstehend erläutert.
  • In Fig. 8 bis 12 ist der Einspritzvorgang für die Erstellung eines Formteils aus thixotropen Material mittels einer herkömmlichen Druckgussmaschine D1, umgerüstet mit einem Modul 1 exemplarisch dargestellt. Fig. 8 zeigt einen Ausgangszustand, in welchem die Schnecke 32 verriegelt ist, was dem Zustand am Ende eines Einspritzvorganges entspricht. Gemäß Fig. 9 wird die Schnecke 32 dann entriegelt und durch den Motor 8 in Rotationsbewegung versetzt. Nicht dargestellt, aber selbstverständlich ist, dass zur Erzeugung thixotropen Materials entsprechendes Granulat bzw. Pulver in die Schnecken-Zylinder-Einheit 3 dosiert wird. Durch die Rotationsbewegung der Schnecke 32 sowie eine über nicht dargestellte Heizungen eingestellte Temperatur in der Schnecken-Zylinder-Einheit 3 wird das bereitgestellte Granulat bzw. Pulver in den thixotropen Zustand gebracht. Dies erfolgt auch noch während einer Verfahrensphase gemäß Fig. 10, in welcher der Kolben D4 zurückgezogen wird, um in der Füllkammer 4 genau jenen Raum freizugeben, welcher für die Dosierung thixotropen Materials erforderlich ist. Ist dies erreicht, wird gemäß Fig. 11 die Schnecke 32 axial nach unten in Richtung zur Füllkammer 4 hin verschoben. Dadurch wird das erzeugte thixotrope Material in die Füllkammer 4 eingebracht. Schließlich fährt das konisch zulaufende erste Ende 321 der Schnecke 32 an den Dichtsitz 44 der Füllkammer an. Die Schnecke 32 wird dann verriegelt. Dadurch ist eine exzellente Dichtung zwischen Schnecken-Zylinder-Einheit 3 und Füllkammer 4 gegeben. Anschließend erfolgt gemäß Fig. 12 eine Vorwärtsbewegung des Kolbens D4 und damit der Einspritzvorgang. Am Ende des Einspritzvorgangs befindet sich der Kolben D4 wiederum in der Position gemäß Fig. 8 und der Vorgang beginnt von neuem. Hierbei ist erwähnenswert, dass zwischen der Schnecken-Zylinder-Einheit 3 und der Füllkammer 4 während des Einspritzvorgangs kein Pfropfen gebildet wird, wie dies bei Thixomoldingverfahren üblich ist. Vielmehr wird der gesamte Bereich auf einer Temperatur gehalten, sodass keine Pfropfenbildung auftritt. Dies hat sich in Bezug auf eine exakte Dosierbarkeit bzw. Befüllung der Füllkammer 4, wie diese zur Erstellung von hochwertigen Formteilen erforderlich ist, als vorteilhaft erwiesen.
  • In Fig. 13 und 14 sind Querschnitte einer Variante des Moduls 1 dargestellt. Diese Variante des Moduls 1 unterscheidet sich vor allem von der Lagerung der Schnecken-Zylinder-Einheit 3. Im Unterschied zur zuvor erläuterten Variante ist die Schnecken-Zylinder-Einheit 3 an der Füllkammer 4 gelagert. Die Füllkammer 4 weist hierfür einen Außenteil 41 und einen Innenteil 42 auf. Der Außenteil 41 ist mit der Basis 2 verbunden, wobei die Füllkammer 4 wie in der ersten und auch allen anderen alternativen Varianten durch eine Basisöffnung 21 geführt ist und aus dieser vorzugsweise mit der Düse 43 vorragt. Bodenseitig des Außenteils 41 ist eine zweite Hubeinrichtung 6 vorgesehen. Hierbei kann es sich wiederum um eine hydraulische oder pneumatisch betriebene Hubeinrichtung 6 handeln. Selbstverständlich sind wie auch bei der ersten Hubeinrichtung 5 alternative Antriebe möglich, beispielsweise ein Spindeltrieb. Wie in der ersten Ausführungsvariante ragt die Schnecken-Zylinder-Einheit 3 vertikal verlaufend in einen zentralen Freiraum 22 der Basis 2. Mit der zweiten Hubeinrichtung 6, die am Außenteil 41 der Füllkammer 4 befestigt ist, kann die gesamte Schnecken-Zylinder-Einheit 3 als solche axial verschoben werden. Ist die zweite Hubeinrichtung 6 als hydraulische Hubeinrichtung ausgebildet, so verschiebt sich bei Beaufschlagung derselben mit einem hydraulischen Mittel nicht der Kolben, sondern das Gehäuse und damit ein verbundener Träger 9 samt Führungsmitteln 10, welche mit der kopfseitigen Platte 7 in Verbindung stehen. Durch einen entsprechenden Hub nach oben wird ein Innenteil 42 der Füllkammer 4 freigegeben. Dieser Innenteil 42 ist jener Teil der in Betrieb dem höchsten Verschleiß unterliegt, weil in dessen Bereich beim Einspritzen die höchsten Kräfte wirken. Durch einen axialen Hub der Schnecken-Zylinder-Einheit 3 kann dieser Innenteil 42 einfach freigegeben werden und kann nach vorne hin abgezogen werden. Es braucht dann lediglich ein neuer Verschleißteil bzw. Innenteil 42 eingefügt werden.

Claims (13)

  1. Modul (1) für eine Druckgussvorrichtung (D1), aufweisend eine Basis (2), die an einer Aufspannplatte (21) der Druckgussvorrichtung (D1) befestigbar ist, eine Schnecken-Zylinder-Einheit (3) zur Erzeugung eines thixotropen Materials und eine Füllkammer (4), wobei die Schnecken-Zylinder-Einheit (3) und die Füllkammer (4) mittelbar oder unmittelbar so an der Basis (2) angeordnet sind, dass von der Schnecken-Zylinder-Einheit (3) erzeugtes thixotropes Material in die Füllkammer (4) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (2) einen zentralen Freiraum (22) aufweist, in welchen die Schnecken-Zylinder-Einheit (3) einragt.
  2. Modul (1) nach Anspruch 1, wobei eine Schnecke (32) der Schnecken-Zylinder-Einheit (3) axial verschiebbar ist.
  3. Modul (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Füllkammer (4) einen Dichtsitz (44) aufweist, an welchen ein erstes Ende (321) der Schnecke (32) anstellbar ist.
  4. Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schnecken-Zylinder-Einheit (3) vertikal angeordnet ist.
  5. Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Füllkammer (4) waagrecht angeordnet ist.
  6. Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine erste Hubeinrichtung (5) vorgesehen ist, mit welcher die Schnecke (32) der Schnecken-Zylinder-Einheit (3) axial verschiebbar ist.
  7. Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schnecken-Zylinder-Einheit (3) an einer kopfseitigen Platte (7) gelagert ist, die an der Basis (2) befestigt ist.
  8. Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schnecken-Zylinder-Einheit (3) an der Füllkammer (4) gelagert ist.
  9. Modul (1) nach Anspruch 8, wobei die Schnecken-Zylinder-Einheit (3) an einem Außenteil (41) der Füllkammer (4) gelagert ist, wobei der Außenteil (41) mit der Basis (2) verbunden ist.
  10. Modul (1) nach Anspruch 9, wobei ein Innenteil (42) der Füllkammer (4) durch Verschieben lösbar mit dem Außenteil (41) der Füllkammer (4) verbunden ist.
  11. Modul (1) nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine zweite Hubeinrichtung (6) vorgesehen ist, mit welcher die Schnecken-Zylinder-Einheit (3) relativ zum Außenteil (41) der Füllkammer (4) axial verschiebbar ist.
  12. Druckgussvorrichtung (D1) mit einem Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit einer Druckgussvorrichtung (D1), aufweisend ein Modul (1), wobei das Modul (1) eine an einer Aufspannplatte (21) der Druckgusseinrichtung (D1) befestigte Basis (2), eine Schnecken-Zylinder-Einheit (3) und eine Füllkammer (4) aufweist, wobei die Schnecken-Zylinder-Einheit (3) und die Füllkammer (4) mittelbar oder unmittelbar an der Basis (2) angeordnet sind, wobei mit der Schnecken-Zylinder-Einheit (3) ein thixotropes Material erzeugt wird, wonach das thixotrope Material in die Füllkammer (4) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (2) einen zentralen Freiraum (22) aufweist, in welchen die Schnecken-Zylinder-Einheit (3) einragt.
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